Активный ил аэробной очистки сточных вод

Активный ил представляет собой хлопья размером от 0,1-0,5 до 2-3 мм и более, состоящие из частично активных, частично отмирающих организмов (около 70%) и твердых частиц неорганической природы (около 30%). В состав активного ила входят полисахариды, в том числе клетчатка, образованные преимущественно бактериями. Полисахариды окружают бактериальные клетки и скрепляют частицы в хлопья, поэтому лишь небольшая часть клеток остается вне хлопьев. Активный ил имеет развитую поверхность (до 100 м2/г сухой массы) и, следовательно, высокую адсорбционную способность. На поверхности его концентрируются поступающие со сточной жидкостью мелкие частицы, клетки микроорганизмов и молекулы растворенных веществ. При рН от 4 до 9 частицы ила имеют отрицательный заряд.

Важнейшее свойство ила - способность к хлопьеобразованию (флокуляции и флокулообразованию) и седиментации. На этом основано удаление ила из сточной воды во вторичном отстойнике и рециркуляция его в аэротенк для повышения его окислительной способности.

Биоценоз  - это искусственно созданная система бактерий и микроорганизмов,  использующая вещества, образующиеся в результате бытовой деятельности человека, образования стоков с агропромышленных комплексов или пищевых  производств, для питания и размножения.

В очистных сооружениях используется активный ил, сообщество микроорганизмов, главным образом бактерий и простейших, сформировавшееся естественным путем, включающее местную микрофлору, адаптированную к определенному спектру загрязнений сточных вод.

Бактерии. При аэробной очистке сточных вод протекают два наиболее важных микробиологических процесса: окисление органического углерода и нитрификация при участии флокулообразующих, нитчатых бактерий, бактерий-нитрификаторов.

Флокулообразующие бактерии, окисляющие органические соединения, относятся к родам: Actinomyces, Aeromonas, Atcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Cellulomonas, Corynebacterium, Desulfotomaculum, Flavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Nocardia, Pseudomonas, Sarcina и др.

Наиболее многочисленны бактерии p. Pseudomonas (до 80% от численности бактерий активного ила), способные окислять различные спирты, жирные кисл9ты, парафины, ароматические углеводороды, углеводы и др.

Бактерии p. Brevibacterium окисляют различные компоненты нефти, парафины, нафтены, фенолы, альдегиды, жирные кислоты. Бактерии из p. Bacillus окисляют алифатические углеводороды, p. Mycobacterium - углеводороды различных групп, p. Cellulomonas - целлюлозу.

В образовании полисахаридов хлопьев активного ила и в способности к хлопьеобразованию основная роль принадлежит капсульной палочковидной бактерии Zoogloea ramigera, близкой по свойствам к псевдомонадам.

Углеродокисляющие нитчатые бактерии представлены pp. Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix. Нитчатые бактерии, среди которых часто встречается Sphaerotilus natans, с одной стороны выполняют положительную роль, окисляя многочисленные органические соединения и образуя каркас, вокруг которого формируются флокулы, с другой, они являются причиной плохого осаждения ила в отстойнике и образования устойчивой пены в аэротенке.

При очистке сточных вод, богатых углеводами, но с дефицитом азота иногда наблюдается интенсивное развитие гетероферментативных молочнокислых бактерий p. Leuconostoc, образующих мощную капсулу, состоящую из декстрана, что затрудняет осаждение ила во вторичном отстойнике. Если сточная вода в аэротенке плохо аэрируется, то развиваются анаэробные процессы, в которых могут участвовать микроорганизмы, осуществляющие маслянокислое брожение, денитрификацию, сульфатредукцию и др. Денитрификация во вторичных отстойниках приводит к образованию пузырьков азота, что затрудняет удаление ила из сточной воды на выходе из аэротенка.

Из бактериального сообщества очистных сооружений выделяют бактерии-нитрификаторы (pp. Nitrosomonas, Nitrobacter и др.) в связи с их ролью в окислении аммонийных ионов, и удалении минерального азота из сточных вод. По сравнению с гетеротрофными углеродокисляющими микроорганизмами они развиваются медленнее и поэтому в случае необходимости окисления аммонийных ионов в сточных водах именно их активность часто ограничивает производительность аэротенка.

Наиболее активно нитрификация протекает после окисления органических соединений, когда создаются благоприятные условия для нитрификаторов.

В сточных водах, содержащих соединения серы, например в сточных водах целлюлозно-бумажных комбинатов, в активном иле развиваются тионовые и серобактерии, окисляющие серу и тиосоединения, а также сульфатредукторы. Из тионовых и серобактерий преобладают представители рода Thiobacillus. Тионовые бактерии развиваются при содержании в воде восстановленных соединений серы (метилсульфида, диметилсульфида, меркаптанов).

При высоком содержании в воде соединений железа в активном иле развиваются бактерии Ferrobacillus и другие, окисляющие Fe2+.

В активном иле встречаются бактерии-паразиты рода Bdellovibrio и литические бактерии. Bdellovibrio прикрепляются к клеткам бактерий-хозяев, проникают в них, размножаются внутри клеток, что приводит к ее лизису. Литические бактерии разрушают клетки микроорганизмов при воздействии выделяемых ими литических ферментов. Содержание литических бактерий в зависимости от состояния ила варьирует в пределах 0,001-0,5% и более от общего числа гетеротрофных бактерий. После исчерпания органического субстрата в среде уменьшается численность популяций гетеротрофных бактерий в результате воздействия на них литических бактерий.

В активном аэробном иле из внеклеточных ферментов находятся гидролазы, протеазы, целлюлазы, пероксидазы, катализирующие окисление субстратов при участии пероксида водорода, каталазы, разлагающие Н₂О₂. В анаэробном иле активность пероксидаз и каталаз не проявляется.

Грибы. В активном иле аэробных очистных сооружений встречаются дрожжи и мицелиальные (плесневые) грибы. Дрожжи активно развиваются в сточных водах, богатых углеводами, углеводородами и органическими кислотами, например, при очистке сточных вод, образовавшихся в производстве кормовых дрожжей из разных субстратов, стоков молочных производств, содержащих молочную сыворотку. Среди дрожжей наиболее часто встречаются дрожжи p. Candida, Torulopsis, Trichosporon, Rhodotorula и др.

Грибы способны усваивать трудноокисляемые и токсичные соединения, в частности фенолы, поэтому их роль в процессах очистки существенна. Оптимальный рН их развития 4,0-5,5.

Простейшие. Простейшие составляют около 0,5-1% суспендированных частиц активного ила. Они непосредственно не участвуют в потреблении органических веществ, однако занимая в сообществе активного ила более высокий уровень в трофической цепи питания, чем бактерии, они поглощают большое количество их (от 20 до 40 тыс. бактерий за сутки), тем самым регулируют видовой и возрастной состав микроорганизмов, снижают массу биоценоза, обеспечивают активную флокуляцию микроорганизмов и, следовательно, улучшают очистку воды.

В биоценозах очистных сооружений встречаются несколько сотен видов, представителей четырех классов простейших: саркодовые (Sarcodina) - амебы (Amoeba Umax, Amoeba diploidea, Amoeba promeus), раковинные корненожки (Arcella, Centropyxis, Pamphagus), голые корненожки Pelomyxa и др.; жгутиковые инфузории (Mastigophora, Flagellata) - бесцветные жгутиконосцы из родов Oicomonas, Bodo, Peranema и др.; реснитчатые инфузории (Ciliata) - свободноплавающие (Colpidium, Stylonychia, Oxytricha, Paramecium caudatum - инфузория туфелька), брюхоресничные инфузории (Oxytricha, Stylonychia, Euplotes, Aspidisca), одиночные прикрепленные (сувойки Vorticella), колониальные прикрепленные (Opercularia, Carchesium, Epistylis); сосущие инфузории (Suctoria) - представители родов Podophrya, Tokophrya, Acineta.

По сравнению с бактериями простейшие более чувствительны к изменению химических и физических условий среды, колебаниям технологических параметров системы, поэтому по численности простейших, их видовому составу и состоянию можно судить о работе очистного сооружения. Простейшие очень чувствительны к присутствию в сточных водах токсичных примесей, например фенола, формальдегида, которые угнетают их развитие.

Кроме простейших, в активном иле присутствуют более крупные, сложнее организованные представители микрофауны: коловратки (Rotatoria, Philodina, Cathypna, Monostyla, Notommata), круглые черви (Nematoda), малощетинковые черви Aelosoma. Размер их 0,04-2,5 мм. Коловратки питаются бактериями, взвешенными веществами, а также простейшими. Они весьма чувствительны к изменению внешних условий, поэтому их высокая численность и активность указывают на хорошую работу очистных сооружений. Интенсивное развитие круглых червей Nematoda свидетельствует о застойных зонах в аэротенке. Наличие щетинкового червя Aelosoma в активном иле - показатель устойчивости нитрификации.

Бактерии в аэротенк