Процессы и сооружения биохимической очистки сточных вод

Биохимические методы очистки промышленных и хозяйственно-бытовых вод основаны на способности микроорганизмов использовать многие загрязняющие вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Биохимическая очистка осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов - водорослей, грибов. Главенствующую роль играют бактерии, количество которых варьирует от 10 до 10 ¹⁴ на 1г сухой биомассы. По отношению к питания бактерии разделяют на автотрофы и гетеротрофы, по дыханию - на аэробные и анаэробные. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофы потребляют неорганический углерод, а энергию получают за счет фотосинтеза или хемосинтеза. Для жизнедеятельности аэробных бактерий необходим постоянный приток кислорода, для анаэробных бактерий не требуется.

Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПГ и ХПК. БПК - это биохимическое потребление кислорода, или количество использованного кислорода для биохимического окисления органических веществ в воде, мг О₂/мг вещества, за определенный промежуток времени (например, БПК₅ - за 5 суток). БПК_полн - полная биохимическая потребность кислорода до начала процессов нитрификации. ХПК - химическое потребление кислорода, или количество кислорода, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде.

Биохимическая очистка проводится в естественных и искусственных сооружениях. Естественными сооружениями являются поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды. Искусственные сооружения биологической очистки целесообразно делить на три группы:

1) сооружения, в которых активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки (биофильтры);

2) сооружения, в которых активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном) состоянии (аэротенки, окситенки);

3) сооружения, в которых сочетаются оба варианта (погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями).

Активный ил (АИ), или активная биомасса состоит из живых организмов и твердого субстрата, представляет собой амфотерную коллоидную систему. Химический состав АИ для различных сточных вод достаточно близок. Например, химический состав смеси производственных и бытовых сточных вод отвечает формуле C₁₁₁H₂₁₂O₈₂N₂₀S. Субстрат (до 40% в АИ) представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и других веществ, к которым прикрепляются микроорганизмы. Биопленка имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более, от серовато-желтого до темно-коричневого цвета.

Значительно упрощенный процесс биохимического преобразования происходит с веществами природного происхождения, так как они являются «привычными» для микроорганизмов. Однако высокие концентрации даже природных веществ являются причиной гибели микрофлоры в системах биохимической очистки. Сложнее организовать биохимическую очистку синтезированных соединений неприродного происхождения. Для этого необходимо адаптировать некоторые виды бактерий к синтетическим загрязнителям сточных вод, создать оптимальные условия для их жизнедеятельности путем добавления в сточные воды дополнительных ингредиентов, обеспечить необходимый температурный и кислотный режим процесса метаболизма активного ила.