Биологическая очистка сточных вод: что это такое, процесс очистки, принципы и схемы работ

Загрязнение водных ресурсов – актуальнейшая экологическая проблема современности. В поисках действенных способов очищения стоков специалисты обращаются к природным механизмам. В очистных сооружениях этап биоочистки, основан на естественных процессах разложения загрязнителей, становится многообещающим подходом. При правильном устройстве преимущества заключаются не только в высокой эффективности, но и в значительном снижении зависимости от химикатов, что делает этот метод привлекательным в экологическом плане.

Процесс очищения хозяйственно-бытовых и промышленных стоков основан на способности микроорганизмов последовательно расщеплять органику до простых веществ – воды, метана, сероводорода, углекислоты. Используются в основном бактерии и простейшие, способные полностью очищать стоки. За счет естественных реакций в итоге можно получить экологически чистую массу.

Механическая очистка задерживает только нерастворённые примеси, а биологическая удаляет растворённые органические загрязнения. При этом она экологичнее, чем очистка химическими реагентами.
Метод устраняет многие загрязнения. Именно поэтому биоочистку можно использовать в промышленности. Она эффективно избавляет от следующих вредных и опасных для людей и окружающей среды примесей:

• органика;
• азотные соединения;
• фосфорные соединения;
• продукты нефтепереработки;
• тяжелые металлы (в определенной степени).

Современные станции биологической очистки обеспечивают значительное снижение в стоках содержания органических веществ, аммонийного азота и фосфорсодержащих соединений.

Технология разделяется на два вида:

• естественная;
• искусственная.

Метод естественной очистки применим для дополнительной обработки сбрасываемых жидкостей. Она происходит в природных условиях – в полях фильтрации, прудах-отстойниках, биологических прудах. В данном случае, за счет естественных процессов, происходит разложение загрязнений.
Искусственная очистка проходит посредством специального технического оснащения, созданного человеческими руками. Для этого применяются очистные сооружения (ОС), где создаются оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Это позволяет ускорить процесс очистки и контролировать его.

Среди главных достоинств биоочистки:

• высокая эффективность;
• экологическая безопасность (минимальное использование реагентов);
• возможность утилизации активного ила в качестве удобрения;
• способность микробов приспосабливаться к изменениям окружающей
• среды.

Не менее важный плюс – высокая степень автоматизации: современные станции работают в автоматическом режиме, а персоналу остаётся контролировать процесс и выполнять плановое обслуживание.
К недостаткам метода относят:

• энергозависимость;
• необходимость контроля и обслуживания (регулярная чистка и ремонт);
• ограничение на применение моющих средств;
• необходимость консервации при сезонной эксплуатации;
• чувствительность к залповым сбросам и перерывам в поступлении стоков;
• иногда требуется доочистка для достижения требуемых показателей.

Если вовремя не проводить профилактические работы, плохо следить за ходом очищения и не запасаться нужными расходниками, то система очистки будет работать плохо. К тому же для эффективного очищения сбрасываемых стоков нужно строить специальные сооружения, а это значит, что понадобится место и много денег.
Важно: для глубокого удаления азота и фосфора в схеме очистки предусматривают дополнительные зоны - бескислородные для денитрификации и анаэробные для удаления фосфора.

Стандартная схема выглядит так:

1. Механическая очистка. Стоки проходят решётки, где задерживается крупный мусор, затем песколовки и первичный отстойник, где оседают нерастворённые примеси.
2. Биоочистка. Основной этап, где микроорганизмы активного ила разлагают органические загрязнения в аэротенках или биофильтрах.
3. Отделение ила. Иловая смесь поступает во вторичный отстойник, где активный ил оседает и отделяется от очищенной воды. Большую часть ила возвращают на биологическую очистку, а избыточный ил выводят на обработку.
4. Доочистка. Чтобы добиться соответствия установленным показателям, перед сбросом с канализационных очистных сооружений (КОС) жидкости доочищаются.
5. Обработка осадка. Избыточный ил и осадок из первичных отстойников обезвоживают на фильтр-прессах, центрифугах или шнековых обезвоживателях, чтобы уменьшить их объём перед вывозом и утилизацией.

Биоочистка основывается на двух механизмах: аэробном и анаэробном.
Каждый из них имеет свои особенности.

Действие аэробной очистки сводится к использованию микроорганизмов, которым для жизнедеятельности необходим кислород. Главное – достаточная концентрация растворённого кислорода: в аэротенках её обычно поддерживают не ниже 2 мг/л. В противном случае добиться того, чтобы органика начала активно окисляться, не получится.
Насыщение стока кислородом необходимо не только для самих процессов окисления, но также и для дыхания живых организмов, и хорошего смешения очищаемой жидкости с биоценозом, который состоит из особой совокупности живых микроорганизмов, способных полностью очистить сточные воды.
При этом внутри реактора в ходе очищения происходит два процесса:

• аэробное окисление органических веществ в сточных водах;
• нитрификация.

Нитрификация – преобразование аммиака и аммония в нитриты, а затем в нитраты. Она снижает токсичность жидкости и предотвращает загрязнение водоемов азотистыми соединениями. Следует помнить, что состав сточных вод, поступающих на очистку, также влияет на эффективность нитрификации, так как наличие некоторых загрязнений может быть ингибирующим фактором для процессов.
Принцип биологического очищения подразумевает использование следующих типов ОС:

1. Аэротенки. Наиболее распространенный вид сооружений, представляет собой резервуар для смешивания жидкости с активным илом и кислородом.
2. Биофильтры. Сооружения, заполненные загрузочным материалом, на котором образуется биологическая пленка из живых организмов.
3. Станции биологической очистки. Комплексные установки, сочетающие различные методы аэробной очистки.

Механизм анаэробной очистки жидкости основан на использовании микроорганизмов, которые могут жить и развиваться в отсутствии кислорода. В ОС такого типа анаэробные условия создаются искусственно. В итоге происходит образование биоценоза из бактерий, активно развивающихся в условиях ограниченного количества воздуха при наличии биогенных элементов.
Для этого применяют метантенки и анаэробные реакторы. В них органика сбраживается без доступа кислорода, при этом выделяется биогаз - смесь метана и углекислого газа. Анаэробную очистку используют для сильно загрязнённых промышленных стоков и для обработки осадков, после неё обычно требуется аэробная доочистка.

Азот поступает в сточные воды в основном в виде аммония. Его удаление идёт в два этапа:
Нитрификация - в аэробных условиях бактерии-нитрификаторы окисляют аммоний сначала до нитритов, затем до нитратов. Для этого нужны кислород и достаточное время пребывания стоков в сооружении, а в холодной воде процесс заметно замедляется.
Денитрификация - в бескислородной зоне другие бактерии восстанавливают нитраты до газообразного азота, который уходит в атмосферу. В качестве питания они используют органические вещества стоков.
Поэтому в схемах глубокой очистки сооружение делят на зоны: иловая смесь циркулирует между аэрируемой зоной, где идёт нитрификация, и зоной без аэрации, где идёт денитрификация. Одна нитрификация азот из воды не удаляет - она лишь переводит его из аммония в нитраты.

Процедура очищения сточных вод от фосфорсодержащих соединений основана на биологической жизнедеятельности микроорганизмов. Схема включает несколько этапов. На первой стадии, в бескислородных условиях, микроорганизмы выделяют фосфор. Затем, в присутствии кислорода, происходит его поглощение с повышенной интенсивностью. В результате достигается удаление фосфора. Для глубокой очистки сточных вод от фосфора и азота используются разные технологические схемы.

Биологическая очистка сточных вод – перспективная и экологически безопасная методика, которая позволяет очищать сбросы от различных загрязнений. Однако для достижения максимальной эффективности и стабильности работы очистных сооружений необходимо грамотное проектирование, обслуживание и постоянный контроль технологического процесса.
Важно постоянно поддерживать необходимое количество активного ила, чтобы качество очистки оставалось на должном уровне.
Отсутствие системы очистки или несоответствие очистных сооружений нормативам грозит предприятию штрафами и приостановкой деятельности. «Водополис» проектирует, производит и монтирует очистные сооружения под ключ: подбираем технологию под состав стоков и требования к сбросу, выполняем пусконаладку и сервисное обслуживание, даём гарантию до 5 лет.