Сточные воды после различных этапов предварительной обработки (решетка, исходная седиментация, удаление песка и пр.) отводятся в бак аэрации, где происходит окисление преимущественно вследствие продувания воздухом. Внутри биореактора происходит процесс распада органического вещества при помощи бактерий, которые превращают его в простые вещества (CO2, H2O) и энергию, которую потом сами используют для роста и размножения.
Биофлокуляция представляет собой процесс образования желатиновых гранул размером несколько мм из подвешенного органичного материала. Агрегация флоккул возможно обеспечивается поверхностным электрическим зарядом органических молекул, большинство которых имеет коллоидальный характер, а также наличием волокнистых бактерий, которые представляют собой внутренний каркас, от которого зависит сцепление флоккулы. Бактерии сами по себе очень различные и отбираются с учетом типа сточных вод и общих условий в баке; активная биомасса в флоккуле варьируется от 10 до 40% от общего объема сухого материала. В том случае, если флоккулы образованы правильно, они выпадают в осадок и затем образуют, так называемый, активный ил, который откладывается на дне и вводится в рециркуляцию, обеспечивая постепенное разложение органического вещества, которое в нем присутствует.
На выходе из бака окисления жидкие отходы поступают в бак конечной седиментации, в которой происходит отделение биологических гранул от очищенной жидкой фазы, которая в свою очередь отправляется на последующую дополнительную обработку (преимущественно, фильтрация и дезинфекция) в зависимости от конечной задачи.
Самые последние разработки систем включают в себя также разложение других питательных веществ (N и P).
Азот присутствует в жидких отходах преимущественно в форме аммиака: изначально соединен с молекулами различных сложных органических веществ, которые являются основными компонентами клеток живых организмов; трансформация происходит за счет окисления биологическим путем и разложения этих веществ с последующим переходом в аммиак. Аммиачный азот затем окисляется, также биологическим путем, в "нитриты" и далее окисляется в "нитраты" по следующей упрощенной схеме:
C5H7O2N (органичные вещества) +O2
--> NH3 (аммиак) + CO2 + H2O NH3 (аммиак) + O2
--> NO2 - (нитриты) + H2O NO2 (нитриты) + O2
--> NO3 - (нитриты)
Данные реакции происходят в бассейне окисления под воздействием специфических биологических штаммов (Nitrosomonas и Nitrobacter) с использованием растворенного кислорода в баке, который вводится соответствующей системой.
В процессе аэробной трансформации азота наблюдается превращение самого азота из редуцированной формы аммиачного азота в окисленную форму нитрата азота. Последний может присутствовать в конечных сточных водах в ограниченном количестве и, следовательно, подвергается последующей трансформации.
Для этой цели предусматривается фаза денитрификации в аноксическом баке, в котором многочисленные специфические бактериальные штаммы захватывают кислород, присутствующий в молекуле нитратов, используя его для метаболизма органических веществ; эти штаммы (гетеротрофы) являются дополнительными аэробами, т.е. если в окружающей среде присутствует растворенный кислород, они используют его напрямую, в то время как в случае нехватки кислорода, они могут использовать кислород, присутствующий в нитратах.
С целью ускорения кинетики реакции и необходимых объемов данная фаза осуществляется только перед блоком окисления-нитрификации, и поэтому определяется как предварительная денитрификация.
Контроль фосфора, выгружаемого из систем бытовой и промышленной обработки сточных вод, является ключевым фактором в предотвращении эвтрофикации загрязнения поверхностных вод.
Городские сточные воды могут содержать от 5 до 20 мг/л фосфора, из которого 1-5 мг/л - органический, и остальной - неорганический.
Удаление фосфатов производится, главным образом, путем химической преципитации с добавлением коагулянта, при которой химические продукты питаются напрямую из бака аэрации или перед ним.
Обычно используются мультивалентные ионы металла, такие как железо и алюминий.
Постоянная рециркуляция ила, наряду с процессами абсорбции и коагуляции-флоккуляции, вызванные активным илом, обеспечивают уменьшение химического потребления.
В конечном счете, благодаря системе с активными илами достигается следующий результат:
удаление биоразлагаемого органического вещества путем трансформации в инертный материал и в концентрированный илистый раствор, который подвергается последующей обработке перед конечной утилизацией.
Схема системы предусматривает следующее:
- Секция предварительной обработки (если требуется);
- Бак денитрификации;
- Бак нитрификации и биологического окисление углерода;
- Контур рециркуляции (илы и аэрированная смесь) и выведение излишней биомассы;
- Соответствующие системы смешивания и аэрации;
- Блок для отделения илов от "очищенной" воды.
Сферы применения
- Обработка бытовых и городских сточных вод;
- Обработка промышленных сточных вод:
- Агропищевая промышленность;
- Целлюлозно-бумажная промышленность;
- Текстильная промышленность;
- Дубильная промышленность;
- Химическая и фармацевтическая промышленность;
- Нефтеперерабатывающая промышленность;
- Металлургическая и минеральная промышленность;
- Сельское хозяйство и животноводство.