Аэробная очистка стоков

Проблема фильтрации стоков, загрязненных биологическими отходами, в настоящее время решается использованием новейших очистных систем, работающих по принципу многоэтапного биопреобразования. В качестве основного компонента очистных комплексов выступают колонии микроорганизмов, использующие органические компоненты сточных вод для питания. На станциях глубокой очистки активно используется два вида микроорганизмов: анаэробные и аэробные.

Анаэробные бактерии разрушают биоматериал и выделяют метан. Их используют преимущественно для первичной очистки стоков. В некоторых странах организуются крупные предприятия по добыче биогаза, для этого строятся специальные комплексы, оборудованные устройствами, поддерживающими оптимальные условия и распределяющие добываемый ресурс. Анаэробы нашли применение не только в промышленности, они активно используются в бытовых очистных системах. Не меньшее значение для очистки и восстановления водных ресурсов имеют аэробные бактерии – микроорганизмы, размножающиеся в кислородной среде.

Принцип аэробной очистки стоков

Аэробная очистка стоков осуществляется микроорганизмами разных видов, получающих энергию из воздуха. Микрофлора внутри очистной установки может находиться в виде взвеси или располагаться внутри ограниченного резервуара, через который прогоняется масса воды. Устройства, в которых аэробная биомасса свободно перемещается, называются аэротенками. Для иммобилизации организмов применяют специальную пленку, помещаемую внутрь твердого резервуара – биофильтра. Существуют комплексы с комбинированной системой очистки. Они, как правило, состоят из нескольких отсеков, в каждом из которых аэробы находятся в различном состоянии.

Преимуществом аэротенков является постоянное обновление биомассы. Данная особенность позволяет избежать резкого увеличения массы субстрата или гибели активных микроорганизмов. Благодаря обновлению биоматериала возрастает эффективность очистки и улучшается качество воды, покидающей очистную установку.

Для повышения популяции аэробных микроорганизмов используются открытые отстойники, или боксы, оборудованные системой аэрации. Комплекс промышленных аэротенков называется аэрационным полем. Получающие достаточное количество питательных веществ и энергии микроорганизмы активно организуются в макроколонии, формируя активный ил. Данная особенность наблюдается как у аэробных, так и у анаэробных бактерий. Отличить их можно по размерам частиц ила.
Аэробный ил меньше, но его масса преобладает, так как развитие кислородных организмов происходит значительно быстрее. Предотвратить заиливание аэротенков позволяют циркуляционные установки, отводящие избыток биомассы в анаэробные отстойники. Здесь аэробы гибнут, а ил деградирует и используется в качестве питания анаэробными организмами.

Обязательным условием эффективной работы аэротенка является достаточный приток кислорода. При перебоях возникает явление известное как «вспухание» ила – утрата способности микроорганизмов выделять воду. Такой субстрат теряет свои фильтрационные качества и должен быть удален из аэротенка. Оценка эффективности системы аэробной очистки измеряется глубиной очистки воды, а также по соотношению энергозатрат на аэрацию и объема активного ила. По степени загруженности существующие установки можно поделить на:

системы длительной аэрации при Н менее 0,07;
низкозагруженные с коэффициентом загруженности ила (Н) более 0,07 и менее 0,2;
средненагруженные – Н от 0,2 до 0,5;
высокозагруженные – Н более 0,5.

Наиболее широкое распространение в промышленных масштабах получили системы средней степени загрузки, где концентрация ила не превышает 5г/л.

Этапы классической очистки сточных вод

Для создания биоочистных комплексов применяются знания таких научных дисциплин как: генетика, биохимия, микробиология и информатика. Конечным продуктом интелектуального труда в данной отрасли является создание промышленных комплексов способных:

эффективно разрушать вредные химические соединения, входящие в состав сточных вод;
восполнять содержание необходимых веществ в почве;
приносить коммерческую прибыль в виде большого объема биотоплива (метана).

В целом, цикл обработки стоков на комбинированных комплексах посредством аэробной очистки, можно разделить на четыре основные этапа:

Фильтрация и удаление твердых примесей. Для этого используются уловители песка, усреднители, отстойники и т.д.
Разрушение путем аэробного окисления взвешенных органических веществ. В результате преобразования образуется осадок, состоящий преимущественно из колоний микроорганизмов (активный ил). Осадок может быть удален в метантенк или анаэробный реактор, или возвращен в отсек аэрации – аэротенк.
Химическое осаждение органики с выделением фосфора и азота. Данный этап применяется факультативно и может быть пропущен в бытовых очистных установках.
Переработка активного ила в бескислородном отстойнике. Этап дезодорации и обеззараживания активного ила путем его конечного разложения в реакторах или тенках.

Стоки поступают в первый фильтрационный отсек, в промышленных очистных установках это усреднитель. Здесь под воздействием физических сил стоки перемешиваются до гомогенного состояния и направляются в фильтрационные установки, задерживающие не разлагающиеся элементы. Если фильтруемые стоки содержат фекалии или нефтепродукты, перед аэрацией они направляются в отстойники и пескоуловители, где удаляются жировые компоненты, всплывающие в виде пленки.

Вода свободная от тяжелых примесей поступает в аэротенк, где взвешенные примеси сорбируются активным илом, подвергнутым интенсивной аэрации. В процессе впитывания содержащихся в воде примесей численность микроорганизмов растет и соответственно увеличивается объем ила. Избыточный ил удаляется из аэротенка и может быть направлен в анаэробный отстойник, возвращен на предыдущую стадию очистки или выведен из системы, высушен и внесен в качестве удобрения в почву.