Биологическая очистка сточных вод

     Введение 

     Проблема  охраны окружающей среды требует  ускоренного внедрения высокоэффективных  систем защиты водоемов от загрязнений.  Основным источником загрязнения водоемов, приводящим к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются сбросы промышленных сточных вод. В настоящее время многие водоемы мира из-за загрязнения утратили свое значение как источники рыбохозяйственного и санитарно-бытового водопользования. Проблема очистки промышленных стоков и подготовки воды для технических и хозяйственно-питьевых целей с каждым годом приобретает все большее значение. Сложности очистки сказана с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках, количество и состав которых постоянно изменяется в следствие появления новых производств и изменение технологии существующих. В настоящее время метод очистки сточных вод активным илом является наиболее универсальным и широко применяемым при обработке стоков. Использование технического кислорода, высокоактивных симбиотических иловых культур, стимуляторов биохимического окисления, различного рода усовершенствованных конструкций аэротенков, аэрационного оборудования и систем отделения активного ила позволило в несколько раз повысить производительность метода биологической очистки. Проблема биологической очистки стоков приобретает возрастающее народнохозяйственное значение.  
 
 
 

Сущность  метода биохимической  очистки

     Биологический (или биохимический) метод очистки  сточных вод применяется для  очистки производственных и бытовых  сточных вод от органических и  неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности  некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.

     Основной  процесс, протекающий при биологической  очистке сточных вод, – это  биологическое окисление. Данный процесс  осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества  различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между  собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

     Главенствующая  роль в этом сообществе принадлежит  бактериям.

     Очистку сточных вод рассматриваемым  методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного  в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в  воде кислорода) условиях. 

     Очистка сточных вод в  природных условиях 

     Аэробные  процессы биохимической очистки  могут протекать в природных  условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка  происходит на полях орошения, полях  фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях. 

     Поля  орошения 

     Это специально подготовленные земельные  участки, используемые одновременно для  очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в  этих условиях идет под действием  почвенной микрофлоры, солнца, воздуха  и под влиянием жизнедеятельности  растений.

     В почве полей орошения находятся  бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. Сточные воды содержат в  основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают  сложные взаимодействия микроорганизмов  симбиотического и конкурентного  порядка.

     Количество  микроорганизмов в почве земледельческих  полей орошения зависит от времени  года. Зимой количество микроорганизмов  значительно меньше, чем летом.

     Если  на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации. Земледельческие поля орошения после биологической очистки сточных вод, увлажнения и удобрения используют для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также для посадки деревьев и кустарников.

     Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

1. снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
2. исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
3. обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
4. вовлекаются в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные земли.

     В процессе биологической очистки  сточные воды проходят через фильтрующий  слой почвы, в котором задерживаются  взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2–0,4 м). При недостатке кислорода в прудах начинают преобладать анаэробные процессы.

     Поля  орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые  воды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

     Часть территории земледельческого поля орошения отводят под резервное поле фильтрации, так как некоторые периоды  года не допускают выпуск сточной  воды на поля орошения. 
В зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади намораживания. 

     Биологические пруды 

     Представляют  собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой  скоростью протекает осветленная  или биологически очищенная сточная  вода. Пруды предназначены для  биологической очистки и для  доочистки сточных вод в комплексе  с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды  с естественной аэрацией имеют небольшую  глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем  и заселены водными организмами. Время пребывания воды в прудах с  естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом.

     Пруды с искусственной аэрацией имеют  значительно меньший объем, и  требуемая степень очистки в  них обычно достигается за 1-3 суток. Аэрирующие устройства могут быть механического и пневматического типа.

     При расчете прудов определяют их размеры, обеспечивающие необходимую продолжительность  пребывания в них сточных вод. В основе расчета определение  скорости окисления, которую оценивают  по БПК и принимают для вещества, разлагающегося наиболее медленно.

     Существуют  разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные, и непроточные. В  непроточные пруды сточная вода подается после отстаивания и  разбавления. Продолжительность пребывания воды в них составляет 20-30 суток. Качество очистки в непроточных прудах выше, чем в серийных.

     Для нормальной работы необходимо соблюдать  оптимальные значения рН и температуры  сточных вод. Температура должна быть не менее 6°С. В зимнее время  пруды не работают, их обычно опорожняют и могут использовать как накопители. Один раз в два – три года рекомендуется производить перепашку  дна и посадку растительности.

     Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными  расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки. 

     Микрофильтры  и намывные фильтры

     Микрофильтры  представляют собой сетчатые вращающиеся  барабаны, опущенные частично в жидкость. Сточная вода подается внутрь барабана, загрязненная внутренняя поверхность  промывается струями воды в верхней  части барабана. Эффективность очистки  при подаче на них биологически обработанных сточных вод составляет по 20-30%, по взвешенным веществам 65-70%. Микрофильтры просты в эксплуатации и не требуют ежедневного ухода. Намывные фильтры представляет собой резервуары с установленными внутри сетчатыми фильтрующими элементами. Фильтрование осуществляется через сетки намытым на них фильтрующим материалом. Поэтому перед рабочим циклом в фильтр подается пульпа фильтрующего материала. Этот же материал вводится в доочищаемую воду небольшими дозами во время рабочего цикла. Качество доочистки высокое: по содержанию взвешенных веществ (4 мг/л) и (3 мг/л) сточные воды приближаются к чистой речной воде. 

     Фильтрующие колодцы, кассеты 

     Использование в технологической схеме биологической  очистки сооружений, расположенной  в естественных условиях (фильтрующие  колодцы и кассеты, поля подземной  фильтрации), позволяет обеспечить одновременную глубокую очистку  и обеззараживание стоков и не требует дополнительного устройства сооружений доочистки. Обследование около 50 систем показало что вблизи правильно установленных и эксплуатируемых фильтрующих колодцев создается вполне удовлетворительная санитарная обстановка. На большинстве обследованных объектов даже в расстоянии 1-2 метров вокруг фильтрующего колодца не отмечалось загрязнения атмосферного воздуха и поверхности почвы. Результаты исследований экспериментальных установок показываю, что даже на расстоянии 0,8-1 метра от фильтрующих колодцев наблюдается значительное снижения загрязнении в сточных водах. Сооружения естественной очистки сточных вод такие как фильтрующие колодцы и биологические пруды, могут быть использованы в качестве сооружений доочистки в различных технологических схемах обработки стоков. Эти сооружения размещают, как правило, после установок биологической очистки. 
 

     Очистка в биофильтрах 

     Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей  и других организмов. Число микроорганизмов  в биопленке меньше, чем в активном иле.

     Биологические фильтры достаточно широко применяются  для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе  до 30 тыс. м3/сут.

     Биофильтры  – искусственные сооружения биологической  очистки представляют собой круглые  или прямоугольные в плане  сооружения, загруженные фильтрующим  материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются  они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через  слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей  сточной водой и выносится  из биофильтра.

     По  типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка – это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.

     Биофильтры  с объемной загрузкой подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные биофильтры наиболее просты по конструкции, загружаются материалом мелких фракций высотой 1 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них достигается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах применяется больший размер кусков загрузки , а ее высота составляет 2-4 м.

     Высота  загрузки в башенных биофильтрах  достигает 8-16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так и неполной биологической очистки.

     Применяются также погружные (дисковые) биофильтры. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся  вал с насаженными на него дисками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом.

     Биотенк - биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах – биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.