Биологическая очистка бытовых сточных вод

Биологические методы очистки сточных вод основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые потребляют содержащиеся в них органические соединения, являющиеся для микроорганизмов источниками питания.

Различают 2 способа биологической очистки: в естественных и искусственных условиях. Естественные условия создает природа в водоёмах и в толще почвы. Если содержание органики, попадающей в окружающую среду, небольшое, в пределах естественной, заложенной природой, нормы, то происходит самоочищение почв и водоёмов.

Если количество органики превышает естественный фон, почва и водоёмы, исчерпав возможности самоочищения, загнивают. Человек может поспособствовать увеличению самоочищающего потенциала окружающей среды, создавая биоплато, биопруды или поля фильтрации. Как правило, естественные методы утилизации стоков требуют больших площадей, а также зависят от климата, поэтому они не слишком распространены. Искусственные условия (в пределах очистных сооружений: септиков, аэротенков, биореакторов, биофильтров) позволяют сократить используемые площади и увеличить эффект очистки. Образно говоря, это некий симбиоз людей и микробов, в результате которого последние питаются и размножаются, а первые, освобождаясь от продуктов своей жизнедеятельности, получают очищенную воду. Очистные сооружения моделируют естественные процессы, происходящие в почве (септики, биофильтры) и водоёмах (многочисленные модели аэротенков), усиливая  эффективность работы природных механизмов.

Естественная и исскуственная очистка воды

Процесс очистки воды может происходить при помощи двух диаметрально противоположных механизмов:

Механизмы биологической очистки


 При аэробном процессе
переработки загрязнений микроорганизмами, способными жить только в присутствии кислорода воздуха (аэробами), происходит присоединение кислорода к продуктам разложения – окисление. Процесс окисления при благоприятных условиях продолжается до тех пор, пока весь углерод не превратится в углекислый газ (СО2), водород – в воду (H2O), азот – в нитраты (NO3-), а в ходе дальнейших преобразований, Очищенная вода например, при помощи микроорганизмов почвы, переходит в газообразный азот (N2), возвращаясь в атмосферу. Микроорганизмы потребляют кислород (О2) постоянно, для этого необходимо поддерживать постоянную концентрацию растворённого кислорода в воде – аэрировать её. Аэробные процессы очень широко распространены в окружающей среде: в более-менее чистых водоёмах, содержащих растворённый кислород, в хорошо аэрируемых почвах (верхних её слоях), богато населённых микроорганизмами. Такие водоёмы и почвы обладают способностью к самоочищению. Продукты разложения органики используются живыми организмами для построения новых высших соединений.

При анаэробном процессе, который является противоположностью аэробному, осуществляется другой механизм разложения органических веществ, возможный только при полном отсутствии кислорода воздуха, являющегося для многих анаэробных микроорганизмов ядом - гниение. В присутствии даже небольшого количества кислорода воздуха аэробы быстро вытесняют анаэробов. Только при полном отсутствии кислорода начинаются процессы восстановления, результатом которых становятся новые органические вещества, используемые, например, растениями для синтеза белков, жиров, углеводов. Побочными продуктами восстановления всегда являются газы: аммиак (NH4), сероводород (H2S), метан (CH4), а также такие вещества, как ацетон, различные кислоты. Отсюда – очень неприятный запах, всегда сопровождающие анаэробные процессы.

Недоочищенная водаМикроорганизмы, живущие в толще воды, образуемом осадке, в идеале, сами регулируют степень очистки. Человек может подтолкнуть, интенсифицировать процесс очистки сточных вод, добиваясь более низкий концентрации загрязнений на выходе. Анаэробный процесс по своей природе не требует вмешательства человека. Но, к сожалению, и степень очистки воды на выходе из анаэробного очистного сооружения (септика) достигает максимум 60-70%. Необходима ее обязательная доочистка в почвенном слое, только так содержащиеся в недоочищенной воде растворённые восстановленные соединения войдут в природный цикл, усваиваясь и перерабатываясь растениями, почвенными организмами.

Гниющая в канаве вода

Сбрасывать такую воду на рельеф (в канаву), водоёмы категорически запрещено, как законодательством, так и здравым смыслом, ведь вода, застаиваясь, будет гнить, отравляя воздух продуктами распада (сероводород, аммиак и пр.). Наверное, многие сталкивались с такой неприятной ситуацией – летний погожий день, выходишь во двор подышать свежим воздухом, а соседи откачивают септик (и хорошо, если при помощи ассенизаторской машины, а не насосом в канаву, что, к сожалению, распространено повсеместно) – запах непередаваемый, отдых испорчен. К тому же, большинство микроорганизмов, вызывающих тяжелые инфекционные заболевания, являются анаэробами – факультативными или облигатными.  Это такие заболевания, как дизентерия, дифтерия, холера, клостридиальные инфекции. Гниющая в канаве вода является отличной средой для их размножения.

Прекрасным способом интенсификации процесса очистки является аэрация сточных вод. Степень очистки воды, очищенной аэробными бактериями, достигает 98%, при этом на выходе в идеале мы получаем воду, углекислый газ и газообразный азот, в качестве бонуса избавившись при этом от проблемы неприятного запаха. Конечно, недостаточно просто засунуть в септик аэратор и расслабиться. Существует множество технологических тонкостей аэробного процесса очистки. Для того, чтобы сооружение работало эффективно, требуется создать определенную концентрацию кислорода в определенном объёме, необходимо организовать зонирование, избавиться от застойных зон, в которых будет по-прежнему происходить гниение. Такое очистное сооружение называется биореактор или аэротенк. Важнейшей частью процесса очистки является сепарация очищенной воды от микробной биомассы и неорганических загрязнений (песка, глины  и др.) – отстаивание.
Эффективно очищенная вода и главный биоиндикатор - лягушкаЗона отстаивания должна быть тщательно рассчитана и спроектирована таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность осветления воды.

Очистные сооружения биологической очистки сточных вод рассчитываются только на удаление органических загрязнений, взвешенных веществ и биогенных элементов (азот, фосфор), изъятие из воды остальных веществ (таких, как ПАВ, тяжелые металлы, фенолы и прочее) – очень сложный процесс, не поддающийся расчёту. Большая часть этих веществ изымается микроорганизмами, накапливающими их в своей биомассе, некоторая часть усваивается лишь частично (до некоего порогового значения, см. табл.3 «Методических рекомендаций по расчёту количества и качества принимаемых сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населённых пунктов», Госстрой РФ, приказ №75 от 06.04.01), часть же проскакивает очистные сооружения «транзитом» (в основном это тяжёлые металлы). Необходимо понимать, что все вещества, которые микроорганизмы накопят в своих клетках, никуда оттуда не денутся и перейдут в осадок. Такой концентрированный осадок может слеживаться годами и по мере необходимости выводиться из очистного сооружения: вывозиться ассенизаторами, либо компостироваться и использоваться в качестве ценнейшего удобрения, источника азота, фосфора, микро- и макроэлементов для растений, возвращая переработанные микроорганизмами вещества в природный цикл.

Подробно ознакомиться с принципом работы установок для очистки бытовых сточных вод от частных домов и небольших зданий можно здесь

 

 

 

Другие статьи по теме: