Інтенсифікація процесу біологічного очищення стічних вод із застосуванням флокулянтів та адсорбентів

Дичко А.О., Національний технічній університет України

“Київський політехнічний інститут”

Мінаєва Ю.Ю., Державна академія житлово-комунального господарства

Питання інтенсифікації процесів очищення стічних вод постає особливо актуальним в зв’язку із незадовільною роботою очисних споруд в містах і населених пунктах країни. Якість очищення стоків в існуючих спорудах не відповідає нормативам, а скидання недоочищених стічних вод у відкриті водоймища веде до погіршення екологічного стану навколишнього середовища.

З метою підвищення інтенсивності роботи біологічних очисних споруд до мулової суміші в аеротенку додають флокулянти - неорганічні, природні та синтетичні органічні полімери різних класів [Вейцер, Минц, 1984; Анфимова, 2003; Запольский, 2005]. Флокулянти застосовують з метою більш глибокого очищення стоків від зважених речовин та зниження вмісту забруднень в стоках, зокрема специфічних розчинених і колоїдних органічних забруднень, перед та в процесі біологічної стадії очищення [Асадуллин, 1991].

В практиці водоочищення використовують інтерполімерні комплекси, тобто продукти взаємодії хімічно компліментарних макромолекул – поліаніонів та полікатіонів або донорів та акцепторів протонів [Кеменова, 1991; Родин, 1996]. При цьому спочатку додають поліелектроліт, що добре адсорбується на поверхні дисперсної фази, а потім протилежно заряджений полімер, що коагулює. Таким чином можливе здійснення процесу концентрування бактеріальних клітин, а також очищення стічних вод мікробіологічних та хімічних виробництв [Лебухов, Белозеров, 1990; Закиров, Ахмадуллина, 2000].

Ступінь впливу високомолекулярних сполук (ВМС) на мікроорганізми активного мулу залежить від концентрації та природи речовини, його хімічної структури, тривалості впливу, таксономічного положення організму, стадії розвитку, умов зовнішнього середовища. Токсичність флокулянтів зростає із збільшенням розчинності полімерів в ліпоїдах і зменшується із збільшенням молекулярної маси і розгалуженості полімеру, що ускладнює його дифузію [Кривец, 1984]. Взаємодія високомолекулярних реагентів визначається двома факторами, а саме: впливом реагенту на бактерії та впливом бактерій на ВМС. В зв’язку з цим при виборі флокулянтів враховують не тільки їх ефективність, нетоксичність та економічність, а й біодеструктивність реагентів, що застосовуються [Лукиних, 1972; Ставская, 1990; Balavoine, Clauss, 2001].

Стадія хемосорбції при біологічному очищенні стоків дозволяє стабілізувати процес очищення при концентраційно-температурних перепадах, підвищити ступінь очищення від СПАР, нафтопродуктів та сполук азоту. Завдяки варіюванню складу хемосорбційного матеріалу можливе регулювання селективності процесу очищення стічних вод [Кардаш, Федорченко, 2003].

Поєднання процесів біотрансформації органічних забруднень із фізико-хімічним методом адсорбції забруднюючих речовин на активному карбоні, крім підвищення ефективності очищення стічних вод, має такі переваги, як висока стабільність процесу в умовах перемінного складу та кількості стічних вод за рахунок адсорбції на активному карбоні, постійний приріст біомаси, економічна доцільність процесу в порівнянні з відокремленим використанням адсорбції та біорозкладання, регенерація активного карбону тощо [Alan, Giano, 1983; Takacs, Major, Benedek, 1985; Нуруллина, Сироткин, Панкратова, 2000].

Використання природних цеолітів призводить до зниження мулового індексу з 200 до 50 мг/л та підвищення дози активного мулу в аеротенку до 5-6 г/л, що значно підвищує якість очищення стоків [Lahav, 2000; Charuckyj, 2002].

Суміші відпрацьованих іонітів та коагулянтів покращують якість стоків шляхом зменшення концентрації деяких токсичних речовин, корегування рН, зниження мулового індексу, підвищення швидкості ущільнення біомаси [Бондарь, Товстяк, 1988]. При періодичному дозуванні до мулової суміші коагулянту на базі гідроксидів та хлоридів алюмінію утворюються агломерати, що відрізняються підвищеною крупністю і стабільністю. Флокули сорбують біогенні елементи, а також органічні сполуки, а крім того, вони є носіями для фіксації біоплівки. При коливаннях вмісту органічних забруднювачів в стоках мікроорганізми використовують необхідну кількість біогенів з матеріалів агломерату [Heimann, 2002].

Біосорбційний метод очищення стічних вод поєднує в собі два процеси: сорбцію та біохімічне окислення, в результаті протікання яких відбувається більш глибоке очищення стічних вод із знешкодженням речовин, що важко окислюються [Сибагатуллина, Наянова, 2000].

Метод біокаталітичного очищення стічних вод базується на використанні системи синтезованих каталізаторів в процесі біохімічного окислення стоків. Така система каталізаторів не тільки не пригнічує активний мул, а, навпаки, сприяє його життєдіяльності за рахунок процесу обмінної іммобілізації ферментів і мікроорганізмів. Застосування біокаталітичного способу очищення стічних вод за рахунок підвищення концентрацій молекулярного та активованого кисню в культуральній рідині дозволяє одночасно проводити процеси окислення та нітрифікації без додаткових енерговитрат з використанням типових біоспоруд. Ефективність очищення стоків за даним методом складає 85-98% при питомих витратах повітря 7,5-8,5 м³/м³ [Кочеткова, Коваленко, Кочетков, 1998]. Біокаталітичне очищення стоків не супроводжується погіршенням органолептичних показників води, а очищені стоки відносяться до категорії нетоксичних і відповідають екологічним вимогам безпеки за токсичністю очищеної води і можуть бути скинуті у водойми або використані в замкненій системі водообігу [Коваленко, 2000].

Аналіз науково-технічної літератури показав, що синтетичні флокулянти групи поліакриламідних флокулянтів (неіонні, аніонні та катіонні ПАА) отримали більш широкого застосування, ніж природні, оскільки хімічний склад, просторова структура і заряд таких речовин можна змінювати шляхом введення в них замісників та функціональних груп. Крім того, в розчинах синтетичних флокулянтів менш інтенсивно розвиваються мікроорганізми, що руйнують активний компонент флокулянтів [Рубин, 1983; Родин, Хоренко, 1996].