ТЕХНОЛОГИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Общие сведения о технологии биологической очистки воды

В зависимости от требований к качеству воды, которую подают на биологическую очистку, ее необходимо предварительно освободить от грубодисперсных веществ, для чего применяют механическую очистку. После этого вода поступает на биологическую очистку и физико-химическую доочистку (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема очистки сточных вод: 1 - метатенк, 2 - иловые площадки; 3 - сточная вода, 4 - решетки, 5 - песколовки, 6 - первичный отстойник, 7 - биореактор (аэротенк), 8 - вторичный отстойник, 9 - емкость для хлорирования, 10 - контактный резервуар, 11 - емкость для флотации-коагуляции, 12 – отстойник, 13 - песчаный фильтр, 14 - фильтр с активированным углем, 15 - загуститель осадка

Удаление грубодисперсных примесей из очищаемой воды осуществляется ­ с помощью решеток. Песок отделяют в песколовках и отстойниках. Благодаря силам гравитации отделяются все ингредиенты, тяжелее воды. Осажденный осадок периодически откачивают в метантенки для сбраживания или выпускают на иловые площадки с дренажем. Примеси, легче воды, всплывают на поверхность отстойника, сгребаются специальными устройствами в бункер и подаются в метатенк.

Биологическая очистка воды происходит на всех технологических процессах и фактически начинается в момент образования сточных вод. Она продолжается во время транспортирования их канализационной сетью на очистные сооружения и не заканчивается даже после физико-химической доочистки. Однако наиболее интенсивно биологическая очистка воды происходит в метатенках и других биологических сооружениях с помощью специально селекционированных микроорганизмов. Потребляя из воды органические и другие вещества, которые являются загрязнителями, они очищают ее.

Гидробионты формируются в определенные биоценозы – биопленки, активного и гранулированного ила и ила анаэробных микроорганизмов. Эти биологические сообщества используют во всех биотехнологиях очистки воды, как в естественных, так и в искусственных условиях, с использованием разнообразных биофильтров, аэротенков, окситенков, бактериальных биореакторов и т.п. Биомассу гидробионтов, которая нарастает при очистке воды, отделяют во вторичных отстойниках и подают в метатенки или на иловые площадки.

После биологической очистки воду обеззараживают преимущественно хлорированием. Иногда для этого применяют озонирование, ультрафиолетовое или ионизирующего излучения. Обработка воды хлором осуществляется в контактных резервуарах в течении 20 - 30 мин, после чего ее сбрасывают в поверхностные водоемы. Обработка хлором очищаемой воды при наличии в ней органических соединений приводит к образованию хлорорганических веществ, в том числе чрезвычайно токсичных диоксинов. Поэтому многие ученые считают хлорирование сточных вод недопустимым. С целью обеспечения надежной доочистки воды применяют различные физико-химические методы, например коагуляционные методы, которые включают обработку воды коагулянтами и флокулянтами, отстаивание, фильтрование через песок и через активированный уголь. Осадки, образующиеся при коагуляции, отделяют от воды на центрифугах, фильтрах или барабанных вакуум-фильтрах и складируют в балках или на свалках.

Грунтовые методы биологической очистки сточных вод

Для биологической очистки можно применять различные методы в естественных и искусственных условиях, в том числе и грунтовые. Однако использование последних ограничивается как количеством и составом сточных вод, так и санитарно-гигиеническими требованиями и особенностями утилизации. Грунтовые методы очистки воды позволяют одновременно решить две проблемы - минерализацию органических примесей и обеззараживание очищенной воды.

Грунтовая очистка сточных вод на полях орошения и фильтрации относится к природным биологическим методам. Еe применяют преимущественно для очистки бытовых и городских (смешанных) сточных вод. В последнее время проведено много исследований с целью использования грунтовых методов очистки производственных сточных вод и использование их для поливного земледелия. При минерализации воды более 600 мг/л ее для орошения не используют. При этом необходимо также учитывать грунтово-климатические условия: тип почвы, рельеф местности, уровень залегания подземных вод, среднегодовое количество осадков, продолжительность вегетационного периода растений и т.п. Целесообразнее использовать очищенные сточные воды для нужд сельского хозяйства после оборудования полей орошения в южных районах страны. К сожалению, этот метод биологической очистки полностью не исключает загрязнения ­ грунтов и заражения с/х культур бактериями и яйцами гельминтов.

Для очистки сточных вод применяют биологические пруды – искусственно созданные водоемы, в которых для очистки используют природные процессы. Ставки можно применять как для очистки, так и глубокой доочистки сточных вод после биологической очистки.

Различают ставки с естественной и искусственной аэрацией, в которых окислительные процессы эффективно происходят в летнее время. Вода, проходящая ставки, освобождается от патогенной микрофлоры. Этому способствуют некоторые одноклеточные водоросли и высшие водные растения, обитающие в ставках, которые также регулирует кислородный режим водоема и способствует уменьшению кол-ва биогенных элементов. Для лучшего прогревания воды при естественной аэрации ставки делают неглубокими – до 1 м. При механической аэрации глубина увеличивается до 3 м. Ставки с искусственной аэрацией имеют 3-5 параллельных каскадов. Если требуется глубокая очистка сточных вод, то после очистки в ставках ее дополнительно доочищают фильтрованием на песчаных фильтрах. Недостатком биологических ставков является малая окислительная способность, сезонность работы, необходимость больших площадей, неконтролируемость и сложность очистки.

Классификация методов биологической очистки сточных вод в искусственных условиях

Методы биологической очистки промышленных сточных вод в искусственных условиях по размещению в них активной биомассы подразделяются на три группы: активная биомасса (биопленка) закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем движется на материале загругрузки; активная биомасса (активный ил) находится в воде в свободном (взвешенном) состоянии; размещение биомассы осуществляется по первым двум вариантам. К первой группе сооружений относятся биофильтры, второй – аэротенки, окситенки и циркуляционные окислительные каналы, к третьей - биотенки, аэротенки с заполнителями, погружные биофильтры.

К реакторам, в которых происходит биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях с применением биопленки, принадлежат биофильтры.

По типу загрузки биофильтры делятся на две категории: с объемной и плоской загрузкой. В качестве материалов для объемной загрузки используют гравий, керамзит, пластмассу, шлак. Плоская загрузка – это преимущественно блочные изделия из пластмасс, шифера, тканей, волокон и т.п. Пропускная способность биофильтра определяется площадью поверхности биопленки и условиям доступа к ней кислорода. Чем больше поверхность и лучше поступает кислород к ней, тем выше пропускная способность биофильтра.

Биофильтры с объемным загрузкой делят на капельные, высоконагружные и башенные. Биофильтры с плоской загрузкой различают по типу загрузки: с жесткой, жесткой блочной и мягкой загрузками. Рециркуляция сточных вод является обязательным условием работы биофильтров, поскольку она равнозначна увеличению мощности слоя загрузки. Рециркуляция способствует выравниванию ­ содержания биопленки на всей высоте аппарата. Биофильтры с плоской загрузкой имеют окислительную способность, намного превышающую биофильтры с объемной загрузкой.

Биофильтры успешно применяют для очистки сточных вод различных производств. Преимуществом применения биопленки является то, что она очень устойчива против каких-либо изменений в составе и количестве сточной воды, выдерживает залповые сбросы и кратковременное действие токсических примесей и быстро восстанавливает свою очистительную способность после действия неблагоприятных факторов.

Полная или неполная биологическая очистка сточных вод с помощью активного ила происходит в аэротенках и окситенках. Аэротенки могут быть одно- и двухступенчатыми. При этом их применяют как с регенерацией, так и без нее. Двухступенчатые аэротенки используют для очистки высококонцентрированных сточных вод.

В практике коммунального хозяйства применяют также многокамерные аэротенки и окситенки. Многокамерный аэротенк – это обычный аэротенк, разделенный по длине на несколько камер (обычно 5-9) одинакового объема.

Окситенки – это герметически закрытые резервуары, в которые подают технический кислород. Окислительная мощность окситенков в несколько раз больше, чем обычных аэротенков.

Аэротенки используют в чрезвычайно широком диапазоне расхода сточных вод – от нескольких сотен до миллионов кубических метров в сутки.