1. Введение в биологическую очистку сточных вод

1.1 Что такое биологическая очистка сточных вод?

Биологическая очистка сточных вод это технологияВ которая использует силу микроорганизмы - Прежде всего бактерии - для потребления и разрушения органических загрязнителейВ питательных веществ (таких как азот и фосфор) и другие загрязняющие вещества, обнаруженные в сточных водах. По сути, это контролируемая, ускоренная версия собственного процесса самоочищения природы.

Основная цель состоит в том, чтобы превратить вредные, растворенные и коллоидные вещества (которые способствуют БПК и ХПК) в безвредные побочные продукты, такие как углекислый газ, вода и новая микробная биомасса (осадок) Этот метод жизненно важен, потому что он является наиболее эффективным и часто наиболее экономичным способом удалить основную часть органической нагрузки до возврата воды в окружающую среду.

---

1.2 Важность биологической обработки при управлении сточными водами

Неконтролируемое выделение сточных вод представляет серьезные риски для общественного здравоохранения и водных экосистем. Высокая концентрация истощений органического вещества Растворенный кислород При получении воды, что приводит к смерти рыбы и другой водной жизни. Кроме того, избыток питательных веществ может вызвать массовые расцвет водорослей (Эвтрофикация) и патогены могут распространять болезнь.

Биологическая обработка является линхпином современного управления сточными водами по нескольким причинам:

• Эффективное удаление загрязняющих веществ: Это эффективно удаляет Биохимический потребность в кислороде (BОD) , который является мерой биоразлагаемого органического вещества.

• Контроль питательных веществ: Он может быть специально разработан для удаления азот (Чтобы предотвратить истощение и токсичность кислорода) и фосфор (Для контроля эвтрофикации)

• Экономическая эффективность: Как правило, он менее энергоемкий и менее дорогой, чем чисто химические или физические варианты лечения для крупномасштабных применений.

1.2.1 Биологическое лечение как вторичная стадия

Обработка сточных вод обычно достигается в последовательности этапов:

1. Первичное лечение: Физический процесс, в котором гравитация используется в больших резервуарах, чтобы успокоить самые тяжелые твердые вещества (TSS) и снимать жир и плавающий материал.

2. Вторичное лечение: Это Биологическая стадия лечения Полем Вода, вытекающая из первичных осветлителей, все еще содержит высокий уровень растворенного и тонкого коллоидного органического вещества; Микроорганизмы вводятся для потребления этой нагрузки.

3. Третичное/передовое лечение: Последняя стадия полировки, которая может включать в себя фильтрацию, дезинфекцию и расширенное удаление определенных загрязняющих веществ или питательных веществ до того, как вода будет безопасно разряжена или повторно используется.

---

1.3 Обзор биологических процессов

Процессы очистки биологических сточных вод в целом классифицируются на основе потребностей в кислороде вовлеченных микроорганизмов:

• Аэробные процессы: Эти системы требуются Растворенный кислород (DO) функционировать. Микроорганизмы используют кислород для метаболизации органических загрязнителей в углекислый газ, воду и новые клетки. Это наиболее распространенный метод для удаления БПК. Примеры включают Активированный ил и Поточительные фильтры .

• Анаэробные процессы: Эти системы работают в Отсутствие кислорода Полем Микроорганизмы разбивают органическое вещество в Биогаз (в первую очередь метатан и ${\text{Сопутствующий}}_2$ и более низкий объем ила. Они часто используются для высокопрочных промышленных сточных вод или для обработки полученного ила от аэробных процессов. Примером является Аpнизкий Аnaerobic Leвсеel Glanket ( $\text{UASB}$ ) .

• Аноксические процессы: Эти процессы есть без кислорода , но микроорганизмы используют химически связанный кислород (особенно из нитрат или нитрит ионы) вместо молекулярного ${\text{О}}_2$ Полем Это важный шаг для денитрификация (удаление азота) во многих передовых очистных сооружениях.

2. Принципы очистки биологических сточных вод

Эффективность биологической очистки сточных вод полностью зависит от понимания и контроля микроскопического мира в реакторе. В этом разделе подробно описываются основные биологические субъекты и фундаментальные биохимические процессы, которые они управляют.

2.1 Роль микроорганизмов

Здоровая система биологического лечения, часто называемая как смешанный ликер или биомасса , это разнообразная экосистема. Коллективная цель этого микробного сообщества состоит в том, чтобы потреблять органические загрязнители («еда»), чтобы расти, воспроизводить и генерировать энергию.

2.1.1 бактерии

Бактерии являются рабочими лошадями процесса лечения. Они несут ответственность за подавляющее большинство $\text{Тел}$ удаление и Удаление питательных веществ Полем Они образуют хлопья (небольшие кластеры), которые имеют решающее значение для ослабления в осветлителях. Ключевые группы включают гетеротрофные бактерии (потребляющие углеродные соединения) и автотрофные бактерии (выполнять нитрификацию)

2.1.2 Грибы

Грибы, как правило, менее доминирующие, но становятся важными в определенных условиях, особенно в системах лечения систем низкий $\text{pЧАС}$ или high-strength industrial wastes. While they contribute to organic degradation, excessive fungal growth can cause наполнение (плохое оседание ила) из -за их нитевидной структуры.

2.1.3 Протозои

Простейшие и другие более высокие организмы (например, шнурки) не являются первичными ухудшением, но выполняют решающую роль в полировка стоки. Они потребляют диспергированные бактерии и мелкие частицы, действующие как «чистящие средства», которые способствуют более четкому конечному стоку. Их присутствие и разнообразие также являются ключевыми показателями здоровье и стабильность биологической системы.

---

2.2 Биохимические реакции

Удаление загрязняющих веществ происходит посредством последовательности сложных биохимических реакций, классифицированных с помощью электронного акцептора, используемого микроорганизмами.

2.2.1 аэробные процессы

Эти реакции происходят в присутствии Растворенный кислород ( $\text{ДЕЛАТЬ}$ ) Полем Использование бактерий $\text{ДЕЛАТЬ}$ как окончательный акцептор электронов, чтобы преобразовать органическое вещество в стабильные, безобидные продукты.

Органическое вещество О2 → бактерии Сопутствующий2 H2 O Новые клетки

Нитрификация , двухэтапный аэробный процесс, является ключом к удалению азота:

1. Нитритация: Аммиак ( ${\text{Нын -н.э.}}_4^{}$ ) преобразуется в нитрит ( ${\text{НЕТ}}_2^{-}$ )

2. Нитрация: Нитрит ( ${\text{НЕТ}}_2^{-}$ ) преобразуется в нитрат ( ${\text{НЕТ}}_3^{-}$ )

2.2.2 Анаэробные процессы

Эти реакции происходят в полном отсутствии ${\text{O}}_2$ Полем Процесс включает в себя несколько этапов для преобразования сложных органических веществ в Биогаз (в первую очередь метан ( ${\text{Гнездо}}_4$ ) и ${\text{ВO}}_2$ ), который может быть использован в качестве источника энергии. Основными фазами являются гидролиз, ацидогенез, ацетогенез и, наконец, метаногенез .

Органическое вещество → бактерии Гнездо4 Сопутствующий2 Новые клетки тепло

2.2.3 Аноксические процессы

Эти реакции происходят, когда $\text{ДЕЛАТЬ}$ отсутствует, но Нитрат ( ${\text{НЕТ}}_3^{-}$ ) присутствует. Определенные бактерии используют химически связанные кислорода в молекуле нитрата, уменьшая нитрат до безвредного азотный газ ( ${\text{Не}}_2$ ) который выпущен в атмосферу. Этот процесс называется денитрификация и is essential for preventing nitrogen pollution.

Нитратное органическое вещество → бактерии азот газ (Не2) CO2 H2 O

---

2.3 Факторы, влияющие на биологическое лечение

Эффективность микробного сообщества очень чувствительна к условиям в реакторе. Операционный контроль фокусируется на поддержании этих факторов в рамках оптимальных диапазонов.

2.3.1 температура

Микробная активность увеличивается с температурой до оптимальной точки (обычно $20-35^{\circ }\text{C}$ Для муниципальных растений). Более низкие температуры замедляют скорость реакции, в то время как чрезмерно высокие температуры могут денаторные ферменты, убивая микробы.

2.3.2 $\text{pH}$

Большинство микроорганизмов процветают в почти нейтральном $\text{pH}$ Диапазон (обычно $6.5-7.5$ ) Крайний $\text{pH}$ (кислый или базовый) может ингибировать рост бактерий и остановить критические процессы, такие как нитрификация.

2.3.3 Доступность питательных веществ

Микроорганизмы нуждаются в сбалансированной диете для роста. Ключ макронутриенты - Азот (n) и Фосфор (П) -must be available, often in the ratio of $\text{Тел}:\text{Не}:\text{П}$ примерно $100:5:1$ Полем Дефицит может серьезно ограничить рост биомассы, необходимой для обработки отходов.

2.3.4 Растворенного кислорода ( $\text{ДЕЛАТЬ}$ )

$\text{ДЕЛАТЬ}$ Уровни имеют решающее значение для аэробные процессы (обычно поддерживается в $1-3\text{мг/л}$ ), поскольку недостаточный кислород замедлит процесс разложения. Наоборот, $\text{ДЕЛАТЬ}$ должен строго контролироваться или отсутствовать в анаэробный и аноксик Зоны для этих соответствующих процессов происходят.

Вот проект контента для третья часть вашей статьи, сосредоточенной на Типы процессов очистки биологических сточных вод .

---

3. Типы процессов очистки биологических сточных вод

Системы биологического лечения принципиально классифицируются по тому, как поддерживается микробное сообщество и поставляется ли кислород. Эти процессы могут быть сгруппированы в аэробные (требующие кислорода), анаэробного (отсутствие кислорода) и гибридные системы.

3.1 Процессы аэробной обработки

Аэробные процессы являются наиболее распространенным типом вторичной обработки, полагаясь на непрерывную подачу кислорода для поддержания микробного метаболизма. Они очень эффективны при удалении органического вещества (Тел).

3.1.1 Активированный процесс осадка

Это самая распространенная аэробная система во всем мире. Он включает введение сточных вод в аэрированный бак, содержащий подвеску микроорганизмов ( активированный ил ) Микробы потребляют загрязняющие вещества, образуют плотные, расселенные микробные комки (хлопья), а затем отделяются от обработанной воды во вторичном осветлителе. Часть этого ила переработана обратно в аэрацию, чтобы поддерживать высокую концентрацию активной биомассы.

3.1.2 Пройки фильтров

Фильтры (или биологические фильтры (или биологические фильтры) представляют собой системы с фиксированным фильмом, где сточные воды распределяются по ложе со средами (например, камни, пластик). А Биопленка (слой микроорганизмов) растет на поверхности среды. По мере того, как сточные воды «стекают» вниз, микробы в биопленке поглощают и разрушают органическое вещество. Натуральная циркуляция воздуха обеспечивает необходимый кислород.

3.1.3 Вращающиеся биологические контакторы (эритроциты)

RBC-это еще одна система с фиксированным фильмом, состоящая из больших, близко расположенных вращающихся дисков, установленных на горизонтальном валу. Диски частично погружены в сточные воды. Когда диски вращаются, они попеременно собирают пленку сточных вод, а затем подвергают биопленку в атмосферу для переноса кислорода.

3.1.4 аэрированные лагуны

Это большие мелкие бассейны, которые используют поверхностные аэраторы или диффузированные воздушные системы для обеспечения кислорода для микробной популяции в сточных водах. Они требуют большой площади земли, но они проще работать и идеально подходят для районов с более низкой плотностью населения.

3.1.5 мембранные биореакторы (МBRS)

МBRS объединяют обычный процесс активированного ила с мембранная фильтрация единица (микрофильтрация или ультрафильтрация). Мембраны разделяют твердые вещества, устраняя необходимость вторичного осветлителя. Это обеспечивает гораздо более высокую концентрацию биомассы (высокий $\text{SRT}$ ) и производит исключительно качественные стоки, готовые к повторному использованию.

---

3.2 Анаэробные процессы лечения

Анаэробные процессы работают без кислорода и особенно подходят для обработки высокопрочных сточных вод или для стабилизации ила, поскольку они производят ценный источник энергии-биоги.

3.2.1 Анаэробное пищеварение

Это в первую очередь используется для стабилизации осадок (биосолиды), генерируемые аэробной обработкой. Осадок помещается в герметичные, нагретые резервуары, где анаэробные бактерии превращают значительную часть органических твердых веществ в биогаза ( ${\text{Гнездо}}_4$ ) Это уменьшает объем ила и запах.

3.2.2 Анаэробное осадок. $\text{UASB}$ ) Реакторы

А $\text{UASB}$ является высококачественной анаэробной системой, где сточные воды протекают вверх через плотное «одеяло» микробных гранул (осадок). По мере того, как органическое вещество разлагается, полученное биогаз приводит к циркуляции гранул, создавая превосходный контакт между биомассой и сточными водами.

3.2.3 Анаэробные фильтры

Аse fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

---

3.3 Гибридные процессы лечения

Гибридные системы объединяют особенности обычных или различных типов реакторов для повышения эффективности, особенно для удаления питательных веществ и ограничений пространства.

3.3.1 Секвенирование партийных реакторов ( $\text{SBRS}$ )

$\text{SBRS}$ уникальны в том смысле, что все этапы лечения (заполнение, реагирование, оседление, рисование) происходят последовательно в Одиночный танк Полем Они очень гибкие и легко адаптироваться для точного удаления питательных веществ, контролируя продолжительность аэробных, аноксических и анаэробных фаз в цикле.

3.3.2 Интегрированный активированный с фиксированным фильмом осадок ( $\text{IФонAS}$ ) Системы

$\text{IФонAS}$ Системы представляют собой гибрид активированного осадка (взвешенный рост) и технологии фиксированного фильма. Биоплентные носители (пластиковые среды) добавляются непосредственно в бассейн с активированным аэрацией. Это обеспечивает высокую концентрацию биомассы, обеспечивая стабильную среду для медленно растущих бактерий (например, нитрификаторов) при сохранении гибкости системы взвешенного ила.

4. Конструктивные соображения для систем биологической обработки

Проектирование эффективной и стабильной биологической обработки требует глубокого понимания характеристик сточных вод и тщательной калибровки параметров реактора. Цель состоит в том, чтобы создать оптимальную среду, чтобы микроорганизмы процветали и эффективно удалять загрязняющие вещества.

4.1 Характеристики сточных вод

А success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{Тел}$ (Биохимический спрос на кислород)

$\text{Тел}$ это количество кислорода, требуемого микроорганизмами для разложения органического вещества в воде в течение определенного времени (обычно пять дней, ${\text{Тел}}_5$ ) Это Первичный параметр дизайна Используется для размера биологического реактора, так как он диктует количество органической нагрузки, которую должна потреблять микробная популяция.

4.1.2 $\text{Треска}$ (Химическая потребность в кислороде)

$\text{Треска}$ это количество кислорода, необходимого для химического окисления all илиganic and inorganic matter. It measures both biodegradable and non-biodegradable components. The $\text{Тел}/\text{Треска}$ Коэффициент важен: высокое соотношение (например,> 0,5) указывает на то, что отходы высоко биоразлагаемый и well-suited for biological treatment.

4.1.3 $\text{TSS}$ (Общее количество подвешенных твердых веществ)

$\text{TSS}$ представляет твердые вещества, которые удерживаются в подвеске. Высокий $\text{TSS}$ может потребовать более широкого первичного лечения и влиять на лечение биологического ила (биосолиды). Хорошее урегулирование $\text{TSS}$ имеет решающее значение для производства чистых сточных вод.

4.1.4 Питательные вещества (азот и фосфор)

А concentration of Азот ( $\text{Не}$ ) и Фосфор ( $\text{П}$ ) имеет решающее значение по двум причинам:

1. Микробное здоровье: Адекватный $\text{Не}$ и $\text{П}$ необходимы для роста биомассы ( $100:\text{Тел}:5:\text{Не}:1:\text{П}$ соотношение).

2. Качество стоков: Если эти питательные вещества присутствуют в больших количествах, система должна быть специально разработана для Удаление питательных веществ (Нитрификация/денитрификация и усиление удаления биологического фосфора, $\text{EBPR}$ ) предотвратить эвтрофикацию в приемных водах.

---

4.2 Критерии выбора процесса

Выбор правильного биологического процесса зависит от нескольких факторов:

• Прочность на сточные воды: Высокая сила (высокая $\text{ВOD}/\text{Тел}$ ) промышленные отходы часто благоприятствуют анаэробный processes Для производства биогаза, а затем полировка. Муниципальные отходы прочности с низкой до средней аэробный активированный ил .

• Требования к стокам: Строгие ограничения сброса (особенно для питательных веществ) требуют сложных систем, таких как $\text{МBRS}$ или multi-stage processes ( $\text{SBRS}$ , многоэтапный активированный ил).

• Доступность земли: Устройства, ограниченные пространством, часто требуют высококачественных компактных технологий, таких как $\text{МBRS}$ или $\text{IФонAS}$ , в то время как лагуны подходят там, где земля дешевая и в изобилии.

• Эксплуатационные расходы: Аэробные процессы требуют высокой энергии для аэрации, в то время как анаэробные процессы генерируют энергию (биогаз), влияя на долгосрочные затраты.

---

4.3 Параметры конструкции реактора

Аse parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 Время хранения гидравлического хранения ( $\text{HRT}$ )

$\text{HRT}$ это среднее время, когда единица воды остается внутри реактора.

Дольше $\text{HRT}$ Обеспечивает больше времени контакта между микроорганизмами и загрязнителями, но требует большего размера резервуара.

4.3.2 Время удержания твердого тела ( $\text{SRT}$ )

$\text{SRT}$ (также называется $\text{МCRT}$ или Sludge Retention Time) is the average time the микроорганизмы (solids) оставаться активными в системе.

$\text{SRT}$ является Самый важный параметр управления Для биологической активности. Вдоль $\text{SRT}$ (например., $10-30$ Дни) необходимы для развития медленно растущих организмов, таких как нитрификаторы Для удаления азота.

4.3.3. $\text{Фон}/\text{М}$ ) Соотношение

А $\text{Фон}/\text{М}$ соотношение - это ежедневная органическая нагрузка (пища, измеряемая как $\text{Тел}$ или $\text{Треска}$ ) поставляется на единицу массы микроорганизмов ( $\text{М}$ , измерено как летучие твердые вещества смешанного ликера или $\text{МLVSS}$ ) в реакторе.

• A высокий $\text{Фон}/\text{М}$ (например., > 0.5 $\text{кг}\text{Тел}/\text{кг}\text{МLVSS}\cdot \text{дюймовый}$ ) означает, что микробы являются «голодными» и быстро обрабатывают воду, но осадок плохо оседает.

• A низкий $\text{Фон}/\text{М}$ (например., < 0.1 $\text{кг}\text{Тел}/\text{кг}\text{МLVSS}\cdot \text{дюймовый}$ ) приводит к более старому, хорошо прославленному илку, но требует большего бака и медленнее.

---

4.4 Управление илом

Все биологические процессы производят Избыток биомассы (осадок) Это должно быть удалено из системы. Этот ил часто $95-99\%$ Вода, но содержит концентрированные загрязняющие вещества, что делает ее проблемой утилизации. Лечение ила (утолщение, обезвоживание и часто анаэробный digestion ) является важным, дорогостоящим компонентом общего управления сточными водами, направленная на стабилизацию материала и уменьшить его объем до окончательного утилизации (например, применение земли или приземление).

5. Применение обработки биологических сточных вод

Биологическая обработка является очень адаптируемой технологией, которая необходима для переработки сточных вод из различных источников, от крупных столичных районов до специализированных промышленных объектов.

5.1 Муниципальная очистка сточных вод

Муниципальные сточные воды, в основном полученные из жилых домов, коммерческих предприятий и учреждений, являются классическим применением для биологической обработки.

• Характеристики: Обычно он содержит органическую нагрузку средней силой ( $\text{Тел}$ и $\text{ВOD}$ ), высокий уровень взвешенных твердых веществ ( $\text{TSS}$ ) и значительное количество питательных веществ (азот и фосфор).

• Используются процессы: А standard treatment train relies heavily on Активированный ил Processes (часто модифицируется для Биологическое удаление питательных веществ или $\text{Бенр}$ ), а иногда и системы с фиксированным фильмом, как Поточительные фильтры или $\text{Эритроциты}$ Полем Основная цель - соответствовать строгим стандартам сброса для защиты общественных водных путей.

---

5.2 Обработка промышленных сточных вод

Промышленные сточные воды гораздо более изменчивы в составе и концентрации, чем муниципальные сточные воды, часто представляя уникальные проблемы, которые требуют индивидуальных биологических решений.

5.2.1 Продовольственная индустрия продуктов питания и напитков

• Характеристики: Высокие органические нагрузки (сахара, жиры, крахмалы) и часто высокие температуры.

• Используются процессы: Анаэробные системы нравиться $\text{UASB}$ Реакторы часто используются первыми для обработки высокого $\text{ВOD}$ и generate valuable Биогаз ( ${\text{Гнездо}}_4$ ) Полем Это обычно сопровождается компактной аэробной системой ( $\text{МBR}$ или $\text{Активированный ил}$ ) для окончательной полировки.

5.2.2 Мяковая и бумажная промышленность

• Характеристики: Высокие объемы, цвет и медленно биоразлагаемые соединения лигнина.

• Используются процессы: Крупномасштабные системы, такие как Аэрированные лагуны или high-rate activated sludge are common due to the massive flow rates. Specialized fungal or bacterial strains may be needed for color and persistent compound removal.

5.2.3 Химическая промышленность

• Характеристики: Содержит специфические токсичные или нетрадиционные загрязняющие вещества (непостоянные органические вещества, тяжелые металлы), которые могут ингибировать стандартную микробную активность.

• Используются процессы: Лечение часто требует специализированных, надежных биореакторов или нескольких этапов, иногда с участием Биоаугментация (Добавление специально выбранных микробовых культур) или сочетание с расширенными методами, такими как Продвинутые процессы окисления ( $\text{Aops}$ ) до или после биологической стадии.

---

5.3 Обработка сельскохозяйственных сточных вод

Это включает в себя сток с ферм и, в частности, сточные воды из концентрированных операций по кормлению животных ( $\text{Кафе}$ ) или навоз.

• Характеристики: Чрезвычайно высокие концентрации $\text{Тел}$ , $\text{TSS}$ , патогены, и особенно питательные вещества.

• Используются процессы: Обработка включает в себя линейные лагуны, за которым следует анаэробное пищеварение (для уменьшения объема и вырабатывать энергию) и последующая аэробная обработка для удаления питательных веществ и патогенов до применения земли или выброса.

---

5.4 Очистка сточных вод на месте

Биологические методы необходимы для лечения сточных вод в районах без доступа к централизованным муниципальным системам.

• Септические танки: В то время как в основном физический, слой ила в септическом баке подвергается медленному анаэробному пищеварению.

• Мелкие растения: Системы, такие как Compact $\text{SBRS}$ или package $\text{МBRs}$ используются для отдельных школ, больниц, жилищного строительства или отдаленных промышленных площадок, предлагая высококачественные стоки в небольшом следе.

Вот проект контента для Шестая часть вашей статьи, сосредоточенной на Преимущества и недостатки биологического лечения .

---

6. Преимущества и недостатки биологического лечения

В то время как биологические процессы образуют основу современного управления сточными водами, они подвергаются определенным ограничениям, которые должны управляться посредством тщательного проектирования и эксплуатации.

6.1 Преимущества

Биологическая обработка предлагает убедительные преимущества по сравнению с чисто физическими или химическими альтернативами.

6.1.1 Эффективное удаление загрязняющих веществ

Биологические системы исключительно эффективны при удалении илиganic $\text{Тел}$ и $\text{ВOD}$ от сточных вод, часто достигая $90\%$ -Полета по снятию. Кроме того, они являются наиболее практичными и экономически эффективными средствами для крупномасштабных Биологическое удаление питательных веществ ( $\text{Бенр}$ ) , необходимо для защиты чувствительных водных путей от эвтрофикации, вызванной избыточным азотом и фосфором.

6.1.2 Эффективность

После построения эксплуатационные расходы на биологические процессы, как правило, ниже, чем за химическую обработку. В то время как аэробные системы требуют значительной энергии для аэрации, это часто компенсируется высокой стоимостью и непрерывной подачей, необходимыми для химических флокулянтов или осадков, необходимых для небиологических методов. Анаэробные системы может даже быть Чистая энергия Через генерацию и использование биогаза ( ${\text{Гнездо}}_4$ ).

6.1.3 Экологически чистый

Биологическое лечение в основном включает в себя природные процессы, превращение загрязняющих веществ в стабильные, нетоксичные продукты ( ${\text{ВO}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ и биомасса). Получение Биозолиды (осадок) Часто можно рассматривать и безопасно повторно используется как поправка в почве, способствуя циркулярной экономике подхода к управлению отходами.

---

6.2 Недостатки

А reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 Чувствительность к токсичным веществам

Микроорганизмы являются живыми клетками и могут быть легко подавлены или убиты внезапными входами Токсичные промышленные химические вещества , тяжелые металлы, высокие $\text{pH}$ (кислота или основание) или высокие концентрации соли. «Шоковая нагрузка» может уничтожить биомассу системы, требуя, чтобы популяция для восстановления и качества лечения вернулась дни или недели.

6.2.2 Процесс нестабильности

Биологические системы могут страдать от проблем с нестабильностью, связанных со здоровьем микробов, таких как осадок bulking или пена .

• Наполнение возникает, когда нитевидные бактерии растут чрезмерно, предотвращая должным образом рассеянные хлопья ила, что приводит к высоким $\text{TSS}$ в последнем стоке.

• Пена часто вызвано конкретными типами бактерий и может привести к операционным проблемам и угрозам безопасности на поверхности бака аэрации.

6.2.3 Производство ила

А fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of осадок management (Обезвоживание, стабилизация и утилизация). Затраты на обработку ила могут составлять $30\%\text{к}50\%$ общего рабочего бюджета для очистных сооружений.

7. Недавние достижения и инновации

А field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 Усовершенствованные процессы окисления ( $\text{Aops}$ )

$\text{Aops}$ не являются строго биологическими, но все чаще используются в тандем с биологическими системами. Они включают генерирование очень реактивных переходных видов, таких как гидроксильный радикал ( $\cdot \text{ОЙ}$ ) , который быстро окисляет и разрушает органические загрязнения, которые не биоразлагаемые (непоколебимые или микрополтанты).

• Приложение: $\text{Aops}$ используются как предварительная обработка Чтобы сломать токсичные соединения, делая их доступными для микроорганизмов или как после лечения (Третичная стадия), чтобы отполировать стоки, удаляя следы фармацевтических препаратов и пестицидов.

7.2 Биоаугментация и биостимуляция

Аse techniques focus on actively managing the microbial population:

• Биоаугментация: Включает в себя Добавление специально выбранных неродных микробных культур к реактору. Обычно это делается для того, чтобы ввести организмы, способные разрушать специфические, сложные промышленные загрязнители, с которыми не может справиться нативная биомасса.

• Биостимуляция: Включает оптимизация реакторной среды (например., adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 Технология гранулированного ила

Это инновация предлагает значительный скачок в эффективности системы и снижении следа, в основном используемых в Аэробный гранулированный ил ( $\text{Агс}$ ) система

• Принцип: Вместо формирования традиционных флоков с активированным илом биомассы спонтанно организуются в плотный, компактный, сферический гранулы Полем Эти гранулы оседают значительно быстрее и имеют отдельные зоны (аэробный внешний вид, аноксический/анаэробный интерьер), которые обеспечивают одновременное удаление углерода, азота и фосфора в одном реакторе.

• Преимущество: Обеспечивает гораздо более высокую концентрацию биомассы и устраняет необходимость в отдельном осветлении, уменьшая след растений до $75\%$ .

7.4 Генетическая инженерия микроорганизмов

Хотя Genetic Engineering все еще в первую очередь в исследованиях и пилотной фазе, обладает огромным обещанием. Ученые исследуют способы:

• Увеличить деградацию: Изменить микробы для ускорения разбивки постоянных органических загрязняющих веществ ( $\text{ПOPs}$ )

• Повысить эффективность: Инженерные организмы для выполнения нескольких реакций (например, одновременной нитрификации и денитрификации) более эффективно или переносить токсичные условия, которые в противном случае ингибируют природные популяции. $