Устойчивые гранулы — флокулы
Современные принципы очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием активного ила основаны на том, что микроорганизмы в дисперсных системах образуют между собой структуры — флокулы. Принцип агрегирования микроорганизмов за последние годы был хорошо изучен и послужил основой для совершенствования технологий биологической очистки.
Один из важнейших моментов в этой области знаний — изучение метановых процессов в анаэробных условиях. Прежде всего, были выявлены и практически использованы процессы, которые сопровождают формирование очень прочных и крупных метаногенных флокул. Эти гранулы в активном иле позволили значительно интенсифицировать анаэробную очистку . Если раньше процессы в метантенках шли медленно — в течение нескольких суток, то теперь анаэробная стадия очистки занимает всего несколько часов, а производительность по ХПК составляет 50–70 кг/(м3•сут).
Бактерии способны вырабатывать экзополимеры, которые формируют пленку вокруг гранул (агломератов) для защиты от неблагоприятных воздействий. Интересно, что такие гранулы создают условия для улучшения межклеточного переноса веществ и, в целом, улучшают биологические процессы в колонии бактерий. Причем результат при этом может быть сопоставим с процессами закрепления бактерий на твердой поверхности и выигрыша в питании за счет потока воды и лучшего доступа к субстрату. В процессе жизнедеятельности бактерии выделяют биогаз, и за счет этого флокулы (агломераты) из микроорганизмов получают способность к передвижению на значительные расстояния внутри объема реактора.
Для создания устойчивых гранул из обычного сброженного ила применяют принцип гидравлической селекции. Он основывается на регуляции скорости восходящего потока воды таким образом, чтобы те бактерии, которые не имеют нужной скорости осаждения, вымывались из объема реактора. Более тяжелые и плотные флокулы, которые и требуются для процесса, задерживаются в объеме биореактора.
Биотехнологии с прикрепленными микроорганизмами описанного типа даже более эффективны, чем биореакторы с псевдоожиженным слоем песка. Песок постепенно вымывается, а его место постепенно заполняют природные гранулы. В анаэробных условиях эти гранулы обладают большей скоростью осаждения и удерживаются в объеме реактора даже при скорости восходящего потока воды до 1м/с.
Процессы образования гранул из анаэробных бактерий начали изучаться относительно недавно, но оказались настолько перспективны, что сразу спровоцировали существенные технологические усовершенствования в процессах и аппаратах для биологической очистки. Бактерии метангенного типа способны стать основой для разработки и внедрения новых технологий очистки коммунальных стоков от органики и биогенных загрязнителей.
Уже в 90-х г.г. ХХ века появились технологии производства анаэробных гранул из всех четырех типов бактерий, используемых в процессах биологической очистки.
Гранула имеет сложное строение: снаружи вглубь гранулы расположены сначала аэробные бактерии-гетеротрофы и нитрификаторы, затем денитрификаторы, фосфат-аккумулирующие денитрифицирующие бактерии. Это обусловлено постепенным снижением доступных концентраций кислорода и нитратов в процессе биологической очистки.
Необходимые условия для реализации этой технологии:
- цикличность процесса,
- наличие восходящего с нужной скоростью потока воды,
- сверхбыстрое осаждение частиц,
- возможность регулировать содержание кислорода в воде.
Изучение этих процессов в настоящее время находится на уровне опытно-промышленных испытаний, но, по мнению экспертов, новые технологии, несомненно, ждет большое будущее. Очень может быть, что этот метод в корне изменит наши представления о сущности, технологиях и конструкционном оформлении процессов биологической очистки.
Изучение механизмов получения активного ила с нужными параметрами и регулирование селективных параметров для формирования субстрата для бактерий позволило выявить основное направление процессов биологической очистки. Оно заключается в сверхбыстрой седиментации частиц для накопления в биореакторе хорошо отстоянной биомассы. Даже при условиях, когда из-за специфики очищаемой воды формирование стабильных флокул невозможно, можно создать условия, когда быстрооседающие гранулы поддерживаются в восходящем потоке, создавая вполне приемлемые условия для протекания процессов.
В аэробных условиях формирование устойчивых гранул вообще не обязательно — достаточный эффект интенсификации реакций достигается за счет быстрооседающих активных илов с некоторым содержанием флокул.
