Биологические методы очистки сточных вод

Биологические методы очистки сточных вод основываются на работе микроорганизмов, таких как бактерии, дрожжи и водоросли. Они используются для разложения органических веществ в загрязненной жидкости.  Микробы и простейшие перерабатывают органику, превращая ее в углекислый газ, воду и биомассу. Такой подход считается одним из самых эффективных и экологически безопасных способов очистки сточных вод.

Есть два метода очистки хозяйственно-бытовых и промышленных стоков: искусственный и естественный. Малые объемы стоков могут быть очищены в природных условиях, но в современных реалиях загрязненные воды нуждаются в дополнительной обработке.

Естественная очистка воды в природе

В естественной среде существуют те же методы очистки, что и при искусственном очищении сточных вод. Так, физические методы – это процессы перемешивания, разбавления и растворения загрязнений, на данные процессы влияет скорость течения реки. Нерастворимые вещества выпадают на дно осадком – этот процесс называется отстаиванием. Химические методы – это окисление органических и неорганических веществ и насыщение воды кислородом воздуха. Обеззараживание воды протекает благодаря ультрафиолетовому излучению солнца. Биологический метод предполагает разложение органических веществ до простых элементов посредством жизнедеятельности микроорганизмов.

Самоочистка водоемов в природе состоит из трех протекающих одна за другой стадий, так называемых зон сапробности.

Дадим определение: сапробность – набор физиологических и биохимических свойств организма, позволяющих ему находиться в воде с определенным комплексом органических веществ, т. е. с определенной степенью загрязнения.

Зоны сапробоности

• Полисапробные зоны – здесь наблюдается сильное загрязнение, высокая концентрация органических веществ, нет кислорода и присутствуют анаэробные бактерии в большом количестве (более 1 млн на 1 мл воды)
• Мезосапробные зоны – это умеренное загрязнение. Здесь происходит нитрификация, органических веществ значительно меньше, есть кислород. Микроорганизмы присутствуют как анаэробного, так и аэробного типа (от 100 тыс. на 1 мл воды)
• Олигосапробные зоны – чистая вода: практически нет органических веществ, кислород в достаточном количестве, число аэробных бактерий невелико (менее 1 тыс. на 2 мл воды)

Болезнетворные бактерии и грибы, которые находятся в полисапробных зонах, как правило, умирают в мезосапробных и почти полностью отсутствуют в олигосапробных зонах.

Применение методов биологической очистки базируются на разложении органических загрязнителей, содержащихся в стоках, элементами активного ила (бактериями и простейшими микроорганизмами), для которых загрязнители являются пищей. Процесс состоит в создании условий для протекания процессов разложения сложных химических соединений на простейшие элементы, в идеале на кислород (О₂), азот (N), углекислый газ (СО₂) и т. п.

Данные методы широко применяются, а для хозяйственно-бытовых сточных вод (которые образуются в результате жизнедеятельности человека, т. е. самый распространённый тип стоков) являются универсальными и наиболее действенными методами очистки.

Биологические методы основаны на способности микроорганизмов разлагать сложные соединения загрязнений на более простые и безопасные – метан, воду, углекислый газ, свободный азот – в процессе своей жизнедеятельности. Устройства, где происходит такая очистка, называют биореакторами. Конструкции их многообразны, но существует два их основных вида – аэрируемые, где вода насыщается воздухом для работы аэробных бактерий, и анаэробные, где проживают простейшие, не требующие кислорода для существования.

Что очищают с помощью биологии

Очищать можно многие типы образуемых нечистот. Основной, как мы говорили выше, — хозяйственно-бытовые стоки. С формальной точки зрения, различные нормативные акты в России — федеральные законы, Водный кодекс, постановления Правительства РФ и правила пользования — дают разные определения сточных вод, в том числе хозяйственно-бытовых. С точки зрения специалистов по водоотведению, «хозбыт» является стоками с умеренным загрязнением в основном органическими биоразлагаемыми веществами при отсутствии особо опасных или тяжелых для удаления соединений.

К сожалению, в реальности часто наблюдаются несанкционированные сбросы промышленных или близких к ним стоков, как правило, от небольших организаций, в систему централизованного отведения стоков от населения. Этот факт меняет концентрации загрязнений и делает хозбыт в каждом случае уникальным, с разными качественными и количественными показателями. Кроме того, что это незаконно и чревато большими штрафами, подобные выбросы приводят к отравлению сточных вод и существенному усложнению, а значит, и удорожанию их очистки.

Тем не менее, несмотря на то, какой метод очистки мы применяем, каждые очистные сооружения начинаются с предварительной механической очистки. При необходимости нормализации рН и наличия в сточных водах специфических загрязнений (жиры, нефтепродукты и т.д.) дополнительно включают химические и физико-химические методы. Исходя из этого, вредные для биологической очистки вещества задерживаются на ранних этапах, а основной тип загрязнений – органика, азотная группа, фосфаты – снимаются как раз с помощью микроорганизмов.

В этой связи использование биологической очистки имеет целый ряд неоспоримых плюсов:

• разложение широкой группы вредных примесей
• невысокая стоимость очищения
• минимальное количество потребляемых химических реагентов
• высокая степень очистки (до 99,6%)

Технологии очистки

Для биологической очистки необходимо создание как аэробных, анаэробных, так и аноксидных условий в сточных водах. Подробно о сооружениях биологической очистки можно прочитать в статье на нашем сайте.

Стоки могут очищаться благодаря жизнедеятельности аэробных и анаэробных бактерий. Ключевое отличие состоит в применении кислорода для очищения стоков.

При создании аэробных условий протекает жизнедеятельность микроорганизмов, способных существовать исключительно, когда имеется неограниченное количество воздуха, которым насыщаются стоки. Аэробные условия создаются, как правило, в аэротенках и биофильтрах, в которых расположена биозагрузка.

Аэробное очищение осуществляется биопленкой или активным илом. Нечистоты поступают в отстойник или емкость с микроорганизмами, куда далее подается кислород. Происходит процесс окисления органических веществ. Одномоментно протекает процесс нитрификации. Часть активного ила, как называют совокупность микроорганизмов, направляется обратно в систему на рециркуляцию, а избыточный активный ил удаляется на обезвоживание. Очищенный сток проходит дополнительную обработку на сооружениях доочистки, установках обеззараживания и только затем сбрасывается в водоем.

При создании анаэробных условий протекает жизнедеятельность микроорганизмов, которые в воздухе не нуждаются. Анаэробные условия создаются, в основном, в биореакторах. Для протекания процессов денитрификации обязательно создание аноксидных условий в биореакторах, при которых микроорганизмы потребляют связанный кислород нитратов. Можно выделить отдельно условия, которые создаются для протекания процессов нитрификации и денитрификации.

Нашей отличительной чертой является рациональное решение вопросов водоочистки. Очистные сооружения «БИОТОК» рассчитаны в соответствии со всеми действующими регламентами и рекомендациями, а технологии, используемые в процессах очистки сточных вод, являются наилучшими доступными.

Сооружения очистки сточных вод

 Основными приспособлениями для очистки стоков являются:

• Биологические пруды
• Мембранные биореакторы
• Станции биологической очистки
• Биофильтры
• Аэротенки

Рассмотрим кратко условия применения того или иного сооружения и принцип его действия.

Биологические пруды

Действие метода использования биологических прудов основано на принципе самоочищения загрязнений, находящихся в жидкости, в открытых водоемах рукотворного происхождения. Глубина таких сооружений должна быть не более 1 метра – это обязательное условие для циркуляции кислорода, необходимого бактериям для их жизнедеятельности и очистки стока.

При хорошем прогревании водоема активность микроорганизмов повышается, и они быстрее обрабатывают органические вещества в сточной воде. Поэтому биологическая очистка гораздо эффективнее протекает летом, а при уменьшении температуры окисление замедляется. С наступлением холодов же биоценоз вообще засыпает, и работа по очистке прекращается. Соответственно, применение таких биологических прудов холодной осенью и зимой абсолютно бессмысленно.

Мембранный биореактор

Данное оборудование подразумевает применение мембран разного типа. Они бывают трубчатые, половолоконные, плоскорамные. Мембраны предназначены для создания барьера для загрязнений, находящихся в сточных водах. Проходя сквозь них, часть веществ задерживается, тем самым происходит очистка стока. Оптимальным будет применение схемы механической фильтрации с дополнительным очищением с помощью жизнедеятельности микроорганизмов. Мембранный биореактор эффективен и на стадии подготовительной очистки перед нанофильтрацией, так и в самом конце очищения жидких стоков.

Станция биологической очистки сточных вод

Данное оборудование представляет собой сооружение из четырех камер, где поэтапно очищаются стоки благодаря применению активного ила и кислорода воздуха. Проходя по отделам, сток очищается до практически идеального состояния, и воду можно повторно применять в промышленных целях или производить сброс очищенной воды в водоем.

Это устройство является малогабаритным и комфортным в применении, мобильным и простым в монтаже. Для поддержания прибора в рабочем состоянии его необходимо периодически обслуживать – промывать.

Биофильтры

Биофильтры представляют собой компактное устройство, состоящее из емкости с загрузочным материалом, где обитают микроорганизмы активного ила. Бактерии используют в качестве пищи присутствующую в стоках органику.

Данное оборудование бывает двухступенчатым или с капельной фильтрацией. Плюсы и минусы есть и у того, и у другого вида. Так, двухступенчатые фильтры имеют высокую скорость работы, но посредственное качество очистки. А биофильтры с капельной фильтрацией имеют более низкую производительность, зато высокую степень очистки. В состав данного оборудования входят корпус, распределитель, дренажная и воздухораспределительная системы.

Аэротенки

Процесс очистки происходит в специальных резервуарах, в которых предусмотрено несколько отделов, оборудованных системами аэрации. Принцип очистки тот же – бактерии, находящиеся в активном иле, в качестве питания используют органические отходы. Но для того, чтобы бактерии могли существовать в данной среде, нужны определенные условия – самое главное, кислород. Если кислород поступает в воду постоянно, происходит размножение бактерий и активное поглощение органических веществ, что ведет к естественной очистке емкости. При уменьшении содержания органических веществ также понижается и расход кислорода. И на этой стадии происходит перемещение воды на последующие этапы. Там происходит обработка бактериями стоков и превращение азота аммонийных солей в нитриты, такие бактерии называют бактериями-нитрификаторами. Кроме них, в жидкости присутствуют микроорганизмы, которые поглощают нитриты, а в результате образуются нитраты. Пройдя полную переработку, стоки направляются во вторичный отстойник. Активный ил выпадает в осадок, а очищенная жидкость направляется в водоем.

Преимущества и недостатки метода биологической очистки

Чтобы определиться, стоит ли в вашем конкретном случае применять методы биологической очистки сточных вод, предлагаем ознакомиться с достоинствами и недостатками данного метода.

В нашей компании применяется метод биологической очистки сточных вод при помощи очистных сооружений «Биоток М». Ниже представлена схема и состав оборудования.

Условные обозначения: 1. Приемная камера 2. Блок песколовок 3. КНС 4. Распределительная камера 5. Блок анаэробного реактора 6. Блок биологической очистки 7. Блок доочистки 8. Смеситель 9. Блок глубокой доочистки 10. Установка УФ-обеззараживания 11. Усреднитель 12. Установка механического обезвоживания осадка 13. Реагентное хозяйство 14. Установка промывки с насосами

Подробнее о принципе работы данной установки смотрите здесь.

Заказать консультацию, купить очистные сооружения или комплектующие к ним вы можете по телефону 8-800-222-45-62 или по почте acs@acs-nnov.ru