Биологическая (вторичная) очистка сточных вод

Биологическая (вторичная) очистка предназначена для освобождения жидкой фазы сточных вод, преимущественно бытовых, от органических веществ, находящихся в виде тонких суспензий, коллоидов в растворе, путем биохимических окислительно-восстановительных процессов, осуществляемых аэробными микроорганизмами (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты, простейшие) в специальном комплексе очистных канализационных сооружений. К первой группе относятся методы биологической очистки, воспроизводящие процессы самоочищения в почве. Очистные сооружения, в которых воспроизводятся процессы самоочищения в почве, делят, в свою очередь, также на две группы. К первой группе отнесены сооружения, в которых биологическая очистка протекает в природном слое почвы. Это - большие и малые поля орошения, поля фильтрации, площадки подземной фильтрации, фильтрующие колодцы, фильтрующие траншеи с естественным фильтрующим слоем почвы. Вторую группу составляют сооружения, в которых биологическая очистка протекает в искусственно созданном слое загрузки, моделирующем почву (различные биологические, песчано-гравийные фильтры, траншеи с искусственным фильтрующим слоем). Вторую группу составляют методы и сооружения, воспроизводящие процессы самоочищения в водоемах, а именно: биологические пруды, аэротенки, малогабаритные установки на полное окисление - УКО-25; УКО-100; БИО-25; БИО-100; КУ-12; КУ-200 и их прототипы - ЦОК; APT; аэротенки-осветлители колонного и коридорного типов, симбиотенки и др.

В последнее время для очистки сточных вод малых населенных пунктов и отдельно расположенных объектов значительное распространение получили сооружения для анаэробно-аэробной очистки сточных вод. Преимуществами анаэробной очистки, по мнению исследователей, являются:

а) низкое потребление электроэнергии (до 10% от энергопотребления при аэробной очистке);

б) образование незначительного количества избыточного активного ила;

в) достаточная стабильность образуемого избытка ила, не требующего дальнейшей обработки;

г) возможность поддержания активности анаэробного ила длительное время, при температуре его хранения не ниже +15 °С; д) допустимость высоких нагрузок (до 30 кг ХПК/м³ в сутки при температуре 30 °С) в сравнении с 3 кг ХПК/м³ в сутки (при аэробной очистке).

Недостатком анаэробной очистки является то, что анаэробные бактерии развиваются медленнее аэробных, а это задерживает ввод биореакторов в эксплуатацию. Кроме того, бактерии метанового брожения чувствительны к различным ингибиторам.

Вместе с тем, в последние годы метод получил значительное распространение. Так, фирмой "Бионик" созданы биореакторы анаэробного и аэробного типов биологической очистки сточных вод, производительностью от 25 до 50 м3/сут. Биореакторы дают возможность получать очищенную сточную воду различного качества в зависимости от требований. Преимуществом такой технологии является то, что на первой стадии очистки происходит анаэробное окисление, не требующее в отличие от аэробного, значительных энергозатрат, и не сопровождающееся значительным увеличением количества активного ила. Технология очистки следующая: исходная сточная вода проходит предварительную механическую очистку от взвешенных веществ и песка. Затем осветленная сточная вода попадает в анаэробный биореактор, где освобождается от органических веществ микроорганизмами, иммобилизированными на волокнистой загрузке, "Вия". После анаэробного биореактора первой ступени вода подается в анаэробный реактор второй ступени. В нем сточные воды очищаются микроорганизмами, находящимися на волокнистой загрузке. Очищенная сточная вода из биореактора подается в песчаную фильтрующую траншею для аэробной доочистки.

Анаэробные биотехнологии используют для очистки сточных вод во всем мире. Только за последние 10 лет построены тысячи UASB-реакторов (Upflow Anaerobic Sludge Blancer reactor - реактор с восходящим потоком через слой анаэробного ила), не только очищающие сточные воды, но и генерирующие био-газ, который богат энергией. В частности, в Нидерландах компаниями "Pâques" и "Biotan" их сооружено свыше 350.

В Англии, например, технологическая схема анаэробной очистки бытовых сточных вод имеет 2 анаэробных биореактора периодического действия, 2 секции аэротенков и биологический пруд. Продолжительность пребывания сточных вод в сооружениях по приведенной схеме составляет 10 ч. За это время ХПК сточных вод снижается с 490 до 20 мг 02/л, БПК5 - с 240 до 2,2 мг 02/л, содержание азота общего - с 45 до 4,5 мг/л, фосфора общего - с 9,4 до 3,4 мг/л.

В Украине значительное распространение получили установки "Bioclere" производства "Экофин". "Биоклер" производит в Польше совместное финско-польское предприятие "Ecofinn-Pol". Рассчитана установка на очистку бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод небольших поселков, мощность ее до 20 м³/сут. Технологическая схема "Биоклер" предусматривает механическую очистку сточных вод в септике, двухступенчатую биологическую очистку в биореакторе с пластмассовыми дисками (разного диаметра, большой удельной поверхностью), покрытыми биологической пленкой. Вместо пластмассовых дисков биореактор можно загружать также полипропиленовыми насадками. При необходимости технологической схемой предусматривают блок химической очистки. В Украине, России, странах дальнего зарубежья в последние десятилетия для очистки сточных вод малых населенных пунктов широко применяют канализационные станции заводского изготовления. Они предусматривают ступенчатую очистку закрепленным биоцензом в сочетании с зависшими культурами активного ила. Технологии дают возможность очистить сточную воду не только от органических веществ, но и биогенных элементов, в частности азота, за счет процессов нитрификации-денитрификации, которые происходят в биопленке, фосфора - за счет увеличения биомассы, корректирования доз активного ила и т. д. Одним из показателей степени освобождения сточных вод от органических веществ - является их стабильность, или относительная стойкость. Это выраженное в процентах количество кислорода, находящегося в сточной воде в растворенном и связанном состояниях, к количеству кислорода, необходимого для окисления органических веществ сточных вод. Относительная стойкость неочищенных сточных вод составляет лишь 11%, и такую сточную воду сбрасывать в водоемы недопустимо. Лишь при относительной стойкости не менее 99% (иногда 80%) сточные воды можно сбрасывать в водоемы. Каждый раз рассчитывают условия выпуска и величины ПДС загрязняющих веществ сточных вод в конкретный водоем в соответствии с требованиями Правил. Относительная стойкость сточных вод связана со временем их загнивания (табл. 22). Так, при относительной стойкости 50% сточная вода загнивает уже на 3-й сутки.

Эффективность процессов биологической очистки сточных вод в традиционных сооружениях зависит от многих факторов:

1 ) от нагрузки по органическому веществу на микроорганизмы и объем сооружения. Установлено, что микробная клетка приспособилась к активной жизнедеятельности в условиях, когда количество органических веществ в сточных водах находится в пределах 350-500 мг 02/л по БПК5. При большем количестве органических веществ микробная клетка гибнет и процесс биохимической очистки тормозится. Минимальное количество органических веществ в сточных водах должно составлять не менее 90-100 мг 02/л по БПК5;

2) от соотношения ХПК к БПК2о сточной воды. Величина ХПК не должна превышать БПК20 более чем в 1,5 раза;

3) наличия биогенных элементов в сточной воде. Их оптимальное соотношение (БПК20 : аммонийный азот : фосфаты) должно составлять соответственно 100 : 5 : 1. Минимальное количество азота аммонийного - в пределах 15 мг/л, фосфатов - 3 мг/л;

4) количества минеральных солей в сточной воде. Минерализация сточных вод не должна превышать 10 г/л;

5) температуры водной среды, которая должна быть не ниже 7 °С и не выше 30 °С. Вне указанного интервала температур биохимические процессы прекращаются;

6) водородного показателя среды. pH сточных вод для эффективного течения биохимических процессов должна составлять 6,5-8,5;

7) наличия кислорода. На 1 м3 сточных вод необходимо подавать 25 м³ воздуха с содержанием кислорода не менее 2%. При коэффициенте использования кислорода, равном 0,5-1%, в иловой смеси зоны аэрации очистного сооружения (аэротенка) будет создана надлежащая концентрация растворенного в воде кислорода - на уровне 2-4 мг 02/л;

8) освещения. Процесс фотосинтеза сине-зеленых и других водорослей, входящих в состав активного ила, происходит тем лучше, чем ближе освещение к природному спектру;

9) содержания в сточных водах вредных химических веществ. Их содержание не должно превышать ПДК, особенно тех, ПДК которых установлена по общесанитарному или санитарно-токсикологическому лимитирующему признаку вредности. При одновременном присутствии в сточных водах химических веществ, обладающих эффектом суммации, сумма соотношений фактических концентраций веществ к их ПДК не должна превышать 1;