11.1 Очищення стічних вод

Біологічне очищення стічних вод – добре освоєний процес. Однак цей процес у його теперішньому стані дозволяє руйнувати тільки відносно прості органічні й амонійні з'єднання. Неорганічні з'єднання, токсини, комплексні з'єднання і складні органічні сполуки (які також можуть бути токсичними) зв'язуються з біомасою, частково руйнуються, але ступінь очищення від них набагато нижче. Наприклад, використання очищення за допомогою активного мулу не гарантує видалення іонів важких металів (кадмій, хром, нікель, свинець, ртуть). Хоча концентрація таких неконтрольованих забруднень у комунальних стоках повинна бути обмежена, вони усе ще являють загрозу для навколишнього середовища при їхньому проскакуванні у вихідний стік. Якщо ж вони сорбуються в активному мулі, то при внесенні цього мулу в ґрунт можуть виникати серйозні проблеми.

Процес очищення стічних вод може здійснюватися за допомогою звичайних очисних споруджень (аеротенк, біофільтр), штучно іммобілізованої біомаси за допомогою іммобілізованих ферментів (рис.20). Успіхи в створенні і використанні нових видів біомаси і ферментів допоможуть вирішити багато складних проблем.

Рис. 20. Схема установки для біологічного очищення стічних вод: 1 - первинний відстійник; 2 - вхідні стічні води на очищення; 3 - преаератор; 4 - осад; 5, 8 - повітря; 6 - очищені стічні води; 7 - вторинний відстійник; 9 - аеротенк; 10 - регенератор; 11 - активний мул.

Біохімічні процеси, що протікають в аеротенку, можуть бути розділені на два етапи:

- адсорбція поверхнею активного мулу органічних речовин і мінералізація легко окислюваних речовин при інтенсивному споживанні кисню;

- доокислення органічних речовин, які повільно окисляються, регенерація активного мулу. На цьому етапі кисень витрачається повільніше.

Як правило, аеротенк розділений на дві частини: регенератор (25% від загального обсягу) і власне аеротенк, у якому йде основний процес очищення.

Наявність регенератора дає можливість очищати більш концентровані стічні води і збільшити продуктивність агрегату.

Аеротенки підрозділяються за наступними основними ознакам:

1) за гідродинамічним режимом – на аэеротенки-витискувачі, аеротенкизмішувачі й аеротенки проміжного типу (з розосередженою подачею стічних вод);

2) за способом регенерації активного мулу – на аеротенки з окремою регенерацією й аеротенки без окремої регенерації;

3) за навантаженням на активний мул – на високонавантажуємі (для неповного очищення), звичайні, і низьконавантажуємі (із продовженою аерацією);

4) за кількістю ступенів – на одно -, двох -, і багатоступінчасті;

5) за режимом введення стічних вод – на проточні, напівпроточні, з перемінним робочим рівнем, і контактні;

6) за конструктивними ознаками.

Найбільш поширені коридорні аеротенки, що працюють як витискувачі, змішувачі, і з комбінованими режимами.

Схеми аеротенків з різною структурою потоків стічної води і поворотного активного мулу показані на рис. 21.

В аеротенках-витискувачах воду й мул подають у початок спорудження, а суміш відводять наприкінці його. Аеротенк має 1-4 коридори. Теоретично режим потоку поршневий, без подовжнього перемішування. На практиці існує значне подовжене перемішування. Підвищена концентрація забруднень на початку спорудження забезпечує збільшення швидкості окислювання. Зміна складу води по довжині аеротенка утруднює адаптацію мулу і знижує його активність. Такі аеротенки застосовують для окислювання мало концентрованих вод (до 300 мг/л по БПКполн).

Рис. 21. Аеротенки з різною структурою потоків стічної води і поворотного активного мулу: а - аеротенк-витискувач; б - аеротенк-змішувач; в - аеротенк із розосередженою подачею стічної води: 1 - стічні води на очищення; 2 - активний мул; 3 - мулова суміш; 4 - аеротенк

На рис. 22-а показана схема аеротенка-відстійника, об'єднаного з вторинним відстійником. Зона аерації відділена від зони відстоювання. Стічну воду подають у центрі, а відводять по лотку. У зоні відстоювання утворюється шар зваженого активного мулу, через який фільтрується стічна вода. Надлишковий активний мул відводять із зони зваженого шару по трубах, а зворотний активний мул надходить у зону аерації.

В аеротенку-освітлювачі (рис. 22-б) стічна вода надходить у зону аерації, де змішується з активним мулом і аерується. Потім суміш через вікна попадає в зону освітлення і зону дегазації. У зоні освітлення виникає завислий шар активного мулу, через який фільтрується мулова суміш. Очищена вода через лотки віддаляється з аеротенка.

Двокамерні аеротенки-відстійники (рис. 22-в) є різновидом аеротенків-освітлювачів. У них зона аерації розділена вертикальною перфорованою перегородкою на дві камери. У першій камері відбувається насичення мулової суміші киснем і сорбція забруднень активним мулом, у другий - окислювання сорбованих забруднень і стабілізація активного мулу. Надлишковий мул віддаляється з зони освітлення.

Рис. 22. Аеротенки:

a - аеротенк-відстійник: 1- лоток, 2 - мулососи, 3- зона відстоювання, 4 - водозливи, 5 - зона аерації;

б - аеротенк-освітлювач: 1-переливні вікна, 2 - зона аерації, 3 - зона дегазації, 4 - направляюча перегородка, 5 - аератор, 6 - зона освітлення;

в - двокамерний аеротенк-відстійник: 1- імпелерний аератор, 2 - зона попереднього збагачення, 3 - перегородка, 4 - роторний аератор, 5 - зона ферментації, 6 - зона освітлення.

Інша область, у якій успіхи біотехнології будуть сприяти поліпшенню очищення стічних вод, – це видалення важких металів. Звичайно іони важких металів видаляють з розчинів адсорбцією на полісахаридах. Однак сучасний рівень розвитку знань у цій області не дозволяє оптимізувати процес видалення іонів металів та керувати цим процесом у звичайних системах біоочистки стічних вод.