Биологическая очистка сточных вод

Под биологической очисткой понимается удаление из сточных вод органических загрязнений с использованием микроорганизмов (простейшие, бактерии, грибы и т.д.). Эти микроорганизмы переводят грязную органику в простые химические соединения. В результате после работы микробов-чистильщиков остаются вода, углекислый газ и метан. Главным участником обработки стоков является активный ил, который и содержит многообразный микробный биом.

Благодаря очистке из сточных вод идет удаление:

• Органических соединений: до 95 %.
• Азота и фосфора – до 90 %.

Обработка сточных вод проходит в два этапа:

• Первичная механическая фильтрация, когда удаляются крупные элементы (песок, жиры, органические скопления).
• Непосредственная биологическая очистка воды микроорганизмами. Этот процесс идет в несколько стадий: формирование биопленки, биоокисление, седиментация и обеззараживание.

Классификация

В биологических методах очистки сточных вод можно выделить три основных группы.

Аэробные технологии. Их особенность в том, что работают они при наличии кислорода и аэробной микрофлоры. Например:

• Аэротенки – емкости, в которых в сточную грязь подается кислород под давлением. Эта смесь жидкости и кислорода взаимодействует с активным илом и далее идет биоочистка.
• Биофильтры – устройства с фиксированной биопленкой, на которой микроорганизмы быстро разрушают грязную органику из стоков.
• Контактные биореакторы – спецкомплексы для создания биопленки. Эта биопленка, содержащая определенные колонии микробов, применяется для биоразложения загрязнителей органического и неорганического происхождения.

Анаэробные технологии. В них работают анаэробные бактерии. Они могут жить и активно взаимодействовать с загрязнителями без доступа кислорода. Они разделяют органические соединения до простых составляющих, производя метан. Оборудование для этих технологий:

• Метантенки – емкости для переработки сточных вод с высоким процентом загрязнения.
• Биореакторы, сооружения с биопленкой из анаэробных бактерий. Используются в очистке сильно грязных промышленных стоков.

У анаэробных систем особенности в том, что они простые в эксплуатации и доступные в финансовом плане. Минус в том, что они дают небольшой процент очистки – до 50-70%. Аэробные технологии работают с высоким КПД – до 95% и выше. Но они также имеют недостатки: для их работы надо иметь довольно сложное оборудование, постоянно подавать кислород в сточную водную среду. Финансовые затраты на них значительно выше, чем на анаэробные технологии.

Хорошим вариантом является применение комбинированных технологий, когда используются аэробные и анаэробные микробиомы.

Составляющими для эффективной биоочистки стоков являются:

• Активный ил. Он представляет собой биоценоз колоний бактерий и простейших организмов, которые участвуют в обработке стоков. Его состав зависит от состава сточных вод. Для активизации ила необходим кислород и достаточные объемы воды. Соединяясь с водой, илистый микробиом расщепляет органику и большую ее часть использует как питание. В ходе очистительных работ ил отделяется от стоков, а вода идет на дополнительную обработку.
• Биофильтрация – это слой мелкого природного или искусственного материала (щебень, песок, пластик), на который располагается биопленка с микроорганизмами. Проходя через такой биофильтр, стоки оставляют на биопленке органику и просачиваются через фильтровальную подушку из песка и щебня очищенными. Органика на биопленке поглощается микроорганизмами.
• Биореакторы мембранного типа – это инновационное оборудование для очистки стоков промышленного и бытового происхождения. В них не только растут активные виды микробов и простейших, но и происходит очистка стоков.
• Гибридные системы, объединяющие аэробные и анаэробные процессы. Их используют для очистки стоков с разнообразными загрязнителями. Применяются на объектах разного назначения: промышленного, бытового, коммунального.

Биоочистка бытовых стоков

Бытовые стоки необходимо основательно очищать. Это сточные отходы от объектов ЖКХ и частных домов с собственным водоснабжением. Для этой цели используются: металлические, полипропиленовые или железобетонные септики. Это емкости с секционной конструкцией. В них происходит механическая фильтрация и биоочистка (активация и отделение осадка). Очистка идет за счет аэробных (аэротенки, биофильтры) и анаэробных (метантенки) процессов. Для аэробной фильтрации необходим кислород и биопленка с микроорганизмами. Анаэробная очистка идет за счет процессов брожения стоков и осаждении твердых частиц.

Промышленные стоки: как работает биологическая очистка

В промышленных стоках большое разнообразие загрязняющих веществ:

• Неорганические компоненты (минералы, осадок, песок, соли).
• Органические соединения животного и растительного происхождения.
• Высокомолекулярные соединения (полиэтилен, полипропилен и т.д.).
• Биологические агенты (микроскопические организмы, сапрофиты, болезнетворные бактерии, вирусы).

Состав промышленных сточных вод зависит от отрасли производства. Для обработки промстоков на предприятиях используются очистные сооружения. Это: аэротенки, биофильтры, мембранные биореакторы, биологические пруды и анаэробные системы. Их эффективность зависит от уровня загрязнения стока. Каждый из методов имеет свои достоинства.

Схема биостанции:

• Подготовка стоков к обработке: удаление крупных включений. Для этого применяются фильтры механической очистки, пескоуловители, жироуловители и другое подобное оборудование
• Биологическая очистка бактериальной флорой. При сильном загрязнении стоки проходят повторные фильтрации.
• Разделение фаз очистки. Активный ил отделяется от очищенных стоков. Затем очищенная вода и ил направляются на дополнительную обработку или на утилизацию.
• Финальная доочистка. Чтобы снизить концентрацию загрязняющих после основной обработки проводится дополнительная очистка воды. Это – отстаивание и обработка специальными реагентами. Только после дополнительной доочистки такую воду можно сбрасывать в водоемы, используемые в агросекторе или в рыбоводческих хозяйствах. Ее можно направлять для повторного использования в качестве технической воды.
• Утилизация очищенной воды. Если нет альтернативы использования очищенных стоков, то их утилизируют.

Система с анаэробными микроорганизмами имеет свои особенности:

• Первоначально стоки поступают в реактор, где происходит их брожение под воздействием бактерий. В результате образуются газы (метан и сероводород), которые затем утилизируются.
• Далее жидкая часть стоков разделяется на активный ил и очищенную воду, пригодную для повторного использования или сброса в водоемы. Обезвоженный ил применяется для производства компоста или удобрений.

Плюсы и минусы биоочистки сточных вод

У биологических подходов в очистке сточных вод есть преимущества:

• Небольшое образование отходов и жидких сбросов. В ходе биохимических реакций от органических веществ остаются простые соединения, которые легко удаляются из воды. Избыток ила используется как органическое удобрение в сельском хозяйстве.
• Автономность работы системы, которая не нуждается в большом штате работников.
• Сравнительно низкие затраты энергии и капиталовложений, если сравнивать с альтернативными технологиями очистки воды.
• Экологическая безопасность и естественность процесса. Он не оказывает вредного воздействия на водные ресурсы и в целом на окружающую среду.

Недостатки метода:

• Сложность удержания на одном уровне численности популяции микроорганизмов. Если численность активного микробиота будет ниже нормы, то в стоках останется большое количество загрязнений.
• Необходимость в специальных очистных сооружениях. Их строительство недешево, хотя со временем они окупаются.
• Значимость точного соблюдения технологии очистки. Отклонения в технологии снижают эффективность метода.
• Не все типы органических загрязнений поддаются биологической обработке.
• Токсичные вещества, которые есть в стоках, могут уничтожить работоспособную биофлору. Поэтому надо постоянно контролировать уровень токсичной органики и неорганики в стоках и своевременно их удалять.

Механизм биологической очистки стоков

В основе работы биоочистки заложена способность некоторых микроорганизмов расщеплять органику в стоках до простых соединений (вода, двуокись углерода, метан и сероводород). Далее такая модифицированная органика становится питательной средой для микробов и уничтожается ими.

Процесс идет последовательно:

• Адсорбция. Бактерии улавливают на свою поверхность, а затем захватывают частицы органики и коллоидов.
• Окисление и поглощение микробами адсорбированных частиц.

Для поддержания жизнедеятельности микробной флоры требуются азот и фосфор. Именно они создают благоприятные условия для активного размножения микрофлоры и повышают эффективность очистки. Также для жизнедеятельности микрофлоры, необходимы:

• Температура среды обитания. Она для микроорганизмов составляет 25–35 °С. Если температура ниже, то активность микробов снижается или прекращается. Самая высокая температура, при которой возможна активная жизнь микробов – 45–50 °С. Если она выше, то останавливается их развитие, а если ее дальше повышать, то микробы погибают.
• рН среды. Микроорганизмы любят нейтральную pH среду, плесневые грибы и дрожжи комфортно живут в слабокислой среде.
• Влажность, освещенность и состав питательной среды. Они для каждой группы микробов имеют свои значения. Кроме этого, есть любители жить в кислородной среде, а есть микробы неплохо размножающиеся и активно живущие в бескислородной среде. Важно, чтобы одна микрофлора не преобладала над другой. Например, если есть недостаток кислорода, то будут размножаться анаэробные бактерии, которые менее эффективна в процессе биоочистки.

Заключение

Использование живых микроорганизмов для устранения загрязнений из стоков от промышленности и бытовых объектов – это экологически чистый и действенный способ. Он помогает сохранять естественные водоемы и в целом природу от отходов деятельности человека. Это очень важно с развитием новых технологий в промышленности и в сельском хозяйстве, чтобы оставить чистой нашу планету потомкам.

Порядок работ

Заказать расчет стоимости