Использование низкочастотного ультразвука для интенсификации процесса биологической очистки

Введение

Особенность илов зрелого возраста, а именно устойчивость к изменению условий внешней среды и низкий прирост обусловливают целесообразность их применения при биоочистке токсичных сточных вод непостоянного состава, что характерно для промстоков химической промышленности. Однако многокомпонентность, наличие ксенобиотиков, токсичных примесей и существенные колебания концентрац

ий загрязнителей в сточных водах диктуют необходимость повышения их ферментативной активности.

Глава 1. Сущность биологической очистки сточных вод

В сточных водах содержится сложная смесь твердых и растворенных веществ, которые присутствуют в очень малых концентрациях. На очистных станциях концентрации всех этих веществ снижают до приемлемого уровня или химически трансформируют вредные вещества в безопасные соединения. Схема очистной станции зависит от степени загрязненности и количества обрабатываемых стоков, а также от экономических и экологических соображений. Большая часть водоочистных станций, имеет много общего. Так в операциях первичной обработки удаляют наиболее легко отделяющиеся загрязнения, например крупные, легкоосаждающиеся частицы, масляные пленки и другие «легкие» компоненты. Суспендированные твердые частицы и растворимые компоненты отделяют в процессе вторичной обработки. Во многих случаях загрязняющие вещества имеют органическую природу; в таких случаях обычно используют биологическое окисление. Цель третичной обработки заключается в полном или частичном отделении всех оставшихся примесей. На этой стадии используются такие физико-химические методы, как электродиализ, обратный осмос, фильтрование через толстый слой и адсорбция.

В процессе первичной обработки отделяют влажные концентрированные твердые вещества, называемые илом; при вторичной обработке образуется активный клеточный ил. В этом процессе существует взаимосвязь между утилизацией субстрата и образованием биомассы. Хотя процессы вторичной биологической обработки с участием множества видов микроорганизмов очень эффективны при деградации разбавленных смесей органических отходов, при расчётах следует учитывать, что при этом образуется, и биомасса. Таким путем очень мелкие нерастворимые частицы и растворенные компоненты жидких отходов частично превращаются в ил, который легче поддается отделению, чем исходные загрязняющие вещества. Установки для переработки ила являются важной составной частью станций по очистке сточных вод. Для уменьшения объема ила, образующегося при очистке воды, широко применяется операция анаэробной переработки, при которой органические вещества подвергаются биологической деградации в анаэробных условиях.

Но на практике все три уровня очистки сточных вод и переработки ила используются не всегда. Иногда сточные воды спускают в природные водоемы (ручьи, реки, пруды, озера и океан) без обработки. В других случаях применяют только первичную обработку. Например, для большинства городских систем водоочистки в США та или иная форма вторичной обработки является обязательной, а третичная обработка в настоящее время применяется лишь изредка.

Основные характеристики сточных вод

Природа и концентрация загрязняющих веществ в сточных водах зависят от их источника. Существуют два основных вида сточных вод — промышленные и бытовые. Последние загрязнены главным образом уличным мусором, моющими средствами и экскрементами.

Бытовые сточные воды обычно содержат более 99% воды, около 300 млн -1 (мг/л) суспендированных твердых веществ, а также около 500 мг/л летучих веществ. Большая часть суспендированных твердых веществ имеет целлюлозную природу, а другие загрязняющие органические вещества включают жирные кислоты, углеводы и белки. Неприятный запах бытовых сточных вод обусловлен разложением белков в анаэробных условиях.

Если учесть происхождение бытовых сточных вод, то не удивительно, что в них содержатся различные виды почвенных и кишечных микроорганизмов, в том числе аэробные организмы, облигатные и факультативные анаэробы, бактерии, дрожжи, плесени и грибы. Поскольку в бытовых сточных водах часто присутствуют также патогенные организмы и различные вирусы, чрезвычайно важна полная изоляция источников и трубопроводов для подачи питьевой воды от загрязнения сточными водами. Популяции микроорганизмов в сточных водах служат постоянным смешанным посевным материалом для процессов биологической очистки и, кроме того, источником метаболической активности в стандартных методах определения степени загрязнения сточных вод.

Наиболее распространенным критерием концентрации загрязняющих веществ в бытовых сточных водах является показатель биохимической потребности в кислороде (ВПК), равный количеству растворенного кислорода, поглощаемого единицей объема сточных вод за определенное время при 20°С. Продолжительность периода инкубации обычно указывают в виде подстрочного индекса; так, если ВПК определяют по результатам инкубирования в течение 5 суток (один из принятых периодов), то соответствующий показатель обозначают символом БПК 5.

Количество растворенного кислорода, поглощаемого в ходе инкубации вплоть до полного прекращения биологического окисления органических веществ, называют предельной (или полной) ВПК (БПКп), Этот тест, разработанный еще в 1898 г. Британской Королевской комиссией по ликвидации отходов, должен был моделировать условия в водных потоках и обеспечивать относительно прямое определение одного из наиболее вредных и опасных последствий сброса сточных вод — истощения растворенного кислорода в водных бассейнах, куда сбрасываются отходы. Снижение концентрации растворенного кислорода быстро приводит к гибели множества аэробных организмов, а также животных; конечным результатом истощения растворенного кислорода будет грязная, неприятно пахнущая река, зараженная патогенными микроорганизмами.

Другим критерием потенциального снижения общей концентрации растворенного кислорода в водоемах, в которые поступают сточные воды, служит химическая потребность в кислороде (ХПК), равная числу миллиграммов кислорода, поглощаемого 1 литром пробы (сточных вод) из горячего подкисленного раствора бихромата калия. В общем случае химическому окислению подвергается больше веществ, чем биологической деградации, и, следовательно, величина ХПК должна быть больше величины БПК для одного и того же образца. Измерение ХПК связано с возможной степенью загрязнения естественных водоемов сточными водами не столь непосредственно, как определение БПК; с другой стороны, ХПК можно определить с помощью доступной простой аппаратуры за 2 ч, а с помощью сложных приборов — за несколько минут. БПК и ХПК являются общими и самыми грубыми индикаторами состава сточных вод. Тем не менее они дают полезную информацию о степени опасности, которую представляют сточные воды для окружающей среды. Другим преимуществом показателей БПК и ХПК является возможность их определения с минимальным количеством несложной аппаратуры, причем выполнение соответствующих анализов требует лишь кратковременного обучения персонала.

 Скачать реферат