Массовый баланс определяется как

QSi — кхлА^Бз = QS3

960 г НАс/сут = (1,7 •500 + 100) •S3

S3 = 1 г НАс/м3

5.10. Технические условия работы биофильтров

Далее мы кратко рассмотрим ряд процессов, определяющих нор­ мальное функционирование биофильтров, а именно: аэрацию, а также рост и удаление биопленки.

5.10.1. Аэрация в биофильтрах

Из сказанного ранее следует, что обеспечение необходимого со­ держания кислорода имеет более важное значение для работы биофильтров, чем каких-либо других биологических реакторов, поскольку в первом случае кислород необходим не только для полного протекания реакции, но также и определяет скорость процесса в целом. Далее перечислены используемые типы аэрации.

Отдельная аэрация рециркулирующего потока

Этот тип аэрации не отличается от применяемого в реакторах с активным илом, и все, что было сказано в этой связи о них, можно непосредственно применять и в данном случае.

Аэрация в самом фильтре

Впринципе этот тип аэрации не отличается от аэрации в реакторе

сактивным илом, однако, естественно, что наличие загрузки оказывает определенное влияние.

Аэрация биопленки

В реакторах с вращающимися дисками загрузка фильтра покрыта тонкой водной пленкой, находящейся на поверхности биопленки, поэтому перенос кислорода из воздуха в биопленку представляет собой довольно сложный процесс. Детальное его обсуждение можно найти в работе [16].

5.10.2. Рост и удаление биомассы

Действие биофильтров основано на способности бактерий прикреп­ ляться к твердой среде и развиваться на ней. Чтобы протекающие на биофильтрах процессы были эффективными, желательно нали­ чие устойчивого равновесия между ростом и удалением биомассы. Несмотря на всю важность этих процессов, известно о них слишком мало и приходится опираться лишь на чисто эмпирические данные.

Адгезия

В действительности бактерии прикрепляются к любой поверхно­ сти: они проявляют склонность к адгезии независимо от типа поверхности (если только не принимаются специальные контрмеры, например, наносятся особые покрытия). Чтобы биопленка начала образовываться, достаточно всего лишь контакта между твердой поверхностью и водой, в данном случае со сточной водой. На прак­ тике развитие функциональной биопленки занимает около двух недель в аэробных условиях. Причем на таких поверхностях, на которых уже начался рост бактерий, пленки образуются быстрее, чем на абсолютно чистых поверхностях. Создание пленки — про­ цесс селективный: бактерии, не способные прикрепляться, просто вымываются из реактора. Для ряда носителей и процессов запуск реактора может вызывать проблемы.

Типы биопленок

Свойства биопленок, безусловно, зависят от свойств образующих их бактерий. Определить взаимосвязь между видами микроорганиз­ мов и характеристиками пленки в настоящее время не представля­ ется возможным. Известно только, что существуют два основных вида биопленок — плотные и волокнистые. Плотная пленка — это сцепленная иммобилизованная биомасса, которая в идеальном случае образует ровную гладкую поверхность. Для этого типа пленок получено четкое экспериментальное доказательство того, что идущие в них процессы хорошо описываются приведенными ранее кинетическими уравнениями. Волокнистые пленки образуют в основном нитчатые бактерии, которые растут в виде нитей, при­ крепленных к загрузке фильтра. Обычно это Chlamydobacteriales Sphaerotilus Natans (микроорганизмы этой группы обитают в сильно загрязненных стоках, и другое их название — грибы сточных

вод). В предельном виде такая пленка образует корку, свободные нити которой колышутся под действием тока жидкости. Это придает движению жидкости вокруг нитей турбулентный характер, что приводит к ускорению диффузии субстрата в биопленку по сравнению с молекулярной диффузией. В таких пленках удаление субстрата идет в соответствии с реакцией нулевого порядка при концентрациях веществ ниже рассчитанных по приведенным выше кинетическим уравнениям для биопленок.

Плотность клеток в биопленке оказывает решающее влияние на скорость процесса. Интерес представляет масса бактерий, осуществляющих желаемый процесс. Ее трудно определить экс­ периментально, но можно рассчитать как часть общей массы так же, как это было сделано для реактора с активным илом. Общая масса биопленки может изменяться в широких пределах: от 10

до 100кгБ В Б /м 3, однако обычно она соответствует диапазону 40-60 кг Б В Б/м3.

Удаление биомассы из биопленки

Удаление органического вещества из стока сопровождается посто­ янным ростом бактерий и, следовательно, увеличением толщины биопленки. Если последний процесс не сбалансирован соответству­ ющим сбросом биомассы, то это неминуемо приведет к кольматации фильтра. Ниже описаны важные условия, приводящие к сбросу биомассы и тем самым к (намеренному или самопроизвольному) регулированию толщины биопленки.

На поверхности биопленки постоянно происходит гидравличе­ ская эрозия, приводящая к постоянному сбросу биомассы с внешней стороны биопленки. В реакторах с псевдоожиженным слоем в результате перемешивания создаются сильные турбулентные по­ токи, и в экстремальной ситуации проходящий сквозь фильтр возвращаемый в раствор поток может вызвать полный сброс биомассы с подложки. Гидравлическая нагрузка на капельных фильтрах и скорость вращения дисков эмпирически подбирались так, чтобы они вызывали частичный сброс биомассы, но чтобы поток воды сам по себе не мог приводить к полному сбросу биомассы. Ослабление биопленки, обусловленное теми или иными факторами, способствует дальнейшему сбросу биомассы под дей­ ствием гидравлических сил.

Распад голодающих бактерий в нижнем слое биопленки может приводить к ослаблению адгезии. Биопленки на практике обычно