5. Биологическая очистка сточных вод

Биологическая (или биохимическая) очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать для питания находящиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и пр.), которые являются для них источниками углерода. Необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов азот, фосфор и калий они получают из различных соединений, содержащихся в сточных водах: нитратов, фосфатов, калийных солей. В процессе питания микроорганизмов происходит прирост их биомассы.

Прирост биомассы зависит от соотношения между количеством веществ, поддающихся биологическому окислению (БПК), и общим количеством органических веществ, присутствующих в стоках (ХПК). Чем больше отношение БПК к ХПК, тем выше прирост биомассы. Сточные воды рекомендуется подвергать биологической очистке, если отношение БПК/ХПК > 0.5 [12]. В противном случае их подвергают физико-химической очистке.

Достоинством биологической очистки является то, что она позволяет удалить из сточных вод чрезвычайно широкий спектр как органических, так и неорганических соединений, обеспечивая при этом достаточно высокую степень очистки. Кроме того, биологическими методами можно обрабатывать очень большие объемы сточных вод (сотни тысяч и даже миллионы м³ в сутки), что практически невозможно осуществить другими методами.

Биологическая очистка сточных вод может происходить как в естественных, так и в искусственных условиях. При этом биохимическая деструкция содержащихся в воде примесей может осуществляться аэробными или анаэробными микроорганизмами. Для очистки сточных вод применяются преимущественно аэробные методы. Анаэробные методы используются главным образом для обработки (сбраживания) осадков, образующихся при очистке стоков.

Аэробная очистка сточных вод в естественных условиях осуществляется на полях фильтрации и полях орошения, биологических прудах. Искусственными сооружениями аэробной биологической очистки являются аэротенки, окситенки, биофильтры, оросительные и циркуляционные каналы.

Анаэробная очистка сточных вод реализуется в анаэробных биофильтрах, а анаэробное сбраживание осадков – в метатенках.

При решении вопроса об использовании биохимических методов необходимо учитывать существенное влияние некоторых факторов на процесс очистки:

1. Температура. Температура сточных вод должна быть не ниже 6 и не выше 37 ºС. Оптимальной для аэробных процессов в очистных сооружениях считается температура 20÷30 ºС [3]. Если температурный режим не соответствует оптимальной, то скорость биохимического окисления снижается.

2. Активная реакция среды. Биологическая очистка эффективна при значении рН = 5÷9, оптимальным считается значение 6.5÷7.5. Отклонение рН за допустимые пределы приводит к замедлению обменных процессов в клетках микроорганизмов и снижению скорости биохимического окисления.

3. Биогенные элементы. Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется соотношением БПК:N:P. В соответствии с [1] соотношение БПК_полн : N : Р должно составлять 100 : 5 : 1. При существенном отклонении данного соотношения от рекомендуемого следует специально добавлять биогенные элементы в сточную воду или разбавлять бытовые стоки различными видами производственных.

4. Кислородный режим. Для сооружений аэробной биологической очистки необходимо поддерживать концентрацию кислорода в очищаемых сточных водах не ниже 2 мг/л [1].

5. Токсичные вещества. На процессы биологической очистки оказывают токсичное действие многие органические и неорганические вещества. Наиболее неблагоприятное воздействие вызывают тяжелые металлы, цианиды, ПАВ, красители, а также высокие концентрации альдегидов, фенолов, ацетона, бензола и ряда других соединений. Кроме того, негативное влияние на ход биохимических процессов оказывает влияние наличие в воде нерастворимых примесей, таких как нефтепродукты, жиры, смолы.

6. Взвешенные вещества и солесодержание. Рекомендуемая концентрация взвешенных веществ в сточных водах, подаваемых на биологическую очистку, не должна превышать 150 мг/л, а общее солесодержание – не более 10 г/л.

Создание и поддержание благоприятных условий для протекания процесса биологической очистки можно считать одним из ее недостатков. Другими недостатками являются низкая скорость протекания процесса, что обусловливает большие объемы и размеры очистных сооружений, а также чувствительность процесса к изменению количества и состава сточных вод.

Ввиду значительного разнообразия методов и сооружений биологической очистки и ограниченного объема настоящего издания далее рассмотрим только сооружения и аппараты, наиболее распространенные в практике водоочистки.