Вода — один из самых ценных ресурсов на планете, необходимый для жизни и поддержания экосистем. Однако быстрый рост урбанизации и индустриализации привел к загрязнению многих природных и искусственных водоемов, росту объемов промышленных и бытовых сточных вод. А это, в свою очередь, привело к снижению качества воды, что негативно сказывается как на состоянии окружающей среды, так и на здоровье человека. Одним из способов решения этой проблемы является биологическая очистка воды.
Биохимические методы очистки промышленных и хозяйственных бытовых вод основаны на способности микроорганизмов использовать многие загрязняющие вещества для питания в процессе жизнедеятельности.
Одна из основ очистки — активный ил. Активный ил — это биоценоз колоний бактерий и простейших организмов, которые участвуют в очистке сточных вод. Активный ил содержит основные физиологические группы микроорганизмов, которые способствуют разложению соединений фосфора, углерода, серы, азота и прочих элементов. Внешне активный ил очистных сооружений выглядит как склизкая хлопьевидная масса темного цвета. Питательные вещества для них поступают в готовом виде вместе со сточными водами.
Сущность метода заключается в способности микроорганизмов питаться субстратом органических и неорганических соединений, содержащимся в стоке. Биологические процессы осуществляются в сооружениях биологической очистки, предназначенных для удаления растворенных, коллоидных и взвешенных органических веществ. В сооружениях обеспечивается контакт загрязнений с оптимальным количеством организмов активного ила, в присутствии соответствующего количества растворенного кислорода, в течение необходимого периода времени. Процесс окисления и минерализации загрязняющих веществ в блоках биологической очистки осуществляется в течение нескольких часов, в то время как в водоемах на это потребовалось бы от 4 до 6 месяцев.
Состав ила разнообразен и зависит от условий технологического процесса. В ходе прироста микроорганизмов на очистных сооружениях образуется избыточный ил, состоящий из аэробных бактерий, мертвых микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности, мельчайших взвешенных частиц и т.п. Образующийся избыток перекачивается в илоуплотнители или удаляется с помощью дегидратора (обезвоживателя осадка).
В основе биологической очистки лежат два свойства микроорганизмов:
— способность превращать примеси воды в биомассу клеток и внеклеточные продукты; — способность синтезировать биофлокулянты и с их помощью образовывать многоклеточные агрегаты, легко отделяемые от воды.
Значительно упрощенный процесс биохимического преобразования происходит с веществами природного происхождения, так как они являются «привычными» для микроорганизмов. Однако высокие концентрации даже природных веществ являются причиной гибели микрофлоры в системах биохимической очистки. Сложнее организовать очистку синтезированных соединений природного происхождения. Для этого необходимо адаптировать некоторые виды бактерий к синтетическим загрязнителя сточных вод, создать оптимальные условия для их жизнедеятельности путем добавления в сточные воды дополнительных ингредиентов, обеспечить необходимый температурный и кислотный режим процесса метаболизма активного ила.
Нормативы максимальных концентраций органических и неорганических веществ, содержащихся в сточных водах, поступающих на биологические очистные сооружения, регламентированы.
Аэробные процессы биохимической очистки сточных вод могут протекать в естественных условиях на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах.
Поля орошения — это специальные подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очистки сточных вод и агрокультурных целей. Очистка в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений. Разновидностью полей орошения являются недавно разработанные и набирающие популярность за рубежом поля гидропоники, где в водоём со стоками высеваются специальные плавающие растения, которые наравне с микроорганизмами интенсивно испаряют воду, а также поглощают и перерабатывают загрязнения. Периодически излишки накопленной биомассы собираются и утилизируются.
Поля фильтрации — это участки земли, предназначенные для полной биологической очистки предварительно осветленных сточных вод. При очистке сточных вод на полях фильтрации используется самоочищающая способность почвы: наиболее интенсивно процесс окисления органических загрязнений идет в верхних слоях почвы (0,2-0,3 м), где соблюдается благоприятный кислородный режим. На участке, где происходит очищение стоков, необходимо, чтобы уровень грунтовых вод был не менее 1,5 м от поверхности. При более высоком уровне грунтовых вод требуется обустройство дренажа.
Стоит отметить, что и поля орошения, и поля фильтрации слабо приспособлены для больших объёмов стоков. Так, согласно СНИП 2.04.03-85, наибольшая возможная нагрузка сточными водами грунтов не может превышать 250 куб.м/сут хозяйственно-бытового или близкого по составу стока на 1 га. Очевидно, что только для непосредственной организации полей на сток в 5000 куб.м/сут понадобится ровная территория площадью в размере минимум 20 га без учета санитарно-защитной зоны.
Биологические пруды представляют собой каскад прудов глубиной 0,5-1 м, состоящих из трех-пяти ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Процесс очистки в этих сооружениях аналогичен процессам, происходящим при самоочищении водоемов. Для эффективной очистки от загрязнений пруды имеют большую площадь поверхности, при этом глубина их может быть небольшая. Очистка в биологических прудах зависит от погодных условий. В теплую солнечную погоду биоценоз хорошо размножается и позволяет эффективно удалять загрязнения, в холодную погоду при температуре ниже +6˚С бактерии перестают «работать». Для устройства биологических прудов могут быть использованы естественные впадины местности, заброшенные карьеры, а также специально созданные водоемы.
К искусственным сооружениям биологической очистки относятся биофильтры, аэротенки, биотенки и другие (окситенки и метантенки). Аппаратура для биохимической очистки сточных вод, как правило, завершает процесс очистки, так как в нее сточные воды должны подаваться с определённым составом.
Биологический фильтр — очистное сооружение, заполненное загрузочным материалом (щебень, галька, керамзит, пластмасса), через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая преимущественно из аэробных микроорганизмов. До начала очистительного процесса на поверхности загрузочного материала выращивают микроорганизмы, которые формируют биологическую пленку. Проходя через биофильтр, примеси сточных вод остаются на загрузочном материале, где происходит их разложение микроорганизмами биологической пленки. Вода в биофильтрах может подвергаться дополнительной аэрации.
Биологические фильтры широко применяются в загородных домах, где нет возможности подключиться к городской системе канализации. Они компактны и просты в эксплуатации. В биофильтрах, при прохождении через блоки биологической загрузки (которые имеют очень высокую удельную поверхность), происходит разложение сложных органических соединений на более простые.
Аэротенк представляет собой аппарат с постоянно протекающей сточной водой, во всей толще которой развиваются аэробные микроорганизмы, потребляющие «загрязнение» этой сточной воды. Аэротенки применяются для окисления органических веществ до простых веществ, таких как углекислый газ, вода и азот. Для нормальной работы аэротенков требуется подача воздуха в рабочую зону для жизнедеятельности аэробных бактерий и окисления органики. Кислорода потребляется столько, сколько нужно для окисления. Если питательных веществ в реакторе недостаточно, то потребление кислорода снижается. Важно правильно рассчитать подачу воздуха в ББО, так как при недостаточном его количестве степень очистки снижается, а при его избыточной подаче больше активного ила выносится из реактора.
Биотенк — аэрационное сооружение со специальной загрузкой, способствующей увеличению общего количества биомассы. Процесс биологической очистки в биотенке происходит с использованием как свободно плавающего активного ила, так и биологической пленки, наращиваемой на загрузочном материале, благодаря чему биотенки имеют более высокую окислительную мощность по сравнению с обычными аэротенками.
Сточные воды предприятий содержат сложный комплекс различных соединений органического и неорганического происхождения, различающегося составом, свойствами и фазово-дисперсионным состоянием, что в совокупности и объективно обуславливает необходимость разработки оптимальных условий ведения процесса очистки. Поэтому выбор схемы биологической очистки сточных вод представляет собой достаточно сложную инженерную задачу, при решении которой должны быть четко определены: общий объем очищаемых сточных вод, все виды загрязняющих их веществ и их биохимические характеристики, перечень преобладающих по концентрациям загрязняющих веществ с учетом их токсикологических свойств.
Москва
