Очистка с использованием естественных методов

Лекция №5-6 Очистка с использованием естественных методов Методы естественной биоочистки включают иловые площадки (иловые карты), поля орошения, поля фильтрации (почвенные методы), системы подземной фильтрации, фильтрующие траншеи, колодцы и кассеты, песчано-гравийные фильтры, биопруды, инфильтрационные пруды, лагуны. Удаление загрязнений, содержащихся в сточных водах, происходит при участии обитающих в этих сре­дах организмов. Иловые площадки (площадки-уплотнители) представляют собой спланиро­ванные участки земли (карты) шириной 10—120 м, длиной 20—200 м, огражден­ные со всех сторон земляными валиками высотой 0,5—1,5 м, без дренажа или оборудованные дренажем. Они предназначены для складирования, обезвожи­вания и подсушивания в естественных условиях осадков, образующихся в про­цессе очистки сточных вод. Подаваемая суспензия ила отстаи­вается, при этом одна часть воды испаряется, а другая часть осветленной воды удаляется через поверхностный отвод или через дренаж. Поля орошения — специально подготовленные и спланированные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод (главная задача), содержа­щих нетоксичные загрязнения, с одновременным использованием этих участ­ков для агротехнических целей (для выращивания технических культур). Почва обогащается биогенными элементами, содержащимися в сточной воде и высвобождаемых в процессе минерализации органических загрязнений, что повышает ее плодородие. Во избежание засоления засоления почв общая соленость сточных вод не должна превышать 4—6 г/л. Предельное содержание солей в стоках, исполь­зуемых для орошения: для Na2CO3 — до 1 г/л, NaCl — до 2 г/л, Na2SO4 — до 5 г/л. Поля фильтрации в отличие от полей орошения предназначены только для очистки сточных вод. Они располагаются с подветренной стороны относительно населенного пункта с учетом защитной зоны и выполняются в виде карт на незаболачиваемых и незатопляемых талыми водами участках, спланированных гори­зонтально или с малым уклоном (угол наклона <0,02) и разделенных земляными оградительными валиками. Уровень грунтовых вод должен быть на глубине не ме­нее 1,5 м, в противном случае необходимо устройство дренажа. По контуру полей высаживают влаголюбивые деревья, ширина полосы насаждений 10 м. Сточная вода подается на поля фильтрации в максимально возможном ко­личестве, периодически, в среднем каждые 5 суток. Она распределяется на полях равномерно и фильтруется через почвенные поры. Органическое вещество задерживается и минерализуется в основном в верхнем полуметровом почвенном слое. Профильтрованная вода собирается в дренажных трубах и канавах и сте­кает в водоемы. В зимний период для местности с холодным климатом на полях производится намораживание сточных вод. Сточная вода, подаваемая на поля, должна содержать небольшие концен­трации относительно биодоступных и нетоксичных загрязнений. При высоком содержании взвешенных частиц почва быстро заиливается. В таких случаях сточные воды перед подачей на поля орошения необходимо отстаивать (про­должительность отстаивания — не менее 30 мин). В процессе отстаивания из жидкости вместе со взвешенными частицами удаляется значительная часть яиц гельминтов и бактерий. Улушению фильтрации способствует чередование цик­ла увлажнения с циклом высушивания почвы. Очистка сточных вод путем фильтрации их через почву позволяет удалить до 99,8% от общего числа бактерий, поступающих со сточными водами, и по­лучить воду высокого качества, практически не содержащую патогенных ми­кроорганизмов и яиц гельминтов. Однако сами поля представляют опасность в санитарно-эпидемиологическом отношении, могут аккумулировать вредные неразлагаемые примеси (тяжелые металлы и др.). По этой причине на полях орошения запрещается выращивать сельскохозяйственные культуры, употребляемые в пищу. Под поля орошения и фильтрации требуется отводить большие площади из-за их низкой эффективности; они малоэффективны при среднегодовой темпе­ратуре воздуха ниже 10 С о, поэтому становятся все более непопулярными. Поля подземной фильтрации применяются при расходе сточных вод 10—100 м3/сут, фильтрующие траншеи, песчано-гравийные фильтры — при расходе сточных вод до 15 м3/сут. Оросительная и дренажная сеть этих сооружений проложена в слое искусственной фильтрующей загрузки из привозно­го грунта, крупно- и среднезернистого песка, гравия, щебня, котельного шлака и других материалов. Их устраивают при наличии водопроницаемых песчаных и супесчаных или слабофильтрующих грунтов при наивысшем уровне грунто­вых вод на 1 м ниже лотка отводящей дрены в течение всего срока эксплуатации. Проходя через слой загрузки, вода собирается в дренажную трубу; очищенную воду собирают в накопители (с целью использования ее на орошение) или сбра­сывают в водные объекты при соблюдении нормативных требований к сбросу. В фильтрующих колодцах и кассетах очистка воды происходит при филь­трации воды через естественные грунты — пески, супеси, легкие суглинки, ис­пользуемые непосредственно на месте. Фильтрующие колодцы (см. рис. 1.112, с. 276) используются при расходе сточных вод до 1 м3/сут. Они сооружаются из железобетонных колец, кирпича усиленного обжига или бутового камня, имеют размер в сечении не более 2 х 2 м, глубину 2,5 м и заполняются гравием, щебнем, спекшимся шлаком и другими материалами. Для выпуска профильтровавшейся воды в стенках колодца предусматриваются отверстия; для доступа воздуха -вентиляционная труба. Фильтрующие кассеты (см. рис. 1.110, с. 274) с пропускной способностью 0,5—6 м3/сут. применяются в слабофильтрующих грунтах (суглинках). При их сооружении оросительные перфорированные трубы укладывают на слой филь­трующей подсыпки толщиной 20—50 см на расстоянии выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м и исходя из условия, что нагрузка на 1 м2 суглинка не должна превышать 40-60 л/сут. Биологические пруды (см. разд. 5.3) используются для доочистки сточных вод перед сбросом в водоем или на поля орошения или накопления сточных вод в не­благоприятные периоды года, когда их нельзя использовать для орошения. Их устраивают на нефильтрующих или слабофильтрующих грунтах или используют дополнительные противофильтрационные мероприятия для предотвращения проникновения воды в нижележащие горизонты. Обычно предусматривается несколько параллельных секций биологических прудов с 3—5 последовательны­ми ступенями в каждой, с возможностью отключения любой секции пруда для чистки или профилактического ремонта без нарушения работы остальных. Инфильтрационные пруды в отличие от биопрудов часто работают с перерыва­ми на 1—2 недели. На этот период они опорожняются, что способствует аэробному разложению верхнего слоя органического вещества, скопившегося на дне пруда, и предохраняет пруд от роста микроорганизмов и вызванного этам засорения. Очистка с активным илом 1. Очистка в аэротенках Аэротенк — открытое сооружение, глубиной 4—6 м, через которое пропускает­ся сточная вода, содержащая органические загрязнения, подается воздух и воз­вратный (рециркулируемый) активный ил (рис. 1.20). Как правило, аэротенки изготавливаются из железобетона. Для промышленных очистных сооружений используются также реакторы из нержавеющей или эмалированной стали. По режиму ввода сточной жидкости различают аэротенки проточные и контактные (с переменным рабочим уровнем). В проточном аэротенке сточ­ная жидкость поступает в аэротенк и удаляется из него непрерывно. Время пре­бывания жидкости в аэротенке, или время аэрации, колеблется от двух часов до нескольких суток. Контактные аэротенки работают в периодических условиях. Сточная вода загружается в них порциями, после чего аэрируется в течение некоторого вре­мени, отстаивается и выгружается. Для удаления органических загрязнений эти аэротенки в настоящее время применяются редко вследствие их малой про­пускной способности и высокой стоимости очистки. Однако такие системы, получившие название SB-реакторы используются для удаления избытка биогенных элементов (азота, фосфора). В них цикл аэрации сточной воды, прошедшей стадию удаления органических загрязнений, череду­ется с циклом отстаивания и отделения осветленной жидкости. Наиболее часто биологическая очистка в аэротенках проводится в проточ­ном режиме: в одноступенчатом аэротенке, в аэротенке с регенератором и по многоступенчатой схеме очистки. При одноступенчатой схеме очистки жидкость из аэротенка направляют во вторичный отстойник, где активный ил оседает на дно. Осветленную воду вы­пускают на финишные этапы очистки (доочистка, обеззараживание), напрямую сбрасывают в водоем, а осевший активный ил частично возвращают в аэротенк (циркулирующий активный ил) для повышения производительности аэротен­ка, частично отправляют на переработку (избыточный активный ил). Пребывание активного ила во вторичном отстойнике в условиях отсутствия аэрации приводит к потере его окислительной способности. Падение может происходить уже через несколько минут после прекращения аэрации. При возврате такого ила из вторичного отстойника непосредственно в аэротенк в зону аэрации с подаваемой сточной водой требуется некоторое время (обычно 1—2 ч) для восстановления его окислительной способности. В тече­ние этого времени активность ила незначительна, что снижает окислительную мощность аэротенка. Для уменьшения в аэрационном объеме доли неактивной части ила ис­пользуется регенератор активного ила, который может быть совмещен с аэро­тенком или расположен отдельно. Объем регенератора не превышает 1/3 объ­ема аэротенка. В него подается только суспензия возвратного ила и не подается вода. Аэрация активного ила в этой зоне в течение 30—60 мин приводит к восстановлению его способности окислять органические соедине­ния и к окислению сорбированных органических веществ: коллоидов, твердых частиц, трудноокисляемых соединений, продуктов автолиза ила. Другие преимущества схемы с регенератором — более высокая устойчи­вость к резким изменениям нагрузки и условий очистки в аэротенке, поскольку часть ила находится в регенераторе, куда сточная вода не подается; улучшение седиментационных свойств активного ила (регенерация уменьшает количество нитчатых микроорганизмов), а также снижение капитальных и эксплуатацион­ных затрат. Регенерацию наиболее часто применяют при очистке сточных вод, содержащих легкоокисляемые соединения. Регенерацию ила можно проводить и в аэротенках обыч­ных конструкций, однако это целесообразно только при работе аэротенка в ре­жиме длительной (продленной) аэрации. При высокой концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых существенно различается, при необходимости удаления как органических загрязнений, так и биогенных элементов (азота, фосфора) целесообразно применение двухступенчатой или многоступенчатой схемы. При такой схеме активный ил может циркулировать только в пределах своей ступени, не смешиваясь с другими ила­ми, а избыток ила отводится раздельно. C использованием ее может быть до­стигнута высокая окислительная мощность первой ступени, лучшая адаптация ила к различному спектру загрязнений на каждой из ступеней, при этом аэро­тенк первой ступени может работать как аэротенк-смеситель, а аэротенк вто­рой ступени — как аэротенк-вытеснитель, который позволяет лучше очистить сточные воды от оставшихся трудноокисляемых загрязнений. За счет этого суммарное уменьшение объема аэротенков может составить 15—25% по сравнению с одноступенчатой схемой. В первую ступень аэротенка могут быть введены регенераторы. Ил со второй ступени сильно минерализован и нуждает­ся только в обезвоживании, т. е. затраты на его дальнейшую обработку неболь­шие. Ил с первой ступени также может быть утилизирован. Сточная вода поступает в усреднитель-смеситель, затем в высоконагружаемый аэротенк смешения, вторичный отстойник первой ступени и каскад из двух низконагружаемых реакторов 2-й ступени с вторичным отстойником. В некоторых случаях двухступенчатая система аэротенков позволяет прово­дить очистку без первичного отстаивания, что облегчает эксплуатацию очистных сооружений. Она более эффективна при очистке сточных вод, характеризую­щихся резкими изменениями концентрации загрязнений, с высоким содержа­нием легкоразлагаемых, а также токсичных и трудноразлагаемых веществ. Недо­статок многоступенчатой схемы — необходимость сооружения промежуточного вторичного отстойника, что увеличивает общий объем сооружения и повышает гидравлические потери напора при прохождении жидкости по сооружениям и, следовательно, повышает энергозатраты на перекачивание циркулирующего активного ила. Однако это может быть компенсировано более глубокой очист­кой сточных вод, сокращением расхода воздуха и аэрационного объема. По гидродинамическому режиму потока сточных вод и способу смешения ак­тивного ила с очищаемой водой аэротенки подразделяются на вытеснители, смесители, аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости (проме­жуточного типа). По нагрузкам на активный ил различают высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые аэротенки. По конструктивным признакам — прямо­угольные, круглые, комбинированные, противоточные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др. По типу систем аэрации — с пневматическими, механическими, гидродинамическими и пневмомеханическими аэраторами. В аэротенке-вытеснителе (коридорном аэротенке, рис. 1.25), представляю­щем собой коридорное сооружение, жидкость и рециркулируемый активный ил подаются в начало аэротенка и отводятся в конце сооружения. В аэротен­ках данного типа глубина очистки сточных вод является функцией расстояния, пройденного жидкостью от точки впуска, а рост микроорганизмов активного ила в таком режиме происходит по закону тубулярной культуры (рис. 1.26). Из- за высокой концентрации загрязнений в начале аэротенка, где неразбавленная сточная вода контактирует с илом, наблюдается более высокая скорость окис­ления, чем в аэротенках-смесителях. Большая длина аэрационных коридоров положительно влияет на степень разложения. В конце коридорного сооружения содержание загрязнений незначительное, микроорганизмы ила голодают и ча­стично минерализуются. Высокая нагрузка по загрязняющим веществам в на­чале аэротенка положительно влияет и на способность аэробного ила к осажде­нию, сокращая число нитчатых бактерий в активном иле. Подачу кислорода в аэротенке-вытеснителе целесообразно распределять неравномерно по его длине: в начале потока аэрация должна быть интенсив­нее, поскольку здесь концентрация загрязнений наиболее высокая и в первую очередь окисляются легкодоступные субстраты. Однако на практике такой оп­тимальный режим аэрации сложно организовать. Поэтому современные аэроб­ные системы разделяют на несколько зон, в которых, например, концентрация кислорода измеряется раздельно, и его необходимое содержание обеспечивает­ся в определенной зоне соответствующими воздуходувками. Недостаток вытеснителей связан с неустойчивостью их работы при залпо­вом поступлении токсичных сточных вод — ил выносится из аэротенка и вто­ричного отстойника, и эксплуатационные показатели работы аэротенка ухуд­шаются. В аэротенке-смесителе жидкость подается по всей его длине; органические загрязнения и растворенный кислород распределяются равномерно (рис. 1.27). Рост микроорганизмов активного ила в такой системе подобен росту в биореак­торе в хемостатных условиях (рис. 1.28). Преимущество смесителей заключается в возможности подачи более загрязненных сточных вод, поскольку в аэротенке они разбавляются уже очищенной водой, поэтому аэротенки-смесители устой­чивее к залповым выбросам и токсичным компонентам стоков, чем вытесни­тели. Однако они имеют сравнительно низкую скорость окисления, поскольку поддерживаемая концентрация загрязнений в иловой смеси находится на уров­не значений, предъявляемых к очищенной воде, что соответственно снижает окислительную мощность этих сооружений по сравнению с аэротенками-вы­теснителями. Ил после смесителя обладает худшей способностью к оседанию и менее минерализован. К аэротенкам промежуточного типа относятся каскад аэротенков-смеси­телей и аэротенк с рассредоточенной подачей сточной воды при сосредото­ченной подаче активного ила. Каскад аэротенков-смесителей обеспечивает не только высокую интенсив­ность процесса, но и позволяет получить большую глубину очистки. В аэротенке с рассредоточенным впуском сточной жидкости (при сосредото­ченной подаче активного ила) концентрация ила на входе равна его содер­жанию в возвратном иле и постепенно уменьшается по мере приближения к выходу из сооружения. Средняя концентрация активного ила более высокая, чем в смесителе и вытеснителе. Концентрация загрязнений падает по ходу движения жидкости, поэтому эти аэротенки, как и вытеснители, неустойчивы к залповым вы­бросам. Для улучшения их работы сточную воду надо подавать неравномерно по длине сооружения при условии поддержания одинакового соотношения между ко­личеством загрязнений и концентрацией активного ила. Это стабилизирует работу сооружения и повышает окислительную способность ила. Секционирование аэротенка в виде разделенных стенками ячеек позволяет экс­плуатировать его по схеме смесителя, вытеснителя, со ступенчатой подачей сточной воды либо активного ила, с широким диапазоном варьирования степени регенера­ции. Этим достигается необходимая технологическая гибкость сооружения. Высоконагружаемые аэротенки часто используют на первой ступени двух­ступенчатой очистки сточных вод, а также если предполагается утилизация из­быточного активного ила (как кормовой добавки, сырья для получения активи­рованного угля и т. д.). Низконагружаемые аэротенки (аэротенки с продленной аэрацией) используют для очистки малых количеств сточных вод (до 1000 м3/сут). Преимущество таких режимов в незначительном приросте ила, его лучшей ста­билизации и более легком отделении. Количество сточных вод, поступающих на очистные сооружения, может ме­няться в зависимости от времени суток, графика технологических операций, ин­тенсивности атмосферных осадков. Сильные колебания нагрузки отрицательно влияют на показатели биологической очистки, чрезмерная гидравлическая на­грузка может привести к выносу ила из аэротенка и вторичного отстойника. Для сглаживания нагрузок в системе предусмотрена емкость-усреднитель или возможность одновременной работы нескольких систем в параллельном режиме, т. е. проектируют очистные сооружения с резервом мощности. Иногда вынос ила можно предотвратить сменой гидродинамическо­го режима очистки, например, с вытеснения на рассредоточенную подачу сточ­ной воды, а также изменяя долю ила рециркулируемого и избыточного, удаляе­мого из вторичного отстойника. Большинство аэротенков работает под открытым небом. Поддержание оп­тимальной температуры в аэротенках потребовало бы высоких затрат на по­догрев больших объемов сточных вод, поэтому температура в аэротенках не регулируется и изменяется циклически в зависимости от времени года и клима­тических условий — от 2—5 0C в зимний период и до 25—35 °С летом. Температура содержимого аэротенков зимой обычно не опускается ниже 2—5° C из-за выделения тепла при биологическом окислении загрязнений и перемешивания жидкости нагнетаемым воздухом. При 32—40 °С скорость роста и соответственно потребления субстрата практически не меняется, а при дальнейшем повышении температуры уже до 450C большинство гетеротрофных микроорганизмов становятся нежизнеспо­собными. Термотолерантные и термофильные микроорганизмы активны при температурах 50—60 0C и могут потреблять субстрат со скоростью приблизитель­но на 50% выше, чем при 35 0C. Снижение температуры от 20 до 6 °С приводит к падению скорости очист­ки в 2 раза, при этом нитрификация замедляется более существенно, снижается флокулирующая способность микроорганизмов, что приводит к вымыванию активного ила из систем вторичных отстойников. Поскольку удельная скорость роста нитрификаторов ниже, чем гетеротрофов, в первую очередь из системы вымываются нитрификаторы. Для поддержания работоспособности аэротенков и качества очистки в зимнее время повышают концентрацию активного ила, его возраст, увеличивая долю рециркулируемого ила, и повышают время пребывания сточных вод в системе очистки. Изменение температуры от 20 до 37 °С повышает скорость очистки в 2—3 раза, в биоценозе преимущественно развиваются мезофильные и термо­фильные формы микроорганизмов, возрастает полнота очистки. Однако при повышении температуры снижается растворимость кислорода в воде (табл. 1.15), и требуется более интенсивная аэрация для обеспечения микроорганиз­мов кислородом. При температуре выше 40 °С нитрификация может полностью прекратиться. Кроме того, ухудшается способность ила к осаждению, в стоке увеличивается содержание взвешенных веществ, так как в аэротенке образуется большое количество одиночных микроорганизмов, не участвующих в образо­вании хлопьев (наблюдается мутный сток на выходе со вторичного отстойни­ка). Резкие изменения даже в пределах от 25 до 35 °С отрицательно сказываются на процессе очистки. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в аэротенке необ­ходимо поддерживать определенную концентрацию растворенного кислоро­да. Поскольку растворимость кислорода в воде низкая, в большинстве случаев требуется интенсивная аэрация среды и именно она обычно лимитирует общий процесс биологической очистки. Недостаток растворенного кислорода в среде ухудшает флокуляционную и седиментационную способность ила, понижает скорости роста микроорганизмов, окисления субстратов и степень очистки. В крупных флокулах и биопленках с микроорганизмами, активно окисляю­щими субстраты, скорость окисления начинает лимитироваться поступлением кислорода в глубь флокулы или пленки. Из-за низкой растворимости в воде и скорости диффузии кислород проникает в них всего на глубину 0,1—0,15 мм. При снижении содержания растворенного кислорода в воде ниже пре­дельного уровня, скорости роста ила и окис­ления загрязнений падают, накапливаются продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Низкое содержание O2 неблагоприятно влияет на фло­куляцию и седиментацию активного ила, приводит к накоплению нитчатых бактерий. При концентрации растворенного кислорода <0,5 мг/л очистка ухудшается. При концентрации >1—2 мг/л скорость потребления кислорода микроорганизмами активного ила не меняется существенно и в принципе нет необходимости поддерживать его концентрацию выше этого значения. Однако из-за диффузионных ограничений в переносе кислорода в крупные флокулы активного ила концентрация растворенного кислорода должна под­держиваться на уровне 2—5 мг/л. Для полной нитрификации концентрация растворенного кислорода должна быть >2 мг/л. Поддержание концентрации растворенного кислорода >6 мг/л способствует повышенному пенообразованию и приводит к перерасходу электроэнергии на аэрацию. Перемешивание сточной воды и активного ила в аэротенке подаваемым воздухом обеспечивает поддержание активного ила во взвешенном состоя­нии и создает благоприятные условия для массопереноса компонентов пи­тания и О2. Для обеспечения иловой смеси кислородом воздуха и поддержания актив­ного ила во взвешенном состоянии применяются аэраторы различных типов: пневматические, механические, пневмомеханические, струйные (рис. 1.31). Более эффективны мембранные аэраторы, представляющие собой под­водящие трубы с диспергаторами в виде шлангов с перфорацией, колпачков, дисков, выполненных из эластичных материалов с отверстиями. Такие дис­пергаторы создают достаточно мелкие пузыри воздуха (размер пузырьков 1—4 мм), энергоэкономичны, обеспечивают степень потребления кисло­рода на уровне 20—30%. Аэраторами этого типа комплектуются современные системы очистки с аэротенками, некоторые малые очистные установки, в том числе российские. Они не засоряются при перерывах в подаче воздуха, поэтому используются в таких сооружениях, как SB-реакторы. В зависимости от принципа действия и конструкции механические аэрато­ры делятся на поверхностные (дисковые, конусные, роторные) и погруженные (всасывающие и пневмомеханические). Для протекания процесса очистки в нормальном эксплуатационном режи­ме необходимо присутствие биогенных элементов, прежде всего азота и фосфо­ра, в достаточном количестве. Их недостаток снижает эффективность очистки и приводит к накоплению нитчатых форм бактерий. Необходимое количество азота и фосфора можно рассчитать теоретически (в зависимости от органического субстрата). Соотношение БПКп : N : P нахо­дится в пределах 100 : 3—7 : 0,8—1,5. Ионы магния, калия, натрия, как правило, присутствуют в сточных водах в достаточном количестве. При нехватке биоген­ных элементов промышленные стоки смешивают с бытовыми или в аэротенк добавляют водорастворимые соли: (NH4)2SO4, CO(NH2)2, NH4OH, аммофос, суперфосфат. Соли не должны образовывать между собой нерастворимые в воде элементы и резко менять значение pH. В качестве источников N и P можно добавлять фекальные сточные воды, содержащие эти элементы в избытке. Концентрации биогенных элементов, необходимые для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов активного ила при зна­чении БПК„ до 500 мг/л: фосфор — 2—4 мг/л, аммонийный азот — 15—25 мг/л, калий — 5—8 мг/л. Общая концентрация растворенных в стоках солей не должна превышать 10 г/л, а содержание плотного остатка в сточных водах перед био­логической обработкой — 10 г/л. При дозировке биогенных элементов необходимо обеспечивать равномер­ное распределение их во всем объеме очищаемых сточных вод. Потенциальную эффективность биологической очистки сточных вод оце­нивают отношением БПК5/ХПК. Это отношение составляет для: — бытовых сточных вод ≈0,5 — производственных сточных вод <0,5 — сточных вод предприятий пищевой промышленности и напитков >0,5 Так как в ценозах активного ила присутствуют в основном бактерии, то pH в воде очистных сооружений должен быть близким к нейтральным значениям (от 5,5 до 8,5). Как правило, pH не регулируют, поскольку объе­мы очищаемой воды велики. Вода благодаря наличию бикарбонатных ионов имеет достаточную буферную емкость, а микроорганизмы способны к само­регулированию pH. Для районов с мягкой водой может оказаться необходи­мым добавление извести для повышения буферной емкости воды и поддер­жания необходимого значения pH. В очистных сооружениях рекомендуется смешивать сточные воды с различным значением pH, чтобы pH был близок к нейтральному значению. При pH ниже 5 и выше 9 эффективность биологи­ческой очистки резко снижается. Видовой состав активного ила может влиять на эффективность процессов биологической очистки. Максимальный прирост активного ила происходит в случае преобладания в аэротенке бактерий. В присутствии простейших, пи­тающихся бактериями, прирост активного ила снижается. При большой чис­ленности простейших и организмов, питающихся простейшими, наблюдается минимальный прирост ила. При очистке в аэротенке-вытеснителе или в сек­ционированном аэротенке биоценоз изменяется по ходу движения воды. Мед­ленно растущие микроорганизмы-нитрификаторы вытесняются на периферию в конечные секции аэротенков. Используя такие технологические параметры, как возраст ила, окислитель­но-восстановительные условия среды, гидродинамический режим очистки, можно регулировать разнообразные биологические процессы, осуществляемые биоценозом микроорганизмов. Значительное колебание расхода сточных вод в течение суток и по сезонам неблагоприятно влияет на эффективность очистки, поэтому аэротенки и вспо­могательные системы проектируют с запасом производительности, рассчитан­ной на пиковые нагрузки. Особая проблема при работе аэротенков и других очистных сооружений с активным илом — вспухание ила и повышенное пенообразование, связан­ные с интенсивным развитием нитчатых бактерий или плесневых грибов. Вспухший ил успешно очищает воду, но плохо отделяется от нее. Нитчатые организмы образуют упругие сплетения бактериальных нитей или грибных гиф, мешающие илу оседать. Как следствие, хлопья ила сильно разрыхля­ются, и способность ила отстаиваться ухудшается. Это ведет к нарушению работы вторичных отстойников, выносу ила и других взвешенных веществ из очистной системы в открытые водоемы, образованию на поверхности аэро­тенка толстой шапки пены, ее ветровому уносу и загрязнению прилегающей территории. Производительность очистных сооружений снижается, а каче­ство очистки сточных вод ухудшается. Проблема вспухания наиболее характерна для сточных вод, загрязнен­ных углеводами: молокоперерабатывающей, сахарной, крахмало-паточной, спиртовой, пивоваренной отраслей промышленности; производства синте­тического каучука, бумажных и текстильных фабрик; сточных вод с высо­ким содержанием масел и жиров, которые распадаются в условиях очистки с образованием высокомолекулярных кислот жирного ряда, способствую­щих накоплению пены, а также с высоким содержанием токсичных и плохо биоразлагаемых веществ, для сооружений глубокой биологической очистки с удалением азота и фосфора. Вспуханию способствуют и перепады темпера­туры, например, весной или осенью. Универсального способа борьбы со вспуханием ила не существует, что свя­зано, по-видимому, с большим разнообразием причин этого явления. Однако, учитывая физиолого-биохимические особенности хлопьеобразующих и нитча­тых микроорганизмов, можно создавать преимущества в развитии хлопьеобразующим микроорганизмам. Обычно седиментационные свойства активного ила существенно улучша­ются при обеспечении нормального кислородного режима в аэротенках и опти­мальных нагрузок на активный ил, устранения дефицита биогенных элементов в очищаемых сточных водах, усреднения сточных вод, поддержания оптималь­ных значений pH, использования регенератора активного ила. Седиментация улучшается по мере приближения гидродинамического режима работы аэро­тенка к вытеснению, применения многоступенчатых схем очистки, увеличения коэффициента рециркуляции активного ила (до 1,5—2), увеличения объема от­дельных регенераторов, при соблюдении технологического режима. При подщелачивании среды в аэротенках до pH 9 нити Sphaerotilus natans распадаются на отдельные клетки. В результате подщелачивания гибнет боль­шая часть биоценоза аэротенка, но в течение нескольких суток активность ила восстанавливается. Удаление сульфидов из стоков снижает численность нитчатых серобактерий и устраняет проблему вспухания, обусловленную их развитием. Из других методов борьбы со вспуханием и пенообразованием рекоменду­ются следующие: - дозированная обработка пены или вспухшего ила пероксидом водорода, озоном, хлором (например, в виде NaOCl) или ультрафиолетом; в этом случае необходимо избегать чрезмерного дозирования этих дезинфици­рующих средств, чтобы не вызвать полную гибель ила и избежать чрез­мерного образования токсичных веществ, например хлорсодержащих органических; - подача в аэротенк чистого кислорода или воздуха, обогащенного кисло­родом; - механическое удаление пены с поверхности аэротенков и вторичных от­стойников; - механическое разрушение нитчатых бактерий активного ила с помощью обработки ила ультразвуком, высоким давлением или при помощи раз­малывающих тел; - внесение пеногасителя в сточную воду; - организация на сооружениях с полной нитрификацией неаэрированных (аноксидных или анаэробных) зон в голове аэротенка с подачей в них части исходных сточных вод и части выходящей из сооружения иловой смеси; высокий для микроорганизмов ила перепад концентрации суб­страта в этих зонах в течение короткого времени гидравлического кон­такта (0,5—1 ч) подавляет рост нитчатых бактерий и способствует росту флокулообразующих микроорганизмов. При введении аэротенка в эксплуатацию или возобновлении его работы по­сле перерыва в него вносят затравку микроорганизмов активного ила, взятую из других источников. Сточную воду перекачивают в аэротенк, ил аэрируют до появления в нем ни­тратов, затем возобновляют подачу сточной воды. Нагрузку постепенно увеличивают, доводя ее до расчетной. Пуск аэротенка обычно про­водят в теплый период года. По мере работы аэротенка ил адаптируется к условиям очистки, при этом при соблюдении необходимых условий эксплуатации сооружения эффектив­ность очистки повышается, образуется популяция активного ила с высоким сродством к загрязнениям-субстратам, что проявляется в уменьшении содержания остаточных загрязнений на выходе системы. В процессе эксплуатации аэротенка обычно определяют расход поступаю­щей сточной воды, расходы иловой смеси, активного ила и воздуха, ХПК, ВПК, количество взвешенных твердых частиц и азота во входном потоке, в рабочей смеси и выходном потоке.