tratare biologică Gudkov a apelor uzate urbane

Istoria utilizării tratamentului biologic a început cu construcția în câmpurile primul filtru din secolul XIX, în care apa uzată purificată prin filtrare printr-un strat de sol în stare naturală. Este posibil, în special, de a utiliza apa uzată în agricultură.

dispozitive mai sofisticate - biofiltre, concepute pe principiul câmpurilor de filtrare, dar lipsit de slăbiciuni inerente (ex., amprenta la sol mare, încetarea activității, în timpul iernii, etc.), a apărut în Anglia în 1893 și în România după 15 ani.

În jurul 1914, a apărut o metodă de tratare a apelor uzate cu nămol activat în bazine de aerare, care este folosit în prezent ca un standard pentru curatare profunda. În țara noastră, epoca de tratare biologică a apelor reziduale în condiții artificiale a fost deschis în 1922, după rapoartele de „tratare a apelor reziduale de nămol activat“ și „Prezentare generală a managementului de laborator a apelor uzate Moscova in perioada 1914-1922“, a făcut la a douăsprezecea Vserumynskom sanitare și Congresul sanitar-tehnic.

Prima stație din România aerofiltratsii (Kozhuhovskaya) capacitate totală de 37 de mii de metri cubi 3 / zi a fost comandat la Moscova 19291933 gg. Stația a fost combinat cu succes într-un tratament original și a apelor uzate în bazinele de aerare, biofiltre și iazuri biologice.

Pana in prezent, tratamentul biologic la nivel mondial este principala metoda de eliminare din apele reziduale municipale contaminare cea mai mare parte organică și bacteriene. Pe baza metodei biologice dezvoltate sute de dispozitive diferite și structuri în care această metodă este utilizată atât separat cât și în combinație cu metode de curățare mecanică sau fizico-chimice.

Manualul este destinat să ajute studenții înscriși în specialitatea 290800 „Alimentare cu apă și canalizare“, pentru a studia metodele și structurile de tratare biologică a apelor reziduale industriale costurilor interne și similare, mai mult de 500 m 3 / zi.

Fără a avea pretenția de a fi tema incluziv, manualul își propune să familiarizeze cititorii cu teoria și practica proiectarea structurilor care stau la baza etapei de tratament complet biologice si curatare profunda: bazine de aerare, biofiltre, irigare câmp și filtrare, iazuri biologice, oksitenki, circulant canale de oxidare nitridenitrifikatory . Pentru fiecare dintre structurile și metodele de mai sus sunt prezentate exemple de calcul.

1. BAZA DE TRATAMENT biologică a apelor uzate

Procesul de tratare biologică se bazează pe capacitatea microorganismelor de a folosi materii organice dizolvate deșeuri alimentare cu apă în timpul vieții. O parte din materia organică este transformată în apă, dioxid de carbon, nitrit și ioni sulfat, este o parte a formării biomasei.

instalațiilor de tratare biologică pot fi împărțite în două tipuri:

cu purificare, în condiții apropiate de natural;

cu purificare în condiții artificiale.

Primul tip include domeniul de filtrare și de irigare (teren, în care are loc curățarea prin filtrarea printr-un strat de sol) și iazuri biologice (apele puțin adânci, în care are loc curățarea, bazată pe rezervoare de auto-curățare).

Al doilea tip constă în acele structuri ca biofiltre și aerare. Biofiltru - rezervor cu materialul de filtrare, suprafața care este acoperită cu un biofilm (colonie microbiană, capabil să absoarbă și să oxideze materia organică din apa uzată). aerator - rezervor în care curățat apa uzată amestecată cu nămol activat (microorganismele biocenozei sunt de asemenea capabile să absoarbă substanțele organice din efluent).

Purificarea biologica este principala metoda de tratare a apelor uzate municipale. Există metode de purificare biologică aerobă și anaerobă a apelor uzate. In tratamentul aerob microorganismele sunt cultivate în nămolul activat și biofilm.

1. 1. Peste o sută într-un vnogo KTI și la și de in bio n ki

nămol activat este un sistem coloidal amfoter. Compoziția chimică elementară a nămolului activ și este suficient de aproape pentru apele uzate municipale are formula - C 54 H 212 O 82 N 8 S 7. activat sub formă de pudră de substanță nămol cuprinde 70 până la 90% organic și 10 până la 30% din substanțe anorganice. În plus față de organismele vii din nămolul conține un substrat - o varietate de reziduuri solide la care sunt microorganisme atașate. În aparență, nămolul activat este

fulgi și smocuri dimensiunea de 3150 microni și o suprafață mare - aproximativ 1200 m 2 per 1 m3 de nămol.

Comunitar organisme care populează nămolul activat sau biofilmul numit biocenoza vie. nămol activat biocenoza este reprezentata in principal de 12 tipuri de microorganisme și protozoare.

nămol activ biocenoze constă din bacterii, protozoare, fungi, drojdii, actinomicete, larve de insecte, krill, alge etc. distrugerea principal de poluanți organici în efluenți se realizează de către bacterii. La 1 m 3 de nămol 14 conținea 210 bacterii. În nămolul activat, acestea sunt sub formă de clustere, înconjurat de un strat lipicios (zoogloeas). Bacteriile sunt reprezentate de astfel de tipuri de Pseudomonas, batsillus, nitrobakter, Nitrosomonas și colab.

In nămolurile activi gasit patru specii de protozoare: sarkodovyh. flagelate. ciliate ciliate și supt, care absorb cantități mari de bacterii menținând în același timp numărul optim (o medie ciliate absoarbe 20 la 40 bacterii tysyach). Acestea contribuie la depunerea de nămol și a apelor reziduale de clarificare în rezervoare de sedimentare secundare. Situat la următoarele rotiferelor nivel trofice se hrănesc cu bacterii și protozoare.

calitatea nămolului este determinat de rata de depunere și de gradul de purificare a lichidului. Starea de nămol activat caracterizează indicele de nămol, care depinde de capacitatea nămolului din precipitații. Fulgi mari se stabilească mai repede decât cele mai mici.

Biofilmul creste pe umplutura are forma unui biofiltru și formațiuni mucoase grosime de 1 până la 2 mm. Structura specifică a biofilmului este mai variată decât nămolul activat. Biofilmul este format din bacterii, fungi, drojdii, larve de insecte, viermi, căpușe și alte organisme. La 1 m 3 biofilm conține 1 10 decembrie bacterii.

1. 2. Pe d-lui EP, dar ITS Dr. spa și da org substanțe nical x

Procesul de distrugere a compușilor organici complecși are loc într-o secvență specifică în prezența catalizatorilor pentru aceste reacții - enzime. Celulele bacteriene sunt eliberate. Enzime - compuși complecși (proteină cu greutate moleculară în sute de mii sau milioane) care accelerează reacțiile biochimice. Enzimele sunt una și două componente. enzimele bicomponente constau din proteina (apoenzimei) și nonproteinici părți (coenzima). Coenzima posedă activitate catalitică, iar purtătorul proteic crește activitatea.

Distinge enzime produse de bacterii la substanțe de clivaj extracelular - exoenzymes. și enzime digestive interne - en-

Caracteristica de enzime este faptul că fiecare dintre ele catalizează doar una dintre multele transformări. Există șase enzime majore Clasificare

Bufnițe: Oxidoreductazele. transferaza. gidralazy. liază. isomerazele și ligases. Pentru distrugerea unui amestec complex de substanțe organice trebuie să fie de 80 100 de enzime diferite, fiecare dintre ele are propria temperatură optimă peste care viteza de reacție scade.

proces Biooxidation este format din mai multe etape și începe cu scindarea substanței organice cu eliberarea hidrogenului activ. În acest proces, un rol deosebit este jucat de enzimele din clasa oxidoreductază: degidrogena-

PS (consumatoare de hidrogen din substrat), catalază (clivarea peroxid de hidrogen) și peroxidaza (folosind peroxid activat pentru oxidarea altor compuși organici).

Există substanțe care cresc activitatea enzimelor - activatori (vitamine, cationi Ca2 + Mg2 + Mn 2+ ..), și inhibitori. oferind un efect opus (de exemplu, săruri de metale grele, antibiotice).

Enzimele care sunt întotdeauna prezente în celule, indiferent de substrat, numit constitutiv. Enzimele care sunt sintetizate de celule ca răspuns la schimbările din mediul extern, numit adaptive. Perioada de adaptare este de la câteva ore până la sute de zile.

Reacția generală a oxidării biochimice în condiții aerobe poate fi reprezentată schematic după cum urmează:

în care C x H y O z N - toate materia organică a apelor uzate; C 5 H 7 NO 2 - formula condițional bacterii substanță celulară; Δ H - energie.

Reaction (I) prezintă natura oxidării substanței pentru a satisface nevoile de energie ale celulei (un proces catabolic), reacția (II) - pentru sinteza materialului celular (proces anabolic). Costurile de oxigen pentru aceste reacții constituie BOD apelor uzate. Reacție (III) și (IV) se caracterizează prin transformarea substanței celulare într-o lipsă de nutrienți. Consumul total de oxigen prin toate cele patru reacții este de aproximativ de două ori mai mult decât

Un număr mare de reacții biochimice au loc prin intermediul coenzimei A (CoA sau, CoA SH. Acilarea Coenzima). Coenzima A este derivat de acid și nucleotida-b pantotenic merkaptoetilamida - adeno-zine-3,5-difosfat (C 21 H 167 O 36 P 3 S) cu o masă moleculară de 767.56. CoA activează acidul carboxilic care formează ei derivați acil CoA.

Oxidat benzoic, etil și amil alcooli, glicoli, glicerol, anilină, esteri, etc. compuși nitro oxidați săraci, agenți activi de suprafață „hard“, alcooli trihidrici etc. Prezența grupelor funcționale crește capacitatea de a compușilor biodegradabili în această ordine ..:

- CH3; - OOCCH3; - CHO; - CH2OH; - CHOH; - COOH; - CN;

- NH2; - OHCOOH; - SO 3 H.

1. 3. Meta durere gp n e x s Torr la substanțe

Oxidarea carbohidratilor complex descris circuite / 7 /:

CH3 - CO - S - CoA →

unde CH3 - CO - S - CoA - acetil-CoA; TCA - ciclul acidului tricarboxilic constând dintr-o secvență de reacții catalizate de enzimele 10.

Ciclul tricarboxilic (ciclul Krebs, ciclul acidului citric, TCA) constă din următoarea secvență de reacții.

Acetil-CoA de enzima-shavelevo condensat cu acid acetic pentru a forma acidul citric, care este izomerizată de enzima din acidul și apoi izocitric cis -akonitovuyu care este decarboxilat oxidative. Acest proces are loc în două etape: mai întâi există dehidrogenarea acidului izocitric pentru a forma oxaloacetică acid succinic, care este apoi decarboxilat, de cotitură

în acid cetoglutaric. In plus, decarboxilarea oxidativă a acidului cetoglutaric, succinil-CoA se formează, care este convertit

acidul succinic liber. Următorul este dehidrogenarea acidului succinic la acidul fumaric, care este transformat în acid malic. După dehidrogenare se produce acidul oxaloacetică, care poate fi din nou condensat cu acetil-CoA.

Metanul este oxidat de schema:

CH 4 → CH 3 OH → HCHO → HCOOH → CO 2.

microorganisme alcool etilic este transformat în acid acetic, care, după reacția cu acetil-CoA încorporat în TCA:

CH3 CH2OH → CH3 CHO → CH3COOH → AcetilCoA → TCA.

Procesul de oxidare are loc după cum urmează:

CH3 (CH2) n-CH3 → O 2

CH3 (CH2) n-CH2-OH → CH3 (CH2) n-CHO →

→ CH3 (CH2) n-COOH →

β-oxidare → AcetilCoA → TCA.

Există trei tipuri de discontinuitate a inelului aromatic. Prin primul tip de inel este rupt între doi atomi de carbon adiacenți hidroxilați. In acest mod se descompun fenol, acid benzoic, naftalină, fenantren, antracen, etc.

Al doilea traseu diferența - este un decalaj de comunicare între atomii de carbon hidroxilați hidroxilați și non.

A treia cale este caracterizat printr-un decalaj inelar între atomul de carbon hidroxilat și atomul de carbon la care este atașată o grupare carboxil sau un alt grup.

Nitrificare și denitrificare

bacterii nitrificatoare oxida compuși cu azot de amoniu la nitriți la început, și apoi la nitrați. Acest proces este numit nitrificare și etapa finală este mineralizarea substanțelor organice care conțin azot

(A se vedea. Reacția IV). Prezența ionilor de nitrați în apă purificată este un indicator al caracterului complet al purificării.

Sub acțiunea bacteriile denitrificatoare de oxigen legat deprinsă de nitriți și nitrați (denitrificare). Termenii acestui proces - prezența materiei organice, acces redus la oxigen, reacție neutră sau ușor alcalină.

Denitrificarea are loc, în principal, pentru a forma azot molecular (rar format NH3) în tratarea apelor reziduale:

compuși care conțin azot se descompun cu eliberarea de azot sub formă de amoniac. De exemplu, ureea se descompune în cadrul schemei:

CO (NH2) 2 + 2 H 2 O → (NH 4) 2 CO 3 ↔ 2 NH3 + CO 2 + H 2 O.

Descompunerea compușilor organici poate avea loc prin formarea de aminoacizi, care sunt apoi izolate de amoniac în timpul fluxului diferitelor procese.

Sulf și thiobacteria că în condiții favorabile se pot dezvolta în procesul de tratare biologică, este oxidat substanțe cum ar fi sulf, hidrogen sulfurat, tiosulfaților, polythionates etc. Stadiul final al transformărilor sunt acidul sulfuric sau sulfați .:

S → S 2 O 3 2- → S 4 O 6 2- → SO 4 2-

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

Oxidarea fier și mangan. bacterii fier obține energie din oxidarea sării feros la compuși ferici:

4 feco 3 + O 2 + 6 H 2 O → 4 Fe (OH) 3 + 4 CO 2 + Δ H.

Divalent mangan este oxidat în tetravalent:

MnO 2+ + 1/2 O 2 + 2 HO - → MnO 2 + H 2 O.

1. 4. Pentru mo ve si nce din viteza iologi b h cu privire la curățarea eskoy de T ra ne zlich x F, care po în

Turbulența fluxului de ape uzate duce la o creștere a vitezei de po-

nutrienți nÎncercați și oxigen la microorganisme, ceea ce duce la o creștere a ratei de curățare. turbulență este asigurată de supra-

amestecarea aerului insuflat sau prin mijloace mecanice.

Creșterea temperaturii crește rata de curățare a fluxului de canalizare în 2 până la 3 ori, dar numai în intervalul de la 20 la 30 ° C. Este necesară efectuarea aerarea mai intense, deoarece solubilitatea în oxigen scade odată cu creșterea temperaturii.

La temperaturi mai mici bacterii incetineste procesul de adaptare la noile tipuri de contaminare, procesele de nitrificare se deterioreze, floculare și sedimentare a nămolului activat.

Sărurile de metale grele adsorbite de nămol activat, activitatea biochimică a nămolului este redus și umflarea acestuia se produce datorită formelor filamentoase intense de dezvoltare a bacteriilor. Prin gradul de toxicitate metale grele

Acesta poate fi aranjate în ordinea următoare: Sb> Ag> Cu> Hg> Co> Ni> Pb>

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

Absorbția și consumul de oxigen. In timpul bule de aerare de aer saturat cu apă, și apoi oxigenul din bule este absorbită de apă și transferat într-un microorganism.

transferul de oxigen din faza gazoasă a celulelor în două etape. În prima etapă, transferul de oxigen din bule de aer în masa lichidă principală, al doilea - transferul oxigenului absorbit din lichidul în vrac la celule sub actiunea pulsațiilor turbulente. Viteza întregului proces este limitat prin difuzia rezistenta la apa de absorbție de oxigen. Cel mai sigur mod de a crește cantitatea de oxigen absorbit - creșterea volumetric coeficientul de transfer de masă. Acest lucru se realizează prin zdrobirea bulelor de gaz și conținutul de gaz crește fluxul de apă reziduală.

Rata consumului de oxigen de către microorganisme nu depășește rata de absorbție. oxigen crește rata consumului cu conținutul acesteia în apă, dar numai până la o anumită limită. Concentrația oxigenului în apă, la care rata consumului devine o constantă și nu depinde de creșterea suplimentară a concentrației, numită critică. Concentrația critică mai mică decât echilibrul și depinde de natura microorganismelor și a temperaturii.

Nutrienții și mineralele sunt esențiale pentru instalate

Peshnoy reacții biochimice din efluent. Acestea includ N,

S. P. K. Mg. Ca. Na. Cl. Fe. Mn. Mo. Ni. Co Zn. Cu și altele.

Printre acestea se numără N. de bază P și K. Lipsa azotului retardati oxidarea contaminanților organici și conduc la formarea trudnoosedayuschego nămolului. deficit de fosfor conduce la dezvoltarea bacteriilor filamentoase, și ca rezultat, umflare a nămolului activat.