Методы аэробной очистки сточных вод

Чтобы сточные воды не загрязняли окружающую среду, перед их сбросом необходимо выполнять процедуру очищения. В 70-х годах были изучены принципы самоочищения загрязнённой среды под действием бактерий. В итоге учёные пришли к выводу, что для самоочищения той или иной системы понадобится время, вода, бактерии и кислород. Эти методы стали использоваться для обеззараживания сточных вод. Как аэробная, так и анаэробная очистка стоков – это основные методы биологической очистки, которые мы подробно рассмотрим в нашей статье.

Особенности процессов биологического очищения

Процессы питания каждого живого существа основаны на расщеплении органических соединений на отдельные составляющие элементы, которые впоследствии используются для «строительства» своего тела. Например, мясо после переработки раскладывается на простейшие аминокислоты и белки, которые нужны для моделирования новых клеток, а углеводы после расщепления высвобождают много энергии, которая нужна организму для жизнедеятельности.

Таким образом, органические вещества, присутствующие в большом количестве в составе сточных вод, служат идеальной питательной средой для многих микроскопических организмов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы разлагают сложную органику на элементарные белки в виде аминокислот и обрывков цепей ДНК.

Важно: эти простые белки способствуют усиленному делению микроорганизмов, что в свою очередь вызывает рост колонии.

Отмершие представители колонии и не переработанная органика выпадают на дно в виде активного ила. Это безвредное вещество, которое может быть использовано в качестве удобрения. Таким образом, проходит процесс удаления из сточных вод сложных органических элементов и вредных составляющих.

Главное преимущество такого метода очистки – его саморегулируемость. То есть если в составе сточных вод уменьшается количество органических соединений, то и рост колонии замедляется. Таким образом, осуществляется саморегуляция системы. Иногда при прекращении поступления стоков, колонии аэробных бактерий могут полностью вымереть.

Методы биологической очистки

С 80-х годов начали активно использовать разные методы биологической очистки для обеззараживания сточных вод:

1. Часто использовался метод создания биопрудов, которые оборудовались на непригодных для сельскохозяйственной деятельности землях вдалеке от населённых пунктов. Здесь процессы обеззараживания сточных вод выполнялись с использованием двух стадий. Сначала к ним применялись механические методы очистки. После чего осветлённые и избавленные от крупных включений стоки попадали в стоячий водоём, в котором обитают определённые виды микроорганизмов.

Стоит знать: через несколько дней органика в этом водоёме разлагалась на взвесь из грунта и песка, которая оседала на дне, и безвредный ил. Очищенные воды постепенно просачивались в грунт и опять вступали в круговорот веществ.

2. Метод с использованием инфильтрационных полей считается менее эффективным, но более простым в исполнении. В этом случае сброс сточных вод осуществлялся на затопляемые луга. Площадь таких полей порой доходила до 10 га. При этом процессы очищения осуществлялись за счёт фильтрации стоков через слои почвы. Главным недостатком такого метода был короткий срок службы фильтрационных полей. В итоге фильтрующая способность полей уменьшалась, почва заиливалась, а в результате застоя воды местность превращалась в болото.
3. Станции биологического очищения – это самый эффективный метод очистки сточных вод. Данная система имеет совсем иной вид. При этом удаётся значительно сократить численность биопрудов и открытых полей фильтрации, что особенно актуально в условиях постоянного дефицита свободных площадей.

Аэробные методы

Процессы обеззараживания сточных вод с участием аэробных бактерий должны осуществляться в условиях постоянного доступа кислорода, необходимого для жизнедеятельности этих микроорганизмов. Процесс очистки протекает в аэротенке или биореакторе, который представляет собой бетонную, металлическую или пластиковую ёмкость. В этом резервуаре на небольшом расстоянии от днища располагаются специальные щётки или сита, которые являются основой для размещения колоний аэробных организмов.

Поскольку система очистки может работать только в условиях доступа кислорода, на дне этой ёмкости проложены трубы с отверстиями – аэраторы. Воздух, проходящий по этим трубам, насыщает стоки кислородом, тем самым создаются необходимые условия для роста и жизнедеятельности аэробов.

Внимание: процессы окисления (разложения) органических веществ протекают с выбросом значительного количества энергии, поэтому температура среды внутри аэротенка может существенно повышаться.

Для поддержания оптимальной температуры и условий, в которых может существовать и работать вся система, используется сложная система электроники. Благодаря этому внутри ёмкости поддерживаются подходящие условия для жизнедеятельности аэробных бактерий.

Биологические способы очищения сточных вод активно используются при создании не только больших биореакторов и аэротенков, но и при конструировании локальных очистных устройств для дач и загородных домов.

Методы анаэробной очистки

Процессы анаэробной очистки протекают в герметичных метантенках или биореакторах, которые выполняются из бетона, металла или высокопрочного пластика. Причём для жизнедеятельности этих микроорганизмов не нужен кислород. Процессы очистки протекают без выброса энергии, поэтому повышение температуры в ёмкости отсутствует. Во время разложения органики численность колонии бактерий практически не изменяется. Поскольку в такой конструкции не нужна сложная система контроля условий среды, то анаэробная очистка – более дешёвый метод.

Важно: главным недостатком анаэробного метода очистки является то, что в результате деятельности анаэробов выделяется горючий газ – метан.

По этой причине действуют определённые ограничения при применении анаэробной методики очистки:

• Такие конструкции можно возводить только на ровной хорошо вентилируемой (продуваемой) поверхности.
• По периметру конструкции обязательно устанавливаются газоанализаторы.
• Анализаторы подключаются к системе оповещения о пожаре.

Стоит знать: анаэробные принципы очистки применяются в ЛОС для обслуживания дач и загородных домов.

Схема очистного сооружения

Важно понимать, что независимо от того, какие процессы очищения стоков используются (анаэробные или аэробные), биологическая очистка – это лишь ступень в сложной многоступенчатой системе очищения стоков.

Схема переработки стоков в очистной станции выглядит следующим образом:

1. Стоки с содержанием органических и неорганических соединений, а также крупных частиц в виде камней, песка, некоторых синтетических материалов и веток попадают в 1-ю камеру (отстойник). Здесь выполняется механическая очистка под действием сил земного притяжения. Многие тяжелые составляющие оседают на дно камеры.
2. После этого стоки, прошедшие предварительную очистку, попадают во 2-ю камеру. Здесь они насыщаются кислородом, а крупные органические соединения дробятся на мелкие частицы. В некоторых установках в этой камере стоят стальные щётки и ёлочки, которые задерживают не разлагаемые компоненты в виде полиэтилена, синтетических волокон и других трудно поддающихся разложению материалов.
3. После этого насыщенные кислородом сточные воды перетекают в биореактор, где проходят процессы разложения органики.
4. В последней камере осуществляется финишная гравитационная очистка. Обычно на дне этого отсека используется известковая засыпка, которая связывает химически активные компоненты.
5. Иногда на выходе из очистной станции стоит дополнительное фильтрующее устройство, которое позволяет добиться высокой степени очищения (до 99 %).

Преимущества биологической очистки

Достоинства методов биологического очищения стоков очевидны:

• Приемлемая цена. Если рассчитать стоимость очистки одного кубометра стоков с использованием механического и химического метода, то цена биологического очищения такого же объёма воды будет намного ниже.
• Надёжность и простота использования. После запуска в работу станции биологического очищения система работает автономно. При этом не нужно закупать расходные материалы.

Важно: поскольку колонии микроорганизмов имеют способность к самовоспроизведению, то теоритически они не нуждаются ни в какой замене или пополнении. На практике периодически (раз в пять лет) необходимо пополнять или заменять колонии.

• Экологическая чистота. Очищенные воды можно смело сливать в грунт, не боясь навредить природе. После работы станции нет никаких реагентов, как после химической очистки, которые необходимо особым образом утилизировать. Активный ил, оседающий на дне камеры, можно применять на полях как удобрение.
• Степень очистки стоков достигает 99 процентов, то есть теоретически такую воду можно даже пить, но на практике этого никто не делает. Однако для полива огорода, сброса в грунт или использования в технических целях такая вода вполне пригодна.

В природе

Процессы биологического очищения протекают и в природе, однако здесь на этот процесс уходят года. Так, если загрязнённые сточные воды попадут на рельеф, то они впитаются в почву. При этом пройдёт процесс механической фильтрации, в ходе которого стоки избавятся от крупных и твёрдых частиц органического и неорганического происхождения.

Поскольку в почве постоянно живут бактерии, со временем они перерабатывают отфильтрованные органические соединения, осевшие в почве, то есть произойдёт процесс самоочищения земли.

Стоит знать: лучшими природными фильтрами считаются песчаные грунты.

При попадании сточных вод на глинистый грунт, который практически не пропускает воду, образуется так называемый биопруд. Сточные воды в нём будут постепенно осветляться под действием гравитации. После отстаивания на дне образуется осадок из органических частиц, которые будут разлагаться благодаря анаэробным бактериям, постоянно присутствующим в любых стоках.

Важно: процессы естественной очистки стоков в природе могут затянуться на многие года, на протяжении которых почва будет загрязнена отходами, а экологическая ситуация значительно ухудшится. Поэтому так важно использовать локальные очистные установки для очищения стоков перед их сбросом в грунт.