Биологическая очистка сточных вод

Заводы, фабрики и многие другие производственные учреждения одной из первейших задач считают очистку стока. Без очищения сточные воды давно загрязнили бы водоёмы на Земле до такой степени, что люди оказались бы на грани выживания. При этом особое внимание уделяется биологической очистке.

Биологическая очистка сточных вод – многостадийная процедура удаления из отработанного стока потенциально опасных веществ, реагентов путём их разложения посредством специально выращенных бактерий и иных простейших (одноклеточных) организмов. Биодоочистка – этап, сменяющий на всём процессе очистки стоков механический и физико-химический способы.

Принцип действия – расщепление органики на простейшие газы. Это углекислый газ, водород, окиси азота, аммиак, сероводород. Органические – преимущественно метан, могут встречаться и метанол, уксусная кислота и ацетон. Органические вещества – жиры, углеводы, неразложившиеся белки – исходный реагент, источник питания (а с ним и энергии) для микроорганизмов, применяемых в качестве септических одноклеточных культур.

В стоке имеется приличное количество аминокислот, нитратов, возможно, аммиак, как уже говорилось. Азот, получаемый из данных реагентов, является элементом жизнедеятельности одноклеточных организмов. Помимо азота, из органики бактерии и простейшие выделяют фосфор и калий.

В натуральных (без участия процессов, созданных человеком), небольших по объёму стоках малая концентрация выбросов, которые самоуничтожатся со временем. Значительный уровень развития разнообразных отраслей человеческой деятельности оперирует объёмом сточных вод, на порядок превосходящим тот, что население Земли создавало в древние века или в доисторическую эпоху. Есть несколько видов очистки стоков: механический, физико-химический и биологический.

Механический метод подразумевает установку в системе решётки, сита, фильтров. Например, решётка и сито отлавливают крупный мусор и крупнофракционный песок. Песколовка – специальный резервуар, в котором мелкий песок осаждается на дно. Фильтр способен задержать глину (глинистая и илистая взвесь отстаивается не один час), ржавчину, нерастворимые соли. Малорастворимые соли удаляются частично.

Одним из физико-химических подвидов является жироловка. Масла и жиры легче воды – они скапливаются на поверхности, а очищенная от этих капелек вода опускается ниже. Чтобы удалить из сточной воды растворимые соли и часть органики, в сточную воду добавляют реактивы – те вступают в реакцию с данными примесями, формируя нерастворимый осадок. Например, для превращения закиси железа, растворимой в воде, производится её доокисление (в воду подаётся воздух или кислород). Закисное железо превращается в ржавчину и выпадает в осадок или отфильтровывается. Физико-химический способ также предполагает длительное отстаивание сточных вод – из них удаляются все нерастворимые реагенты и жировая плёнка.

Наконец, биоочистка воды – избирательная реакция одноклеточных на определённые загрязнители. Например, генно-модифицированные бациллы, являющиеся своего рода одноклеточными экстремофилами, разлагают кал и мочу на более простые составляющие.

Для очистки стока естественным путём применяют натуральные процессы, происходящие в воде, грунте, растениях. Загрязняющие реагенты связываются ими, превращаются сначала в минералы, а затем в другие, более безвредные их аналоги или переносятся.

В качестве примера – переработка нефти в океанической среде, содержащей всё многообразие одноклеточных культур, известных человеку. Суть процесса сводится к следующему: случайно разлитая нефть со временем разлагается, превращаясь в летучие и газообразные углеводороды. Недостаток – парниковый эффект, создающий повышение среднегодовой температуры на 20 лет: метан разлагается в десятки раз медленнее, чем, скажем, углекислый газ превращается растениями в кислород.

То, с чем не справилась природа, или аналогичный природный процесс занял бы тысячи, миллионы лет, подвергается переработке при помощи технологий и аппаратов, созданных людьми. Задача – ввести в сточную воду специально выращенные микроорганизмы, перерабатывающие жидкие отходы с доступом или без доступа кислорода. Для них поддерживаются оптимальная температура и давление, близкое к земному атмосферному.

Для чёткой классификации биоочистные системы используют отличные друг от друга методы очистки. Специалисты выделили несколько видов, каждый из которых выбирается для отдельно взятого случая.

Способ аэробной биоочистки подразумевает наличие микробов и простейших, погибающих в полностью бескислородной среде. Реактор, выполненный в виде аэротенка, представлен как бетонная или металлическая горизонтальная бочка объёмом в тонну и более. Поблизости над её дном вставлены вкладыши из полимеров, являющихся биологической основой для аэробных микрокультур.

По дну изнутри бочки проходят трубы с дырочками, поставляющие в аэротенк нагнетаемый извне воздух. Получив доступ к кислороду из атмосферного воздуха, микроорганизмы растут и активно делятся, их численность растёт в геометрической прогрессии.

Окисление органических остатков приводит к выделению значительной энергии, часть которой превращается в тепло.

От аэротенка метантенк отличается герметичностью – в него не подаётся воздух. Эффект основан на том факте, что используемым здесь одноклеточным организмам для размножения и развития не нужен воздух, доступ к кислороду. Температуру регулировать необязательно – процесс разложения отходов осуществляется без особого контроля условий, ведь энергия (тепло) не выделяется. Стоит метантенк заметно ниже аэротенка. Недостаток – значительное производство метана: несмотря на то что этот газ легче воздуха, стремится подняться и улетучиться через щели, в помещениях предусмотрена система пожарной сигнализации. Содержание 10% метана в воздухе способно привести к взрыву от малейшей искры.

Станция биологической очистки стоков представляет собой конструкцию из 4-х отсеков. Каждый из этих блоков системы очищает сток посредством активного ила и кислорода. При прогоне сточных вод через данные отсеки уровень очистки достигает 98%. Сток, очищенный настолько, применяют для полива сельскохозяйственных культур. Невзирая на заметное количество ячеек, станция проста в установке. Она не такая большая в размере, как аэротенк, нередко занимающий объём, сравнимый с железнодорожной цистерной. Станция биоочистки работает без откачивания сточных вод, но промывания отсеков при помощи моющей установки высокого давления владельцу не избежать. Нужная модель станции биоочистки подбирается по пропускной способности установки, без которой эффективная работа владельца невозможна. Недостаток – высокая стоимость, которая может достигать миллиона рублей.

В основе работы данной установки лежит биохимическая и мембранная очистка стока. Иначе говоря, мембранный биореактор обладает способностью фильтровать сток на микроскопической и аэробной стадии. Мембрана очищает сточные воды от загрязнений с повышенной избирательностью. В качестве мембран используют трубчатые, половолоконные и на основе плоской рамки. Мембранный очиститель применяют как на предварительной, так и на завершающей стадии очистки.

Часто встречающаяся составляющая в дачном туалете или септике загородного дома. Биологический фильтр – небольших габаритов ёмкость, в которую помещены очищающие материалы. Аэробные бактерии принимают вид активной плёнки и участвуют в биоочистке сточных вод. Фильтрация в биофильтре представлена капельной и двухстадийной системами. Первая выделяется лишь хорошим качеством, вторая обладает вдобавок и улучшенной пропускной способностью.

В состав биофильтра входят корпус, система распределения сточных вод по поверхности устройства и система подачи воздуха. По своему принципу работы биофильтр похож на аэротенк: установка задерживает крупные нерастворимые включения, далее в ход идут аэробные микробы. В биофильтр подаётся воздух, обогащающий среду кислородом. В капельных устройствах сточные воды поступают не непрерывным потоком, а небольшими порциями. Подавать кислород в установку принудительно нет смысла – воздух доходит до аэробных микроорганизмов через приоткрытые пространства в ёмкости.

В биопрудах сточная вода освобождается от вредных и ненужных компонентов. Данный водоём занимает на порядок большее пространство, чем любая из вышеперечисленных установок. Достоинство способа – низкие издержки на содержание и обслуживание после обустройства такого водоёма. Недостаток – глубина более метра не позволит в полной мере отстоять, очистить воду. Малая глубина позволяет быстро прогреть воду в погожие дни межсезонья – микробы раньше и быстрее приступают к биоочистке.

Биопруд относится к разбавленным – водоём перемешивается с речной водой за счёт сообщающего канала, проложенного от реки. В многостадийном биопруде без разбавления сточные воды перетекают в водоём лишь после тщательного отстаивания. Несколько биологических прудов может быть соединено таким образом, что вода из предыдущего устремляется в ближайший последующий вниз по течению. Очистка стоков в первом случае займёт полмесяца, во втором – примерно вдвое больше времени.

Биореактором не ограничивается любая схема биоочистки стока. Это лишь один из способов избавить воду от вредных примесей. Общая схема аэробного очистного сооружения включает в себя несколько компонентов.

• Канализация с предприятия сообщается с первоначальным отстойником. Здесь крупные и нерастворимые компоненты осаждаются на дне.
• Сточные воды, частично избавившиеся от вредных примесей, обрабатываются во втором отсеке воздухом. За счёт аэробной микрофлоры крупные органические остатки разлагаются.
• В последнем отсеке сток очищается физико-химическим путём. Лёгкие фракции всплывают, тяжёлые – выпадают на дно.
• Донная среда обладает известковым слоем, засыпанным искусственно. Известь вступает в реакцию с высокоактивными примесями.
• Последним устанавливается биофильтр тонкой очистки – степень очистки стока достигает 99%.

Для анаэробной установки характерна другая схема.

• Сток предприятия перетекает в камеру, где анаэробные бактерии выделяют метан, углекислый газ и сероводород. Эти продукты могут подаваться в трубопровод – метан используется в качестве природного газа.
• Забродившая консистенция попадает во вторичную – центрифугирующую – камеру, где ил освобождается от воды. Очищенные сточные воды поступают в водоём или в реку.
• Сухой остаток, избавленный от воды с помощью барабанной сушильной установки, проходит ультрафиолетовое, озоновое или хлорное обеззараживание и отправляется на сельхозугодия в качестве компоста.

Полностью очищенная сточная вода используется для полива сельхозкультур либо сбрасывается дальше в рыбхозводоёмы, ближайшую реку. Если бытовая химия, изначально поступающая в сток предприятия или домохозяйств, не была полностью удалена, недоочищенная вода опасна, сбрасывать её в реки запрещено. Для этого и нужна доочистка сточных вод. Она заключается в нескольких действиях:

• уменьшается содержание взвесей;
• удаляются остатки моющих веществ (поверхностно-активных реагентов), снижается до предельно допустимого значения содержание азотных и фосфорсодержащих включений;
• вода проходит аэрацию и ультрафиолетовое обеззараживание.

Биоочистка сточных вод – наиболее выгодное решение по сравнению с другими способами очистки. Она не требует редких компонентов и материалов. Желающие могут соорудить такую станцию самостоятельно, используя очищающие материалы, имеющиеся в свободной продаже.