Активный ил
Особенности функционирования активного ила на очистных сооружениях
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).