Биохимические процессы наиболее сложны, поскольку под­чиняются законам биологической кинетики, т. е. временным закономерностям, протекающим в живой природе.

При рассмотрении биокинетики можно выделить четыре подсистемы: биохимическую, биофизическую, микробиологичес­кую и популяционную.

Биохимическая подсистема характеризуется скоростями биохимических реакций; биофизическая — описывается законо­мерностями протекания физических явлений в живых организмах (например, диффузия макромолекул через полупроницаемую мембрану, механизм фотосинтеза, электрокинетические явления); микробиологическая — рассматривает количественные зако­номерности роста бактерий; популяционная — описывает количест­венные закономерности изменений числа особей в популяциях.

Биохимический процесс окисления кислородом органических веществ осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, связанных между собой в единый комплекс сложными взаи­моотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

В основе биохимических процессов лежат сложные хими­ческие реакции различного типа в зависимости от содержащихся в воде веществ и видов бактерий. В процессе биохимических реакций происходит трансформация содержащихся в воде ор­ганических веществ.

Направление и скорость трансформации зависят от тем­пературы, поверхностей раздела, биологических и химических катализаторов и ингибиторов, pH среды и ее газового состава, состава и состояния микробиологического сообщества и др. Трансформирующиеся органические вещества могут находиться в виде истинно растворенных частиц (молекул, ионов, свободных радикалов) или в виде коллоидных и взвешенных частиц. Количество промежуточных продуктов и число элементарных стадий трансформации каждого из веществ исчисляется десят­ками и сотнями.

Биохимические методы находят применение в ряде реку - перационных процессов и, в частности, для очистки сточных вод, для очистки почвы от нефти и в ряде других случаев.

Высокая концентрация загрязнений в промышленных сточ­ных водах, наличие трудноокисляемых, а в ряде случаев и ток­сичных соединений, нестабильность их объема обусловили при­менение многоступенчатых систем биологической очистки, ос­новным элементом которых является аэротенк (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Схема двухступенчатой очистки сточной воды:

А — аэротенк; Б — вторичный отстойник;

7 — поступающая сточная вода; 2 — иловая смесь; 3 — возвратный ил; 4 — сброс сточной воды

В связи с необходимостью интенсификации процессов очистки сточных вод широкое применение получил способ био­химической очистки с использованием технического кислорода или обогащенного кислородом воздуха. Очистные сооружения, в которых применяется этот способ, получили название окситенков.

Для обеспечения эффективной работы окситенков требуется автоматическое управление технологическим процессом. Экс­периментальные исследования и данные по эксплуатации установок показывают, что применение кислорода обеспечивает:

• значительную экономию электроэнергии;

■ повышение скорости насыщения сточных вод кислородом до более высоких концентраций (около 10 мг/л) даже при атмос­ферном давлении;

■ гибкость и устойчивость работы установок при изменении нагрузки;

■ увеличение (примерно на 30 %) скорости отстаивания сточных вод после биологической очистки.

Конструктивно окситенки могут быть открытыми или закрытыми. Закрытые окситенки выполняются в виде одной или нескольких (до четырех) последовательно соединенных по газовой и жидкой фазам герметизированных камер. В первую камеру иводится сточная вода и технический кислород, обеспечивающий небольшое избыточное давление в газовой фазе (от 0,25 до 1 МПа).

По мере прохождения через камеры вода очищается, а кон­центрация кислорода в газовой фазе снижается. Из последней камеры газ выходит в атмосферу, а очищенная вода поступает во второй отстойник. Рециркуляционный поток активного ила из второго отстойника возвращается в первую камеру, а избыточный активный ил выводится из системы.

Более высокие технико-экономические показатели окси - тенков по сравнению с аэротенками обусловлены тем, что при их использовании значительно сокращается время очистки, а сле­довательно, объем окситенков может быть уменьшен. Кроме того, сокращается прирост избыточного активного ила и улучшаются характеристики его соединения и обезвоживания, что способствует снижению расходов на обработку осадков.

Использование окситенков позволяет сократить площади, отводимые под очистные сооружения. Производительность дейс­твующих очистных сооружений при переоборудовании аэротенков в окситенки может быть увеличена без расширения территории очистных сооружений.

При очистке нефтесодержащих и некоторых других видов сточных вод в закрытых окситенках выделяющиеся в процессе окисления углеводороды могут накапливаться во взрывоопасных концентрациях. Во избежание нежелательных последствий под­держание определенного газового режима должно быть авто­матизировано.

В закрытых окситенках это достигается подачей определенного количества кислорода и соответствующим отводом отработанного газа.

В открытых окситенках управление газовым режимом сводится к дозированной подаче кислорода, обеспечивающей его оптималь­ную концентрацию в жидкости.

Необходимым условием обеспечения безопасности и эффек­тивности является контроль за заданным технологическим режи­мом. Основными параметрами регулирования, используемыми для построения систем автоматического управления процессом, яв­ляются концентрация кислорода в газовой или жидкой фазах, давление газа, концентрация взрывоопасных газов и содержание активного ила.