Химизм процесса, характеристика основных и побочных реакций процесса. Стадии и химизм технологического процесса.

Технологическая схема производства биологической очистки сточных вод состоит из следующих стадий:

· механическая очистка сточных вод;

· биологическая очистка сточных вод;

· дезинфекция (обеззараживание) очищенных сточных вод;

· воздуходувная станция;

· обработка осадков.

Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии:

На первой стадии, сразу же после смешения активного ила со сточными водами, на его поверхности происходит адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц, несущих органические вещества). Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглощаемости, что приводит к практически полному потреблению кислорода в зоне поступления сточных вод в аэротенк. На первой стадии за 0,5-2,0 часа содержание органических загрязняющих веществ снижается на 50-60%.

На второй стадии продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идет их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми из активного ила), гетеротрофными бактериями, причем в первую очередь на энергетические потребности (реакция 1) и на синтез биомассы (реакция 2):

С_хН_уОN + О₂ +  ^{гетеротрофные бактерии}  СО₂ + Н₂О + NН₃ + Н⁺                                                       (1)

С_хН_уОN + О₂ +   ^{гетеротрофные бактерии}  С₅ Н₇NО₂ + Н₂О + СО₂ + Н⁺                                              (2)

где: С_хН_уОN – органическое вещество, содержащееся в сточной воде;

     С₅ Н₇NО₂ – среднестатическое соотношение основных элементов клеточного вещества.

Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в иловой смеси накапливается растворенный кислород. На второй стадии за 2,0-4,0 часа экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ.

На третьей стадии происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами, автотрофными бактериями, окисляющими клеточное вещество (стадия внутриклеточного питания активного ила, (реакция 3), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты (реакция 4), регенерация активного ила.

С₅Н₇NО₂ + 5О₂ +     ^{автотрофные бактерии} 5СО₂ + 2Н₂О + NН₃ + Н⁺                                               (3)

NН₃ + О₂ +   ^{автотрофные бактерии}   НNО₂ + О₂ +  ^{автотрофные бактерии} НNО₃                                     (4)

Скорость потребления кислорода на этой стадии вновь возрастает. Продолжительность третьей стадии составляет 4-6 часов для бытовых стоков и может удлиниться до 15 часов при совместной очистке бытовых и промышленных сточных вод. Таким образом, общая продолжительность процесса биологической очистки в аэротенках может составлять от 6-8 часов до 10-20 часов.

1.2. Теоретические основы принятого метода.

Метод биологической очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов использовать различные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности.

Биологическому окислению подвергаются органические вещества, находящиеся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворенном состоянии. Кроме органических веществ переработке подвергаются некоторые неокисленные неорганические соединения, такие как сероводород, аммиак, аммонийные соли.

Биологическая очистка сточных вод производится в аэротенках-смесителях в аэробных (в присутствии кислорода) условиях под действием зооглейных скоплений микроорганизмов – активного ила.

Основная роль в процессе очистки сточных вод принадлежит бактериям, число которых в расчете на 1г сухого вещества ила колеблется от 10⁸ до 10¹⁴ клеток. Ил имеет развитую поверхность – до 100м² на 1г сухой массы, что способствует интенсивному изъятию загрязнений из сточной воды. В зависимости от условий существования, в иле развивается 5-8 родов бактерий, среди них представители Psenljmonos , кокковые формы, бациллы и другие.

Кроме бактерий в активном иле развиваются простейшие микроорганизмы – жгутиковые инфузории, ресничные инфузории (аспедиски, фортицеллы) и более сложные организмы – коловратки и другие.

Роль простейших многопланова, они питаются бактериями, поддерживая в иле бактериальное равновесие. Поедая, наряду с молодыми клетками старые, простейшие обеспечивают омолаживание ила и развитие новых жизнеспособных клеток. Простейшие также питаются частицами загрязнений, находящихся в сточной жидкости, благодаря чему происходит дополнительное осветление воды.

По численности и видовому составу простейших, по их состоянию можно судить о работе аэротенков таблица 1.

Таблица 1.- Зависимость работы аэротенка от наличия простейших микроорганизмов в активном иле.

1.3. Основные физико-химические свойства исходного сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции, характеристика их качества согласно ГОСТ и ТУ.

Осветленные сточные воды со стадии механической очистки – содержат в своем составе химические загрязняющие вещества и бакзагрязнения.

Активный ил – суспензия аэробных микроорганизмов в виде мелких хлопьев от светло – коричневого до черного цвета.

Биологически очищенные сточные воды – имеют остаточные патогенные микроорганизмы.

Факторы влияющие на развитие и жизнедеятельность активного ила:

- температура, [15] ⁰С                                                                                                                      20-28

- рН среда, [15]                                                                                                                                     7-8

- содержание растворенного кислорода в иловой смеси, [15] мг/дм³                                        2,0

- наличие питательных веществ

- наличие токсинов.

Для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов, более полного и устойчивого процесса биологической очистки производственных сточных вод, их разбавляют бытовыми сточными водами, содержащими в своем составе все необходимые биогенные элементы.

Кроме основных элементов (С - углерода, Н - водорода, N - азота) для построения клетки необходимы и другие элементы (К, Са, Мg, Fе). Азота и фосфора может не хватать, поэтому при необходимости их добавляют в виде растворов суперфосфата или сульфата аммония до соотношения:

                                                   БПК / N / P = 100 / 5 /1

 Длительный недостаток азота приводит к образованию труднооседающего активного ила и к потерям его в результате выноса из вторичных отстойников.

Роль фосфора в жизни бактерий чрезвычайно велика, т.к. он входит в состав наиболее активных веществ клетки. При недостатке фосфора в сточных водах в иле развиваются нитчатые формы бактерий, обуславливающие медленное его оседание, кроме того, происходит замедление роста активного ила и снижается интенсивность окисления органических соединений.

Таблица 2. - Характеристика сточных вод.

Таблица 3. - Эффективность работы очистных сооружений по загрязняющим веществам.

2. Технологическая и эксплуатационная характеристика процесса.