Биологическая очистка

На биологические очистные сооружения поступают, как правило, промышленные сточные воды не одного, а нескольких производств химической промышленности. Например, на районные очистные сооружения поступают сточные воды с предприятий, производящих разнообразную химическую продукцию; в этих сточных водах содержится до 75 химических соединений. Каждое из этих соединений оказывает определенное влияние на процесс биологической очистки. Некоторые соединения могут тормозить или полностью подавлять процесс биоочистки сточных вод бактериями активного ила. В этом случае, соединение оказывает бактериостатическое действие на микроорганизмы активного ила и при удалении этого соединения процесс биологической очистки возобновляется. Другие соединения ингибируют процесс биоочистки, оказывая бактерицидное действие. Имеется вид загрязнений, способных стимулировать процесс очистки. Четкое различие между формами действия конкретного соединения на процесс определить нельзя, так как это зависит от наличия и содержания других соединений.

Стойкость микроорганизмов активного ила к длительному воздействию определенного вида органических соединений является результатом адаптации, в основном фенотипической адаптации к измененным условиям среды. Эта адаптация касается одновременно всех клеток активного ила. В отличие от генотипической фенотипическая адаптация позволяет в большинстве случаев получить измененные клетки, растущие быстрее, чем клетки исходного штамма, т. е. клетки активного ила до начала адаптации. Поэтому при выявлении влияния комплекса соединений на рост и развитие микроорганизмов необходимо определить содержание отдельных органических и минеральных соединений, которые отрицательно сказываются на скорости и степени очистки сточных вод даже в условиях фенотипической адаптации.

Особенность биологической очистки сточных вод с многочисленными загрязнениями, содержащимися в различных количествах, состоит в том, что они в комплексе могут оказывать влияние на процессы биохимического потребления кислорода, которые протекают при биоочистке только одного вида загрязнения. Это можно объяснить различием состава активного ила, очищающего сточные воды, содержащие отдельные загрязнения. В этих условиях культивирование микроорганизмов, способных к деструкции только определенного вида загрязнений, осложняется не только условиями среды и наличием продуктов метаболизма, но и условиями их сосуществования.

Известно, что отдельные органические соединения могут в определенных количествах подвергаться биологической деструкции микроорганизмами активного ила, адаптированного в течение определенного времени к этому соединению. Однако содержание, вид загрязнения, расход сточных вод часто изменяются в зависимости от условий эксплуатации производства. Подача на очистку сточных вод с такой нестационарной характеристикой отрицательно влияет на качество очищенных сточных вод. Изучение закономерностей такого влияния позволит при соответствующей величине изменения показателей сточных вод установить необходимость локальной очистки отдельного потока сточных вод, возможность биологической очистки сточных вод в сооружениях данного объема с заданным эффектом или принять оперативные меры по направлению сточных вод с недопустимо высоким содержанием какого-либо соединения, например, в аварийный накопитель.

Одним из наиболее существенных технологических показателей биологической очистки является скорость окисления органических соединений единицей массы активного ила. Эта величина характеризует не только допустимое содержание исследуемых загрязнений, но и их влияние на активность микроорганизмов ила. С помощью такого универсального показателя можно оценить влияние специфических загрязнений на процесс биоочистки. При этом необходимо учитывать так называемое «фоновое» влияние на скорость окисления органических соединений. Влияние фона может не только сглаживать воздействие специфического загрязнения на процесс очистки, но и ингибировать его. Поэтому оценка влияния специфического вещества или соединения на ход биологической очистки должна быть начата с оценки фоновой удельной скорости окисления. Затем, вводя в питательную среду специфическое вещество в отдельности или в совокупности с другими, следует оценивать степень воздействия на скорость окисления такого вещества.

Влияние специфических загрязнений химических предприятий на скорость потребления кислорода было изучено на районных очистных сооружениях. Для определения влияния этих специфических загрязнений на скорость потребления кислорода был проведен планируемый эксперимент. Эксперимент выполнен на двух уровнях факторов — верхнем и нижнем. Интервал варьирования каждого фактора принят на основании опыта эксплуатации районных очистных сооружений.

Оценка влияния факторов на процесс биологической очистки была выполнена на аппарате Варбурга. Время экспозиции составляло 5 ч.

В колбу помещали согласно плану эксперимента сточную воду с добавками органических соединений. В качестве исходной использовали промышленную сточную воду, не содержащую вводимых добавок, не имеющую органические вещества других химических производств в количествах, достаточных для процесса биологической очистки. Контрольную и опытную воду анализировали на содержание ХПК, аммонийного азота, фосфора, pH. Активный ил вводили в сточную воду из расчета 1 г сухого вещества на 1 л воды. Всего выполнено 12 серий опытов с использованием сточной воды различного качества, каждый опыт в серии был выполнен два раза.

Результаты планируемого эксперимента по биоочистке позволили установить, что скорость потребления кислорода зависит от:

- скорости потребления кислорода, которая определяется только количеством и составом органических соединений, находящихся в исходной промышленной воде, до добавления в нее изучаемых специфических загрязнений,

- влияния специфики загрязнений на скорость потребления кислорода; величина их должна быть отнесена к единице содержания органических загрязнений,

- содержания воды

В промышленных сточных водах, кроме исследуемых специфических, присутствуют другие многочисленные загрязнения, которые оказывают влияние на коэффициенты специфики.

Удельная скорость окисления органических соединений в процессе биологической очистки, характеризует скорость окисления «фоновой», т. е. исходной сточной воды, включая влияние на скорость окисления исследуемых специфических загрязнений. Можно предположить, что при биоочистке наиболее точно значение может быть выражено уравнением зависимости скорости окисления органических загрязнений от параметров исходной сточной воды, содержащим не только показателя органических соединений, но и pH, фосфор (Р), аммонийный азот (N).

Специфические органические соединения по влиянию на биологическую очистку в совокупности с другими соединениями можно отнести к ингибиторам и стимуляторам.

Суспензия ПВХ, не окисляемая активным илом, способна влиять на скорость биохимического окисления. Очевидно, это можно объяснить процессами биоадсорбции, иммобилизации активного ила.

Кроме того, каждое из исследуемых специфических загрязнений в отдельности оказывает определенное влияние на деятельность микроорганизмов активного ила и на процесс очистки в целом. Например, из литературы известно, что ММА в количестве 50—150 мг/л не оказывает токсического действия на микроорганизмы и даже стимулирует их размножение; ДХЭ вредно воздействует на очистные сооружения канализации даже в малых количествах. Судя же по полученным данным, ММА в совокупности с другими специфическими соединениями уже при значительно более низком содержании (12,5—35 мг/л) оказывает на процесс биоочистки смешанное действие. ДХЭ в исследуемом диапазоне его содержания (1,4—4 мг/л) также можно отнести к веществам, оказывающим как положительное, так и отрицательное влияние на процесс биологической очистки.