Биохимические (биологические) методы очистки.

Эти методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и не­которых неорганических (сероводорода, аммиака, сульфидов, нитри­тов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности определенных микроорганизмов использовать указанные вещества для питания: органические вещества для микроорганизмов являются ис­точником углерода. Микроорганизмы частично разрушают их, превращая СО₂, Н₂O, нитрат- и сульфат-ионы, а частично используют для образования собственной биомассы. Процесс биохимической очистки посвоей сути — природный, его характер одинаков для процессов, протекающих как в природных водоемах, так и в очистных сооруже­ниях.

Биологическое окисление осуществляется сообществом микроор­ганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов (водорослей, грибов), связанных между собой в единый комплекс сложными вза-имоотношениями. Это сообщество называют активным илом, он со­держит от 106 до 1014 клеток на 1 г сухой биомассы (около 3 г микро­организмов на 1 литр сточной воды).

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очист­ки сточных вод.

Аэробный процесс. Для его осуществления используются группы микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимы по­стоянный приток кислорода (2 мг0₂/л), температура 20—30°С, рН сре­ды 6,5—7,5, соотношение биогенных элементов БПК: N: Р не более 100: 5: 1. Ограничением метода является содержание токсичных ве­ществ не выше: тетраэтилсвинца 0,001 мг/л, соединений бериллия, титана, Сг⁶⁺ и оксида углерода 0,01 мг/л, соединений висмута, вана­дия, кадмия и никеля 0,1 мг/л, сульфата меди 0,2 мг/л, цианистого калия 2 мг/л.

Аэробная очистка сточных вод проводится в специальных соору­жениях: биологических прудах, аэротенках, окситенках, биофильтрах.

Биологические пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными со­оружениями. Их выполняют в виде каскада прудов, состоящих из 3—5 ступеней. Процесс очистки сточных вод реализуется по следующей схеме: бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют оксид углерода, фосфаты и аммонийный азот, выделяемый при биохимическом раз­ложении органических веществ. Поэтому для нормальной работы пру­дов необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуру сточной воды. Температура должна быть не менее 6 °С, в связи с чем в зимнее время пруды не эксплуатируются.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Глу­бина прудов с естественной поверхностной аэрацией, как правило, не превышает 1 м. При искусственной аэрации прудов с помощью меха­нических аэраторов или продувки воздуха через толщу воды их глуби­на увеличивается до 3 м. Применение искусственной аэрации ускоря­ет процессы очистки воды. Следует указать и недостатки прудов: низ­кую окислительную способность, сезонность работы, потребность в больших территориях.

Сооружения для искусственной биологической очистки по признаку расположения в них активной биомассы можно разделить на две группы:

— активная биомасса находится в обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоянии (аэротенки, окситенки);

— активная биомасса закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его тонким пленочным слоем (био­фильтры).

Аэротенки представляют собой железобетонные резер­вуары, прямоугольные в плане, разделенные перегородками на отдель­ные коридоры.

Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии, интен­сивного его перемешивания и насыщения обрабатываемой смеси кис­лородом воздуха в аэротенках устраиваются различные системы аэрации (чаще механическая или пневматическая). Из аэротенков смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник, откуда осевший на дно активный ил с помощью специальных устройств (илососов) отводится в резервуар насосной станции, а очищенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется.

Для пневматической аэрации сточных вод вместо воздуха может подаваться чистый кислород. Для такого процесса используются окситенки, несколько отличные по конструкции от аэротенков. Окисли­тельная способность окситенков в 3 раза выше последних.

Биофильтры находят применение при суточных расходах бытовых и производственных сточных вод до 20—30 тыс. м³ в сутки. Биофильт­ры представляют собой резервуары круглой или прямоугольной фор­мы в плане, которые заполняются загрузочным материалом. По ха­рактеру загрузки биофильтры разделяют на две категории: с объемной и плоскостной загрузкой. Объемный материал, состоящий из гравия, керамзита, шлака с крупностью фракций 15—80 мм, засыпается слоем высотой 2—4 м. Плоскостной материал выполняется в виде жестких (кольцевых, трубчатых элементов из пластмасс, керамики, металла) и мягких (рулонная ткань) блоков, которые монтируются в теле биофиль­тра слоем толщиной 8 м.

Анаэробный процесс. Здесь происходит биологическое окисление орга­нических веществ в отсутствие молекулярного кислорода за счет химичес­ки связанного кислорода в таких соединения, как сульфаты, сульфиты и карбонаты. Про­цесс протекает в две стадии: на первой образуются органические кис­лоты, на второй стадии образовавшиеся кислоты преобразуются в метан и С0₂: органические соединения + 0₂ + кислотообразующие бактерии -> летучие кислоты + СН₄ + С0₂ + Н, + новые клетки + другие продукты -» летучие кислоты + 0₂ + метанобразующие бакте­рии —> СН₄ + С0₂ + новые клетки. Основной процесс проводится в метантенках.. В них перерабатывается активный ил и концентрированные сточные воды (обычно БПК > 5000), содержащие органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в ходе метанового брожения. Указанное брожение в естественных условиях протекает на болотах.

Основная цель анаэробной очистки — уменьшение объема актив­ного ила или количества органических веществ в сточной воде, полу­чение метана (до 0,35 м³ при нормальных условиях на 1 кг ХПК) и хо­рошо фильтрующего и без запаха осадка. Осадки после фильтрации могут быть использованы в качестве удобрения в растениеводстве (если содержание в них тяжёлых металлов ниже ПДК). Получаемый в ме­тантенках газ содержит до 75 % (об.) метана (остальное — С0₂ и воз­дух) и используется в качестве горючего.

Биологическая очистка загрязненных вод может быть осуществлена в естественных условиях, для чего используют специально подготовленные участки земли (поля ороше­ния и фильтрации). В этих случаях для освобождения сточ­ных вод от загрязняющих примесей используется очищающая способ­ность самой почвы. Фильтруясь сквозь слой почвы, вода оставляет в ней взвешенные, коллоидные и растворенные примеси. Микроорга­низмы почвы окисляют органические загрязняющие вещества, пре­вращая их в простейшие минеральные соединения — диоксид углеро­да, воду, соли. Поля орошения используются одновременно для очистки сточных вод и выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а так­же посадки кустарников и деревьев. Поля фильтрации используются только для очистки сточных вод.