Избыточный активный ил на биологических очистных сооружениях

Что такое активный ил

Активный ил — это биоценоз колоний бактерий и простейших организмов, которые участвуют в очистке сточных вод. Активный ил содержит основные физиологические группы микроорганизмов, которые способствуют разложению соединений фосфора, углерода, серы, азота и прочих элементов. Активный ил является сложной экологической системой, в которой организмы находятся на разных звеньях пищевой цепи. В первом звене находятся гетеротрофные бактерии, сапрофитные грибы и простейшие, также водоросли. На втором — голозойные простейшие. И третье звено занимают инфузории, тихоходки, хищные коловратки и грибы. Питательные вещества для них поступают в готовом виде вместе со сточными водами.

Внешний вид активного ила представлен в виде хлопьевидной массы, и он имеет цвет от светлого серого до темно-коричневого цвета. Хлопья активного ила состоят из слизистой оболочки, в которой густо заселены бактерии.

Важными факторами, влияющими на развитие и жизнеспособность активного ила, являются:

• температура
• наличие питательных веществ
• содержание растворенного кислорода в иловой смеси
• значение рН
• присутствие токсинов

Регенерация

Регенерация активного ила – это восстановление посредством аэрации окислительной и сорбционной способности возвратного активного ила.
Большую часть активного ила, находящегося во вторичном отстойнике, необходимо перекачивать в аэротенк. Через регенератор циркуляционный активный ил попадает в аэротенк. Ила во вторичном отстойнике собирается больше, чем нужно для циркуляции, избыток активного ила направляется на утилизацию.
Для полноценной и правильной регенерации необходимо выполнение следующих условий:

• полное отсутствие поступления осветленных вод в регенератор
• в регенератор направляется возвратный ил
• в регенератор должно подаваться в два раза больше воздуха, чем в другие коридоры аэротенков

Система регенерации включает в себя два самостоятельных процесса:

• окисление органики, образованной на иле, и полное удаление нерастворимых примесей из очищаемой воды
• процесс восстановления активного ила

В связи с этим регенерация протекает при увеличении времени пребывания в системе до 8–18 и более часов по сравнению с процессом окисления загрязнений, протекающего в аэротенках от 2 до 6 часов.

Если процесс регенерации ила хорошо обеспечивается, наблюдается восстановление окислительных свойств активного ила и замедление процессов неблагоприятного воздействия на ил. Металлы, пестициды, нефтепродукты, СПАВ, фенолы и т. д. доокисляются и инактивируются в процессе регенерации.

При изобилии подаваемого кислорода и за счет исключения процесса сорбции происходят следующие процессы:

• восстановление блокированных токсикантами дыхательных пигментов и ферментов ила
• депонирование в биополимерном геле инертных токсикантов
• последовательный гидролиз и потребление сложно окисляемой органики за счет продленного времени пребывания ила в системе

Регенерацию необходимо применять при наличии вредных примесей и при поступлении сточных вод с БПКполн, равным 150 мг/дм3 и более, согласно требованиям СНиП 2.04.03-85. Регенераторы бывают отдельно стоящими либо могут занимать от одного до трех коридоров аэротенка.

Процент регенерации ила можно менять, выделяя разное количество коридоров в аэротенках. Есть конструкции двухкоридорных аэротенков-вытеснителей с рассредоточенным впуском сточных вод, где процент регенерации можно изменять от 20 до 75%. Но здесь нельзя считать регенерацию полноценной, потому что происходит непосредственный контакт ила с поступающими на очистку стоками.

Чтобы добиться высокого качества очистки и стабильной работы биологических реакторов на современных сооружениях в присутствии большого количества сложно окисляемых промышленных примесей, нужно под регенераторы высвобождать не менее 50% объема аэротенков.

Причины, приводящие к повышению производительности аэротенков вследствие применения регенераторов:

1. Более активный процесс окисления благодаря тому, что доза активного ила в регенераторе в 2–3 раза выше, чем в аэротенке.
2. Рост числа активных бактерий, подавленных сточными водами в аэротенках.
3. Улучшение седиментационных характеристик ила вследствие понижения удельных нагрузок, улучшения свойств гелеобразующей микрофлоры, образования флокул и вытеснения нитчатых форм микроорганизмов.
4. Улучшение перемешивания ила и снабжение его кислородом благодаря повышенной подаче воздуха.
5. Нитрификация и повышенная устойчивость ила к аварийным сбросам и токсикантам из-за более высокой окислительной мощности аэротенков с регенератором.

Кроме того, там, где есть регенераторы, наблюдается уменьшение прироста ила, становятся более качественными его влагоотдающие свойства, что положительно влияет на стадии утилизации избыточного ила.

Своевременное удаление избыточного активного ила из вторичных отстойников и нормальная эксплуатация очистных сооружений обеспечивает полноценную регенерацию.

Очистка сточных вод активным илом

Очистка стоков при помощи активного ила является побочным продуктом способности микроорганизмов питаться загрязнениями. Так, поглощая загрязняющие вещества, бактерии параллельно с собственным питанием очищают стоки.

Существует два способа очищения сточных вод – аэробные (при участии кислорода) и анаэробные (при дефиците кислорода). Последние менее распространены, поэтому не будем им уделять внимание.

Стадии аэробной очистки стоков:

• передача кислорода и загрязняющих веществ на поверхность активного ила
• сорбция загрязнений
• ферментативный гидролиз
• перенос веществ внутрь клетки бактерий
• биохимическое внутриклеточное окисление загрязнений

При этом при анаэробном методе очистки происходит превращение органики в метан, который можно использовать в последующих технологических процессах.

Стадии анаэробной очистки:

• превращение органических веществ в мономерные
• рансформация мономеров в короткоцепочечные кислоты
• окисление полученных кислот до уксусной кислоты
• высвобождение метана и углекислого газа

Достоинствами очистки сточных вод активным илом – это низкая стоимость, надежность, экологичность, высокая степень очистки, отсутствие постоянной закупки расходных материалов.

Как контролировать и поддерживать дозу активного ила

Чтобы охарактеризовать работу биологических очистных сооружений, необходимо определить гидрохимические и гидробиологические показатели. Рассмотрим подробнее, что это такое.

К гидрохимическим характеристикам ила относят:

• дозу ила по объему
• дозу ила по весу
• иловый индекс

Доза ила по объему – это тот объем, который занимает активный ил по прошествии 30 мин и отнесенный к 1 дм³. Данный показатель определяет седиментационные свойства ила. Под такими свойствами понимается образование прочных и быстро оседающих хлопьев – ключевое технологическое свойство. В правильно работающем активном иле хлопья компактны, хорошо оседают. После отстаивания в течение 30 мин в цилиндре объемом 1000 см³ смесь ила располагается в минимальном объеме, не превышающем более чем в 40 раз объем его твердых компонентов.

Если же в сточных водах находится слишком много трудноокисляемых органических веществ либо они вообще не окисляются, активный ил начинает выделять большое количество экзоферментов для того, чтобы наладить механизм разложения этих веществ.

В итоге происходит серьезное увеличение общего объема хлопьев ила, достигающее увеличение твердых компонентов до 200 и более раз. Этот процесс носит название вспухание ила.

Доза ила по весу — показатель сухого вещества активного ила — говорит о биомассе потребителей загрязнений в иловой смеси.

Обычно рабочая доза активного ила находится в диапазоне 2–4 г/л. Если доза ила опускается менее 1 г/л, нельзя говорить об успешной биологической очистке.

Иловый индекс рассчитывается как объем 1 грамма сухого вещества активного ила, занимаемый им за 30 мин отстаивания в 1 дм3 цилиндре, то есть отношение объема отстоявшегося ила в см3 к массе его сухого вещества в г.

Благоприятным показателем для хорошей эксплуатации очистного комплекса является диапазон от 80 до 120 см3/г, максимально допустимые отклонения — от 60 до 150 см3/г.

Если иловый индекс превышает максимально допустимое отклонение (т. е. выше 150 см3/г), начинается вспухание активного ила.

Данный процесс является следствием нарушения внутреннего динамического равновесия в иловой экосистеме, происходящем в результате изменения условий в аэротенках, сопровождающихся формированием более примитивного, но устойчивого к данным условиями биоценоза с минимальным видовым разнообразием.

Дозу ила принято поддерживать на уровне 2–3 г/л. Конечно, увеличение дозы ускорило бы окислительные процессы, но тогда бы возникли проблемы при отделении ила во вторичных отстойниках. Превышение дозы ила свыше 3 г/л начинается загнивание и растет вынос с очищенной водой.

Что касается илового индекса, то при значении менее 120 мл/г ил оседает очень хорошо, в промежутке от 120 до 150 мг/л — удовлетворительно, свыше 150 мг/л — плохо. Ключевое требование к иловому индексу — стабильность.

Также выявлена закономерность, что чем ниже иловый индекс, тем большую дозу ила можно поддерживать в аэротенке. В таблице ниже указаны значения илового индекса и рекомендуемая доза активного ила.

Но учтите, что не существует пропорциональной зависимости между дозой и скоростью потребления загрязнений при увеличении дозы ила.

К гидробиологическим характеристикам ила относят:

• подсчет индикаторных организмов активного ила
• определение прозрачности надиловой воды

Под подсчетом индикаторных организмов активного ила понимают определение состава, количественного распределения и разнообразия организмов активного ила.

При просмотре под микроскопом можно выявить функциональное состояние организмов, провести количественный учет, сделать классификацию по индикаторным группам, определить тип биоценоза и его особенности. Применяют метод живой капли под покровным стеклом.

Существует несколько способов количественного учета микроорганизмов:

• определение относительной численности организмов по 5-балльной шкале
• определение относительной численности организмов по 9-балльной шкале
• определение абсолютной численности организмов в единице иловой смеси
• определение специфической плотности организмов (тыс. экз. на 1 г сухого вещества при условии подсчета всей капли иловой смеси)

Виды индикаторных организмов активного ила

 Рассмотрим видовое многообразие микроорганизмов активного ила

• Бактерия зооглея (Zoogloea ramigera). Данный тип бактерий выделяет в окружающую среду полисахаридный гель желеобразной формы, с помощью которого и происходит образование бактериальных флокул. Если таких бактерий станет слишком много, то нарушается седиментационная способность ила

• Нитчатая типичная бесцветная серобактерия (Thiothrix и Beggiatoa). Такие бактерии проживают в стоках, содержащих серу. Ключевой момент их жизнедеятельности – окисление соединений серы до элементарной серы. При плохой очистке и нехватке кислорода сероводород окисляется до серы, при хорошей очистке сера в клетках окисляется до сульфатов.

• Раковинные амебы планктонные (Gromia neglecta) могут долго находиться во взвешенном состоянии. Это практически лучший индикатор численностью от 0 до 100 млн на 1 г сухого вещества активного ила. В качестве питания данный вид использует одиночные бактерии, мелкие простейшие. Массовое развитие происходит при нарушениях процесса очистки. Эти микроорганизмы практически всегда присутствуют в иле, который очищает стоки промышленного происхождения.

• Раковинные амебы бентосные (Arcella, Centropyxis и Pamphagus) почти всегда встречаются в активном иле. Питание – гетеротрофное (бактериями, простейшими, одноклеточными водорослями). Увеличение численности бентосных корненожек связано с увеличением удельных нагрузок на активный ил.

• Инфузории (Carchesium polypinum) распространены очень широко в природе, пищей им служат бактерии, мелкие жгутиковые, которых они поглощают в огромном количестве. Индикаторное значение этих инфузорий определяется их способом питания, а он, в свою очередь, зависит от развития хлопьев активного ила.

• Класс Кругоресничные (Peritricha) являются ведущей группой по численности и видовому составу среди всех ресничных инфузорий, их функция — выедание бактерий, снижение мутности сточной воды и тем самым завершение процесса очистки. Поэтому при оценке состояния работы очистных сооружений этим инфузориям — как индикаторам очистки — уделяется пристальное внимание.

• Брюхоресничные черви (Gastrotricha) примыкают к коловраткам и относятся к червям. Род Gastrotricha редко, но встречается в активном иле при продленной аэрации. Размер особей может достигать до 3 мм, обычно 1 мм. Питаются они бактериями, простейшими и детритом с помощью ротовых ресничек или засасывая глоткой, работающей как насос. Chaetonotus maximus (1-1,5 мм) — биоиндикатор недогруженных илов, высокой минерализации, глубокой очистки.
  

Если условия благоприятны, то в активном иле наблюдается поэтапная смена всех микроорганизмов. Происходит включение в биоценоз всё более сложных видов, в том числе хищников.

Последовательная смена видов в активном иле выглядит так: дисперсные бактерии — нитчатые водоросли — зооглеи — нитчатые бактерии — бактерии в хлопьях ила — сапрофитные грибы — мелкие жгутиконосцы — мелкие голые амебы — мелкие раковинные амебы — крупные раковинные амебы — свободноплавающие инфузории — брюхоресничные инфузории — коловратки — нематоды — прикрепленные инфузории — малощетинковые черви — брюхоресничные черви — хищники (представители третьего трофического уровня) — сосущие инфузории — тихоходки — коловратки — хищные грибы.
Первым звоночком неблагоприятного течения процессов очистки становится снижение видового разнообразия активного ила.

• Ключевым фактором, оказывающим влияние на биоценоз, являются удельные нагрузки, формирующие для каждого очистного сооружения свой индивидуальный активный ил.

Принято выделять три типа активного ила:

• ил, который работает на неполное окисление органических загрязнений;
• ил, который работает на полное окисление;
• ил, который работает на полное окисление с последующей нитрификацией.

Определение прозрачности надыловой воды

Принято считать, что если прозрачность воды не менее 12 см, то степень биологической очистки удовлетворительная, а если 30 см – то это полная биологическая очистка, при условии, что все прочие показатели также на достаточном уровне.

При постоянном наблюдении за изменениями структуры биоценоза можно своевременно обнаружить неблагоприятные факторы, влияющие на качество процесса биологической очистки сточных вод.

Поэтому только прозрачность надыловой воды можно использовать в качестве оперативного показателя. Он зависит от состояния хлопьев ила.

Вынос активного ила из зон очистки

Причинами вспухания ила могут быть:

• высокие нагрузки на ил
• малое количество воздуха, подаваемого в аэротенк
• неоптимальная температура поступающей в аэротенк воды
• повышенное содержание углеводов в сточных водах, приводящее к интенсивному росту нитчатых бактерий и грибов в активном иле

У вспухшего активного ила чрезвычайно развитая поверхность, он обладает повышенной окислительной способностью. Такой ил гораздо интенсивнее использует углерод трудно окисляемых веществ, а потребность в азоте и фосфоре у нитчатых бактерий гораздо ниже, чем у флокулирующих бактерий. Но в практической деятельности применение этих потенциальных преимуществ осложнено. Нити пружинящих бактерий, когда пронизывают хлопья, служат барьером к их осаждению. Вспученный активный ил выносится из вторичных отстойников, при этом значительно снижая качество очищенной воды.

Вместе с процессом вспухания тяжело удерживать требуемую дозу активного ила в аэротенке, что тоже может повлиять на степень очистки. Вспухание активного ила присутствует при:

• превышении углеводов в очищаемой воде
• нехватке биогенных элементов
• снижении концентрации растворенного кислорода
• резком скачке нагрузки на активный ил

Единственно верного метода борьбы со вспуханием ила не существует из-за множества факторов, служащих причиной этого явления. На городских очистных сооружениях борьба с развившимся вспуханием очень сложна. При малом количестве нитчатых организмов следует снижать нагрузки на активный ил. Одним из способов снижения вспухшего ила служит подщелачивание воды, рН 9-9,4.

Избыточный активный ил

Избыточный активный ил – это побочный продукт биологического процесса очищения сточных вод в аэротенках и биофильтрах, образующийся как прирост микроорганизмов в ходе их жизнедеятельности.

В оборудовании очистных сооружений – аэротенках и биофильтрах – такой ил состоит из биопленки, смываемой с загрузки очистных сооружений. В состав ила входит смесь из:

• аэробных бактерий
• отмерших тел микроорганизмов
• продуктов жизнедеятельности микроорганизмов
• мелких частиц загрузочного материала
• мельчайших взвешенных частиц, которые не удержались в первичном отстойнике

В аэротенке развитию избыточного ила способствуют взвешенные, коллоидные и растворенные вещества. Также существует зависимость прироста ила от следующих факторов:

• полнота окислительного процесса
• концентрация ила
• длительность аэрации
• условия снабжения ила кислородом
• температура

Способы удаления избыточного активного ила — перекачка в илоуплотнители либо удаление при помощи обезвоживателя осадка.

Чтобы контролировать требуемое соотношение кислорода, активного ила и примесей в воде, производятся гидробиологические анализы водно-иловой смеси методом микроскопирования, в ходе которого измеряют не только отклонения по численности и видовому разнообразию от нормы, но и делаются прогнозы изменения по качеству очистки стоков.

Если наблюдается превышение активного ила – анализируется показатель илового индекса – то ил частично удаляют. Как правило, процент составляет от 30% до 50% от общей массы.

Избыточный активный ил – это классифицируемый вид отходов. Он относится к V классу опасности, код классификатора - 7 22 200 01 39 4 - ил избыточный биологических очистных сооружений хозяйственно-бытовых и смешанных сточных вод.

Утилизация активного ила

Прежде чем направить ил на утилизацию, его уплотняют и обезвоживают. Традиционным способом утилизации служит закапывание. Процесс совершают на глубину не менее 30 см в пропорции 300-400 тонн на 1 га земли. Это решает сразу две проблемы – уничтожение избытков ила и улучшение состояния почвы, т.к. ил зачастую применяют как органическое удобрение.

Альтернативным методом утилизации является смешивание подготовленного ила с песком с дальнейшим вывозом полученной смеси на свалку. Отрицательным моментом данного способа является высокая стоимость процессов обезвоживания, сушки и транспортировки ила.

Решение проблемы с избыточным активным илом

Как известно, болезнь легче предотвратить, чем лечить. То же относится и к проблеме образования избыточного активного ила. Наша компания ООО «НПО «Агростройсервис» предлагает отличное решение для ваших очистных сооружений – блоки биологической загрузки ББЗ 5.5.5.

Что из себя представляет биозагрузка? Это сетчатые блоки из первичного полипропилена, пластины которых скреплены между собой трубками и нейлоновыми стяжками. Стандартный блок имеет размер 500х500х500 мм, но может быть изготовлен и под ваш размер. Такие блоки устанавливаются внутрь емкости и способствуют наращиванию микроорганизмов активного ила. Бактерии прикрепляются к поверхности блоков, образуя живую биопленку.

При прикреплении микроорганизмов в биопленку наблюдается их высокая активность. Осуществляется более тщательное поглощение растворенных и дисперсных органических загрязнений, более глубокое очищение стоков. Процессы нитро- и денитрификации протекают более высокими темпами. Биоценоз гораздо более жизнеспособен и не столь критично реагирует на токсичные загрязнения. Всё это свидетельствует о высокой эффективности применения блоков биологической загрузки.

Органические вещества, попадая на биопленку, окисляются и выступают в качестве питания для бактерий. Находясь в питательной среде, активная биомасса растет и самовоспроизводится. А омертвевшие клетки вымываются из системы вместе со сточными водами, что предотвращает образование избыточного активного ила.

Свойства блоков биозагрузки

Блоки ББЗ используются в очистных сооружениях, а именно: в аэротенках, биофильтрах, септиках, вторичных отстойниках и т.д. Данное оборудование хорошо зарекомендовало себя в работе и обладает следующими свойствами:

• высокая механическая прочность
• химическая и бактериологическая стойкость
• температурная устойчивость
• долгий срок службы
• отсутствие эксплуатационных затрат
• простота монтажа
• экономически выгодное изготовление, снижение затрат при строительстве очистных сооружений
• высокая активная площадь поверхности
• оптимизированный дизайн с идеальным соотношением между открытой площадью каждой ячейки в носителе биопленки и высотой носителя биопленки, благодаря чему улучшается перенос кислорода и питательных веществ
• способность к самоочищению от избыточного обрастания

Более подробную информацию о биозагрузке нашего производства можно прочитать в разделе на сайте и в статье. Для заказа обращайтесь по телефонам 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40, пишите на почту acs@acs-nnov.ru или воспользуйтесь кнопкой заказа ниже.