Вода поверхневих і підземних джерел схильна до забруднень антропогенного характеру, до складу яких входять органічні речовини.
Вміщені в воді органічні сполуки можуть стимулювати бактеріальний зростання на очисних спорудах і у водопровідній мережі. Амонійні з'єднання, фосфор, марганець, залізо є субстратом (харчуванням) для деяких бактерій.
Розрізняють біорозкладні і біорезістентние органічні речовини. До таких належить синтетична органіка і галогеновані сполуки, що потрапляють в джерела при скиданні недостатньо очищених промислових стоків, а також в процесі обробки води хлором.
Показником рівня забруднення джерел органічними речовинами в даний час є вуглець:
ООУ - загальний органічний вуглець;
РОУ - розчинений органічний вуглець;
АОУ - ассіміліруемий органічний вуглець, це кількісна оцінка біоразлагающейся речовин (не включає гумусові речовини). Кількість АОУ є показником потенційного зростання мікроорганізмів. Чим нижче АОУ, тим вище біологічна стабільність води.
Біологічне очищення природних вод відома давно - повільна фільтрація. Можливість застосування біологічних методів очищення пов'язана зі здатністю органічних речовин до биоразложению. Однак, широкого застосування в водообробці ці методи отримали тільки в другій половині ХХ століття. Досвід країн Західної Європи (фірма «Дегремона») показує, що біологічні процеси можуть поєднуватися з технологічними схемами фізико-хімічної очистки.
Біологічними методами можуть бути видалені:
- органічні речовини: феноли, нафтопродукти;
- присмаки і запахи;
- збільшений термін роботи сорбентів.
Відомі такі процеси біологічної очистки.
Окислення в біоплівки. Біоплівка утворюється на поверхні твердого матеріалу - носія. Бактерії прикріплюються до поверхні носія, використовуючи клейкі речовини або за рахунок сорбції. Закріплені бактерії стають більш стійкими до зовнішніх впливів. АОУ, наявний в природних водах, здатний підтримувати зростання біоплівки.
Носієм можуть служити волокна, пісок, гравій, клиноптилоліт, активоване вугілля. На зростання колоній впливають гранулометрія, пористість, поверхнева активність матеріалу носія.
Біореактори із закріпленою мікрофлорою. Фільтри із завантаженням певного гранулометричного складу, промиванням з малою інтенсивністю або без промивання (щоб не вимивалася біоплівка).
ГАУ є дуже хорошим середовищем для розвитку мікрофлори. При цьому біорозкладні речовини видаляються мікрофлорою і тим самим збільшуються адсорбційні місця для сорбції біорезістентних органічних сполук, тобто збільшується термін служби ГАУ.
Хімічне окислення і біоплівка. Попереднє озонування - підвищується концентрація розчиненого кисню. Оскільки процеси біологічної очистки аеробних, то органічні речовини окислюються до стану, в якому вони легко асимілюються мікроорганізмами.
Однак дози окислювача і час контакту необхідно визначати в процесі пілотних досліджень на оброблюваної воді.
Двухступенное фільтрування. вода надходить на швидкий піщаний фільтр, а потім на сорбційний фільтр з ГАУ. Перший ступінь є біологічним фільтром. Конструктивно це стандартний відкритий або напірний швидкий фільтр. Швидкість фільтрування невисока, нижче, ніж для освітлення, тобто збільшується час контакту води із завантаженням. Попереднє хлорування не проводиться. Промивання завантаження здійснюється з меншою інтенсивністю, можливе застосування водовоздушной промивання. Таким чином, створюються умови для акумулювання біоплівки. В якості першого ступеня може використовуватися вугільний фільтр без промивання або з частковою 70-80% регенерацією для збереження біоплівки.
Напірні фільтри з низхідним або висхідним фільтруванням. Спочатку вода фільтрується через інертний матеріал, службовець носієм біоплівки, де затримуються біорозкладні органічні речовини, а потім надходить на сорбційну завантаження, де видаляються біорезістентние речовини.
Мал. 5.39 Напірний одно- і двокамерний біофільтр.
Традиційна двухступенная безреагентна схема доповнюється сорбційними фільтром.
Ріс.5.40 Схема двухступенного фільтрування з повільним фільтром
Замість префільтр можна використовувати пристрій верхнього шару повільного фільтра з кліноптілоліта, матів з волокна.
Процес протікає через стадії:
- адсорбція забруднень з води в мікропористої структурою сорбенту;
- біохімічна модифікація адсорбованих трудноокісляемимі речовин в біологічно руйнуватися форму екзоферменти, іммобілізованими в мікропористої структурою активованого вугілля;
- десорбція біоразлагающейся продуктів до поверхні частинок сорбенту;
- біологічне окислення цих продуктів мікроорганізмами біоплівки на поверхні частинок сорбенту.
Це забезпечує постійне біологічне відновлення сорбенту і виключає необхідність його термічної регенерації або заміни.
Принципова відмінність біосорберов від традиційних сорбційних фільтрів з ГАУ полягає в тому, що сорбційна завантаження постійно підтримується в псевдозрідженому стані, що забезпечує інтенсивний массообмен між частинками сорбенту і оброблюваної водою, підвищує ефективність адсорбції забруднень і створює сприятливі умови для розвитку бактеріальної плівки на зернах сорбенту. Таким чином, сорбційна очистка доповнюється біологічної, в результаті чого відбувається безперервне біологічне окислення адсорбованих забруднень (біорегенерація сорбенту).
Оптимальна ступінь розширення становить 40-42%. Недостатнє або нерівномірне зважування шару призводить до погіршення массобмена, виникненню застійних зон, в яких відбувається накопичення забруднень, що викликає вторинне забруднення води.
Біосорбційних метод рекомендується в якості попереднього очищення при водопідготовки, дозволяє відмовитися від озонування та сорбції. Якість очищеної води по органічним забрудненням відповідає ГОСТ на питну воду. Поєднання біосорбції з традиційними методами обробки води на наступних стадіях підвищує бар'єрну функцію очисних споруд, дозволяє при економії реагентів поліпшити якість очищеної води за всіма основними регламентуються показниками, знизити ризик утворення хлорорганічекіх з'єднань в процесі обробки.
Біосорбер - колона Д = 1200 мм, споряджена розподільної і збірної системами.
Аераційна колона діаметром 370 мм. Час перебування води в біосорберах 15-20 хв.
Ріс.5.41 Біотехнологія ВОДГЕО
Технологія «Біокарбон» (Франція): в швидких фільтрах, завантажених ГАУ, в середньому шарі завантаження розміщені повітроводи для насичення низхідного потоку фільтрованої води киснем повітря. Це сприяє зростанню і життєдіяльності аеробних бактерій, що розвиваються на зернах завантаження і окислюють органічні речовини, сорбіруємості в порах завантаження. Нижня частина вугільного завантаження служить для затримання зважених речовин, включаючи частки бактеріальної маси, що виносяться потоком води з верхніх шарів.
Біореактор з волокнистими носіями прикріплених мікроорганізмів / ВОДГЕО /. Біореактор є колону змінного перерізу, заповнену високопористим полімерним матеріалом, утримуваного в плаваючому стані гратами. У нижній частині реактора розміщений осадкопріемнік, з'єднаний з дренажем КФПЗ (контактний фільтр з плаваючим завантаженням). Біореактор обладнаний розподільчою системою для стисненого повітря, трубопроводами подачі вихідної, промивної води, а також скидання промивної води.
В процесі обробки вихідна води попередньо насичується киснем і надходить у товщу волокнистої завантаження, на поверхні якої розвивається природний біоценоз, який поглинає з оброблюваної води частина розчинених органічних забруднень. Періодично відриваються пластівці біоплівки оасждаются в осадкопріемніке. Виконання елементів волокнистого шару з зменшується по ходу потоку щільністю упаковки сприяє безперешкодному осадження відірвалася біоплівки. Після біореактора вода надходить на КФПЗ, перед яким вводиться реагент. При зростанні сумарних втрат напору заряджається сифон і йде промивка установки. Область застосування: М до 250 мг / л, Ц до 200, водорості до 15 тис. Кл. / Мл.
Висновок. Біологічні процеси добре вписуються в традиційні технологічні схеми фізико-хімічної очистки та, в ряді випадків, виправдані техніко-економічно.
Однак, може знизитися санітарна надійність. Агрегати бактерій, що потрапляють у воду при біологічному очищенні, і бактерії, закріплені на носії, більш стійкі до знезараження, ніж окремі клітини.
Велика частина з них непатогенних, але виключити можливість патогенних мікроорганізмів не можна. Бактерії Коли не можуть служити індикатором, більш надійним є ОМЧ. У фільтраті ГАУ при відсутності бактерій Коли виявляють велику кількість бактерій інших груп.
Особливу увагу слід приділяти санітарно-гігієнічному контролю. Після біологічної очистки проводять хлорування з підвищеними дозами залишкового хлору, що може привести до необхідності подальшого дехлорування.