Глава XX. Экологические системы очистных сооружений канализации

Сооружения, предназначенные для извлечения из сточной жидкости загрязняющих веществ, имитируют процессы самоочищения воды в природных условиях, но интенсивность процессов в них гораздо выше. Полная схема очистки сточных вод включает узел механической очистки, узел биологической очистки, узел дезинфекции очищенной воды и узел обработки осадков (рис. 80).

Механическая очистка заключается в удалении из сточных вод крупных отбросов, песка и части взвешенных веществ. Механическая очистка обычно предшествует биологической. В процессе биологической очистки из сточной жидкости удаляются растворенные, коллоидные и оставшиеся после механической очистки взвешенные вещества. Узел дезинфекции предназначен для обеззараживания очищенной воды. В тех случаях, когда заведомо известно, что сточная жидкость не содержит патогенной микрофлоры, а также в случае локальной очистки, когда очищенная вода спускается в канализацию, узел дезинфекции может отсутствовать. В узлах механической и биологической очистки образуется значительное количество осадка, содержащего большой процент органических веществ. Этот осадок представляет опасность в санитарном и эпидемиологическом отношении, так как помимо органических веществ в нем содержатся яйца гельминтов и сохраняются пато­генные микроорганизмы. По этой причине осадок сточных вод должен быть подвергнут обработке, в результате которой он утратит свои опасные свойства.

Биологические процессы играют основную роль в узле биологической очистки и весьма существенную—при обработке осадка. Очистка сточной жидкости осуществляется в аэробных условиях,

а обработка осадка—большей частью в анаэробных. В биофильтрах, на полях орошения и фильтрации сточная жидкость очищается в процессе ее протекания через фильтрующий слой. На поверхности почвенных комочков, щебня, керамзита или других твердых частиц развиваются микроорганизмы, которые извлекают из протекающей сточной жидкости необходимые им питательные вещества и тем самым способствуют ее очищению.

К сооружениям биологической очистки, работающим на принципе очистки воды в водоемах, относятся биологические пруды и аэротенки. В этих сооружениях основную роль в процессах очистки играют микроорганизмы, взвешенные в воде.

Стабильно работающие сооружения биологической очистки имеют все признаки экологической системы: ограниченный объем с достаточно однородными условиями существования (биотоп), сложившийся биоценоз, установившийся процесс превращения энергии. В биоценозах различных очистных сооружений всегда присутствуют бактерии и почти всегда простейшие. Кроме того, в зависимости от типа очистного сооружения, технологических и климатических условий в биоценоз могут входить водоросли, грибы, черви и различные членистоногие.

Условия существования в узле биологической очистки должны обеспечивать возможность нормальной жизнедеятельности живых организмов, и потому к жидкости, поступающей на сооружения биологической очистки, предъявляются определенные требования.

Не все сточные воды имеет смысл подвергать биологической очистке. Если в них отсутствуют органические вещества или их количество слишком мало, то биологическая очистка не требуется. Исключение составляют промышленные сточные воды, содержащие значительные количества биогенных элементов. Такие стоки могут очищаться совместно со сточными водами, в которых биогенных элементов недостаточно. Отсутствие в сточных водах биогенных элементов не служит препятствием к биологической очистке, так как в случае необходимости их можно внести.

Биологическая очистка интенсивно происходит в интервале рН от 6,5 до 8,2. Поэтому в случае необходимости сточные воды до поступления на сооружения биологической очистки подвергаются нейтрализации.

Как известно, скорость биохимических процессов в очень большой степени зависит от температуры. Температура бытовых сточных вод обычно колеблется в пределах 10—15 °С, и поэтому за исключением районов Крайнего Севера очистные сооружения могут устраиваться на открытом воздухе. Промышленные сточные воды, в том числе нуждающиеся в биологической очистке, часто имеют температуру, превышающую допустимый предел 25 °С. Такую сточную воду предварительно охлаждают. Работами Ц. И. Роговской установлено, что очистка в аэротенках может происходить и при более высокой температуре, но при этом сильно возрастает расход кислорода. Увеличенная потребность в кислороде обусловлена, с одной стороны, интенсификацией обмена при повышении температуры, а с другой—уменьшением растворимости газов.

Производственные сточные воды часто содержат в своем составе токсичные соединения или такие компоненты, которые, реагируя друг с другом, образуют ядовитые вещества. Для многих компонентов сточных вод установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) для биологической очистки. ПДК одних и тех же соединений для разных типов очистных сооружений неодинаковы. Так, для аэротенка ПДК многих соединений выше, чем для биофильтра.

Если сточные воды содержат или могут содержать соединения, ПДК которых не установлены, они должны быть предварительно подвергнуты тесту на токсичность. Методика анализа разработана М. М. Калабиной в 1945 г. В настоящее время существует несколько модификаций метода Калабиной. Суть их состоит в том, что испытуемую воду заражают адаптированной микрофлорой, после чего ведут наблюдения за снижением в этой воде БПК⁴ или ХПК⁵, изменением рН, развитием бактерий и за появлением простейших. На основании опыта можно сделать вывод о принципиальной возможности биологической очистки. Установить таким путем ПДК или необходимый коэффициент разбавления невозможно. Для этого необходимы опыты на лабораторных или полупроизводственных установках соответствующих очистных сооружений.

Биологическая очистка сточных вод осуществляется в сооружениях, работающих в естественных или искусственно созданных условиях. К первым относятся биологические пруды, поля орошения и поля фильтрации, ко вторым—аэротенки и биофильтры. Каждое очистное сооружение представляет собой особую экологическую нишу со специфическими условиями существования, влияющими на формирование биоценоза. При стабильной работе сооружения его биоценоз является устойчивой саморегулирующейся системой со сложившимися трофическими и другими связями. Характер биоценоза определяется типом очистного сооружения и режимом его работы.