Гудков биологично пречистване на градските отпадъчни води

Историята на използване на биологичното третиране започва с изграждането на XIX век първи филтърни полета, при който отпадъчната вода се пречиства чрез филтруване през слой от почвата в естествено състояние. Възможно е, по-специално, да се използват отпадните води в селското стопанство.

По-сложни устройства - биофилтри, предназначени на принципа на полета за филтриране, но лишена от присъщите слабости място (напр. Голям отпечатък, спиране на работа през зимата, и т.н.), се появили в Англия през 1893 г. и в България 15 години по-късно.

Около 1914 г. се появи метод за пречистване на отпадъчни води с активна утайка в биобасейни, който се използва днес като стандарт за дълбоко почистване. В нашата страна, ерата на биологично третиране на отпадъчни води в изкуствени условия е открит през 1922 г., след съобщения за "Пречистване на отпадъчни води от активна утайка" и "Преглед на лаборатория управление на Москва канализация през периода 1914-1922", направено по дванадесетият Vsebolgarskom ВиК и санитарно-технически конгрес.

На първо място, български aerofiltratsii станция (Kozhuhovskaya) общ капацитет от 37 хиляди кубически метра 3 / ден е изготвено в Москва 19291933 GG. Станцията е успешно комбинира по оригинален и пречистване на отпадъчни води в биобасейните, биофилтри и биологичните езерата.

Към днешна дата, в света биологично третиране е основен метод за освобождаване от битови отпадъчни води предимно органични и бактериално замърсяване. Въз основа на биологичен метод, разработен стотици различни устройства и структури, в които този метод се използват както самостоятелно, така и заедно с методи за почистване механично или физико-химични.

Наръчникът е предназначен да помогне на студентите, записани в специалност 290800 "Водоснабдяване и канализация" на, да изучават методите и структурите на биологично пречистване на битови и подобни разходи промишлени отпадъчни води повече от 500 m 3 / ден.

Без да се твърди, че е тема всеобхватност, ръководство има за цел да запознае читателите с теорията и практиката на проектиране на структурите, които са в основата на етапа на пълно биологично пречистване и дълбоко почистване: биобасейните, биофилтри, област напояване и филтрация, биологични езера, oksitenki, циркулиращи окислителни канали nitridenitrifikatory , За всеки от горните структури и методи са показани примери за изчисление.

1. Основата на биологичния ПРЕЧИСТВАНЕ

Процесът на биологично пречистване се базира на способността на микроорганизмите да се използва разтворен органичен значение за отпадъци водоснабдяване по време на живота. Част от органичното вещество се превръща във вода, въглероден диоксид, нитрит, и сулфатни йони, е част от образуването на биомаса.

съоръжения за биологично пречистване могат да бъдат разделени на два типа:

с пречистване при условия, близки до естественото;

с пречистване в изкуствени условия.

Първият вид включва областта на филтруване и напояване (земя, в която се извършва почистване чрез филтруване през слой от почвата) и биологични басейни (плитки води, в която почистване се извършва въз основа на самопочистващи резервоари).

Вторият тип се състои от тези структури като биофилтри и аериране. Биофилтър - резервоар с филтърния материал, повърхността на който е покрита с биофилм (микробен колония, способна да абсорбира и окисляват органични вещества от отпадъчната вода). Аерирането резервоар - резервоар, в който почиства отпадъчната вода се смесва с активирана утайка (биоценоза микроорганизми също са способни да абсорбират органичните от изтичащия поток).

Биологичното пречистване е основният метод за лечение на битови отпадъчни води. Съществуват методи за аеробни и анаеробни биологично пречистване на отпадъчни води. В аеробна обработка микроорганизмите се култивират в активната утайка и биофилма.

1. 1. Над сто в vnogo КТИ и ла и лен био п ки

Активна утайка е аморфно колоидна система. Елементен химичен състав на активната утайка и е достатъчно близо за битови отпадъчни води има формулата - C 54 H 212 O 82 N 8 S 7. прах активна утайка вещество се състои от 70 до 90% органични и 10 до 30% от неорганични вещества. В допълнение към живи организми в утайката съдържа субстрат - разнообразие от твърди остатъци, към които са прикрепени микроорганизми. На външен вид, активната утайка е

люспи и бучки размер 3150 микрона, и голяма повърхностна площ - около 1200 м 2 на 1 м 3 на утайка.

Общността живи организми, обитаващи активната утайка или биофилм нарича биоценоза. Биоценоза активна утайка е представена главно от 12 видове микроорганизми и протозои.

Биоценоза активна утайка се състои от бактерии, протозои, гъбички, дрожди, актиномицети, ларви на насекоми, крил, водорасли и др Главна унищожаване на органични замърсители в отпадъчните води се извършва от бактерии. В 1 m 3 утайка, съдържаща 14 210 бактерии. В активната утайка, те са под формата на клъстери, заобиколен от мазен слой (zoogloeas). Бактериите са представени от такива видове като Pseudomonas, batsillus, nitrobakter, Nitrosomonas и сътр.

В активни течности намерено четири вида протозои: sarkodovyh. КАМШИЧЕСТИ. мигли и смучене ресничести, които поемат големи количества бактерии, като запазват своята оптимална номер (един ресничести Средната абсорбира 20 до 40 tysyach бактерии). Те допринасят за отлагането на утайки и отпадъчни води изясняване на вторичните утаители. Намира се в следващите ротаториите трофични нива се хранят с бактерии и протозои.

качество утайка се определя от скоростта на отлагане и степента на пречистване на течността. Състоянието на активната утайка характеризира индекса на утайка, която зависи от способността на шлама в утаяването. Големи люспи се установяват по-бързо от по-малките.

Биофилмът расте на пълнежа има формата на биофилтър и слизестите образувания дебелина от 1 до 2 mm. Конкретната структура на биофилма е по-разнообразна от активната утайка. Биофилмът състои от бактерии, гъбички, дрожди, ларви на насекоми, червеи, кърлежи и други организми. В 1 m 3 биофилм съдържа 1 декември 10 бактерии.

1. 2. Над г-н ЕП но STI-р спа и да Org въп вещества х

Метод за унищожаване на комплексни органични съединения се среща в специфична последователност в присъствието на катализатори за тези реакции - ензими. бактериални клетки се освобождават. Ензими - протеинов комплекс съединения (молекулно тегло в стотици хиляди или милиони), които ускоряват биохимични реакции. Ензимите са едно- и двукомпонентни. Цигара ензими състоят от протеин (апоензим) и небелтъчни (коензим) части. Коензим притежава каталитична активност, и носител протеин увеличава неговата активност.

Разграничаване на ензими, произвеждани от бактерии да извънклетъчни вещества разцепване - exoenzymes. и вътрешни храносмилателни ензими - ен

Feature на ензими е, че всеки един от тях катализира само една от многото трансформации. Има шест основни ензими класификацията

Owls: Оксидоредуктази. трансфераза. gidralazy. лиаза. изомерази и лигази. За унищожаване на сложна смес от органични вещества, трябва да бъде 80 100 различни ензими, всеки от тях има свой оптимална температура, над която намалява скоростта на реакцията.

Биоокислителния процес се състои от много стъпки и започва с разцепване на органичното вещество с освобождаване на активното водород. В този процес, специална роля се играе от ензимите на клас оксиредуктаза: degidrogena-

PS (отнема водород от субстрата), каталаза (разцепване водороден пероксид) и пероксидаза (използвайки активиран пероксид за окисление на други органични съединения).

Има вещества, които повишават активността на ензимите - активатори (витамини, катиони Са2 + Mg2 + Mn 2+ ..) и инхибитори. осигуряване на обратния ефект (например, соли на тежки метали, антибиотици).

Ензими, които са винаги присъства в клетките, независимо от субстрата, наречени конститутивни. Ензими, които са синтезирани от клетките в отговор на промените във външната среда, наречени адаптивна. адаптационен период е от няколко часа до стотици дни.

Общата реакция на биохимично окисление при аеробни условия могат да бъдат схематично представена както следва:

където С х у О Z N - всички органични вещества на отпадъчни води; С5-Н 7 NO 2 - условно формула бактерии клетъчна вещество; Δ H - енергия.

Реакция (I) показва характера на окисление вещество за задоволяване на енергийните потребности на клетката (катаболните процеси), реакцията на (II) - за синтеза на клетъчната материал (процес анаболен). Разходите за кислород за тези реакции представляват БПК отпадни води. Реакция (III) и (IV) се характеризира с превръщане на клетъчна вещество в липсата на хранителни вещества. Общо потребление на кислород от всичките четири реакции е приблизително два пъти по-голяма от

Голям брой биохимични реакции настъпи чрез коензим А (СоА или, CoA SH. Коензим ацилиране). Коензим А се получава merkaptoetilamida б-пантотенова киселина и нуклеотидната - адено-зин-3,5-дифосфат (С 21Н 167 O 36 P 3 S) с молекулна маса от 767.56. CoA активира карбоксилната киселина тях образуване CoA ацилови производни.

Лесно окислява бензоена киселина, етил и амил алкохоли, гликоли, глицерол, анилин, естери и др Poor окислени нитросъединения, повърхностно активни вещества "твърди", тривалентни алкохоли и др присъствието на функционални групи увеличава способността за биоразградими съединения в този ред ..:

- СН3; - OOCCH 3; - СНО; - СН2ОН; - СНОН; - СООН; - CN;

- NH2; - OHCOOH; - SO 3 Н.

1. 3. мета болка GP п д х S Torr за вещества,

Окисляване на въглехидрати описано комплекс вериги / 7 /:

CH 3 - СО - S - CoA →

където CH 3 - СО - S - CoA - ацетил-СоА; ТСА - трикарбоксилна киселина цикъл, състоящ се от последователност от реакции, катализирани от ензими 10.

цикъл трикарбоксилна киселина (цикъла на Кребс, лимонена киселина цикъл, ТСА) се състои от следната последователност от реакции.

Ацетил-СоА от ензим-shavelevo кондензира с оцетна киселина до образуване на лимонена киселина, която се изомеризира от ензима в цис -akonitovuyu киселина и след това изолимонена киселина, който е окислително декарбоксилира. Този процес се извършва в два етапа: първият е дехидрогенирането на изолимонена киселина за образуване на оксалоацетат янтарна киселина, която след това се декарбоксилира, превръщайки

в кетоглутаровата киселина. Освен това, окислително декарбоксилиране на кетоглутаровата киселина, сукцинил-СоА се образува, който се превръща

свободното янтарна киселина. След това е дехидрогенирането на янтарна киселина, фумарова киселина, която се превръща в ябълчна киселина. След дехидрогениране настъпва оксалоацетат киселина, който отново може да бъде кондензиран с ацетил-СоА.

Метанът се окислява по схемата:

CH 4 → СН3ОН → НСНО → НСООН → СО2.

Етилов алкохол микроорганизми се превръща в оцетна киселина, който след реакция с ацетил-СоА включен в ТСА:

CH 3 СН2ОН → СН3СНО → CH 3 COOH → ацетил-СоА → ТСА.

Процесът на окисление се осъществява както следва:

СН 3 (СН 2) п-СН 3 → О 2

СН 3 (СН 2) п СН2ОН → СН 3 (СН 2) п СНО →

→ СН 3 (СН 2) п-СООН →

β-окисление → ацетил-СоА → ТСА.

Има три вида на прекъсване на ароматния пръстен. По първия вид на пръстен се разкъсва между две съседни хидроксилирани въглеродни атома. По този начин се разлагат фенол, бензоена киселина, нафтален, фенантрен, антрацен, и т.н.

Вторият път разликата - разминаване комуникация между хидроксилирани и не хидроксилирани въглеродни атоми.

Третият начин се характеризира с пръстеновиден процеп между хидроксилирана въглероден атом и въглеродния атом, към който е прикрепен карбоксил или друга група.

Nitrification и денитрификация

Нитрифициращи бактерии окисляват амониев азотни съединения до нитрити на първо и след това да нитрати. Този процес се нарича нитрификация и в крайния етап е минерализацията на органични азотсъдържащи вещества

(Вж. Реакционната IV). Наличието на нитратните йони в пречистена вода е индикатор на пълнотата на пречистване.

Под действието на денитрифициращите бактерии свързан кислород отцепва от нитрити и нитрати (денитрификация). Условията на този процес - наличието на органична материя, ограничен достъп до кислород, неутрална или леко алкална реакция.

Денитрификация се осъществява главно до образуване молекулярен азот (рядко образува NH3) в отпадни води:

Азот-съдържащи съединения се разлагат с освобождаването на азот като амоняк. Например, карбамид разлага по схемата:

CO (NH2) 2 + 2 H 2 O → (NH 4) 2СО 3 ↔ 2 NH 3 + СО 2 + Н 2О

Разлагане на органични съединения, може да се случи чрез образуването на аминокиселини, които след това се изолират от амоняк при потока на различни процеси.

Сяра и thiobacteria че при благоприятни условия може да се развие в процеса на биологично третиране, се окислява вещества като сяра, сероводород, тиосулфати, политионати и т.н. Последният етап на трансформации са сярна киселина или сулфати .:

S → S 2O 3 2- → S 4 O 6 2- → SO 4 2-

S 2O 3 2- → S 2 O 5 2- → S 2О 7 2- → SO 4 2-.

Окислението на желязо и манган. Желязо бактерии получаване на енергия от окисление на железен сол на железни съединения:

4 FECO 3 + O 2 + 6 Н 2О → 4 Fe (ОН) 3 + 4 CO 2 + Δ Н.

Двувалентен манган се окислява в четиривалентна:

МпОг 2+ + 1/2 O 2 + 2 HO - → МпО 2 + Н 2О

1. 4. За Мо съм си НХО на скорост iologi б ч за eskoy почистване на Т РА нас zlich х F, които перорално в

Турбуленцията на потока от отпадъчна вода води до увеличаване на скоростта зало-

ЛИЗАНЕ хранителни вещества и кислород до микроорганизмите, което води до увеличаване на скоростта на почистване. Интензивно турбулентност се осигурява от свръх

смесване на въздуха за фураж или механични средства.

Повишаване на температурата увеличава скоростта на почистване отпадъчни потоци в 2 до 3 пъти, но само в границите от 20 30 ° С е необходимо да се извърши по-интензивна аерация, тъй като разтворимостта на кислород намалява с повишаване на температурата.

При по-ниски температури бактериите забавя процеса на адаптация към новите видове замърсяване, процесите на нитрификация се влошат, флокулация и утаяване на активната утайка.

Соли на тежки метали, адсорбирани от активна утайка, биохимичната активност на шлама се намалява и подуване възниква в резултат на интензивно развитие влакнести форми на бактерии. От степента на тежка токсичност метал

Това могат да бъдат подредени в следния ред: Sb> Ag> Cu> Hg> Co> Ni> Pb>

Cr 3+> V> Cd> Zn> Fe.

Абсорбция, и консумация на кислород. По време на мехурчета аериране на въздух, наситен с вода, и след това кислород от мехурчетата се абсорбира от вода и се прехвърля в микроорганизъм.

преноса на кислород от газовата фаза към клетките в два етапа. В първия етап, преноса на кислород от въздушни мехурчета в основната маса течност, а вторият - за прехвърляне на абсорбира кислород от общата течност към клетките под действие на турбулентни пулсации. Скоростта на целия процес е ограничен чрез дифузия на водоустойчивост на поглъщане на кислород. Най-надежден начин за увеличаване на размера на абсорбира кислород - увеличаване на коефициента на обемното трансфер маса. Това се постига чрез смачкване на газовите мехурчета и съдържанието на газ увеличава потока на отпадъчни води.

ставка на консумацията на кислород от микроорганизми, не превишава скоростта на неговото усвояване. кислородни увеличения разход със съдържанието на това във водата, но само до определена граница. Концентрацията на кислород във водата, при която скоростта на консумация става постоянен и не зависи от по-нататъшно повишаване на концентрацията, наречена критично. Критичната концентрация по-малка от равновесие и зависи от естеството на микроорганизмите и температурата.

Хранителните вещества и минерали, са от съществено значение за инсталираните

Peshnoy биохимични реакции в изтичащия поток. Те включват N,

S. P. K. Mg. Ca. На. Cl. Fe. Mn. Мо Ni. Co. Zn. Cu и др.

Сред тях са основния N. P и К. Липса на азот забавя окислението на органичните замърсители и да доведе до образуването на утайка trudnoosedayuschego. фосфор дефицит води до развитието на филаментозни бактерии, и като резултат, подуване на активната утайка.