По многочисленным подземным артериям текут день и ночь бытовые стоки на городские очистные сооружения.
К бытовым (фекальным) сточным водам относятся стоки, поступающие в канализацию из кухонь и туалетных комнат, бань, прачечных, после мытья полов, а также из бытовых помещений промышленных предприятий.
Методы очистки бытовых сточных вод подразделяются на механические и биологические.
Сложный многоступенчатый путь очищения и возрождения воды на очистных сооружениях начинается с приемной камеры, затем различные механические сооружения процеживают ее, освобождая от грязи, мусора, вредных примесей. При механической очистке сточных вод происходит разделение их жидкой и твердой фаз. Для этой цели применяются решетки, решетки-дробилки, песколовки, различные отстойники и т.д. Механическая очистка служит предварительной стадией перед биологической очисткой, так как, очищая воду, все эти решетки, песколовки и другие механизмы не могут ее оживить. Эта вода мертвая, в ней нет ни солей, ни микроорганизмов, ни других необходимых компонентов.
Воде возвращают жизнь микроорганизмы, знакомые нам по школьному учебнику зоологии - инфузории-туфельки, коловратки и др., так называемый “ активный ил “, в котором содержатся все эти микроорганизмы и который является основным механизмом биологической очистки жидкой части сточных вод. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит окисление или восстановление органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворе, и являющихся для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от органических загрязнений.
Сооружения для биологической очистки могут быть разделены на два типа:
Сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным (естественная биологическая очистка);
Сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях (искусственная биологическая очистка).
Естественная биологическая очистка сточных вод осуществляется на полях фильтрации, полях орошения, в биологических прудах и т.п., (см. рисунок Г.4).
Для искусственной биологической очистки применяют специальные сооружения: аэротенки, биофильтры, аэрофильтры. В этих сооружениях очистка протекает более интенсивно, чем на полях орошения, полях фильтрации, и прудах, потому что искусственным путем создаются лучшие условия для активной жизнедеятельности микроорганизмов.
Биологические фильтры - сооружения, в которых сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. В качестве загрузочного материала используют гравий, керамзит, шлак, крупный песок, щебень, а также решетки, кольца, пакеты из полимерных материалов. Просачиваясь через загрузку биофильтра, сточные воды оставляют на ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Биопленка имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1 - 3 мм и более. Цвет ее изменяется с изменением состава сточных вод от серовато-желтого до темно-коричневого. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют для увеличения своей биомассы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и, в то же время, увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.
Аэротенки - длинные железобетонные резервуары прямоугольного сечения, в которых медленно движется смесь активного ила и сточной воды. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в аэротенк непрерывно поступает воздух, который не только является источником кислорода, но и поддерживает активный ил во взвешенном состоянии. Вода здесь черная от хлопьев ила, бурно "кипит" насыщенная кислородом с воздуходувной станции. Она, кажется еще грязнее и чернее, чем была в приемной камере, но именно здесь, в аэротенках, происходит метаморфоза оживления. Видимые только в микроскоп существа, для жизнедеятельности которых нужен кислород, разлагают вредные примеси, съедают все то, что не удалось извлечь из воды при механической очистке.
После аэротенков или биофильтров очищенные от органических примесей сточные воды поступают во вторичные отстойники, которые служат для задержания активного ила или биологической пленки, поступающих вместе со стоками.
Во вторичных отстойниках хлопья ила легко оседают, чистая живая вода бежит в реку, а ил вновь направляется "на работу".
Концентрация различных веществ в сточных водах постоянно меняется, что затрудняет акклиматизацию микроорганизмов. Некоторые вредные вещества активный ил вообще не способен разложить, и они транзитом проходят в водоем. А в случае залпового сброса в канализацию большого количества токсичных примесей микроорганизмы могут вообще погибнуть, и станция биологической очистки на несколько месяцев выйдет из строя.
Вот почему, чтобы не загубить биологическую очистку, не создавать аварийных ситуаций в работе городской канализации, для промышленных предприятий разработаны специальные нормы содержания вредных веществ в сточных водах. Специфические загрязнения должны быть уловлены на локальных очистных сооружениях предприятий, а в городскую канализацию должны поступать стоки, соответствующие вышеуказанным нормам.
В связи с тем, что сточные воды любого населенного пункта содержат патогенные микробы, их необходимо во всех случаях применения искусственной биологической очистки обеззараживать. В практике очистки сточных вод обеззараживание (дезинфекция) осуществляется теми же приемами и средствами, что и при очистке природных вод. Наиболее часто применяют хлорирование воды или озонирование. Хлорирование сточной жидкости производится в специальных контактных резервуарах, устраиваемых по типу горизонтальных и вертикальных отстойников. Продолжительность контакта хлора с жидкостью - не менее 30 минут. Если в сточной жидкости содержится не менее 1,5 мг/дм3 остаточного активного хлора, то она может считаться обеззараженной.
При очистке сточных вод образуется осадок вследствие выпадения нерастворенных веществ в первичных отстойниках. Кроме того, в результате биологической очистки образуется большое количество осадка, который выделяется во вторичных отстойниках. Осадок состоит из твердых веществ, сильно разбавленных водой. В сыром состоянии при очистке бытовых сточных вод этот осадок имеет неприятный запах и является опасным в санитарном отношении, так как содержит огромное количество бактерий, в том числе и болезнетворных. Для уменьшения органических веществ в осадке и придания ему лучших санитарных показателей осадок подвергают воздействию анаэробных микроорганизмов (сбраживанию) и аэробной стабилизации ила в соответствующих сооружениях. К анаэробным сооружениям относятся двухъярусные отстойники осветлители - перегниватели, метантенки. Аэробную стабилизацию можно проводить одновременно для смеси из осадка первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса определяется его длительностью, температурой, интенсивностью аэрации, а также зависит от состава и свойств окисляемого осадка. Стабилизированный осадок подвергают коагуляции, используя в качестве коагулянтов сульфаты железа, алюминия, хлорид железа, известь. Этот процесс изменения структуры осадка и улучшения его водоотдающих свойств называется кондиционированием, которое можно проводить, также используя тепловую обработку, замораживание с последующим оттаиванием, электрокоагуляцию. Влажность кондиционированного осадка снижается с 92 - 94 до 70 - 75 %, дальнейшее обезвоживание осадков производят на иловых площадках - обвалованных со всех сторон участках земли.
Обезвоженные осадки сточных вод могут использоваться в качестве органических удобрений, если не содержат тяжелых металлов или других токсических веществ.
Общая схема станции очистки бытовых сточных вод приведена на рисунке Г.5.
