Системы с активными илами

Биологический процесс с активными илами относится к аэробной обработке вод, производимой путем более или менее продолжительной аэрации сточных вод в биологическом реакторе при наличии микробов (биомассы).
В системах с активными илами с подвижной биомассой бактерии, выполняющие очистку, присутствуют в форме подвешенных гранул, продуваемых воздухом (для реакторов с аэрированием) или удерживаемых при помощи миксера (для аноксического или аэробного реактора).

Активная биомасса состоит из многочисленных микроорганизмов (бактерии, протозоа, метазоа, коловратки и пр.) и постоянно производится внутри самого реактора вследствие биохимических реакций разложения органического углерода и использования питательных веществ, с последующим синтезом нового клеточного материала.

Схематически система с активными илами представляет собой бак, в котором происходит реакция (аэробная, аноксическая или анаэробная), при которой бактерии вступают в контакт со сточными водами, подлежащими очистке. Насыщенная воздухом смесь на выходе из бака направляется на седиментацию, где гранулы активного ила отделяются от очищенных сточных вод. Сточные воды выгружаются с поверхности отстойника, а ил частично заново вводится в систему по обратному контуру; остальная часть ила периодически удаляется как избыточный ил для последующей утилизации.

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:
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.