Активный ил

Активный ил для очистки сточных вод

Современные септики, используемые в автономных канализационных системах, обладают высокой эффективностью и экономичны в обслуживании благодаря применению активного ила – колоний микроорганизмов, способных перерабатывать органические соединения, находящиеся в бытовых стоках. Что собой представляет и как работает активный ил?

Микроорганизмы, запускаемые в септик, начинают активно размножаться. При достаточном питании и оптимальной температуре быстро формируются многочисленные колонии, то есть увеличивается объем активного ила. Процесс очистки связан с окислительными реакциями и абсорбцией органики из жидкости, поступающей в резервуар очистительного комплекса. Большая часть микроорганизмов опускается на дно и перерабатывает оседающие фракции. Ил также плавает в виде хлопьев, очищая воду уже в верхних слоях.

В состав ила могут входить различные виды микроорганизмов, баланс которых зависит от химического состава сточных вод и их концентрации. Стимулировать рост биомассы ила и увеличивать его активность позволяют некоторые виды простейших микроорганизмов, такие как: коловратка, актиномицета и др. Они подавляют развитие патогенной микрофлоры, оставляя больше питательных веществ «жителям» ила.

Оптимальные условия для полноценного функционирования ила

Скорость формирования активного ила зависит от множества факторов, в том числе:

  1. температуры;
  2. химического состава стоков;
  3. доступа кислорода;
  4. объема и формы тяжелых фракций;
  5. скорости окисления.

Выращивание активного ила осуществляется в отсеке септика, куда поступает осветленная (предварительно очищенная) вода. Оптимальным временем года для повышения объема ила считается лето. Кроме осветленной воды, в отсек, где растет ил, должна быть налажена подача кислорода. Для этого используются специальные компрессоры, которыми оснащаются современные очистные комплексы. Устройства, подающие кислород – аэраторы, также способствуют распределению ила по всей площади резервуара, тем самым увеличивая интенсивность очистки воды.

При неблагоприятных условиях, таких как: несоответствующий Ph, неоптимальная температура, наличие в стоках тяжелых химикатов, нефтепродуктов и прочих небелковых примесей, может наблюдаться отмирание ила. При чрезмерном увеличении популяции и недостатке кислорода ил может вспухать. Для создания оптимальных условий, в которых активный ил эффективно выполняет свои функции, необходимо контролировать состав и характеристики сточных вод. Нормальными условиями для активного ила являются следующие показатели стоков:

При использовании нефтепродуктов и технических масел в домашних условия и утилизации их в общий сток система канализации должна быть оборудована устройствами, улавливающими и отфильтровывающими эти элементы. Для повышения эффективности очистки септик необходимо периодически чистить, а активный ил обновлять.

Очищение септика и утилизация ила

При очистке септика от ила необходимо выполнить следующие этапы:

  1. удалить ил, скопившийся на дне резервуара при помощи ручного насоса, ведер или ассенизаторской машины;
  2. тщательно промыть все трубы, фильтры и резервуары.

Периодичность очистки септика от ила зависит от объема резервуара и интенсивности использования канализационной системы. Как правило, необходимость в полной очистке системы возникает не чаще одного раза в год, при норме до трех раз в год.

Сточные воды, оставшиеся в резервуаре на момент начала процесса очистки, необходимо удалить в соответствии с санитарно-эпидемиологическими и экологическими требованиями. При размещении септика в сельской местности жидкость может быть слита в грунт. Для этого предварительно вырывается яма необходимой глубины в месте, отдаленном от источников питьевой воды и жилых построек. После впитывания жидкости яма засыпается.

Отработавший ил может быть использован в качестве удобрений. В процессе очистки микроорганизмы нейтрализуют не только вредные примеси, но и неприятный запах. Вынутый из септика ил высушивается и смешивается с растительным мусором в компостной яме. В результате этого получается богатое азотом удобрение, подходящее по характеристикам для внесения в качестве прикормки под любой вид растений.

Дренажные трубы и фильтры септика промываются чистой водой, подаваемой под давлением. Данная процедура необходима для предотвращения закупорки функциональных отверстий и очистки их от условно патогенной микрофлоры, способной замедлить или остановить рост активного ила в начале нового цикла.

Активный ил для очистки сточных вод

Проверка концентрации активного ила

Активный ил под микроскопом

Прошедший центрифугу избыточный активный ил

Вспухание активного ила

Активный ил

В норме, в активном иле присутствуют все основные физиологические группы микроорганизмов, обеспечивающие разложение углерода, азота, фосфора, серы и других элементов.

В биоценозах активного ила развиваются следующие представители:

— семи отделов микрофлоры: бактерии, грибы, актиномиценты, диатомовые, зеленые, эвгленовые, вольвоксовые микроводоросли;

— девяти таксономических групп простейших и многоклеточных животных: жгутиконосцы, саркодовые, инфузории, первичнополостные, вторичнополостные и брюхоресничные черви, коловратки, тихоходки, паукообразные, к которым относятся водные клещи.

На 90-95% активный ил состоит из флокулообразующих бактерий, их функциональное состояние, активность и адаптированность к экологическим условиям аэротенков определяют устойчивость и эффективность биохимического окисления загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах.

На 5-10% активный ил состоит из простейших и многоклеточных организмов, которые активно поедают бактерии.

Флокулообразующие бактерии – это множество клеток микроорганизмов, объединенных биополимерным гелем в хорошо защищенное и организованное структурно-функциональное целое – хлопок активного ила.

В норме хлопок активного ила достигает размеров от 50 до 200 мкм.

На плохо работающих очистных сооружениях (с «голодающим» илом; при наличии механического разрушающего воздействия насосами, аэраторами и т.п.) а также на сооружениях с наличием в стоках токсичных веществ, происходит микрофлокуляция хлопьев, при этом хлопья достигают размера не более 10-20 мкм.

Нагрузка на активный ил – это количество поступающих со сточной водой загрязнений, приходящееся на единицу массы ила в единицу времени. Выражается эта величина в мг или г загрязнений (БПК, ХПК или какого-то конкретного поллютанта) на 1 г сухого вещества активного ила.

При этом, в окислении загрязняющих веществ принимает участие только органическая (беззольная) часть активного ила, по ней и считается нагрузка на активный ил.

Нагрузка на активный ил зависит от:

— концентрации загрязняющих веществ в исходном стоке;

— дозы (концентрации) ила;

— времени окисления (времени аэрации);

— качества ила (возраст ила);

— соотношения органической и неорганической части или зольностью ила.

Характеристика работы сооружений биологической очистки определяется гидрохимическими и гидробиологическими анализами.

Гидрохимические характеристики ила:

— доза ила по объему;

— доза ила по весу;

— иловый индекс.

Доза ила по объему (объем, занимаемый активным илом по истечение 30 мин и отнесенный к 1 дм3) характеризует седиментационные свойства ила.

Седиментационные свойства активного ила – способность образовывать прочные, быстро оседающие хлопья – относятся к его главным технологическим свойствам.

В нормально функционирующем активном иле, хлопья компактные, удовлетворительно оседающие; после 30-минутного отстаивания в 1000 см3 цилиндре иловая смесь занимает минимальный объем, который не превышает более чем в 40 раз объем его твердых компонентов.

В тех случаях, когда трудноокисляемых органических веществ в очищаемых сточных водах присутствует слишком много или они вообще не могут быть ферментативно окислены, активный ил выделяет избыточное количество экзоферментов для налаживания механизма разложения этих веществ.

В результате между бактериальными клетками ила накапливается избыточное количество коллоидного рыхлого вещества, которое значительно увеличивает общий объем хлопьев ила.

При этом общий объем иловой массы превышает объем твердых компонентов в 40 — 200 и более раз. Развивается гелевое вспухание ила.

Доза ила по весу (сухое вещество активного ила) дает представление о биомассе потребителей загрязнений в иловой смеси.

Как правило, на очистных сооружениях поддерживается рабочая доза активного ила в диапазоне 2-4 г/л, при дозе ила менее 1 г/л биологическая очистка не обеспечивается.

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

Для удовлетворительной эксплуатации очистных сооружений принятые значения илового индекса составляют от 80 до 120 см3/г, диапазон допустимых отклонений — от 60 до 150 см3/г.

Увеличение илового индекса выше допустимых значений, т.е. более 150 см3/г, называется «вспуханием» активного ила.

Вспухание ила – это следствие нарушения внутреннего динамического равновесия в экосистеме ила, когда при изменении экологических условий в аэротенках формируется более примитивный, но устойчивый к данным условиям биоценоз с невысоким видовым разнообразием.

Гидробиологические характеристики ила:

— подсчет индикаторных организмов активного ила;

— определение прозрачности надиловой воды.

Одним из методов гидробиологического контроля активного ила является исследование индикаторных организмов, которые являются показателями эффективности процесса очистки.

Подсчет индикаторных организмов активного ила — определение состава, количественного распределения и своеобразия организмов активного ила – потребителей поступающих на очистку загрязняющих веществ.

Микроскопирование активного ила, позволяет определить функциональное состояние организмов, особенно индикаторных, подсчитать организмы тем или иным методом количественного учета, классифицировать их по индикаторным группам, затем определить тип биоценоза, его характерные особенности.

Для исследования микроорганизмов активного ила с помощью микроскопирования, используется метод «живой» капли под покровным стеклом.

Количественный учет микроорганизмов проводится разными методами:

1. Определение относительной численности организмов по 5-ти бальной шкале.

2. Определение относительной численности организмов по 9-ти бальной шкале.

3. Определение абсолютной численности организмов в единице иловой смеси.

4. Определение специфической плотности организмов (тыс.экз./на 1 г сухого вещества при условии подсчета всей капли иловой смеси).

Индикаторные организмы активного ила:

— Бактерия зооглея (Zoogloea ramigera). Бактерии выделяют в окружающую среду полисахаридный гель желеобразной формы, благодаря которому и происходит образование бактериальных флокул. При значительном накоплении зооглеи в активном иле, может нарушиться седиментационная способность ила (способность ила к осаждению).

— Нитчатая типичная бесцветная серобактерия (Thiothrix и Beggiatoa). Серобактерии постоянно встречаются в активном иле, где на очистку поступают серосодержащие загрязняющие вещества. Основная их задача — окислить соединения серы до элементарной серы. Они обладают свойством откладывать серу внутри клеток, анаэробные серобактерии откладывают восстановленные, а аэробные — окисленные соединения серы. Аэробных серобактерий используют в качестве индикаторов. При плохой очистке и недостатке кислорода, сероводород окисляется до серы, гранулы которой накапливаются в клетках серобактерий в виде капелек. При хорошей очистке сточных вод сера в клетках окисляется далее до сульфатов. Процесс минерализации органической серы с образованием сульфатов называется сульфофикацией, и происходит в аэротенках одновременно с нитрификацией.

— Раковинные амебы планктонные (Gromia neglecta), долгое время могут находиться во взвешенном состоянии за счет многочисленных длинных филлоподий. Gromia neglecta (5-15 мкм) — один из лучших индикаторов, численность ее колеблется от 0 до 100 млн. на 1 грамм сухого вещества активного ила. Планктонные питаются одиночными бактериями, мелкими простейшими, поэтому массовое развитие их наблюдается при нарушениях процесса очистки и разрушении хлопьев активного ила. Резкое возрастание Gromia neglecta обычно опережает измельчение хлопьев ила на 10-15 дней, когда качество очищенной воды еще не ухудшилось, это позволяет принять надлежащие меры при увеличении численности этого организма более 2 млн./г. Gromia neglecta почти всегда присутствует в илах, очищающих сточные воды со значительным количеством промышленного состава.

— Раковинные амебы бентосные (Arcella, Centropyxis и Pamphagus), которые практически постоянно встречаются в активном иле. Питание — гетеротрофное, питаются бактериями, простейшими, одноклеточными водорослями. Увеличение численности бентосных корненожек связано с увеличением удельных нагрузок на активный ил.

— Инфузории (Carhesiumpolypinum) 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 Peritricha Кругоресничные 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 первоочередное 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.

При благоприятных условиях в активном иле происходит последовательная смена видов микроорганизмов. Она сопровождается включением в биоценоз все более совершенных видов, вплоть до хищников. Изменения в структуре биоценоза происходят в соответствии с биологическими законами сукцессии — последовательной замены одного биоценоза на другой, возникающий в пределах одного биотопа под влиянием внутренних и внешних факторов.

Последовательная смена видов в активном иле: 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.

Первой реакцией биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие является снижение видового разнообразия.

Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или же их численность значительно снижается, устойчивых же видов становится еще больше.

Если продолжается действие неблагоприятного фактора, то затрагиваются все новые виды активного ила.

Основным из факторов, влияющих на биоценоз активного ила, считаются удельные нагрузки, они и формируют для каждого очистного сооружения свой специфический активный ил.

Существуют три основных типа активного ила:

— ил, работающий на неполное окисление органических загрязнений;

— ил, работающий на полное окисление;

— ил, работающий на полное окисление с последующей нитрификацией.

Определение прозрачности надиловой воды.

Считается, что степень биологической очистки является удовлетворительной, если прозрачность воды составляет не менее 12 см, прозрачность, составляющая 30 см, указывает на полную биологическую очистку сточной воды, при этом, как правило, все остальные показатели тоже находятся на удовлетворительном уровне.

Своевременная регистрация происходящих изменений в структуре биоценоза ила позволяет оперативно выявлять основные неблагоприятные факторы, воздействующие на процесс биологической очистки сточных вод.

При разрушении хлопьев и бактерий под влиянием токсикантов, ферментативная активность ила некоторое время сохраняется, и биохимическое окисление загрязняющих веществ обеспечивается разрушенными клетками, и только после исчерпания этих возможностей эффективность очистки резко ухудшается.

Поэтому из всего комплекса измеряемых гидрохимических и гидробиологических показателей, в качестве оперативного можно использовать только прозрачность надиловой воды, которая зависит от состояния хлопьев ила, и быстро падает при их разрушении (т.е. более оперативно выявляет нарушения в экосистеме активного ила).

Проблемы эксплуатации сооружений очистки сточных вод и их решения: вспухание и пенообразование активного ила

Эксплуатация сооружений биологической очистки сточных вод требует от технологов очистных сооружений высокой квалификации и знания как базисных основ биохимических процессов, так и особенностей технических и конструктивных решений конкретных сооружений. В реальных условиях нестационарности качественных и количественных характеристик сточных вод, поступающих на биологическую очистку, принятие грамотных оперативных решений является залогом обеспечения проектного качества очищенной воды в штатных ситуациях эксплуатации и сведения до минимума последствий нештатных и аварийных ситуаций. В настоящей статье будут рассмотрены причины и проблемы развития таких процессов, как вспухание и пенообразование активного ила, и предложены пути их решения.

Процессы вспухания и пенообразования активного ила создают серьезную проблему при эксплуатации канализационных очистных сооружений и приводят к ухудшению качества очистки сточных вод по таким показателям, как взвешенные вещества и БПК, а также к сбросу активного ила в водные объекты. Вспухание ила, его всплытие и пенообразование вызываются многими причинами и связаны как с деятельностью различных групп микроорганизмов, так и с условиями формирования хлопка активного ила.

Для начала разберемся, что представляют собой рассматриваемые процессы.

К СВЕДЕНИЮ Вспухание активного ила возникает вследствие низкой способности активного ила к осаждению (удельный вес вспухшего активного ила незначительно больше плотности воды).
Пенообразование представляет собой процесс развития всплывающей на поверхность очистных сооружений пены, которая отделяется от основной массы активного ила, находящегося в объеме сооружений (удельный вес пены в разы меньше удельного веса воды).
Всплытие активного ила происходит за счет прикрепления к агломерациям хлопков активного ила пузырьков газа.

Чтобы принять верное технологическое решение по ликвидации указанных процессов, для начала необходимо определить, какой именно процесс развивается в данный момент на очистных сооружениях.

ВСПУХАНИЕ АКТИВНОГО ИЛА

Основной причиной возникновения процесса вспухания активного ила является развитие филаментных форм микроорганизмов (рис. 1).

Отличить процессы вспухания активного ила от пенообразования можно в первую очередь визуально: если на поверхности сооружений (аэротенков, регенераторов, вторичных отстойников) наблюдается пена (рис. 2), это говорит о развитии процесса пенообразования.

Процессы вспухания характеризуются отсутствием пены на поверхности сооружений. При этом седиментационные свойства активного ила резко ухудшаются.

Седиментационные свойства активного ила характеризуются такими параметрами, как иловый индекс и скорость осаждения активного ила. Иловый индекс I (см3/г) представляет собой объем активного ила, содержащий 1 г сухого вещества после 30-минутного отстаивания в цилиндре рабочим объемом 100 см3, и рассчитывается по формуле:

где Vi — объем активного ила в цилиндре после 30-минутного отстаивания (цилиндр 1-100-2 в соответствии с ГОСТ 1770-74 «Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия»), см3;

x — массовая концентрация активного ила, г/см3.

Рабочий диапазон значений илового индекса активного ила аэротенков, в которых реализуются процессы окисления органических соединений, составляет 80–120 см3/г. Значение илового индекса более 140 см3/г говорит о наличии процессов вспухания активного ила.

Основные причины развития тех или иных типов филаментных микроорганизмов, ответственных за возникновение процессов вспухания активного ила, указаны в табл. 1.

Таким образом, для начала следует провести микробиологический анализ активного ила, чтобы определить типы филаментных микроорганизмов, получившие наибольшее развитие. Далее, используя табл. 1, необходимо выяснить возможные причины, которые привели к развитию данного типа филаментных микроорганизмов. Устранение найденных причин позволит решить проблему вспухания активного ила.

На рисунке 3 представлена микроскопическая картина различных состояний активного ила («здоровый» активный ил, вспухший активный ил и пена активного ила).

Помимо указанных в табл. 1 причин развития различных типов филаментных микроорганизмов, вспухание активного ила может быть вызвано следующими факторами:

  • изменения качественных и количественных характеристик поступающих сточных вод:

– колебания расходов и концентраций поступающих сточных вод (при отношении максимальных/минимальных часовых значений к среднесуточному более чем 1,6/0,4 — для расходов сточных вод и 1,3/0,7 — для значений БПК5);

– наличие токсичных веществ в поступающих сточных водах;

  • некорректность проектных решений сооружений биологической очистки:

– несоответствие проектного расхода воздуха, поступающего в аэробные зоны аэротенков, требуемому;

– некорректное проектирование вторичных отстойников и системы возврата активного ила, которое привело к тому, что в систему возвратного ила в первую очередь поступает активный ил, осевший в центральной части отстойника (проблема в большей степени касается радиальных отстойников), а большая часть ила может находиться в отстойнике более 3–4 ч (длительный период нахождения активного ила в бескислородных условиях ведет к его вспуханию);

  • ошибки при эксплуатации очистных сооружений:

– широкий диапазон колебаний поступающей нагрузки по органическим соединениям (+/–70 %);

– высокая нагрузка на активный ил по органическим соединениям (более 500 мгБПКполн/гБВАИ), которая ведет к образованию мелких дисперсных хлопков ила, что ухудшает седиментационные свойства активного ила.

Ликвидация вспухания активного ила

С целью ликвидации вспухания активного ила при эксплуатации очистных сооружений необходимо принять следующие меры:

  • при существенных колебаниях поступающей нагрузки по органическим соединениям (по БПКполн, ХПК более +/–70 %) — увеличить расход возвратного активного ила на 30–50 %;
  • при концентрации растворенного кислорода в аэробных зонах аэротенка менее 1,0 мг/л — максимально задействовать имеющиеся мощности аэрационной системы и обеспечить концентрацию растворенного кислорода не ниже 1,0 мг/л;
  • при значениях рН иловой смеси менее 6,0–6,5 — предусмотреть возможность регулирования рН;
  • при низких нагрузках на активный ил — снизить дозу активного ила в аэротенках;
  • при значениях отношений БПКполн : N : P более чем 100 : 5: 1 — предусмотреть систему дозирования азота и фосфора;
  • при залповом сбросе токсичных веществ и/или нефтепродуктов на очистные сооружения — увеличить подачу воздуха в аэротенки для обеспечения концентрации растворенного кислорода около 1,5–2,0 мг/л и увеличить расход избыточного активного ила на 30–50 %.

Следует отметить, что нитчатые бактерии (такие как Beggiatoa и Thiothrix) хорошо растут при высоких концентрациях сероводорода и низких концентрациях субстратов, что дает им преимущество в условиях низких концентраций растворенного кислорода и низких нагрузок по органическим соединениям. Когда поступающие сточные воды содержат продукты брожения (такие как летучие жирные кислоты и восстановленные соединения серы (сульфиды и тиосульфат)), создаются оптимальные условия для размножения бактерий Thiothrix. В этом случае необходимо обеспечить подачу хлорной извести для сдерживания роста таких бактерий. При развитии процесса вспухания активного ила следует в виде срочной (временной) меры провести хлорирование возвратного ила: доза хлора в пределах 2–3 мг/л (в экстренных случаях — 8–10 мг/л) Cl2 на 1000 мг/л возвратного активного ила.

ПЕНООБРАЗОВАНИЕ

При эксплуатации очистных сооружений следует различать истинные процессы пенообразования, связанные с развитием бактерий рода Nocardia и Microthrix, и появление на сооружениях «белой» пены, связанной с массовым поступлением на очистные сооружения в составе сточных вод синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) (рис. 4).

Как видно на рис. 4 (А), при повышенных концентрациях СПАВ в поступающих на очистные сооружения сточных водах образуется очень легкая пена белого цвета, которая может выноситься ветром из сооружений на прилегающую территорию. Устранить эту проблему с использованием технологических приемов не представляется возможным. Отметим, что такая пена не включается в хлопки активного ила и не оказывает на него негативного воздействия.

Если «белая» пена появляется достаточно редко, то, как правило, она исчезает через 2–3 дня без дополнительных усилий со стороны технологов, эксплуатирующих очистные сооружения. Если же имеют место постоянные сбросы повышенных концентраций СПАВ, которые приводят к появлению «белой» пены, необходимо решить вопрос о прекращении таких сбросов промышленными абонентами и увеличить дозу активного ила до максимально возможной, при которой обеспечивалась бы проектная концентрация взвешенных веществ на выходе из вторичных отстойников. Кроме того, рекомендуется провести механическое удаление пены с поверхности сооружений.

Истинное пенообразование создает угрозу для эксплуатации сооружений биологической очистки сточных вод — вплоть до полной неосаждаемости ила во вторичных отстойниках и выноса всего ила сооружений в приемник очищенных вод (например, в реку).

Развитие процесса пенообразования связано с медленным ростом нитчатых организмов (чаще всего рода Nocardia и M. parvicella). В благоприятных для развития этих микроорганизмов условиях они растут в виде длинных тонких нитей, а при неблагоприятных — нити распадаются на отдельные клетки. Благоприятными условиями для развития бактерий такого рода являются низкая нагрузка по органическим соединениям, появление в сточной воде трудноразлагаемых соединений и низкая концентрация растворенного кислорода. Образующиеся нити бактерий имеют гидрофобную поверхность, что и приводит к их всплытию вместе с частицами активного ила. Кроме того, эти микроорганизмы могут выделять поверхностно-активные вещества, также способствующие процессу пенообразования.

Пена, вызванная развитием микроорганизмов типа Nocardia, — темно-коричневая, плотная, тяжелая. Первоначально она образуется в неаэрируемых зонах — каналах возвратного активного ила, аноксидных и анаэробных зонах аэротенков, а затем выносится и в аэрируемые зоны сооружений, полностью покрывая поверхность сооружений биологической очистки сточных вод, в т.ч. и вторичные отстойники (рис. 5).

Пена, вызванная развитием микроорганизмов типа M. parvicella, — серая или темно-серая, сальная, может стать достаточно густой, чтобы иметь корку (рис. 6).

Сравнение микроскопии «здорового» активного ила, пенящегося ила и пены представлено на рис. 7.

Основными причинами пенообразования являются:

  • низкая нагрузка на ил в аэротенках по органическим соединениям (менее 80–100 мгБПКполн/гБВАИ);
  • низкая концентрация растворенного кислорода в аэробных зонах аэротенка (менее 0,6–0,8 мг/л);
  • резкое изменение температурного режима поступающих сточных вод (наиболее часто процессы пенообразования развиваются в июне и августе в северных областях России, в мае и сентябре — в центральных, а в апреле и октябре — в южных);
  • недостаток биогенных элементов в поступающих сточных водах (БПКполн : N более 20, а БПКполн : Р более 100).
Ликвидация пенообразования активного ила

Для предупреждения и блокирования развития процессов пенообразования применяются следующие мероприятия:

  • снижение возраста активного ила (наиболее часто используемый способ) до 3–5 сут. — при реализации в очистных сооружениях только технологий окисления органических соединений и до 7–9 сут. — при реализации технологий нитрификации;
  • уменьшение дозы активного ила при низких нагрузках на ил по органическим соединениям;
  • увеличение концентрации растворенного кислорода до 1,5–2,5 мг/л;
  • дозирование биогенных элементов (в случае их недостатка);
  • создание селекторов (данное решение наиболее эффективно в аэротенках-смесителях);
  • хлорирование возвратного активного ила;
  • добавление пеногасителей;
  • опрыскивание раствором хлорной извести непосредственно пены;
  • механическое удаление пены (рис. 8).

ВСПЛЫТИЕ АКТИВНОГО ИЛА

Иногда возникают ситуации, когда активный ил, обладающий хорошими седиментационными характеристиками при проведении лабораторных тестов, всплывает на поверхность вторичных отстойников (рис. 9). Причиной этого является процесс денитрификации, который развивается в слое осевшего во вторичных отстойниках активного ила: газообразный азот поднимается вверх, захватывая хлопки активного ила.

В этом случае предлагается проведение следующих мероприятий:

  • увеличение расхода возвратного активного ила до проектного значения;
  • уменьшение уровня осадка во вторичных отстойниках до 0,2 м;
  • обеспечение концентрации растворенного кислорода на выходе из аэротенков не менее 2,5–3,0 мг/л.

ПОДВОДИМ ИТОГИ

В статье нами были рассмотрены основные причины вспухания, пенообразования и всплытия активного ила. В таблице 2 представлен более широкий и обобщенный спектр причин.

Мы уже отметили ранее, что в зависимости от причин развития рассматриваемых процессов применяются различные методы борьбы с этими явлениями. Однако общими «рецептами» во всех случаях являются:

  • механическое удаление пены (желательно без последующего анаэробного сбраживания);
  • механическое разрушение пены (водой, ультразвуком);
  • использование химических добавок (хлор, пеногасители, соли кальция, железа, алюминия);
  • оптимизация кислородного режима (при содержании О2 менее 1,0 мг/л появляется риск вспенивания);
  • снижение возраста ила;
  • введение в технологическую схему селекторов и контактных зон для обеспечения преимущества в росте «нормальных» микроорганизмов активного ила;
  • оптимизация и корректировка состава сточной воды, поступающей на биологическую очистку (при высоких концентрациях БПК).

В таблице 3 приведена информация о химических реагентах, применение которых позволит предупредить и/или остановить развитие процессов вспухания и пенообразования активного ила.

На основании информации, изложенной в статье, можно сделать следующие выводы:

1. Развитие процессов вспухания и пенообразования активного ила в сооружениях биологической очистки сточных вод обусловлено как сбросом неочищенных (или недостаточно очищенных в сооружениях предварительной очистки) промышленных сточных вод в аэротенки, так и неоптимальным технологическим режимом их эксплуатации.

2. Процессы вспухания и пенообразования ведут к резкому снижению способности активного ила к осаждению, что является причиной увеличения концентрации взвешенных и органических веществ в очищенной воде, а в худшем случае — выноса с очищенной водой практически всей массы активного ила в водный объект.

3. Принятие своевременных решений для блокирования процессов вспухания и пенообразования активного ила базируется на идентификации развивающегося процесса с использованием микроскопирования активного ила и определении причин возникновения процесса вспухания или пенообразования.

4. Оперативный контроль состояния активного ила и своевременные корректные решения по блокированию развития процессов вспухания и пенообразования активного ила позволят избежать в дальнейшем негативных последствий.

Литература 1. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Савельева Л.С., Мойжес (Харькина) О.В. Исследование применения метода кинетической селекции для борьбы со вспуханием активного ила / Международный конгресс по управлению отходами (ВэйстТэк-2005), Москва, 31 мая — 3 июня, 2005: Сборник докладов. М.: СИБИКО Инт., 2005.
2. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес (Харькина) О.В., Гусев Д.В., Асеева В.Г. Влияние возраста ила и качества очистки сточных вод на прирост биомассы по результатам промышленных и полупромышленных исследований / Международный конгресс по управлению отходами и природоохранными технологиями (ВэйстТэк-2007), Москва, 29 мая — 1 июня, 2007: Сборник докладов. М.: СИБИКО Инт., 2007.
3. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес (Харькина) О.В., Шотина К.В. Технологические мероприятия эксплуатации сооружений биологической очистки в аварийных и экстремальных условиях: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. М., 2008. С. 154–170.
4. Козлов М.Н., Харькина О.В., Пахомов А.Н., Стрельцов С.А., Хамидов М.Г., Ершов Б.А., Белов Н.А. Опыт эксплуатации сооружений биологической очистки сточных вод от соединений азота и фосфора // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 10. Ч. 1.

Удельный вес ила. Вес ила в 1м3 в зависимости от его состояния

Илом называется вещество, образующееся на дне стоячих водоемов или русел проточных вод. Он представляет собой смесь очень мелких частиц органического и минерального происхождения. Среднее количество фракций ила размером менее 0,01 мм достигает 50% от общей массы.

В естественных условиях эта тонкозернистая порода находится в вязком (текучем) состоянии. Залегая на дне таких водоемов как моря или озера, ил может состоять из частиц разрушающихся горных пород и твердых остатков живых организмов, населяющих эти водоемы. В зависимости от основных компонентов насыщающих ил выделяют:

  • известковые, терригенные, алевритовые, пелитовые илы;
  • диатомовые, радиоляриевые, птероподовые, глобигериновые.

Также встречаются илы насыщенные остатками вулканического происхождения или гнилостными отложениями, образованными в результате загнивания большого количества органики. Это вещество (сапропель) вызывает активное выделение сероводорода.

Сколько весит ил?

Вопрос о том, какой вес ила, возникает при проведении строительных работ, транспортировке донного грунта, подсчетах массы иловых отложений, определении плотности сапропеля и прочих технических задачах.

Среднее значение удельного веса илового осадка приравнивается к 1.6 т/м3. В зависимости от разновидности ила и от его физического состояния (сухой он или мокрый) будет меняться соответственно и плотность. Ил в естественном состоянии, а также вес сапропеля в насыпи имеют разные значения плотности. Данные приведены в таблице.

Использование ила

Человечество научилось применять ил в своих нуждах. Так, являясь начальной стадией, которую проходят связанные осадочные породы, ил может использоваться в производстве минеральных вытяжек для животных, а также в качестве удобрения почвы в сельском хозяйстве.

Для улучшения качества почвы лучшим считается озерный сапропель. В нем много полезной органики и минералов. Он активно стимулирует рост и развитие растений, а также является естественным антисептиком.

Можно использовать под огородные культуры болотный ил. Для растений он более питателен, чем навоз. Добавление такого компонента в компостную кучу нейтрализует действие разлагающихся фекалий, потенциальная опасность заражения исчезает. Речной ил рекомендуется смешивать с навозом. Его ценность наименьшая, в сравнении с другими видами ила.

Активно используются некоторые виды ила для грязелечения. Обычно используется отложения соленых озер. Органические и минеральные элементы грязи, сернистые соединения её образуют вязкую студенистую массу, в которой массовая доля воды достигает 50%. Действующие вещества (йод, закись железа, аммиак, органические кислоты) лечебных грязей благотворно влияют на кожу, уничтожают болезнетворные бактерии, улучшают кровообращение, кожное дыхание, стимулируют работу нервных окончаний, работу организма в целом.

Проблемы обслуживания очистных сооружений и способы их решения

Михаил Пукемо

В настоящий момент в России, особенно в сельской местности, сложилась плачевная ситуация с уровнем квалификации персонала, привлеченного к эксплуатации очистных сооружений (ОС). Причем чем меньше очистные сооружения, тем более вопиющее несоответствие персонала занимаемым должностям. В малых населенных пунктах ОС перегружены. Ситуацию может исправить распределенная очистка сточных вод в месте их возникновения. В статье рассмотрена одна из наиболее совершенных технологий очистки, называемая самобалансирующейся.

Ключевые слова: эксплуатация очистных сооружений, распределенная очистка сточных вод, самобалансирующаяся очистка сточных вод, канализационные сети.

В России, по данным Росстата, наибольшее количество территорий с высокой долей загрязненных сточных вод, сбрасываемых в водоемы, находится в местах с наибольшей плотностью населения. Наибольшее количество районов с долей загрязненных сточных вод от 80 до 100% находится в европейской части РФ.Естественно, что такое положение дел напрямую отражается на качестве водоемов, в бассейны которых происходит сброс недолжным образом очищенных сточных вод. В последние годы появилась тенденция к снижению общего количества сточных вод. Так, с 2010 по 2013 гг. общий объем сточных вод в России снизился на 6295 млн. м3/год (таблица 1), при этом общий объем сточных вод без очистки снизился всего лишь на 1326 млн. м3/год.

Доля неочищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы, составляет 35,4%, то есть более чем треть всех сбрасываемых сточных вод наносит огромный экологический вред водоемам (рис. 1). В настоящее время экономические реалии подталкивают потребителей в сторону экономии воды. В домохозяйствах применяется современная сантехника, позволяющая экономить воду, а на предприятиях внедряются водооборотные системы. По данным Росстата, с 2010по 2013гг. было построено и запущено водооборотных систем общей производительностью более чем 6000 млн. м3/год (рис. 2). В связи с этим есть основание полагать, что уменьшение общих объемов сточных вод связано с усилившейся экономией воды потребителями.

Как следует из анализа, проведенного Росстатом (таблица 2), основное количество населенных пунктов, не оборудованных системами канализования,относится к сельским. Сельских населенных пунктов, не имеющих канализацию, почти в семь раз больше, чем поселков имеющих водопровод. Наглядно это видно на рис. 3-4.

В настоящий момент можно с уверенностью констатировать стабильно ухудшающуюся ситуацию с состоянием канализационных сетей. На сегодняшний день требуют замены 34,6 тыс. км канализационных сетей, что составляет 42,7% от всей протяженности канализационных сетей. Начиная с 1995 по 2014 гг., протяженность сетей, требующих ремонта, увеличилась более чем на 22 тыс. км (рис. 5).

Неудовлетворительное состоянии канализационных сетей приводит к обильной инфильтрации грунтовых, ливневых и паводковых вод в канализационные очистные сооружения, перегружая их и нарушая технологический процесс очистки сточных вод. Одновременно с инфильтрацией происходит обратный процесс загрязнения грунтовых вод неочищенными сточными водами из разрушенных сетей канализации.

Следует также отметить низкий уровень квалификации подрядных организаций при строительстве линейных объектов в небольших населенных пунктах и коттеджных поселках. Построенные сети изначально не имеют герметичности и обильно работают на инфильтрацию грунтовых и поверхностных вод.

При инфильтрации грунтовых вод очистные сооружения получают, помимо повышенной гидродинамической нагрузки, дополнительную нагрузку по взвешенным веществам, в частности, песку, что существенно уменьшает ресурс работы оборудования очистных сооружений и увеличивает эксплуатационные затраты на их содержание. Попутно при эксплуатации негерметичных сетей в грунте образуются пустоты, вызывающие разрушения дорожных покрытий.Вследствие нарушения расчетной гидродинамической нагрузки на ОС избыточная вода нарушает технологические процессы биологической стадии очистки, изменяя время экспозиции, вынос биомассы и прочие негативные последствия, ведущие к нарушению технологического процесса очистки и не соответствия очищенного стока предъявляемым нормативам.

В этой связи видится перспективным отказ от прокладки больших коллекторов, собирающих стоки от нескольких населенных пунктов для их централизованной очистки, и переход на очистку стоков непосредственно от населенного пункта. Такой подход к организации канализования снизит капитальные вложения на строительство и проектирование инженерных сетей, эксплуатационные затраты на их содержание, ремонт и обслуживание канализационных сетей, снизит нагрузку на ОС от инфильтрации грунтовых и поверхностных вод, что приведет не только к экономическому эффекту, но и обеспечит более высокий уровень очистки сточных вод от небольших населенных пунктов.

Потребность в обслуживании наиболее распространенных конструкций ОС

В настоящее время наиболее распространенной технологией при строительстве очистных сооружений является так называемая классическая технология, описанная в еще советских учебниках. Естественно, что эта же технология лежит в основе большинства существующих очистных сооружений.

Биологической составляющей классической технологии очистки является очистка активным илом. Из-за необходимости формировать биоценоз широкого спектра, для эффективной очистки сточных вод, в «классической» технологии применяется рециркуляция активного ила, основной задачей которой является повышение возраста активного ила и выращивание штаммов бактерий имеющих большой период созревания. Именно из-за этой особенности технологии и появляются сложности с эксплуатацией ОС указанного типа.

При обслуживании биологических очистных сооружений с классической технологией появляется проблема с персоналом. Настроить ОС классического типа могут только квалифицированные специалисты. В штате ОС должен находиться специалист микробиолог (хотя бы по совместительству) и специально подготовленный оператор очистных сооружений,который мог бы адекватно диагностировать состояние биоценоза активного ила. При этом едва ли найдутся хотя бы одни ОС поселкового масштаба, на которых работал бы микробиолог или хотя бы технолог по очистным сооружениям. Отсутствие профильных специалистов, равно как и подготовительных учебных заведений в районах либо нет, либо специалистов крайне мало. Некоторые очистные сооружения и водоканалы ищут операторов очистных сооружений с заработной платой в 8000 руб., что делает невозможным привлечение квалифицированного специалиста.

Оптимизация затрат коммунальных служб зачастую выливается в полное игнорирование регламента обслуживания ОС. Обслуживание производится по остаточному принципу и сводится в основном только к ремонту вышедших из строя агрегатов и машин.

Следует также отметить чрезвычайную перегруженность существующих ОС в малых населенных пунктах.

Эти замечания также относятся ко всем технологиям ОС, которые используют свободно открепленный активный ил для обеспечения биологической стадии очистки, например, таким как SBR-технологии и мембранные биореакторы.

Другим аспектом обслуживания является техническое обслуживание оборудования ОС. Не будет являться секретом то, что с увеличением мощности ОС увеличиваются мощности агрегатов, работающих в технологической цепочке. С одной стороны, есть постулат, что высокопроизводительные агрегаты имеют меньшие удельные затраты на единицу совершаемой работы, но этот посыл верен только в том случае, если загрузка таких агрегатов близка к 100% от расчетной. В случае, если высокопроизводительный агрегат используется не на полную мощность, то КПД и удельные затраты не выдерживают никакой критики. Для решения этой проблемы применяется сложная автоматика, частотное регулирование и прочие хитрости, что в целом усложняет систему, а, следовательно, ведет к снижению надежности. Ремонт сложных систем доступен только высококвалифицированному персоналу, а о наличии такого персонала мы говорили выше. В дополнение картины надо сказать, что поставка запчастей к высокопроизводительным машинам и агрегатам занимает большое время, а также немалые средства, поскольку в основном эти агрегаты поставляются в заказном порядке.

Устойчивость качества очистки самобалансирующихся ОС

Наиболее современным подходом к обеспечению биологической стадии очистки, является применение биопленок. Закрепленные биопленки (или иммобилизованный биоценоз) по отношению к свободно открепленному активному илу показали ряд преимуществ. Биопленки в виде иммобилизованного биоценоза имеют высокую резистивность к изменению условий внешней среды по таким параметрам, как рН, температура, наличие питательной среды, концентрация О2, наличие токсинов и пр. При организации технологических процессов, в основе которых лежат процессы окисления на биопленках, отпадает необходимость настройки параметров рециркуляции активного ила, так как иммобилизованный биоценоз не имеет фактора времени при формировании видового состава. С учетом этого одним из преимуществ очистки биопленками является возможность работы ОС на так называемых «бедных» стоках.

К технологиям, использующим иммобилизованный биоценоз, относятся такие широко распространенные технологии, как MMBR, очистные сооружения башенного типа (сухие фильтры), различные виды модернизации классической технологии, а также самобалансирующиеся очистные сооружения.Остановимся на самобалансирующихся ОС.

Это современные ОС, реализующие биологическую стадию очистки при помощи биопленок. В основе технологии таких ОС лежит имитация работы естественного водоема. Принципиальным отличием от существующих технологий является работа ОС «на малых концентрациях». Все очистное сооружение является одновременно усреднителем. Высокая степень усреднения позволяет сгладить пиковые нагрузки и неравномерность в количественном и качественном составе поступающих на ОС сточных вод. На рис. 6 показана принципиальная схема самобалансирующихся ОС хозяйственно-бытовых стоков.

Обслуживание самобалансирующихся ОС

В результате реализации технологии самобалансирующихся ОС обслуживание последних сводится к откачке осадка из приемной камеры накопителя и пополнению реагентов. Присутствие квалифицированного персонала для проведения техобслуживания такого уровня сложности не требуется.
Современным направлением в технике является обслуживание не по регламенту, а по необходимости, в нашем случае это объем фактически очищенного стока. Лидером в этом направлении является автомобильная промышленность, показавшая неоспоримое преимущество и выгоду такого подхода к обслуживанию технических агрегатов. Так, на современных германских автомобилях последних лет выпуска автоматика дает сигнал на замену масла и таких расходных материалов, как фильтры и колодки. В узлы агрегатов и в расходные материалы встроены датчики, контролирующие износ и необходимость замены.
Современные методы автоматизации ОС также позволяют снизить, а в некоторых случаях вообще отказаться от регламентных процедур обслуживания ОС. Информирование обслуживающего персонала дистанционно посредством СМС-сообщений позволяет существенно снизить затраты на обслуживание, отказавшись от штатных сотрудников малых ОС(под малыми ОС понимаются сооружения производительностью до 500 м3/сут.)

Основной тенденцией 20-го века в направлении оптимизации коммунальных затрат на канализование было укрупнение ОС, прокладка больших по протяженности канализационных сетей и коллекторов. Оптимизация предполагалась за счет сокращения темпа роста количества очистных сооружений, которое ведет к сокращению темпов роста персонала, занятому в этой области, и прочим административным затратам. Предполагалось, что сокращение затрат на организацию малых очистных сооружений перекроет затраты на устройство сетей канализации. К сожалению, на деле наблюдается процесс деградации существующих канализационных сетей. Увеличивая количество сетей участками между населенными пунктами, мы неизбежно усугубим ситуацию.

Наметившейся тенденцией 21-го века в вопросе организации канализования населенных пунктов можно смело назвать распределенную очистку сточных вод, то есть очистку сточных вод в месте их возникновения.

Такому подходу способствует более глубокое понимание негативного воздействия на окружающую среду. После долгих лет дискуссии о запредельной жесткости норм, предъявляемых к водоочистке, в России вступают в силу наилучшие доступные технологии, которые позволят применять более мягкие нормативы очистки для небольшого количества сточных вод. Разумность такого подхода подтверждает и международная практика.

Выводы:

Представляется разумным изменить концепцию организации централизованного канализования в сельской местности на концепцию распределенной очистки сточных вод. Для достижения этой цели следует:

  • отказаться от прокладки коллекторов между населенными пунктами и начать применять подход, отвечающий концепции распределенной очистки сточных вод. Отказ от больших по протяженности коллекторов также позволит отказаться от затрат на транспортировку стока при помощи мощных КНС, необходимость в которых почти всегда возникает при транспортировке стока на большие расстояния;
  • начать внедрение самобалансирующихся ОС в сельских населенных пунктах. Самобалансирующиеся ОС при минимальном обслуживании и неудовлетворительном качестве канализационных сетей имеют ряд преимуществ. Монтаж таких систем не требует специалистов по монтажу и запуску ОС. Все работы являются общестроительными и могут быть выполнены подрядчиками, имеющими соответствующий допуск СРО. Уже установленные системы зарекомендовали себя как неприхотливое и надежное в эксплуатации оборудование.

ЛИТЕРАТУРА

1. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2013 году». М.: НИА Природа, 2014. 270 с.
2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2013 году», М.: НИА Природа, 2014. 463 с.
3. Государственный доклад «О состоянии озера Байкал и мерах по его охране в 2014 году». Иркутск: Сибирский филиал ФГУНПП «Росгеолфонд», 2015. 436 с.
4. Пукемо М.М. «Современные технологии при строительстве очистных сооружений», ООО «Издательский дом «Орион», журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2015/4 (88)ISSN20722710.
5. Алексеев Е., Жуков С., Пукемо М.М. «Исследование характеристик биологической загрузки созданной на основе конструкционных порошкововолокнистых полимерных материалов», научнотехнический журнал «Водные ресурсы и водопользование». №9(140)2015. ISSN 2225577Х.
Оригинальную журнальную версию статьи: «Проблемы обслуживания очистных
сооружений и способы их решения» скачать в pdf

About the author

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *