Очистка сточных вод биохимическими методами

В составе любых сточных вод присутствуют компоненты органического и неорганического происхождения. Если от неорганических крупных и плотных включений легко избавиться методами механической фильтрации, то от сложных органических составляющих, присутствующих в воде в виде взвеси избавиться таким способом не получится. Для этого понадобится биохимическая очистка сточных вод. Данная методика не менее эффективная и не такая дорогостоящая, как искусственные методы очищения. Кроме того, такой способ очистки не требует выполнения сложного процесса утилизации используемых реагентов.

Суть метода

Биохимический способ очистки основан на использовании специальных бактерий, которые в ходе своей жизнедеятельности расщепляют сложные органические соединения на более простые элементы – воду, углекислый газ и минеральный осадок.

Эти бактерии постоянно присутствуют в почве и воде, где они способствуют естественному очищению почвы и воды. Но поскольку их концентрация невысока, процессы естественного очищения протекают довольно медленно.

В очистных сооружениях, где применяется способ биохимической очистки, присутствуют огромные колонии бактерий, участвующие в переработке стоков. При этом в этих сооружениях создаются благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, что позволяет значительно ускорить процессы очищения воды в сооружении в сравнении с естественным очищением в природе.

Как правило, при биохимической очистке используется один из двух видов бактерий либо их комбинация:

• Аэробные микроорганизмы перерабатывают сложные органические соединения. В результате окисления они расщепляются на воду, минеральный осадок и углекислый газ. Главная особенность этих бактерий в том, что они нуждаются в кислороде, поэтому конструкции с их использованием оборудуются аэраторами и компрессорами.
• Анаэробные микроорганизмы в небольшом количестве всегда присутствуют в стоках. Эти бактерии не нуждаются в кислороде. Однако им нужен углекислый газ и нитраты, чтобы вести свою жизнедеятельность. Эти организмы в процессе жизни выделяют метан, поэтому в сооружении необходимо использовать систему вентиляции.

Способы биохимической очистки

Сегодня используются следующие биохимические методы очистки сточных вод:

1. Биологические пруды.
2. Конструкции с использованием аэробных методов очистки – аэротенки и биофильтры.
3. Очистные устройства с анаэробным разложением (септики, отстойники и метантенки).

Биопруды

Это искусственные водоёмы небольшой глубины (0,5-1 м), в которых стоки проходят процессы, очень напоминающие природное самоочищение. Эти пруды хорошо прогреваются солнцем, поэтому в них создаются благоприятные условия для жизни бактерий.

Самый высокий санитарный эффект прудов достигается в тёплое время года. Так, колонии кишечной палочки уничтожаются на 99 %, вредоносные микроорганизмы кишечной группы полностью истребляются, окисляемость среды снижается на 90 процентов, а концентрация  аммонийного и органического азота уменьшается на 97 %.

Важно: такой способ очистки можно использовать и зимой. Пруды могут функционировать под слоем льда. Только с него нужно обязательно счищать снег, чтобы к бактериям поступал солнечный свет.

Биологические пруды бывают нескольких видов:

• Проточные водоёмы, в которых стоки разбавляются речной водой. После отстойника стоки смешиваются с водой в соотношении 1 к 3-5. Здесь жидкость очищается на протяжении 14-21 дня. Пруд подходит для разведения рыбы и выращивания уток. Недостаток состоит в необходимости сооружения отстойника, потребности в речной воде.
• Проточные пруды, в которых стоки не разбавляются речной водой. Этот способ очистки предусматривает прохождение сточной водой каскада из 4-5 водоёмов. В первом пруде должна быть преграда для сдерживания твёрдого осадка, а последний пруд годится для разведения рыбы.
• Водоёмы для доочистки стоков используются на станциях биологической очистки, где не удаётся переработать большие объёмы стоков или требуется добиться высокой степени очищения. Обычно вся система состоит из 2-3 прудов, в которых тоже можно разводить рыбу.
• Анаэробные пруды достигают нескольких метров в глубину. Здесь используются анаэробные способы очистки. Главными недостатками таких прудов является то, что в окружающую среду постоянно выделяется метан, также патогенные бактерии могут попасть в грунтовые воды.
• Контактные водоёмы. Принцип очистки здесь основан на том, что в стоячей воде процессы биохимического окисления протекают намного быстрее. Система состоит из серии параллельно расположенных карт. Вода переходит из одного водоёма в другой каждый день. Процесс полной очистки выполняется за 5-10 дней.

Станции очистки с аэробным разложением

К таким сооружениям относятся биофильтры и аэротенки. Принцип работы биофильтра основан на том, что загрязнённые воды сначала проходят стадию механической очистки. Через некоторое время начинается обрастание загрузки (части биофильтра) биологической плёнкой. Этот процесс протекает благодаря адсорбции микроорганизмов из стоков. Только после этого начинаются процессы биохимического окисления органики.

Важно: главным условием выполнения эффективной очистки является наличие хорошей аэрации.

Биофильтр – это конструкция, заполненная крупнозернистым материалом, не поддающимся разбуханию (шлаком, галькой, щебёнкой). Поверхность этого материала орошается стоками через каждые 10-15 минут. Жидкость, прошедшая фильтр, проходит через дренажные отверстия и стекает в лотки.  Аэрация биологического фильтра может быть искусственной или естественной. Искусственные способы аэрации позволяют значительно ускорить процессы биологического окисления.

Аэротенк – это очистные сооружения, в которых используются принципы естественного биологического очищения сточных вод. Однако интенсивность этих процессов намного выше. Аэрация стоков здесь выполняется посредством нагнетания воздуха при помощи аэраторов и компрессоров. Здесь функции биологической плёнки выполняет активный ил – это особые хлопья, которые состоят из взвеси микроорганизмов.

Принципы очистки в таком сооружения выглядят следующим образом:

1. Стоки, перемешанные с активным илом, попадают в длинный резервуар и продвигаются по нему.
2. Чтобы поддерживать ил во взвешенном виде и ускорять окислительные процессы, в систему постоянно нагнетается под давлением воздух.
3. По завершении окислительного процесса смесь ила со стоками попадает во вторичный отстойник, где происходит отделение активного ила от очищенных вод. Активный ил при помощи эрлифта перекачивается обратно в аэротенк.
4. После обеззараживания воду можно сливать в водоёмы.

Важно: такой способ очистки приводит к образованию большого количества активного ила, поэтому периодически его необходимо извлекать. Полученный активный ил можно использовать для удобрения полей.

Активный ил – это биомасса, состоящая из бактерий, простейших, микроорганизмов-нитрификаторов и денитрификаторов, а также грибов. В составе отсутствуют представители группы водорослей. Активный ил прекрасно адсорбирует бактерии группы кишечной палочки.

Станции очистки с анаэробным разложением

Осадок сточных вод на 95 процентов состоит из воды, на 5 – из углеводов, жиров и белков. Для обеззараживания осадка на очистных сооружениях также используются биохимические методы. Они позволяют изменить структуру осадка, в результате чего он становится быстро подсыхающим, легко поддающимся утилизации веществом.

Процессы анаэробного брожения в естественных условиях протекают с выделением метана, воды и углекислого газа. Существуют следующие виды очистных сооружений, в которых используются процессы анаэробного разложения:

• Септики – это сооружения, в которых объединяются процессы сбраживания и образования осадка. Эти конструкции подходят для обслуживания небольших объектов – загородных домов и дач. Очистка септика может делаться вручную, поскольку габариты сооружения невелики. Обычно эта процедура выполняется 1-2 раза в год. Сброженный осадок из септика нельзя использовать в качестве удобрения, поскольку он представляет угрозу для окружающей среды. Перед утилизацией осадка его необходимо обеззаразить, подогрев до 60 градусов. Септики могут состоять из 1, 2 или 3-х камер. Эти конструкции подходят для предварительной очистки стоков, после чего они нуждаются в доочистке на полях фильтрации, в фильтрационных колодцах или канавах.
• Метантенки. Здесь сбраживание осадка выполняется при искусственном подогреве. Сюда стоки попадают после первичного отстойника. Метантенк – это закрытый резервуар, в котором выполняется анаэробная переработка осадка. В таких конструкциях новый осадок постоянно перемешивается со зрелым. Эффективность работы всей конструкции зависит от количества зрелого осадка. Чем его больше, тем лучше.
• Двухъярусные отстойники отличаются от септиков тем, что в них устранены многие их недостатки. Так, в жидкие стоки не могут попадать газы, выделяющиеся при разложении осадка. В этих конструкциях процесс брожения может длиться от 1 до 6 месяцев. При этом над двухъярусным отстойником стоит уловитель газов. Сброженный осадок подаётся для высушивания на иловые плантации. Разложение органики в отстойнике протекает намного быстрее и эффективнее, чем в септике. Такие конструкции не используют в средних широтах, поскольку зимой сбраживание осадка невозможно выполнить.