Общие закономерности биохимической очистки сточных вод

БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Лекция № 15

Основные принципы биохимической очистки

 

Общие закономерности биохимической очистки сточных вод

 

Метод биохимической очистки (БХО) получил широкое распространение для очистки сточных вод различных предприятий и хозяйственно-бытовых сточных вод от растворимых органических и некоторых неорганических веществ (H₂S, сульфидов, аммиака, нитратов). Метод БХО также широко применяется для доочистки сточных вод, очищенных различными методами.

Сущность метода биохимической очистки заключается в способности микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах.

Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы разрушают их, превращая в Н₂О, СО₂, нитрит- и сульфат-ионы - безвредные продукты. Другая часть органических веществ идет на образование биомассы – активного ила или биопленки.

Процесс разрушения органических веществ микроорганизмами называют биохимическим (биологическим) окислением. Эффективность биохимического окисления может быть различна, однако практически не существует органических веществ, которые не усваивались бы микроорганизмами. Протекание процессов биохимической очистки в большой степени зависят от состава сточных вод, наличия каких-либо примесей, исключающих возможность биохимического окисления.

Для определения возможности подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения устанавливают максимальные концентрации веществ, которые не оказывают отрицательного влияния на процессы биохимического окисления (МК_б) и на работу очистных сооружений (МК_б.о.с.). Эти величины устанавливают как для органических, так и неорганических веществ, растворенных или находящихся в коллоидном состоянии.

В общем случае биоразлагаемость примесей сточных вод характеризуется биохимическим показателем.

Биохимический показатель (БХП) – это отношение величины БПК_П очищаемой воды к величине ее ХПК:

БХП = БПК_П / ХПК.

Биохимический показатель выражают в % и долях единицы. Эта величина является параметром, необходимым для оценки работы и эксплуатации сооружений для очистки сточных вод. Его значения колеблются в широких пределах в зависимости от содержания в очищаемой воде растворенных примесей, т.е. в зависимости от типа промышленного производства, где образуются сточные воды.

Согласно величине биохимического показателя выделяют 4 основных групп сточных вод.

Первая группа: БХП имеет значение больше 0,2 (БХП > 0,2). К этой группе относят сточные воды предприятий пищевой промышленности (дрожжевые, крахмальные, сахарные, пивоваренные заводы), заводов прямой перегонки нефти, белково-витаминных концентратов и др. Органические загрязнения этой группы сточных вод не токсичны для микробов и легко подвергаются биохимическому окислению..

Вторая группа: значение БХП лежит в интервале 0,1 - 0,01. Эта группа включает сточные воды коксохимических, азотнотуковых, содовых заводов. Сточные воды второй группы можно подвергать биохимической очистке после предварительной механической очистки.

Третья группа: значение БХП составляет 0,01 - 0,001. К этой группе относят сточные воды процессов сульфирования, хлорирования, производства масел и ПАВ, сернокислотных заводов, предприятий черной металлургии, тяжелого машиностроения. Эти воды могут быть направлены на БХО после механической и локальной физико-химической очистки (флотация, ионный обмен, обратный осмос и т. п.).

Четвертая группа: величина БПХ < 0,001. К этой группе относят сточные воды, содержащие в основном взвешенные частицы. Это стоки угле – и рудообогатительных фабрик и т. п. Для очистки этих сточных вод используют механические методы (процеживание, отстаивание, фильтрование и т. п.), биохимические методы можно использовать лишь для доочистки.

 

Метод биохимического окисления примесей сточных вод находит широкое применение для очистки как бытовых сточных вод, так и сточных вод различных предприятий. Это обусловлено следующими его достоинствами:

- возможностью удалять из сточных вод различные органические примеси;

- простотой аппаратурного оформления;

- невысокими эксплуатационными расходами.

Однако этот метод имеет и определенные недостатки:

- высокие капитальные затраты;

- необходимость строгого соблюдения технологического режима;

- необходимость разбавления высококонцентрированных сточных вод;

- Токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических и неорганических соединений (ПАВ), ионы тяжелых металлов.

Биохимическое окисление осуществляют аэробными и анаэробными методами.

Аэробные методы основаны на разрушении органических веществ аэробными микроорганизмами, для жизнедеятельности которых необходимо присутствие в воде свободного кислорода и температура 20-40⁰С.

Если процесс протекает при температуре 20-30⁰С, то говорят о мезофильном окислении; если при температуре 30-40⁰С – термофильном окислении.

При аэробных методах очистки микроорганизмы культивируются в активном иле или в слое биопленки.

При анаэробных методах (сбраживание) процесс протекает без доступа кислорода воздуха, органические соединения разрушаются анаэробными микроорганизмами в слое осадка.

Наиболее широко для очистки сточных вод применяются аэробные методы. Анаэробные методы применяют для обезвреживания (сбраживания) осадков и для предварительной обработки высококонцентрированных сточных вод с последующей очисткой в аэробных условиях.

Принцип действия аппаратов и сооружений биохимический очистки сточных вод основан на методах непрерывного культивирования микроорганизмов в активном иле (в этом случае процесс проводят в аэротенках) или в биопленке (если процесс осуществляется в биофильтрах).

Наиболее широко применяют аэротенки. На рисунке 1 приведена принципиальная схема биохимической очистке сточных в аэробных условиях с использованием аэротенков.

 

Принципиальная схема БХО в аэробных условиях

СВ

Возвратный активный ил Избыточный активный ил

Исходная сточная вода подается в аэротенк, куда также непрерывно поступает активный ил (возвратный) и воздух. В аэротенке происходит процесс окисления примесей сточных вод микроорганизмами. Смесь очищенной воды с активным илом из аэротенка направляется во вторичный отстойник, где вода осветляется и подается в случае необходимости на доочистку. Из вторичного отстойника часть активного ила направляется в аэротенк, другая часть (избыточный) – на переработку.

В случае проведения процесса в биофильтрах, воду пропускают через слой загрузки биофильтра. Микроорганизмы, заселяющие биопленку загрузки, окисляют органические примеси сточных вод.

Разрушение органических веществ происходит и в естественных условиях – в водоемах, биологических прудах, на полях орошения.

 

2 Состав активного ила и биопленки

Биохимическое окисление примесей сточных вод в аэротенках происходит в активном иле.

Активный ил по внешнему виду представляет собой мелкие хлопья, от светло- до темно-коричневого цвета. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены скоплениями бактерий, простейшими организмами, одиночными бактериями, червями, плесневыми грибами, дрожжами, актиномицетами* и редко водорослями, личинками насекомых, рачков и др. Биоценоз активного ила в основном представлен 12-ю видами микроорганизмов и простейших.

Скопления бактерий в активном иле окружены слизистым слоем (капсулами).Также скопления называются зооглеями. Зооглеи способствуют улучшению структуры ила, его осаждаемости и уплотнению. Слизистые вещества содержат антибиотики, способные подавлять нитчатые бактерии. Бактерии, лишенные слизистого слоя, с меньшей скоростью окисляют загрязнения.

Бактерии – самая многочисленная группа микроорганизмов в активном иле. Число их колеблется от 10⁸ до 10¹² на 1 г. сухого ила. Микробиологический состав бактерий активного ила в значительной степени зависит от вида и концентраций веществ, загрязняющих сточные воды, а также условий процесса очистки. Из активного ила выделено более 10 штаммов бактерий. Каждая группа бактерий «специализируется» на окислении определенного вида органических соединений: метана, фенолов, жирных кислот, алканов, ароматических соединений. В активном иле также содержатся нитрифицирующие, денитрифицирующие бактерии, серобактерии и др.

Простейшие, присутствующие в активном иле, не принимают непосредственное участие в разрушении органических примесей. Они поглощают большое число бактерий, поддерживая их оптимальное содержание в воде. Простейшие представлены саркодовыми, жгутиковыми инфузориями, реснитчатыми инфузориями. За время своего существования инфузория пропускает через свой организм до (20¸40) тысяч бактерий. Простейшие способствуют осаждению активного ила и осветлению сточных вод.

При образовании активного ила сначала появляются бактерии, затем – простейшие. Бактерии выделяют вещества, стимулирующие размножение простейших. Эти вещества обладают клейкими свойствами, поэтому активный ил представляет собой комочки и хлопья размером (3¸150) мкм. Хлопья обладают поверхностью около 1200 м² на 1 м³ ила.

Активный ил представляет собой амфотерный коллоид, имеющий при рН=4¸9 отрицательный заряд. Несмотря на существенные различия сточных вод, элементный химический состав активного ила установок очистки различных типов сточных вод достаточно близок. Например, состав активного ила установок биохимической очистки сточных вод коксо-химических заводов можно передать следующей формулой – С₉₇Н₁₉₉О₅₃N₂₈S₂, очистки сточных вод заводов азотные удобрения – C₉₀H₁₆₇O₅₂S₈N₂₄, городских сточных вод – C₅₄H₂₁₂O₈₂N₈S₇.

Сухое вещество активного ила содержи (70¸90)% органических веществ и (30¸10)% неорганических веществ. Субстрат, которого в активном иле может быть до 40%, представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и различных водных организмов. Он служит для прикрепления организмов активного ила.

Биопленка, культивируемая в биофильтре, представляет собой слизистые обрастания

*Бактерии, вызывающие некоторые заболевания и вырабатывающие антибиотики

 

толщиной (1¸3) мм и более на наполнителе биофильтра. Наполнитель – это щебень, гравий, керамические или пластмассовые кольца, шарики и т. п., металлические сетки., т.е. материалы, инертные для воды и нетоксичные для микроорганизмов. Биоценоз биопленки представлен бактериями, грибами, дрожжами и др. организмами. В нем встречаются более разнообразные представители простейших, червей. Личинки комаров и мух, черви и клещи поедают активную массу, вызывая ее рыхление. Это способствует процессу очистки. Число микроорганизмов в биопленке на 2 порядка меньше, чем в активном иле: 10¹² бактерий на 1 м³ пленки; в иле – 210¹⁴ бактерий на 1 м³ ила.

 

2. Закономерности распада органических веществ при БХО. Ферменты

Для того, чтобы происходил процесс биологического окисления органических примесей сточных вод, они должны попасть внутрь клеток микроорганизмов.

Процесс биологического разложения органических веществ микроорганизмами состоит из 3-х стадий:

I – диффузия органического вещества и кислорода к поверхности клетки;

II – диффузия вещества через полупроницаемую цитоплазматическую мембрану внутрь клеток вследствие разности концентраций веществ в клетке и вне ее;

III – процессы превращения диффундированных веществ внутри клеток микроорганизмов.

Основную роль в очистке сточных вод играют процессы превращения вещества, протекающие внутри клеток микроорганизмов. Эти процессы заканчиваются окислением вещества с выделением энергии и новых веществ с затратой энергии.

Внутри клеток происходит непрерывный и сложный комплекс химических превращений, протекающих в строго определенной последовательности. Скорость реакций и их последовательность зависят от вида и содержания ферментов (белков, выполняющих роль катализаторов). Ферменты (или энзимы) представляют собой сложные белковые соединения, с массой достигающей сотен и тысяч миллионов атомных единиц массы.

Ферменты ускоряют только те реакции, которые протекают самопроизвольно, но с малой скоростью, причем действуют избирательно – определенный фермент катализирует определенную реакцию. Каталитические реакции протекают на активных центрах молекул ферментов, а продукт каждой реакции служит субстратом для последующей. По сравнению с химическими катализаторами ферменты способны действовать в более мягких условиях, т. е. при невысоких температурах, нормальном давлении и в среде, близкой к нейтральной. Причем при изменении состава и концентрации органических веществ меняется и состав ферментов, т. к. окисление протекать будет по другому.

Для переработки сложной смеси химических веществ, присутствующих в сточных водах, необходимо 80-100 различных ферментов. В иловых смесях обнаружены различные ферменты, например, гидролитические (гидролазы, протеазы, липазы, амилазы), окислительно-восстановительные (дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы). Существуют также и внеклеточные ферменты, в результате действия которых гидролизуется значительное количество высокомолекулярных соединений вне клетки.

Скорость биохимических реакций зависит от активности ферментов. Активность ферментов зависит в свою очередь от температуры, рН и присутствия в сточных водах различных веществ. С повышением температуры скорость ферментативных процессов повышается, но до определенного предела. Для каждого фермента существует оптимальная температура, выше которой скорость реакции падает.

Повышают активность ферментов и некоторые вещества, называемые активаторами. Это многие витамины, катионы кальция, магния, марганца. С другой стороны, соли тяжелых металлов, синильная кислота, антибиотики являются ингибиторами ферментативных процессов. Они блокируют активные центра фермента и резко снижают его активность.

Клетки каждого вида бактерий имеют определенный набор ферментов. Некоторые из них, постоянно присутствуют в клетках микроорганизмов и называются конститутивными. Другие ферменты синтезируются в клетках микроорганизмов под действием каких-либо изменений в окружающей среде, состава и концентрации примесей сточных вод. Эти ферменты появляются в процессе приспособления микроорганизмов к изменению среды, поэтому называются адаптивными. Сроки адаптации различны, колеблются от нескольких часов до десятков и сотен дней.

Во время адаптации процесс окисления примесей сточных вод протекает очень медленно, т. е. эффективность очистки сточных вод очень низка. По окончанию процесса адаптации микроорганизмы начинают хорошо окислять примеси сточных вод. Поэтому для уменьшения времени, необходимого для адаптации микроорганизмов к новым веществам, рекомендуется при пуске очистных сооружений произвести засев в сточные воды уже адаптированных микроорганизмов, полученных или на полупромышленных установках. или с других очистных сооружений.

Внутри клетки химические соединения подвергаются анаболическим и катаболическим превращениям.

Анаболические превращения приводят к синтезу новых клеточных компонентов, катаболические превращения являются источниками необходимой для клеток энергии.

Суммарные реакции биохимического окисления органических веществ в аэробных условиях можно представить в следующем виде.

а) Катаболические превращения:

C_xH_yO_zN + (x + )O₂ ® xCO₂ + () H₂O + NH₃ + DH; (1)

б) анаболическое превращение

C_xH_yO_zN + NH₃ + О₂ ® C₅H₇NO₂ + CO₂ + DH. (2)

где C_xH_yO_zN – условное обозначение органического вещество сточных вод,

C₅H₇NO₂ - среднее соотношение основных элементов в клеточном веществе.

Затраты кислорода на эти реакции составляет БПК_П сточной воды.

Приведенные химические превращения являются источником необходимой для микроорганизмов энергии. Живые организмы способны использовать только связанную энергию.

 

4 Прирост биомассы

В процессе биохимического окисления примесей сточных вод происходит увеличение биомассы активного или биопленки, которое оценивается приростом биомассы.

Прирост биомассы (или так называемый экономический коэффициент) К_Э – это отношение массы органических соединений, используемой на построение клеточных структур Q к потребленной массе соединений Q_n.

К_Э = %.

Величина К_Э для различных классов органических соединений различна:

для алифатических углеводородов К_Э = 20¸¸50, для ароматических - К_Э = 10¸35, для фенолов К_Э = 4¸70, для альдегидов и кетонов К_Э = 40¸80.

Прирост биомассы зависит от следующих факторов:

- химической природы загрязнений;

- вида и возраста микроорганизмов;

- БПК и ХПК очищаемой воды;

- концентрации азота и фосфора в сточных водах;

- температуры;

- скорости размножения микроорганизмов.

Последняя величина является одним из определяющих факторов прироста биомассы и имеет сложную временную зависимость.

Графически для периодического процесса можно представить следующим образом:

 

Выделяют несколько фаз роста микроорганизмов (см.рис.2):

I – фаза приспособления (лаг-фаза); клетки увеличиваются в размерах, но число их не возрастает.

II – фаза экспоненциального рост; в этой фазе клетки делятся с максимальной скоростью.

III – фаза замедления роста, наблюдается истощение питательных веществ.

IV – фаза стационарного роста, численность микроорганизмов остается неизменной.

V – фаза отмирания – питательный субстрат исчез, вода очищена.

Угол наклона кривой, описывающей прирост биомассы во времени, характеризует скорость размножения микроорганизмов в различные промежутки времени.

Фаза II является периодом самого быстрого размножения микроорганизмов. Питательных веществ достаточно, и скорость роста не тормозится продуктами распада. Наблюдается линейная зависимость скорости прироста от времени.

Тангенс угла наклона этой прямой обозначают M_max и называют удельной экспоненциальной скоростью роста.

Данная зависимость приведена для периодического процесса. При условии непрерывного поступления свежего субстрата и вывода продуктов разложения веществ, возможно поддерживать высокую скорость размножения микроорганизмов и проводить непрерывно процесс очистки.

Следует отметить, что прирост биомассы для смеси культур биоценоза активного ила всегда выше, чем для монокультуры. В случае смеси веществ, содержащихся в сточных водах, прирост биомассы также выше чем для одного вещества.

 

5 Биохимическое окисление различных классов органических соединений

 

Интенсивность и эффективность биологического окисления различных органических соединений зависит от многих факторов, например, от природы и структуры органического вещества, размера молекул, наличия функциональных групп, а также от видового состава биоценоза, длительности адаптации и др.

Можно выделить несколько закономерностей биохимического окисления:

1 Окисление веществ, существующих в природе происходит быстро – период адаптации микроорганизмов составляет несколько часов. Окисление синтетических веществ происходит с трудом – длительность адаптации примерно пол года.

2 Скорость окисления веществ в коллоидном состоянии значительно меньше, чем веществ, растворенных в воде.

3 Степень биологического окисления уменьшается с увеличением молекулярной массы вещества (уменьшается проницаемость молекул через цитоплазматическую мембрану и стенку клетки).

4 Наличие функциональных групп способствует биологическому окислению.

5 Наличие разветвленных цепей повышает устойчивость соединений к биологическому окислению.

Углеводороды предельного ряда окисляются до СО₂ и Н₂О через ряд превращений:

Предельные ® непредельные ® спирты ® кетосоединения ® кислоты ® СО₂ ® Н₂О

Спирты (одно, двух, трех атомные) и их производные, вторичные спирты окисляются хорошо, третичные спирты устойчивее к биохимическому окислению. Практически не разрушаются ди- и три-этиленгликоль.

Органические кислоты легко окисляются.

Очень часто в сточных водах содержатся ароматические соединения, в частности бензол.

Бензол разрушается микроорганизмами после их длительной адаптации. Производные С₆Н₆ характеризуются большой степенью биологического распада. Наличие функциональных групп увеличивает способность к биологическому разрушению. (в ряд –СН₃, -ООСН₃, -С_Н^-О,СН₂ОН, -СN, -NH₂, SO₃Н).

Из фенолов наиболее легко разрушается фенол, двухатомные фенолы разрушаются после адаптации.

Амины окисляются до NH₃, СО₂ и Н₂О и СН₃СООН и масляной кислоты.

Хлор производные окисляются плохо, а некоторые совсем не окисляются (дихлорметан, хлороформ, хлорбензол, дихлорбензол и др.).

ПАВ – делятся на биологически “жесткие” (не поддающиеся окислению или трудноокисляющиеся) и биологически “мягкие” вещества. Н-р алкилсульфаты – мягкие, легко окисляются при биохимической очистке. В настоящее время стараются заменить “жесткие” ПАВ на биологически “мягкие”.

Многие микроорганизмы могут окислять различные вещества, но при наличии в сточных водах нескольких веществ, в первую очередь окисляются те вещества, которые лучше усваиваются этими микроорганизмами.

6 Влияние различных факторов на процесс очистки сточных вод биохимическими методами

 

При проектировании сооружений БХО задаются определенной степенью очистки. При заданной степени очистки на протекание процессов окисления влияют различные факторы, на которых мы остановимся подробно.

1 Температура.

Температура сточных вод в зависимости от времени года и климатических условий может колебаться от 2-5 до 25-35 ⁰С. повышение температуры выше на 35⁰, т. е. за пределы физиологической нормы, приводит к гибели микроорганизмов, понижение температуры вызывает лишь снижение их активности. Медленное изменение температуры в интервале ниже 35 ⁰С в меньшей мере снижает активность микроорганизмов или резкое уменьшение температуры.

При низких температурах примерно 6 ⁰С уменьшается число микроорганизмов в активном иле, следовательно, снижается скорость процесса БХО, уменьшается степень очистки. При понижении температуры с 20⁰ до 6 ⁰С скорость процесса БХО уменьшается в 2 раза.

Повышение температуры сточных вод с 6 до 20 ⁰С приводит к увеличению скорости БХО в 2-2,5 раза. Дальнейшее повышение температура также увеличивает скорость биохимического окисления, однако в этом случае нельзя превышать температуру 35 ⁰С, чтобы не вызвать гибель микроорганизмов.

На практике поддерживают температуру в интервале 20-30 ⁰С.

Для процессов аэробного биоокисления необходим кислород. Растворимость кислорода в воде с увеличением температуры сточных вод уменьшается, поэтому при повышении температуры необходимо увеличивать интенсивность аэрации. Учитывая все изложенное о влиянии температуры, в летнее время необходимо учитывать интенсивную аэрацию сточных вод, а в зимнее время (холодная вода) поддерживать более высокую концентрацию микроорганизмов в возвратном иле и увеличивать продолжительность очистки.

2. Величина рН.

Для бактерий благоприятными условиями существования являются нейтральные или слабощелочные сточные воды. Для большинства грибов и дрожжей более благоприятна слабокислая среда. Наиболее эффективно происходит очистка сточных вод биохимическими методами при рН = 5,5- 8,5.

Обычно очистку проводят при рН 6,5-7,5.

При снижении рН менее 5 и при рН>9 эффективность очистки резко снижается, т. к. некоторые виды организмов гибнут. Рн очищаемой воды в результате биохимических процессов может изменяться, т. к. продуктом реакций окисления может быть н-р, NH₃, подщелачивающий воду. Микроорганизмы активного ила обладают способностью к авторегулированию рН, однако в процессе биохимической очистки необходимо контролировать рН сточной воды.

3.Перемешивание.

Процесс биохимического окисления – это гетерогенный процесс. Скорость любого гетерогенного процесса зависит от поверхности контакта. Чтобы увеличить поверхность контакта активного ила с веществами сточной воды, необходимо, чтобы ил находился во взвешенном состоянии. Этому способствует перемешивание сточных вод и активного ила в аэротенках. В процессе перемешивания создаются более благоприятные условия для массопередачи питательных веществ и кислорода к поверхности клеток микроорганизмов.

Это происходит потому, что турбулизация жидкости приводит к разрушению хлопьев активного ила на более мелкие скопления микроорганизмов.

Таким образом перемешивание приводит к уменьшению длительности процесса БХО при достижении заданной степени очистки.

4. Концентрация кислорода.

Для существования микроорганизмов активного ила необходим кислород, скорость потребления кислорода определяет скорость растворения кислорода в воде, следовательно его концентрацию. Оптимальная концентрация кислорода в воде равна 1-7 мг/л, поэтому осуществлять подачу кислорода необходимо так, чтобы обеспечить эту величину. Для насыщения воды кислородом проводить процесс аэрации, разбивая воздушный поток на пузырьки, которые равномерно распределяются в сточной воде. Из пузырьков воздуха кислород абсорбируется водой.

Скорость потребления микроорганизмами кислорода не должна превышать скорость абсорбции, иначе ухудшается обмен веществ и снижается скорость окисления загрязнений.

Концентрацию кислорода рекомендуют поддерживать в зависимости от размеров хлопьев активного ила:

при интенсивном перемешивании и мелких хлопьях – 1¸2 мг/л;

при слабом перемешивании и крупных хлопьях - »2-5 мг/л.

5. Доза и возраст активного ила.

Эффективность БХО сточных вод зависит от количества микроорганизмов, т. е. дозы активного ила.

Количественной характеристикой активного ила является иловый индекс (отношение объёма осаждаемой части активного ила к массе высушенного осадка после отстаивания в течение 30 мин.): чем меньше иловый индекс (значения илового индекса изменяются в интервале160 мл/г – 50 мл/г), тем больше необходима доза активного ила, обычно в аэротенках поддерживают дозу активного ила в переделах 2-4 г/л.

Увеличение дозы активного ила ведет к повышению концентрации микроорганизмов в воде, а следовательно, к увеличению скорости окисления. Однако одновременно следует увеличивать количество потребляемого кислорода, улучшать условия массообмена, т. е. возрастают затраты на очистку. Поэтому установлена оптимальная величина 2-4 г/л.

Для очистки следует применять так называемый «молодой» активный ил, двух-трех дневного роста. Он в основном состоит из бактерий и небольшого количества простейших. «Молодой» ил хорошо оседает, более устойчив к колебаниям температуры в интервале 10-30⁰, к колебаниям рН.

Применение «старого» ила приводит к слизеобразованию ила и замедлению скорости его осаждения – вода во вторичном отстойнике плохо осаждается.

Для того, чтобы увеличить активность ила, а также его осаждаемость, применяют регенерацию активного ила. Для этого возвратный активный ил, имеющий концентрацию 7-8 г/л, перед подачей в аэротенки аэрируется в специальных сооружениях – регенераторах. В процессе регенерации увеличивается физиологическая активность микроорганизмов; происходит их омоложение (размножаются простейшие и поедают бактерии); изменяется видовой состав; происходит окисление коллоидных и растворимых трудноокисляемых примесей, находящихся в активном иле; ускоряются процессы окисления продуктов метаболизма (превращений) в клетках бактерий.

Процесс регенерации не должен быть длительным, поскольку бактерии находятся без питательного субстрата, что может привести к их гибели или снижению физиологической активности.

6. Токсичные примеси.

Существуют вещества, токсичные для микроорганизмов, т. е. вещества, нарушающие их жизнедеятельность и приводящие к гибели. Это такие вещества, как фенол в больших концентрациях, формальдегид, другие антисептики, эфир, ацетон.

Особенно токсичны соли тяжелых металлов, содержание которых в сточных водах, направляемых на сооружения биохимической очистки, строго регламентируется.

7. Биогенные элементы

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходимы биогенные элементы (углерод, азот, фосфор), образующие структуру клетки и микроэлементы (калий, кальций, магний и др.). В случае отсутствия в сточной воде этих элементов, их добавляют в виде минеральных удобрений или растворимых в воде нетоксичных веществ.

Например, в сточных водах коксохимических заводов практически отсутствует фосфор. Его необходимое количество восполняют добавлением в преаэратор фосфорной кислоты (средняя доза 25 мг/л).