Глава 1

1 Биологическая очистка и обеззараживание сточных вод

1.1. Введение

В настоящее время для обработки до 95% сточных вод применяется биологическая очистка сточных вод. Современные сооружения биологической очистки сточных вод достаточно эффективны, однако они занимают большие площади, расходуют значительное количество электроэнергии на аэрацию, и поэтому вопросы их интенсификации, повышения глубины очистки сточных вод и экономичности весьма актуальны.

Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе сооружений очистной канализационной насосной станции. В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс биологической очистки сточных вод осуществляет сложное сообщество микроорганизмов – бактерий, простейших, ряда высших организмов – в условиях аэробиоза, т.е. наличия в очищаемой воде растворенного кислорода. Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают все необходимое для жизни – энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в нее новые вещества – продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.

Биологический метод очистки сточных вод обладает рядом несомненных достоинств, к числу которых относится его экологичность: в процессе биологической очистки не образуется чуждых природной среде соединений, а происходит деструкция органических загрязнений до близких к природным соединениям углекислого газа и воды, не требуется применение химических реагентов. Метод прост в эксплуатации, в процессе биологической очистки органические осадки и избыточный активный ил либо являются источником получения энергии в виде метана при сбраживании, либо могут использоваться в качестве удобрений.

Метод биологической очистки развивался на протяжении более чем 100 лет, совершенствовались знания микробиологических, кинетических и инженерных аспектов, улучшались технологические схемы сооружений биологической очистки, методы их инженерного оформления и оборудование. Разработаны эффективные методы моделирования и технологического расчета сооружений. Успешно решаются проблемы удаления соединений азота и фосфора из городских и производственных сточных вод. В настоящее время наиболее распространенным является метод биологической очистки производственных и городских сточных вод от органических и некоторых минеральных загрязнений.

После биологической очистки сточных вод, как известно, производят их обеззараживание[30]. Обеззараживание очищенных сточных вод производится с целью уничтожения оставшихся в них патогенных бактерий и устранения опасности заражения воды водоема. Существуют различные методы обеззараживания, которые будут рассмотрены далее. При биологической очистке сточных вод на искусственных сооружениях (на биофильтрах или аэротенках) общее содержание бактерий уменьшается на 95%, при очистке на полях орошения – на 99%. Однако полностью уничтожить болезнетворные бактерии можно только обеззараживанием сточных вод различными дополнительными способами (термический; с помощью сильных окислителей; олигодинамический (воздействие ионов благородных металлов; физический (с помощью ультразвука, радиоактивного излучения, ультрафиолетовых лучей)).

Однако современный уровень развития общества, промышленного производства, экологическое состояние окружающей среды обусловили повышенные требования к качеству сточных вод, сбрасываемых в водные объекты.

Существуют следующие схемы очистных станций с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах и в аэротенках, которые представлены на рис.

Первая схема – это технологическая схема биологической очистки сточных вод на биофильтрах. В состав сооружений механической очистки сточных вод включен преаэратор – сооружение, в котором осуществляется кратковременная продувка сточных вод воздухом, способствующая повышению эффекта их осветления в первичном отстойнике[30].

После сооружений механической очистки (решетки, песколовки, преаэратор и первичные отстойники) вода поступает на биофильтры и затем во вторичные отстойники, в которых задерживается биологическая пленка (биопленка), выносимая водой из биофильтров. Из вторичного отстойника вода направляется в контактный резервуар, дезинфицируется и сбрасывается в водоем.

Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода вследствие адсорбции оставляет в ней взвешенные и коллоидные органические вещества, не осевшие в первичных отстойниках, которые и создают биопленку, густо заселенную микроорганизмами. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества и получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Часть растворенных органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а в теле биофильтра увеличивается масса биопленки. Отработавшая и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

Биологическая очистка сточных вод по второй схеме осуществляется в аэротенке. Аэротенк представляет собой открытый резервуар, в котором медленно движется смесь активного ила и очищаемой осветленной сточной воды, поступающей из первичного отстойника. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов-минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха растворенные и нерастворенные органические вещества сточной воды. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов в аэротенк должен непрерывно поступать воздух, который подается воздуходувками, установленными в машинном здании. Смесь сточной воды и активного ила (иловая смесь) из аэротенка направляется во вторичный отстойник, где активный ил выделяется из сточной воды путем отстаивания, и основанная его масса возвращается в аэротенк. В системе аэротенк – вторичный отстойник масса активного ила увеличивается за счет его прироста (размножения) поэтому часть его удаляется из вторичного отстойника и подается в илоуплотнитель, где за счет осветления и гравитационного уплотнения объем ила уменьшается в 4 – 6 раз, а уплотненный избыточный ил перекачивается в метантенк для сбраживания.

Очищенная сточная вода обеззараживается (обычно хлорируется) в контактном резервуаре и сбрасывается в водоем[30].