Интенсивное перемешивание воды в аэротенках и интенсивная аэрация несколько ограничивает число их видов. Так в аэротенках обычно отсутствуют (или присутствуют незначительно) зеленые жгутиконосцы, инфузории полисапробной зоны.
Кроме одноклеточных в активном иле могу обитать коловратки, нематоды, олигохеты.
Структура активного ила — хлопьевидная масса, образующаяся за счет слипания оболочек бактериальных клеток (флокуляции). Ее состояние определяет качество очистки т. к. поверхность иловых хлопьев сорбирует растворенную органику и интенсивность этого ведущего при очистке процесса зависит от степени дисперсности ила.
Процесс такой очистки включает несколько стадий: массопередача кислорода и загрязнений к поверхности хлопьев ила; сорбция загрязнений активным илом; перенос веществ внутрь клетки, которому предшествует ферментативный гидролиз большинства исходных загрязнений; внутриклеточное биохимическое окисление загрязнений. Первые три стадии в совокупности составляют процесс изъятия загрязнений. Первоначально скорость изъятия существенно превышает скорость окисления и большая часть загрязнений оказывается сорбированной активным илом, затем скорости выравниваются и, наконец, скорость окисления начинает преобладать над скоростью сорбции. В этот период происходит регенерация активного ила и восстановление его биохимической активности.
Оптимизация процесса биологической очистки сточных вод в аэротенках-отстойниках основана на разделении его на несколько этапов.
Наличие двух групп микроорганизмов с разными скоростями размножения обусловливает двухступенчатый процесс в аэротенке, когда в первой ступени происходит окисление углеродсодержащих загрязнений и аммонификация, а во второй — нитрификация сточных вод.
Одновременно процесс очистки сточных вод в аэротенках усилен за счет повышения рабочей концентрации активного ила. Это возможно благодаря конструктивным особенностям аэротенков-отстойников, работающих с использованием взвешенного слоя ила в отстойной зоне. Дальнейшее повышение концентрации ила достигается путем применения биоценоза взвешенных и прикрепленных культур активного ила, для чего в зоне аэрации размещаются насадки из различных материалов, на поверхности которых развиваются и прикрепляются микроорганизмы активного ила.
Все аэрационные сооружения оборудованы эффективной мелкопузырчатой системой аэрации из пластмассы. По сравнению с традиционными керамическими пластинами и дырчатыми трубами пластмассовые аэраторы обеспечивают снижение капитальных затрат — на 40−50%, сокращение энергозатрат до 40%, снижение потерь напора воздуха — в 1,5−2 раза, что позволяет обеспечить длительный период работы аэраторов без текущего и капитального ремонта.
Аэротенки — огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало — активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.
При очистке сточных вод прирост активного ила происходит не только вследствие клеточного синтеза, но и в результате изъятия части бионеразлагаемых и взвешенных веществ. Часть клеточного вещества ила подвергается автолизу. Оставшаяся часть вновь синтезированного ила удаляется из системы (избыточный ил). Для синтеза клеточного вещества кроме углеродосодержащих соединений необходимо присутствие в среде биогенных элементов — азота и фосфора. Потребность в биогенных элементах меняется в зависимости от состава загрязнений, вследствие неодинаковости прироста активного ила при окислении различных веществ. Для городских сточных вод соотношение концентраций органических веществ, оцениваемых величиной БПК (см.), азота и фосфора, принимают равным 100:
5:
1. Недостаток биогенных элементов замедляет биохимические процессы очистки, ухудшает седиментационные свойства ила и снижает его биохимическую активность. Необходимое для процесса количество кислорода достигается подачей в иловую смесь воздуха (аэрация (см.)) или технического кислорода (окситенки (см.)). Аэрация, кроме того, поддерживает активный ил во взвешенном состоянии, обеспечивая контакт в системе «загрязнения сточных вод — микроорганизмы — кислород». Кислород расходуется на окисление органических загрязнений сточных вод для получения энергии клетками, синтеза клеточного вещества, эндогенного дыхания, нитрификации. Скорость биохимического окисления увеличивается с возрастанием температуры сточных вод до 25—36,5oC. Оптимальное значение pH для большинства окислительных систем лежит в интервале 6,5—8,5.
Глава 3. Пробоотбор и пробоподготовка.
Пробоотбор и пробоподготовку сточной воды на определение БПК5 производят в соответствии с ГОСТот 17.
1.2. 04−77 «Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов».
Oпределение БПК5 в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК5 при контролировании эффективности работы очистных сооружений.
БПК — основная характеристика загрязненности сточных вод (и вод водоемов) органическими веществами, содержащимися в растворенном виде и в виде не оседающих взвешенных и коллоидных частиц .БПК определяется концентрацией кислорода (мг/л), потребляемого на биохимическое окисление этих веществ в процессе жизнедеятельности аэробных бактерий.
Различают БПК20, определяемую за 20 суток и БПК5 — за 5 суток (стандартная проба при эксплуатации сооружений и контроле вод водоемов). В бытовых и близких им по составу водах за 5 суток потребляется около 85% кислорода, необходимого для полного окисления содержащейся органики.
В мировой практике очистки сточных вод применяют различные методы оценки БПК5.
Метод разбавления. Пробу сточной воды разбавляют чистой водой (делают несколько различных разбавлений) и периодически определяют потребление кислорода. Наилучшие результаты можно получить пи разбавлении, при котором потребление кислорода за время инкубации составит 35 — 60% его первоначального содержания.
В калиброванную склянку с притертой пробкой помещают 500 мл разбавленной пробы. После полного перемешивания пробу разделяют на две равные части: одну из них инкубируют, а вторую используют для измерения начальной концентрации растворенного кислорода. Через 5 суток измеряют остаточную концентрацию растворенного кислорода. Разница между двумя результатами для каждого разбавления, уменьшенная на величину потребления в контрольной пробе с учетом степени разбавления представляет количество кислорода, необходимое для биологической очистки данной сточной воды (пятисуточную биохимическую потребность в кислороде — БПК5).
Метод респираторов. Пробу воды, подлежащей инкубации, помещают в герметичный сосуд встряхивают. Протекающий при этом газообмен контролируют, адсорбируя щелочью выделяющийся CO2 и измеряя процесс потребления кислорода (регистрируя либо понижение давления, либо количество кислорода, подаваемого в сосуд для поддержания постоянного давления). При этом получают оценку потребления кислорода во времени.
БПК5
В лабораторных условиях наряду с БПКполн. определяется БПК5 — биохимическая потребность в кислороде за 5 суток.
В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0.5−4 мгO2/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям.
Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2−3 раза при повышении температуры на 10oC. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности.
Суточные колебания величин БПК5 также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2.5 мг/дм3 в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК5 в зависимости от степени загрязненности водоемов.
Величины БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности.
Степень загрязнения (классы водоемов) БПК5 Очень чистые 0.5 — 1.0 Чистые 1.1 — 1.9 Умеренно загрязненные 2.0 — 2.9 Загрязненные 3.0 — 3.9 Грязные 4.0 — 10.0 Очень грязные > 10.0 Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКполн.
В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мгO2/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мгO2 /дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при 20оС не должна превышать 2 мгO2/дм3.
Заключение
Исходя из вышеизложенного сорбция СПАВ активным илом на стадии механической очистки в первичных отстойниках способствует не только очищению воды, а приводит к образованию еще большего числа активного ила, которых в свою очередь можно использовать в качестве удобрения в сельском хозяйстве. В ФРГ также предложен способ сжигания активного ила с получением заменителей нефти и каменного угля. Подсчитано, что при сжигании 350 тыс. т активного ила можно получить топливо, эквивалентное 700 тыс. баррелей нефти и 175 тыс. т угля [1 баррель — 159л.]
Одним из преимуществ этого метода является то, что полученное топливо удобно хранить. В случае сжигания активного ила выделяемая энергия расходуется на производство пара, который немедленно используется, а при переработке ила в метан требуются дополнительные капитальные затраты на его хранение.
Важное значение также имеют методы утилизации активного ила, связанные с использованием его в качестве флокулянта для сгущения суспензий, получения из активного угля адсорбента в качестве сырья для получения строй материалов и т. д.
Проведенные токсикологические исследования показали возможность переработки сырых осадков и избыточного активного ила в цементном производстве.
Ежегодный прирост биомассы активного ила составляет насколько миллионов тонн. В связи с этим возникает необходимость в разработке таких способов утилизации, которые позволяют расширить спектр применения активного ила.
Александров В.Н., Емельянов В. И. Отравляющие вещества. — М.: Воениздат, 1990. — 271 с.
Альберт Э. Избирательная токсичность.
М.:Мир, 1971, 431 с.
Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П.
Введение
в химию окружающей среды. Пер. с англ., — М.: Мир. — 1999, 271 с.
Барбье М.
Введение
в химическую экологию. — М.: Мир, 1978. — 229 с.
Барышников И.И., Лойд Д. О., Савченков М. Ф. Экологическая токсикология. — Ир-кутск: Изд-во Иркутск. ун-та, 1991, ч.1, 162 с., ч.2, 281 с.
Введение
в проблемы биохимической экологии /М.М. Телитченко, С. А. Остромумов. — М.: Наука, 1990. — 288 с.
Голиков С. Н., Саноцкий И. В., Тиунов А. А. Общие механизмы токсического действия. — Л.: Медицина, 1986. — 280 с.
Голубев А.А., Люблина Е. И., Толоконцев И. А., Филов В. А. Количественная токсикология. — М.: Медицина, 1973. — 246 с.
Заугольников С.Д., Кочанов М. М., Лойт А. О., Ставчанский И. И. Экспрессные методы определения токсичности и опасности химических веществ. — Л.: Медицина, 1978.
Исидоров В.А.
Введение
в химическую экотоксикологию. Учебное пособие. — СПб.: Химиздат, 1999. — 142 с.
Куценко С. А. Основы токсикологии. СПб., 2002 — www.medline.ru
Лазарев Н. В. Вредные вещества в промышленности / под ред. Н. В. Лазарева. — М.: Химия, 1965.
Лужников Е. А. Клиническая токсикология. — М.: Медицина, 1994. — 256 с.
Оксенгендлер Г. И. Яды и организм.
С.-Петербург: Наука, 1991.-320 с.
Превращение канцерогенных и токсических веществ в гидросфере /У.Э. Кирсо, Д. И. Стом, Л. И. Белых и др., Талинн, Валгус, 1988.
Пигулевский С. В. Ядовитые животные. Токсикология беспозвоночных. — Л.: Медицина, 1975. — 375 с.
Пигулевский С. В. Ядовитые животные. Токсикология позвоночных. — Л.: Медицина, 1966. — 386 с.
Проблемы загрязнения окружающей среды и токсикологии/ Под ред. Дж.Уэра. — М.: Мир, 1993. — 191 с.
Савченков М.Ф., Лемешевская Е. П., Литвинцев
А.И., Стом Д. И. Медицинская экология. — Иркутск: Изд-во Иркутск. ун-та, 1989. — 256 с.
Саноцкий И. В. Основные понятия токсикологии //Методы определения токсичности и опасности химических веществ (токсикометрия) / под ред. И. В. Саноцкого. — М.: Медицина, 1970.
Тимофеева С.С. Санитарно-техническая гидробиология и водная токсикология. — Иркутск: Изд-во Иркутск. ун-та, 1986. — 128 с.
Шустов С.Б., Шустова Л. В. Химические основы экологии. — М.: Просвещение. — 1994. — 239 с.
Трахтенберг И.М., Сова Р. Е., Шефтель В. О., Оникиенко Ф. А. Проблема нормы в токсикологии. — М.: Медицина, 1991
Фрумин Г. Т. Экологическая химия и экологическая токсикология. СПб.: СПбГУ, 2000
