Методы биологической и биохимической очистки сточных вод

Важность чистоты водных ресурсов – необходимость, понятная каждому. Разработке методов очистки воды уделяется большое внимание ученых всего мира.

Вода – один из наиболее ценных и важных ресурсов, необходимых для существования человека; невозможно переоценить роль воды в природе, в развитии биосферы, в жизни каждого живого существа на планете. Тем не менее, миллионы людей лишены доступа к питьевой воде, и проблема экологической чистоты водоемов по всей Земле стоит исключительно остро. Поэтому особенную насущность приобретает проблема очищения сточных вод, ведь в первую очередь, сточные воды являются причиной загрязнения и отравления рек, озер и морей.

Львиная доля опасных для биосферы загрязнений – это промышленные сточные воды, однако и канализационные стоки являются острой проблемой. Человечество десятилетиями искало метод надежной очистки промышленных и канализационных сточных вод. В числе таких методов можно назвать систему хлорирования, озонирования и т.п.

Однако, все эти принципы не давали стопроцентного эффекта, а очищение с помощью сильнодействующих реагентов также наносило существенный вред природе. Стало очевидным, что поиски должны вестись в направлении биопрепаратов очистки, как наиболее безопасных и дающих наибольший эффект: ведь в природе существует значительное количество сапротрофных организмов, которые питаются трупами и выделениями животных, отмершими частями растений и т.п., тем самым, выполняя роль санитаров природы, и одновременно создавая и улучшая почву. Благодаря современным технологиям, этот процесс стало возможно смоделировать и ускорить.

Были заложены основы современной биологической очистки сточных вод – в ходе такой очистки растворенные и коллоидные органические загрязнения превращались в минеральные соединения, благодаря деятельности тщательно отобранных бактерий.

Биоочистка – процесс, который во многом воспроизводит процессы естественного очищения воды и почвы, однако он идет намного интенсивнее благодаря тому, что в биоочистке применяется целая система инженерных методов. Данные методы достаточно разнообразны, так как этого требует разнообразный состав загрязнений, которые имеются в сточных водах. Так, в хозяйственных канализационных стоках присутствуют:

• органические загрязнения;
• фосфаты;
• сульфаты;
• хлориды;
• соединения азота;
• нефтепродукты;
• жиры;
• поверхностно-активные вещества.

Все это – результат как промышленной, так и обычной бытовой деятельности: стирки одежды, мытья посуды, пользования санузлом и личной гигиены, уборки квартир и т.п. Активные вещества бытовой химии предназначены для того, чтобы растворять и уничтожать загрязнения на вещах или теле, но сами они не могут исчезнуть из окружающей среды, перейдя в безопасные соединения, и всегда будут отравлять ее.

В день только один человек использует примерно 160 литров воды. Всю эту воду необходимо очистить перед сбросом в водоемы, иначе она отравит окружающую среду.

Сооружения биоочистки

В систему биологической очистки сточные воды поступают после механической очистки – фильтрации и удаления крупного мусора. Крупный мусор – не то, с чем бактерии в состоянии справиться. В системе биоочистки используются такие методы, как биопрепараты, взаимодействие с активным илом, с планктоном, биофильтры, биологические пруды, агрокультурное использование и т.д.

Наиболее активно совмещает очистку и хозяйственное применение сточных вод агрокультурное использование. Оно происходит через так называемые поля орошения и поля фильтрации – это сооружения в виде прудов, где сточные воды отстаиваются, а затем используются для полива агрокультур и фильтрации через почву.

Взаимодействие с активным илом производится в сооружениях, которые называются «аэротенки». Процессы, происходящие в аэротенках, можно отнести также к биохимической очистке сточных вод. Аэротенки – это система сообщающихся водоемов глубиной около 5 метров, куда вводится активный ил, насыщенный кислородом и аэробными бактериями. Из аэротенков жидкость поступает в отстойники, где активный ил оседает на дно для дальнейшего повторного использования, а вода осветляется.

Биологические фильтры бывают разных видов. Они являются довольно компактными и представляют собой устройства-резервуары с загрузочным материалом. Материал может быть, как природным (щебень, кокс), так и искусственным. Поверхность загрузочного материала покрыта биологической пленкой, в которую входят аэробные бактерии, беспозвоночные и водоросли. Загрузочный материал осуществляет механическую очистку воды, а биологическая пленка – биологическую. Кроме того, в биофильтр входят также система дренажа для удаления очищенной воды, система равномерного распределения воды по фильтру и воздухораспределительная система. Биофильтры бывают:

• капельные;
• двухступенчатые.

Капельные отличаются низкой производительностью, но очень высокой эффективностью работы. Двухступенчатые несколько ниже по эффективности, зато быстрее работают.

Из активного ила и биопленки выделяются биопрепараты – это наборы активных микроорганизмов, содержащие быстрорастущие штаммы, обычно 6 – 12 штаммов аэробных организмов, которые в комплексе обеспечивают быстрое очищение вод. Каждый штамм «отвечает» за отдельные виды загрязнений. В некоторые биопрепараты входят даже специализированные бактерии, разлагающие нефтепродукты. Биопрепараты используются для очистки стоков местного масштаба: в деревне, на небольшом заводе и т.п. Кроме штаммов, в биопрепараты входят питательные элементы – соли фосфора и азота.

В биологических прудах сточные воды очищаются самостоятельно. Это система неглубоких – до 1 метра – прудов. Для эффективной работы вода должна хорошо прогреваться, поэтому при температуре воздуха ниже 6 ºС эффективность работы падает. Биопруды бывают нескольких типов: многоступенчатые; для доочистки воды; рыбоводческие.

Многоступенчатые пруды – это система из 4-5 прудов, в каждом из которых сточные воды отстаиваются по 30 дней. За это время бактерии очищают воды, а то, что не поддалось очистке, оседает на дно. В последнем пруде вода практически чистая и пригодная для рыбоводства, особенно, для разведения карповых рыб.

Рыбоводческие пруды также представляют собой каскад прудов. Стоки в них разбавляются речной водой и отстаиваются около 2 недель. В нижних прудах уже можно разводить рыбу, что с успехом и делается.

Биоочистка в промышленности

Промышленные стоки дают значительно более высокую концентрацию загрязнения, чем бытовые, в них меньше органических веществ, но больше опасных химических соединений. Поэтому очистка промышленных сточных вод должна вестись интенсивно. Кроме того, объемы промышленных стоков очень велики. Особенно много стоков дают химическая, целлюлозно-бумажная, фармацевтическая, пищевая и др. виды промышленности. Один крупный химический или целлюлозно-бумажный завод способен загрязнить среднюю реку!

В СНГ традиционно применяется такой вид биоочистки промышленных стоков, как аэробная биоочистка. Этот способ хорошо зарекомендовал себя в очистке бытовых стоков, однако, в промышленности с ним возникают сложности, ввиду больших объемов стоков и очень высокой концентрации их загрязненности. Часто возникают перегрузки сооружений биоочистки, а утилизация активного ила обходится дорого. В результате возникают парадоксальные ситуации, когда предприятию выгоднее регулярно платить штрафы за экологическое загрязнение, чем установить эффективные системы биоочистки.

Для предприятий наилучшим выходом является сочетание биологической, механической и химической очистки стоков. А в настоящее время ведутся разработки более интенсивной комбинированной аэробно-анаэробной биоочистки, что позволит улучшить ситуацию.

В деле очистки бытовых стоков, чтобы добиться практически полного очищения, также необходимо комбинировать несколько видов биоочистки. Зато такая система дает почти 100% очищения – ни одна другая система очищения сточных вод на такое не способна!