Введение: Сегодня давайте узнаем о главном герое биологической очистки – активном иле (переносчике различных микроорганизмов). Он играет решающую роль в процессах биологической очистки, удаляя из сточных вод такие загрязняющие вещества, как ХПК, аммиачный азот, общий азот и общий фосфор, посредством различных микроорганизмов, находящихся в осадке. Те, кто посещал очистные сооружения, могут почувствовать слабый мутный запах; это запах активного ила!
01 Происхождение активного ила
Активный ил был впервые обнаружен в 1912 году Кларком и Гейджем в Великобритании в результате небольшого эксперимента. В ходе эксперимента при длительной аэрации сточных вод образовывался ил, и качество воды значительно улучшалось. Впоследствии Арден и Локгт изучили это явление.
Эксперименты по аэрации проводились в бутылках. В конце каждого дня эксперимента бутылки опорожнялись, и на следующий день процесс начинался снова. Они случайно обнаружили, что, поскольку бутылки не были тщательно очищены, эффект очистки был лучше, когда осадок прилипал к стенкам бутылок. Признавая важность осадка, остающегося на стенках бутылок, они назвали его активным илом.
В дальнейшем перед окончанием каждого дня эксперимента аэрированным сточным водам давали отстояться, сливая только верхний слой очищенной воды и оставляя осадок внизу для использования на следующий день. Это значительно сократило время очистки сточных вод.
В 1916 году с использованием этого экспериментального процесса была построена первая установка по очистке сточных вод активным илом.
02 Структурный состав и физические свойства активного ила
Активный ил представляет собой хлопьевидное вещество, образованное смесью микробных сообществ, таких как бактерии, грибы, простейшие и многоклеточные организмы, со взвешенными и коллоидными веществами в сточных водах. Он обладает сильной способностью адсорбировать и разлагать органические вещества, хорошими осаждающими свойствами и обладает биохимической активностью.
Флоки и нитчатые бактерии являются важными компонентами активного ила.
Флоки образуются в результате агрегации бактерий со слизью или капсулами. Они адсорбируют примеси и свободные микроорганизмы в сточных водах, придавая активному илу отличные осаждающие свойства и защищая микроорганизмы в сточных водах от проглатывания или отравления.
Нитчатые бактерии образуют скелет активного ила. Они растут и удлиняются под прикреплением хлопьев, заставляя хлопья образовывать более крупные частицы, сохраняя при этом рыхлость активного ила.
По внешнему виду активный ил обычно имеет желтый или коричневато--желтый цвет. Он становится черным, когда поступление кислорода недостаточно или является анаэробным, и серовато--белым, когда поступление кислорода чрезмерно, а питательных веществ недостаточно. Активный ил имеет высокое содержание воды, обычно более 99%, а его плотность аналогична плотности воды, обычно 1,002–1,003 кг/л.
03 Микробный состав активного ила
В микроорганизмах активного ила простейшие питаются бактериями, а многоклеточные - как простейшими, так и бактериями, образуя пищевую цепь и сбалансированное биологическое сообщество. Бактерии активного ила часто существуют в виде хлопьев, меньшее их количество существует в свободном состоянии. Это дает бактериям способность противостоять неблагоприятным внешним факторам. Свободные бактерии не легко осаждаются, но на них могут охотиться простейшие, что делает сточные воды из отстойника более прозрачными.
1. Бактерии
Бактерии — это одноклеточные-организмы. Они разнообразны, многочисленны и имеют крошечные размеры в активном иле, обладают сильной способностью адсорбировать и разлагать органические вещества, играя решающую роль в очистке сточных вод.
На ранних стадиях культивирования активного ила бактерии в сточных водах практически отсутствуют. По мере постепенного формирования осадка они постепенно объединяются в более крупные группы.
(1) Флоксы: это крошечные видимые частицы, состоящие из бактерий и выделяемых ими желеобразных веществ. Большинство бактерий в активном иле заключены в желеобразные вещества, существующие в виде хлопьев. Флоки являются структурным и функциональным центром активного ила, обладающим такими свойствами, как адсорбция, окислительное разложение и коагуляционное осаждение.
(2) Нитчатые бактерии: это тип бактерий, клетки которых, с капсидами или без них, соединены вместе, образуя нити. Нитчатые бактерии часто прикрепляются к бактериальным хлопьям и переплетаются с ними, образуя скелет обрастающего ила. Однако, когда они размножаются в больших количествах, они могут ухудшить флокуляционные и осаждающие свойства активного ила, а в тяжелых случаях вызвать набухание ила.
(3) Нитрифицирующие бактерии Нитрифицирующие бактерии — это тип автотрофных бактерий, которые могут разлагать аммиак и нитрит. Они включают две физиологические подгруппы: *Нитрифицирующие бактерии* и *Нитрифицирующие бактерии*, которые принадлежат к самостоятельному семейству-Семейство нитрифицирующих бактерий. Нитрифицирующие бактерии получают энергию для удовлетворения своих метаболических потребностей путем окисления неорганических соединений посредством нитрификации, используя CO2 в качестве единственного источника углерода. Это типичные хемоавтотрофные бактерии. Нитрифицирующие бактерии обладают нитрификацией, которая относится к процессу, при котором нитрифицирующие бактерии окисляют NH3 до NO2- в аэробных условиях и далее окисляют его до NO3-, получая тем самым энергию, необходимую для роста. Первая стадия — окисление NH3 до NO2- — называется нитрификацией или окислением аммиака и завершается нитрифицирующими бактериями; вторая стадия, окисление NO2- до NO3-, называется нитрификацией и завершается нитрифицирующими бактериями. Таким образом, обычно обсуждаемая нитрификация на самом деле включает две стадии: нитрификацию нитритокисляющими бактериями и нитрификацию нитрифицирующими бактериями.
(4) Денитрифицирующие бактерии: Денитрифицирующие бактерии являются хемогетеротрофными бактериями. В условиях дефицита кислорода- они восстанавливают нитраты до нитритов, а затем восстанавливают нитриты до газообразного азота, тем самым получая энергию. По сути, это противоположно функции нитрифицирующих бактерий (природа интересна этим: два разных типа бактерий осуществляют круговорот азота). Денитрифицирующие бактерии широко распространены в почве и сточных водах, играя важную роль в очистке ландшафтных вод, управлении городскими реками и очистке аквакультуры.
(5) Гидролитические подкисляющие бактерии: это бактерии, которые могут использовать большие и сложные органические молекулы для жизнедеятельности в анаэробной среде. Гидролиз – это процесс, при котором сложные нерастворимые полимеры превращаются в простые растворимые мономеры или димеры. Из-за своей большой относительной молекулярной массы высокомолекулярные-органические вещества не могут проходить через клеточные мембраны и, следовательно, не могут напрямую использоваться бактериями. Сначала они превращаются в более мелкие молекулы под действием гидролитического действия бактериальных внеклеточных ферментов. Наиболее типичной характеристикой этой стадии является то, что биологическая реакция происходит внеклеточно. Бактерии завершают реакции биокаталитического окисления, высвобождая внеклеточные свободные ферменты или иммобилизованные ферменты, прикрепленные к клеточной стенке.
И так далее... видов бактерий много, поэтому на этом я пока остановлюсь. Подробное описание отдельных видов бактерий может быть предоставлено позже.
2. Простейшие
Простейшие – это маленькие, простые, одноклеточные-низкие-животные. Большое количество простейших обитает в активном иле очистки сточных вод. Они участвуют в очистке сточных вод, поглощая органические частицы. Более того, поскольку простейшие чувствительны к условиям окружающей среды, их состав и количество изменяются в зависимости от изменений окружающей среды; поэтому их часто используют в качестве индикаторных организмов. Общие примеры включают вортицеллы, амебы, жгутиконосцы и плавающие инфузории. Эти микроорганизмы составляют более 80% от общего количества. Если количество особей превышает 1000/мл, это следует считать активным илом с высокой эффективностью очистки.
3. Микрометазоа
Основными микрометазойами активного ила являются коловратки и нематоды. В целом количество микроскопических многоклеточных животных в активном иле относительно невелико. Однако в активном иле с низкой-нагрузкой, особенно в активном иле с расширенной аэрацией, иногда доминирующими видами могут становиться коловратки и олигохеты.
04 Показатели эффективности активного ила Микробное сообщество в основном включает бактерии, простейшие и многоклеточные организмы, при этом бактерии и простейшие являются двумя основными категориями. Показатели эффективности активного ила включают: взвешенные вещества в смешанной жидкости (MLSS), коэффициент осаждения ила (SV), индекс объема ила (SVI) и индекс плотности ила (SDI).
Взвешенные вещества в смешанной жидкости (MLSS) представляют собой общую массу твердых частиц активного ила, содержащихся в единице объема смешанной жидкости в аэротенке, т.е.:
MLSS=Ма + Я + Ми + Мии
Ма – метаболически активное микробное сообщество;
Me – остатки эндогенного метаболизма и самоокисления микроорганизмов (в основном бактерий);
Mi – инертные органические вещества, которые трудно разлагать бактериям, переносимые неочищенными сточными водами;
Мии – Неорганические вещества, переносимые сточными водами.
Единица измерения — мг/л или кг/м³.
Летучие взвешенные вещества в смешанной жидкости (MLVSS) представляют собой концентрацию органических твердых веществ в активированном иле смешанной жидкости, т.е.:
MLVSS=Ма + Я + Ми
Отношение MLVSS к MLSS выражается как f. В нормальных условиях значение f относительно фиксировано и составляет около 0,75 для бытовых сточных вод.
И MLVSS, и MLSS можно использовать для отражения концентрации ила в резервуарах биологической очистки. Сравнение ежедневных данных может выявить рост активного ила. Однако MLVSS исключает неорганические вещества, что приближает его значение к фактическому количеству микроорганизмов.
Скорость осаждения осадка (SV), также известная как 30-минутная скорость осаждения, представляет собой процент от объема осажденного ила, образовавшегося после того, как смешанная жидкость отстоялась в мерном цилиндре в течение 30 минут, выраженную в процентах (%).
На ранних стадиях культивирования активного ила скорость осаждения можно использовать для первоначального наблюдения за ростом ила. Обычно нормальная, стабильная SV активного ила составляет 20-35%. Более низкий SV указывает на недостаточную концентрацию ила, а более высокий SV указывает на чрезмерно быстрый рост ила (чрезмерное содержание питательных веществ, возможно, из-за чрезмерного источника углерода).
Индекс объема ила (SVI), также известный как индекс ила, представляет собой объем осевшего ила (в мл) на грамм сухого ила после 30 минут осаждения в смешанной жидкости на выходе из аэротенка. Формула расчета индекса объема осадка:
СВИ=СВ/MLSS
SVI используется для оценки способности осаждения ила, его нормальный диапазон обычно составляет от 70 до 150 мл/г. Низкое значение SVI указывает на низкую активность ила и высокое содержание неорганических веществ; Высокое значение SVI указывает на потенциальное накопление осадка и плохую эффективность осаждения.
Индекс плотности осадка (SDI), обычно называемый плотностью, является обратной величиной SVI.
