1.2.4. Биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать в качестве питательных веществ многие органические и неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах.

Биологическая очистка может осуществляться в естественных условиях в биопрудах, на полях фильтрации и орошения и в искусственных очистных сооружениях. В этих сооружениях могут создаваться аэробные условия, в том числе с использованием технического кислорода, анаэробные условия, либо процесс проходит в несколько стадий с чередованием аэробных, анаэробных и аноксичных условий, когда кислород содержится только в связанном состоянии (например, в виде нитратов). Микроорганизмы в таких сооружениях находятся либо в свободном, либо в иммобилизованном (прикрепленном) состоянии.

Биологическая очистка имеет следующие преимущества, обусловленные особенностями жизнедеятельности микроорганизмов:

– широкий спектр удаляемых органических и неорганических соединений, в том числе токсичных;

– образование простых конечных продуктов, основные из которых диоксид углерода, нитраты, сульфаты – в аэробных условиях и метан, аммиак, сероводород – в анаэробных условиях. В обоих случаях, кроме того, накапливается биомасса микроорганизмов;

– отсутствие вторичного загрязнения воды.

Вместе с тем для эффективного функционирования сооружений биологической очистки необходимо строгое соблюдение технологических параметров (температура, значение рН сточной воды, отсутствие токсичных соединений в концентрациях, ингибирующих жизнедеятельность микроорганизмов, наличие биогенных элементов, концентрация растворенного кислорода в сооружениях аэробной очистки и т. д.).

Кроме того, большие проблемы при эксплуатации аэробных очистных сооружений создает высокий прирост биомассы активного ила. Затраты на обезвоживание и утилизацию избыточного активного ила составляют до 40% общих затрат на очистку воды.

Несмотря на отмеченные недостатки, биологическая очистка городских сточных вод и стоков многих производств нашла очень широкое распространение. Только в Республике Беларусь функционирует более 140 сооружений биологической очистки, в том числе 72 сооружения производительностью более 1 млн. м³ очищаемой воды в год, на которых проходит очистку 90% общего стока по республике.

1.3. Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

Очистка сточных вод в естественных условиях имеет более длительную историю, чем в искусственно созданных сооружениях. Первые поля орошения появились под Одессой, Киевом и Москвой в конце ХIX века.

Основное достоинство естественных способов очистки – дешевизна строительства и эксплуатации таких сооружений. Однако интенсивность окислительных процессов в них более низкая, чем в искусственных сооружениях.

Очистка сточных вод в естественных условиях осуществляется:

– по принципу самоочищения воды (в биологических прудах);

– по принципу самоочищения почвы (на полях орошения и фильтрации).

1.3.1. Биологические пруды (биопруды)

В настоящее время биопруды применяют как самостоятельные сооружения биологической очистки либо для глубокой очистки сточных вод после сооружений искусственной биологической очистки. Биологические пруды могут быть с естественной и искусственной аэрацией или анаэробные, могут быть контактные, проточные либо серийные (состоящие из каскада прудов).

Биопруды располагают на слабофильтрующих грунтах, они представляют собой котлованы глубиной 0,5–1,0 м при естественной аэрации и до 3,0–4,5 м при искусственной. Биопруды имеют прямоугольную форму и должны быть вытянуты по ходу движения воды, при этом жидкость должна двигаться перпендикулярно направлению господствующих ветров. Ширина санитарно-защитной зоны не менее 200 м.

Окислительные (с естественной аэрацией) биопруды. В таких прудах происходит анаэробное разложение загрязнений в придонных слоях, окисление растворенных органических веществ в средней зоне и развитие водорослей у поверхности. Водоросли потребляют продукты жизнедеятельности микроорганизмов (диоксид углерода, нитраты, фосфаты) и вырабатывают кислород. Такие биопруды эффективны при ясной и теплой погоде, а в холодное время года работают как емкостные сооружения для сбора оседающих примесей.

Аэрируемые биопруды. Применяются более широко, чем окислительные, эффективность очистки в них может достигать 80–95%.

Анаэробные биопруды. Предназначены для очистки сточных вод и полужидких отходов при высоких нагрузках по органическим загрязнениям. Применяются в условиях теплого климата для переработки отходов производства мяса, отходов переработки овощей, навоза и пр. Для получения стока, пригодного для сброса в водоем, за анаэробным биопрудом предусматривают аэробное сооружение.

Биопруды с высшей водной растительностью. Получили распространение в последнее время. В этих прудах по определенной схеме высаживают такие водные культуры, как камыш, тростник, рогоз, водный гиацинт, телорез и др. Растения интенсифицируют процесс очистки, удаляют биогенные элементы, аккумулируют тяжелые металлы, радиоактивные изотопы и другие специфические загрязнения. Высшие растения легче удалить из биопруда, чем мелкие водоросли, что предотвращает вторичное загрязнение водоема продуктами разложения отмирающей растительной биомассы.