Вода поверхностных и подземных источников подвержена загрязнениям антропогенного характера, в состав которых входят органические вещества.
Содержащиеся в воде органические соединения могут стимулировать бактериальный рост на очистных сооружениях и в водопроводной сети. Аммонийные соединения, фосфор, марганец, железо являются субстратом (питанием) для некоторых бактерий.
Различают биоразлагаемые и биорезистентные органические вещества. К последним относится синтетическая органика и галогенированные соединения, попадающие в источники при сбросе недостаточно очищенных промстоков, а также в процессе обработки воды хлором.
Показателем уровня загрязнения источников органическими веществами в настоящее время является углерод:
ООУ – общий органический углерод .
РОУ – растворенный органический углерод .
АОУ – ассимилируемый органический углерод, это количественная оценка биоразлагаемых веществ (не включает гумусовые вещества). Количество АОУ является показателем потенциального роста микроорганизмов. Чем ниже АОУ, тем выше биологическая стабильность воды.
|
|
Биологическая очистка природных вод известна давно – медленная фильтрация. Возможность применения биологических методов очистки связана со способностью органических веществ к биоразложению. Однако, широкого применения в водообработке эти методы получили только во второй половине ХХ века. Опыт стран Западной Европы (фирма «Дегремон») показывает, что биологические процессы могут сочетаться с технологическими схемами физико-химической очистки.
Биологическими методами могут быть удалены:
— органические вещества: фенолы, нефтепродукты .
— аммонийные соединения .
— железо, марганец .
— привкусы и запахи .
— увеличен срок работы сорбентов.
Известны следующие процессы биологической очистки.
Окисление в биопленке. Биопленка образуется на поверхности твердого материала – носителя. Бактерии прикрепляются к поверхности носителя, используя клейкие вещества или за счет сорбции. Закрепленные бактерии становятся более устойчивыми к внешним воздействиям. АОУ, имеющийся в природных водах, способен поддерживать рост биопленки.
Носителем могут служить волокна, песок, гравий, клиноптилолит, активированный уголь. На рост колоний влияют гранулометрия, пористость, поверхностная активность материала носителя.
Биореакторы с закрепленной микрофлорой. Фильтры с загрузкой определенного гранулометрического состава, промывкой с малой интенсивностью либо без промывки (чтобы не вымывалась биопленка).
ГАУ является очень хорошей средой для развития микрофлоры. При этом биоразлагаемые вещества удаляются микрофлорой и тем самым увеличиваются адсорбционные места для сорбции биорезистентных органический соединений, т.е. увеличивается срок службы ГАУ.
|
|
Химическое окисление и биопленка. Предварительное озонирование – повышается концентрация растворенного кислорода. Поскольку процессы биологической очистки аэробны, то органические вещества окисляются до состояния, в котором они легко ассимилируются микроорганизмами.
Однако дозы окислителя и время контакта необходимо определять в процессе пилотных исследований на обрабатываемой воде.
Технологические схемы
Двухступенное фильтрование: вода поступает на скорый песчаный фильтр, а затем на сорбционный фильтр с ГАУ. Первая ступень является биологическим фильтром. Конструктивно это стандартный открытый или напорный скорый фильтр. Скорость фильтрования невысокая, ниже, чем для осветления, т.е. увеличивается время контакта воды с загрузкой. Предварительное хлорирование не производится. Промывка загрузки осуществляется с малой интенсивностью, возможно применение водовоздушной промывки. Таким образом, создаются условия для аккумулирования биопленки. В качестве первой ступени может использоваться угольный фильтр без промывки либо с частичной 70-80% регенерацией для сохранения биопленки.
Напорные фильтры с нисходящим или восходящим фильтрованием. Вначале вода фильтруется через инертный материал, служащий носителем биопленки, где задерживаются биоразлагаемые органические вещества, а затем поступает на сорбционную загрузку, где удаляются биорезистентные вещества.
![]() |
Рис. 5.39 Напорный одно- и двухкамерный биофильтр.
Традиционная двухступенная безреагентная схема дополняется сорбционным фильтром.
Рис.5.40 Схема двухступенного фильтрования с медленным фильтром
Вместо префильтра можно использовать устройство верхнего слоя медленного фильтра из клиноптилолита, матов из волокна.
ВОДГЕО /ВиСТ, 1998,№5/ разработан биотехнологический метод очистки природных и сточных вод – биосорбция: совмещение в пространстве и времени процессов сорбции загрязнений с их биологическим окислением.
Процесс протекает через стадии:
— адсорбция загрязнений из воды в микропористой структуре сорбента .
— биохимическая модификация адсорбированных трудноокисляемых веществ в биоразлагаемую форму экзоферментами, иммобилизованными в микропористой структуре активированного угля .
— десорбция биоразлагаемых продуктов к поверхности частиц сорбента .
— биологическое окисление этих продуктов микроорганизмами биопленки на поверхности частиц сорбента.
Это обеспечивает постоянное биологическое восстановление сорбента и исключает необходимость его термической регенерации или замены.
Принципиальное отличие биосорберов от традиционных сорбционных фильтров с ГАУ заключается в том, что сорбционная загрузка постоянно поддерживается в псевдоожиженном состоянии, что обеспечивает интенсивный массообмен между частицами сорбента и обрабатываемой водой, повышает эффективность адсорбции загрязнений и создает благоприятные условия для развития бактериальной пленки на зернах сорбента. Таким образом, сорбционная очистка дополняется биологической, в результате чего происходит непрерывное биологическое окисление адсорбированных загрязнений (биорегенерация сорбента).
Оптимальная степень расширения составляет 40-42%. Недостаточное или неравномерное взвешивание слоя приводит к ухудшению массобмена, возникновению застойных зон, в которых происходит накопление загрязнений, вызывающее вторичное загрязнение воды.
Биосорбционный метод рекомендуется в качестве предварительной очистки при водоподготовке, позволяет отказаться от озонирования и сорбции. Качество очищенной воды по органическим загрязнениям соответствует ГОСТ на питьевую воду. Сочетание биосорбции с традиционными методами обработки воды на последующих стадиях повышает барьерную функцию очистных сооружений, позволяет при экономии реагентов улучшить качество очищенной воды по всем основным регламентируемым показателям, снизить риск образования хлорорганичеких соединений в процессе обработки.
|
|
Биосорбер – колонна Д=1200 мм, снабженная распределительной и сборной системами.
Аэрационная колонна диаметром 370 мм. Время пребывания воды в биосорберах 15-20 мин.
Рис.5.41 Биотехнология ВОДГЕО
Технология «Биокарбон» (Франция): в скорых фильтрах, загруженных ГАУ, в среднем слое загрузки размещены воздуховоды для насыщения нисходящего потока фильтруемой воды кислородом воздуха. Это способствует росту и жизнедеятельности аэробных бактерий, развивающихся на зернах загрузки и окисляющих органические вещества, сорбируемые в порах загрузки. Нижняя часть угольной загрузки служит для задержания взвешенных веществ, включая частицы бактериальной массы, выносимые потоком воды из верхних слоев.
Биореактор с волокнистыми носителями прикрепленных микроорганизмов /ВОДГЕО/. Биореактор представляет собой колонну переменного сечения, заполненную высокопористым полимерным материалом, удерживаемом в плавающем состоянии решеткой. В нижней части реактора размещен осадкоприемник, соединенный с дренажем КФПЗ (контактный фильтр с плавающей загрузкой). Биореактор оборудован распределительной системой для сжатого воздуха, трубопроводами подачи исходной, промывной воды, а также сброса промывной воды.
В процессе обработки исходная воды предварительно насыщается кислородом и поступает в толщу волокнистой загрузки, на поверхности которой развивается естественный биоценоз, поглощающий из обрабатываемой воды часть растворенных органических загрязнений. Периодически отрывающиеся хлопья биопленки оасждаются в осадкоприемнике. Выполнение элементов волокнистого слоя с уменьшающейся по ходу потока плотностью упаковки способствует беспрепятственному осаждению оторвавшейся биопленки. После биореактора вода поступает на КФПЗ, перед которым вводится реагент. При возрастании суммарных потерь напора заряжается сифон и идет промывка установки. Область применения: М до 250 мг/л, Ц до 200, водоросли до 15 тыс. кл./мл.
|
|
Вывод. Биологические процессы хорошо вписываются в традиционные технологические схемы физико-химической очистки и, в ряде случаев, оправданы технико-экономически.
Однако, может снизиться санитарная надежность. Агрегаты бактерий, попадающие в воду при биологической очистке, и бактерии, закрепленные на носителе, более устойчивы к обеззараживанию, чем отдельные клетки.
Большая часть из них непатогенны, но исключить возможность патогенных микроорганизмов нельзя. Бактерии Коли не могут служить индикатором, более надежным является ОМЧ. В фильтрате ГАУ при отсутствии бактерий Коли обнаруживают большие количества бактерий других групп.
Особое внимание следует уделять санитарно-гигиеническому контролю. После биологической очистки проводят хлорирование с повышенными дозами остаточного хлора, что может привести к необходимости последующего дехлорирования.
