Статьи

Биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод зародилась в 19 веке, когда в Британии появились первые фильтрационные поля в сельхозотрасли. В нашей стране этот метод получил широкое распространение сильно позже, с открытием первой биологической очистной станции в Кожухово в 30-х годах 20 века. Сегодня бактерии активно используются для очищения стоков в промышленных комплексах, городских канализациях и частных локальных установках.

Принципы биологической очистки

Основой этой технологии является способность микроорганизмов разлагать органические загрязнители на простейшие вещества, такие как вода, углекислый газ и метан. По сути, бытовые и промышленные загрязнения становятся питательной средой для бактерий, поддерживая их рост и развитие.

Ключевым элементом биологической очистки является активный ил — группа микроорганизмов, которая перерабатывает загрязнения. Его состав подбирается индивидуально для каждого очистного комплекса в зависимости от объема и характера стоков.
Стоки очищаются с помощью двух типов бактерий:
  1. Аэробные, которые требуют постоянного притока кислорода для эффективной работы. Они функционируют при температуре +9°С — +28°С и уровне pH 5,0-7,0. Это псевдомонады, серобактерии, нитрифицирующие, нитчатые, тионовые и целлюлозоразлагающие организмы.
  2. Анаэробные, способные перерабатывать отходы в условиях отсутствия воздуха. Эти микроорганизмы обитают при температуре +9°С — +37°С и pH 6,0-8,0. Сюда относят гидролитики, ацидогенные, гетероацитогенные и метаногенные бактерии.
Станции очистки с аэробными бактериями работают по следующей схеме:
  • Подготовка. Предварительно стоки очищаются от твердых частиц с помощью механических фильтров, песколовок, жироловок и прочих устройств.
  • Основная очистка бактериями. При большом может быть несколько этапов очистки.
  • Отстаивание. Этот процесс отделяет активный ил от очищенной воды, позволяя использовать его повторно.
  • Доочистка. Проводится для снижения вредных веществ, особенно если очищенная жидкость будет использована в водоемах для рыболовства или повторно.
  • Утилизация.
Системы с анаэробными микроорганизмами работают иначе:
  • Сначала стоки подвергаются брожению под действием бактерий, что приводит к образованию газа (метан, сероводород и т.д.), который затем утилизируется.
  • Во втором отсеке стоки обезвоживаются, разделяясь на активный ил и очищенную воду, пригодную для повторного использования или утилизации, в том числе в природные водоемы.
  • Очищенная вода утилизируется, а высушенный ил применяется повторно для производства компоста.
Разнообразные биопрепараты играют важную роль в ускорении процесса биологической очистки сточных вод. Они способствуют восстановлению и наращиванию активного ила, который активно взаимодействует с загрязняющими веществами. Благодаря биопрепаратам снижается расход кислорода и сокращаются затраты на обслуживание очистных установок. Кроме того, они помогают уменьшить объемы отходов, которые надо удалять из сооружений, и ускоряют разложение органических соединений, таких как белки и жиры.
Выбор подходящего препарата зависит от конкретного состава стоков, и производители обычно указывают рекомендации по его использованию на упаковке.

Определение бытовых сточных вод

Они формируются из-за повседневной деятельности человека. Это канализационные потоки, исходящие из жилых помещений, общественных и торговых зданий, ресторанов, столовых, медицинских учреждений и других объектов. Они появляются в процессе уборки, мытья посуды, личной гигиены, приготовления еды, стирки и естественных нужд.
Главные загрязнители включают:
  • органические соединения, богатые азотом, фосфатами и нитратами (например, экскременты и остатки пищи);
  • мелкие взвешенные частицы (например, отмершие клетки кожи, песок, пыль);
  • моющие средства и бытовую химию;
  • нефтехимические продукты;
  • биологические отходы (грибки, бактерии, вирусы).
Из-за разнообразия загрязнителей бытовым сточным водам требуется серьезная очистка, в том числе биологическими методами, перед утилизацией.

Комплексная очистка сточных вод также актуальна для загородных домов, где водоснабжение осуществляется из колодцев или скважин. Неправильная утилизация может привести к загрязнению источников воды и риску для здоровья.

Методы

Биологическая очистка сточных вод может проводиться как в естественных, так и в искусственных условиях.

К естественным методам относят фильтрационные поля, колодцы и траншеи, а также биологические пруды. К искусственным — аэротенки, биофильтры и прочее специализированное оборудование.

Фильтрационные поля

Это участок земли, куда поступают сточные воды для очистки.
Процесс включает 2 этапа:
  1. Фильтрация, при которой мусор и другие частицы задерживаются в верхнем слое грунта. Эффективность очистки зависит от состава и толщины фильтрующего слоя.
  2. Образование биопленки и окисление органических соединений.
Для полной очистки сточных вод требуется от шести до двенадцати месяцев. Обязательным условием является предварительная очистка воды с помощью песколовок, жироловок или других устройств, либо отстаивание в специальных резервуарах.
При обустройстве фильтрационного поля необходимо учитывать:
  • наличие песчаных или супесчаных почв, обеспечивающих высокую фильтрацию;
  • отсутствие уклонов на участке;
  • удаленность от источников водоснабжения и природных водоемов.
Фильтрационные поля привлекают своей энергонезависимостью, глубокой степенью очистки и экономичностью. Тем не менее, они требуют регулярного обслуживания: каждые 5-8 лет необходимо удалять накопившийся мусор, промывать или заменять щебень и верхний слой грунта.

Среди недостатков можно выделить несколько ключевых аспектов: первое – это накопление в почве веществ, способных долго сохраняться без естественного разложения. Второе – ограниченные возможности для использования земельного участка из-за установленных систем. Третье – высокая стоимость земли, особенно вблизи населенных пунктов, что может существенно увеличить общие затраты проекта. И четвертое – сравнительно низкая скорость очистки, которая может не соответствовать необходимым требованиям оперативной обработки.

При недостатке площади фильтрационные поля заменяют фильтрационными колодцами или траншеями.

Биологические пруды

Это искусственные водоемы глубиной до одного метра, населенные микроорганизмами. Они могут быть полезны как самостоятельные очистные системы или как часть более сложных конструкций.

Бывают с естественной или искусственной аэрацией. Их постоянное использование возможно в субтропических и тропических зонах. В полярных и умеренных климатах они функционируют преимущественно летом.
Искусственная аэрация делится на:
  • механическую (установки для наполнения воды кислородом размещаются на понтонах);
  • пневматическую (в водоеме кладутся перфорированные трубы).
Биологические пруды классифицируются по типу. Например, пруды с разбавлением, где стоки смешиваются с речной водой, — в них разрешается разводить рыбу.

Биопруды без разбавления являют собой многоступенчатую систему, где сточные воды не перемешиваются с чистой водой до начала очистки. Это увеличивает продолжительность полного цикла очистки на срок до 1 месяца. Биопруды также используются для доочистки.

Эти пруды располагаются на плотных грунтах с минимальной фильтрацией и должны находиться с подветренной стороны относительно населенных пунктов. Размеры и форма выбираются на основе типа системы, объема сточных вод, скорости их движения и остальных важных параметров.

Аэротенки

Аэротенки являются одними из наиболее распространённых искусственных устройств, применяемых для биологической очистки сточных вод. Они представляют собой железобетонные конструкции, в которые интегрированы насосы для перекачивания жидкостей, компрессоры и аэраторы. Последние необходимы для обогащения воды кислородом, что поддерживает жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в очистке. Система может быть дополнена первичными и вторичными отстойниками, а также другими элементами. Длительность процедуры — от нескольких часов до нескольких десятков часов, в зависимости от размера и наполнения аэротенка.

Аэротенки можно разделить на несколько типов в зависимости от их гидравлической схемы:

Первый тип — это вытеснители, в которых сточные воды перемещаются поэтапно, не смешиваясь с новыми поступлениями. Это обеспечивает высокое качество, однако такие системы чувствительны к изменениям в нагрузке и составе сточных вод, и поэтому они наиболее эффективны для очистки бытовых стоков. Второй тип — смесители, которые обеспечивают равномерную нагрузку на микроорганизмы, что помогает сглаживать неравномерность поступлений, хотя это и снижает степень очистки. Эти системы оптимально подходят для обработки промышленных стоков. Третий тип — конструкции с рассредоточенным впуском, которые представляют промежуточный вариант между вытеснителями и смесителями, и они подходят для работы со смешанными сточными водами.

Системы могут различаться по уровню нагрузки и количеству этапов обработки. С точки зрения нагрузки, они делятся на высоконагружаемые установки, где нагрузка превышает 500 мг/(г⋅сут), классические варианты с диапазоном от 150 до 500 мг/(г⋅сут), и низконагружаемые, работающие в пределах 65–150 мг/(г⋅сут). Что касается количества ступеней в процессе очистки, системы бывают одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми.

Преимущества аэротенков включают полное отсутствие плохих запахов, очистку до 98%, быструю обработку, компактность и долгую работу. Однако они требуют значительных финансовых вложений, потребляют много электроэнергии и нуждаются в тщательном, постоянном обслуживании.

Биофильтры

Это еще одно эффективное оборудование для биологической очистки стоков. Они работают за счет прохождения воды через фильтрующий материал с биопленкой из микроорганизмов.
Конструкция биофильтра включает:
  • Фильтрующую загрузку из щебня, гравия, керамики или других составляющих;
  • Водораспределительное устройство для равномерной подачи;
  • Воздухораспределительное устройство для подачи кислорода;
  • Дренаж для слива очищенной жидкости.
Системы могут быть классифицированы по нескольким критериям. Во-первых, по степени очистки: существуют установки как полного, так и неполного цикла, последние нуждаются в дополнительной обработке. Во-вторых, технологические особенности включают одноэтапные системы с базовым уровнем очистки и многоступенчатые устройства, способные устранить до 96% вредных примесей. Пропускная способность делится на капельные системы, которые отличаются низким уровнем нагрузки, и более крупные, работающие под высокой нагрузкой. Принцип работы также различается: некоторые функционируют с рециркуляцией, возвращая часть очищенной воды обратно в процесс, другие обходятся без этого. Важен и режим аэрации: он может быть естественным или обеспечиваемым принудительной вентиляцией. Вид загрузки материалов может быть как объемным, включая гравий и щебень, так и плоским, использующим ткань, пластик, или асбоцемент. Наконец, по типу погружения их делят на погружные, вращающиеся и орошаемые. Биофильтры ценятся за простоту конструкции, низкий риск поломок и долгую службу до 50 лет.

Биофильтры дают высочайшую степень очистки до 96%, отличаются простотой в обслуживании, малым энергопотреблением, устойчивостью к холодам и изменению объема сбросов. Однако они уступают аэротенкам в степени очистки и производительности.

Дополнительное оборудование

Для биоочистки сточных вод дополнительно применяются:
  • Биотенки, которые отличаются от аэротенков увеличенным объемом биомассы.
  • Станции, где очищенные стоки направляются в грунт или применяются повторно, а остатки преобразуются в органические удобрения.
  • Септиктенки, в которых сточные жидкости медленно фильтруются, проходя аэробную очистку, а осадки разлагаются.
  • Метантенки, предназначенные для обеззараживания осадков с выделением метана.
  • Мембранные биореакторы, совмещающие механический процесс фильтрацию с активностью микроорганизмов.
Очистка может проводиться как на отдельных станциях, так и в комплексных сооружениях, объединяющих несколько технологий. Смешанные системы эффективно и быстро удаляют загрязнения.

Преимущества и недостатки технологии

Биологическая очистка активно используется для обработки промышленных и бытовых стоков благодаря нескольким преимуществам:
  1. Простота технологии, управляемой автоматикой, что позволяет обслуживать комплексы небольшим числом сотрудников.
  2. Небольшое количество отходов, которые легко утилизируются; углекислый газ и вода образуются в процессе разложения, а отработанный ил может использоваться как удобрение. Выделяемый метан может быть источником тепловой энергии.
  3. Возможность повторного использования очищенной воды, потому что она не содержит вредных химических веществ.
  4. .Компактность очистных сооружений, не требующих больших площадей для размещения.
  5. Экологичность процесса, который не вредит энергосистемам и природе.
  6. Небольшая стоимость.
Биологическая очистка имеет и ряд недостатков. Во-первых, необходимо поддерживать определённую концентрацию биомассы, так как недостаток активных микроорганизмов может снизить эффективность очистки. Во-вторых, в процессе могут выделяться токсичные вещества, которые требуют быстрой утилизации, чтобы предотвратить гибель микроорганизмов. В-третьих, необходимо строго соблюдать технологический режим, поскольку ошибки в этом могут существенно уменьшить эффективность всей системы.

Тем не менее, биологическая очистка сточных вод остаётся эффективным и простым методом для удаления вредных веществ. Такие очистные сооружения подходят для установки на участках с ограниченной площадью, и при соблюдении правильных технологий процесс остаётся безопасным для окружающей среды.
Рубрика 1