1 Биологическая очистка промышленных сточных вод

Несмотря на все разнообразие методов очистки сточных вод едва ли не самое значимое место занимает биологический метод, так как биологическая очистка – это прежде всего деструкция трудноокисляемых органических соединений, осуществляемая безреагентным путем. Значительная часть углерода органических соединений в результате такой деструкции переводится в углекислоту и живые клетки бактерий, которые сами по себе уже безвредны и часто даже полезны окружающей среде, поскольку могут быть источником всех питательных элементов, необходимых почве. Известно, что ни одно из органических соединений, образующихся в результате жизнедеятельности различных организмов, не накапливается на Земле. Важную роль в превращении этих органических соединений играют микроорганизмы. Любое органическое соединение, имеющееся в природе, используется какими-либо микроорганизмами частично или полностью.

Главным действующим началом при биологической очистке являются микроорганизмы, использующие в качестве питательных веществ и источников энергии, растворенные органические и минеральные соединения, содержащиеся в сточных водах. Из остатков разрушенных молекул органических загрязнений микробы черпают вещества, необходимые для размножения и увеличения биомассы активного ила и биопленки. Они разлагают эти вещества до углекислого газа и воды и создают в процессе минерализации соли азотистой, азотной кислот и др.

Развитием идеи биологической очистки сточных вод с помощью биоценозов природных водоемов явилось создание искусственных сооружений – аэротенков. В основе их работы лежит жизнедеятельность микроорганизмов-минерализаторов, обитающих в водной среде. Совокупность этих микроорганизмов носит название активного ила.

Существует два способа биологической очистки сточных вод: аэробный – при непрерывном притоке кислорода воздуха и анаэробный – в отсутствие кислорода. Универсален и повсеместно распространен аэробный метод, позволяющий достигнуть максимальной скорости биологических очистительных процессов и максимальной эффективности обезвреживания примесей.

Анаэробный метод используется как предварительная ступень перед аэробной очисткой для понижения концентрации органических примесей до ПДК. На анаэробную очистку направляют сточные воды с высокой концентрацией органических примесей.

Причина большей распространенности аэробного метода очистки по сравнению с анаэробным заключается в том, что первый метод считается более надежным, стабильным и лучше изученным. Однако анаэробные процессы имеют несколько несомненных преимуществ. Во-первых, в анаэробных процессах образуется меньше ила, чем в аэробных. Стоимость переработки ила может быть весьма большой из-за его высокой влажности (90 – 99,7 %). В аэробных процессах ила образуется от 1 до 1.5 кг биомассы (ила), в то время как в анаэробных – только 0,1 – 0,2 кг на каждый удельный килограмм БПК. Во-вторых, затраты энергии на аэрацию в аэробных процессах, превышает затраты энергии на перемешивание при анаэробных процессах .

Главный недостаток анаэробного метода – меньшая скорость реакции по сравнению с аэробными методами, поэтому требуются установки больших размеров. К тому же сказывается недостаток фундаментальных научных знаний об этих процессах, а также опыта и данных по их крупномасштабной эксплуатации. Этими недостаткам аэробные процессы не обладают или обладают, но в меньшей степени, поэтому и приобрели большую распространенность.

Аэробные процессы биологической очистки могут протекать в природных условиях и искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации, и биологических прудах.

Анаэробная очистка сточных вод производится с помощью анаэробных микроорганизмов-минерализаторов, т.е. не нуждающихся в кислороде. Конечными продуктами анаэробного распада (сбраживания) органических веществ являются газы CH₄ (метан), CO₂ (углекислый газ, диоксид углерода), H₂ (водород), N₂ (азот), H₂S (сероводород). Кроме того, в воде остается некоторое количество жирных кислот, сульфидов, гуминовых веществ и других трудноразлагаемых соединений.