Применение каркасной загрузки для формирования иммобилизованного биоценоза в аэротенке

Интенсификация очистки сточных вод с применением нейтральных искусственных материалов для создания на них фиксированного биоценоза, перспективное направление повышения окислительной мощности биологических сооружений с использованием нескольких биоценозов. В работе изучена кинетика концентрации свободно плавающего ила при его седиментации на каркасную загрузку – носитель адсорбированного ила. Эксперимент проведен на физической модели биореактора, представляющей собой плоскостной поперечный вертикальный разрез промышленного аэротенка-биореактора. Показана хорошая динамика формирования иммобилизованного ила на каркасной загрузке, проходящая по экспоненциальной зависимости. Отмечено неравномерное распределение адсорбированного ила по объему загрузки, что вызвано гидродинамическими потоками в поперечном сечении аэрируемого сооружения при боковом расположении мелкопузырчатого аэратора. Найдено, что эффективность воздушной среднепузырчатой регенерации иммобилизованного на каркасной загрузке ила равна ~96 %. Кинетика биохимического потребления кислорода в аэробных условиях проходит через четыре фазы: отсутствие изменений при адаптации ила; экспоненциальное уменьшение; замедление скорости уменьшения биохимического потребления кислорода и самоокисление ила при эндогенном дыхании при постоянной минимальной величине биохимического потребления кислорода. Получена зависимость динамики скорости очистки стоков по выделенным фазам изменения биохимического потребления кислорода. Зависимость имеет экстремальный характер с максимумом в зоне, соответствующей активности плавающего и сформированного на каркасной загрузке ила.

1. Ермолин Ю.А., Алексеев М.И. Промышленная очистка сточных вод как управляемый процесс // Вода и экология: проблемы и решения. 2017. № 2 (70). С. 18–27. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2017.20.2.18-27. EDN: ZTSOHV.

2. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: АКВАРОС, 2003. 507 с. EDN: QNKHHB.

3. Кирей В.А., Юхневич Г.Г. Влияние технологического режима аэротенков очистных сооружений канализации на видовой состав активного ила // Актуальные проблемы экологии: сб. науч. статей по материалам XII Междунар. науч.-практ. конф. (г. Гродно, 04–06 октября 2017 г.). Гродно, 2017. С. 208– 210. EDN: XORLIT.

4. Швецов В.Н., Морозова К.М., Смирнова И.И., Семенов М.Ю., Лежнев М.Л., Рыжаков Г.Г. [и др.] Использование блоков биологической загрузки на сооружениях очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 10–2. С. 25–31. EDN: MVREYB.

5. Словцов А.А. Совершенствование процессов биологической очистки сточных вод с помощью прикрепленных биоценозов // Вестник МГСУ. 2008. № 3. С. 80–85. EDN: MUXOIR.

6. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю. Восстановление видового состава биоценоза аэрируемых сооружений после длительного простоя // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. № 1. С. 77–83. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-1-77-83. EDN: INFDUR.

7. Маркевич Р.М., Гребенчикова И.А., Роденко А.В., Вострова Р.Н. Особенности биоценоза активного ила, находящегося в свободном состоянии и иммобилизованного на полимерном носителе // Труды БГТУ. № 4. Химия, технология органических веществ и биотехнология. 2013. № 4 (160). С. 219–223. EDN: SOBOLV.

8. Kulkov V.N., Solopanov E.Yu. Intensification of Biological Wastewater Treatment in A Bioreactor // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 667. P. 1–9. http://doi.org/10.1088/1757-899X/667/1/012051.

9. Стрелков А.К., Гриднева М.А., Стрелков Д.А, Афанаскин Н.Д. Технико-экономическое сравнение доочистки бытовых сточных вод в условиях канализационных очистных сооружений г. Бузулук // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии: сб. ст. Самара: Самарский государственный технический университет, 2018. С. 260–266. EDN: YNEUDB.

10. Litti Yu.V., Nekrasova V.K., Kulikov N.I., Siman'kova M.V., Nozhevnikova A.N. Detection of Anaerobic Processes and Microorganisms in Immobilized Activated Sludge of a Wastewater Treatment Plant with Intense // Microbiology. 2013. Vol. 82. Iss. 6. P. 690–697. https://doi.org/10.1134/S0026261713060076.

11. Долженко Л.А. Иммобилизация активного ила на носителях биореактора в условиях нитрификации и денитрификации // Образование и наука в современном мире. Инновации. 2016. № 4. С. 150–158. EDN: VVTIMX.

12. Ferrera I., Sánchez O. Insights into Microbial Diversity in Wastewater Treatment Systems: How Far Have We Come // Biotechnology Advances. 2016. Vol. 34. Iss. 5. P. 790–802. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2016.04.003.

13. Rania Ahmed Hamza, Zhiya Sheng, Oliver Terna Iorhemen, Mohamed Sherif Zaghloul, Joo Hwa Tay Impact of Food-To-Microorganisms Ratio On the Stability of Aerobic Granular Sludge Treating High-Strength Organic Wastewater // Water Research. 2018. Vol. 147. Iss. 21. P. 287–298. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.09.061.

14. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю. Гидродинамика в аэротенке с пневматической аэрацией // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2010. № 7. С. 66–74. EDN: OZIBEH.

15. Kulkov V.N. Biological Wastewater Treatment Using Regenerated Immobilized Sludge // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 219. P. 1–9. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021903002.

16. Первых И.А., Зеленин А.М., Сосна В.М. Физическое моделирование газогидродинамической обстановки в аэратенке-вытеснителе // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 8. С. 89–93. EDN: RASWZH.

17. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю. Водовоздушная регенерация ершовой загрузки в аэротенке: монография. Иркутск: ИРНИТУ, 2020. 162 с.

18. Студеникина Л.Н., Дочкина Ю.Н., Шелкунова М.В., Корчагин В.И Оценка эффективности иммобилизации активного ила на композитных материалах «полиэтилен:полисахариды» // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. Т. 80. № 4. С. 356–360. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2018-4-356-360. EDN: SUNXHV.

19. Куликов Н.И., Райманов А.Я., Омельченко Н.П., Чернышов В.Н. Теоретические основы очистки воды. Донецк: НОУЛИДЖ, 2009. 298 с.

20. Роденко А.В. Применение полимерного носителя биомассы на сооружениях биологической очистки сточных вод // Вестник Брестского государственного технического университета. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. 2016. № 2 (98). С. 77–80. EDN: VTVLYO.