Аэробная очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод по сути представляет интенсифицированную модель процессов, происходящих в природных водоемах при попадании в них избытка органических соединений. На повышение концентрации доступного субстрата автохтонная микробная популяция водоема отвечает увеличением своей плотности. Развиваются микроорганизмы, способные использовать субстрат в более высоких концентрациях, при этом резко понижается содержание растворенного кислорода в воде. Увеличение в воде содержания соединений азота и фосфора вызывает в водоемах массовое развитие зеленых водорослей и водных растений, что, в свою очередь, приводит к увеличению концентрации кислорода в воде. В проточных водоемах, в реках, ручьях очищению воды способствуют микробные обрастания (биопленки) на твердых поверхностях. Избыток бактерий потребляется простейшими. В иловых осадках природных водоемов осуществляется анаэробная деградация органических веществ.

Важный природный фактор очистки поверхностных вод — фильтрация через почву и грунт, где микроорганизмами обрастают твердые поверхности. В условиях доступа кислорода преобладают аэробные микроорганизмы, в его отсутствие соответственно анаэробные. Таким образом, для улучшения процесса очистки необходимо улучшение снабжения кислородом и удержание высокой плотности и разнообразия микроорганизмов в системе.

Простые методы очистки стоков. Окислительные пруды (лагуны) и каналы представляют собой простейшие и наиболее дешевые системы очистки бытовых сточных вод. Это аналоги гиперевтрофицированных водоемов. Микроорганизмы находятся во взвешенном состоянии и в осадке. Снабжение кислородом осуществляется за счет диффузии и фотосинтетической активности водорослей и водных растений, поэтому водоемы должны быть неглубокими. Более эффективны системы из нескольких прудов, соединенных каналами, где происходит ступенчатая очистка, причем последний инфильтрационный пруд обычно очень мелкий, в нем идет естественная фильтрация через песок и глину в грунтовые воды. Иногда для естественного окисления загрязнений и фильтрации воды через почву и грунт используют низины (поля орошения, искусственные болота). Такая очистка может применяться в местах, где имеется слой глины, залегающий под фильтрационным слоем почвы и песка и предохраняющий грунтовые воды от загрязнения.

Разновидностью окислительных прудов и каналов являются водоемы, заросшие тростником (камышом). Очищаемая вода медленно течет через камышовые плавни. Через полые стебли растений кислород поступает в ризосферу, где развивается сложное микробное сообщество, представленное взвешенными и прикрепленными к корням тростника аэробными и анаэробными микроорганизмами. Эффективность очистки зависит от температуры, наличия свободных территорий, поэтому применение окислительных прудов и полей орошения ограничено сельской местностью и районами с теплым климатом.

Для стабилизации навозных стоков, деградации легкоразлагаемых органических веществ используют длительное, от 6 месяцев и более, выдерживание навоза в прудах-отстойниках или закрытых навозохранилищах. При этом в верхней части осуществляется аэробная деградация, а в нижней — анаэробная.

Струйные биофильтры с прикрепленными микроорганизмами также являются простыми и дешевыми очистными сооружениями. Они представляют собой емкости или наклонные каналы, заполненные пористым материалом (щебень, керамзит и т. п.). Вода поступает сверху, медленно струится между обросшим микробной биопленкой наполнителем и собирается внизу. В формировании микробной биопленки важную роль играет выделяющая слизь Zoog/oea ramigera и близкие к ней виды. В слизистой матрице, толщина которой обычно составляет около 200 мкм, развивается сложное микробное сообщество, включающее бактерии, микроскопические грибы, простейшие, нематоды. Простейшие выполняют важную санитарную функцию, поедая бактерии, не прикрепленные к пленке, в том числе отмирающие и патогенные. Для улучшения очистки используют циркуляцию очищаемой воды в одном фильтре, иногда вода проходит через два или несколько соединенных последовательно струйных биофильтров.

Открытые окислительные каналы или резервуары, в которых установлены вращающиеся диски, изготовленные из синтетических материалов и наполовину погруженные в медленно протекающую воду, также являются недорогими устройствами для очистки сточных вод. Диски обрастают микробной биопленкой, в которой, как правило, наблюдаются два слоя — наружный светлый с преобладанием аэробных микроорганизмов и внутренний темный благодаря развитию в нем анаэробных сульфатвосстанавливающих бактерий. При медленном вращении дисков оказывающаяся снаружи часть биопленки захватывает кислород. При работе в периодическом режиме подачи воды на дисковых фильтрах происходит чередование аэробных и анаэробных условий. Температурные и, следовательно, климатические ограничения для применения струйных и дисковых биофильтров весьма существенны. Сооружения применяются в теплых регионах либо устанавливаются в помещениях.

Простые системы с невысокой скоростью процесса очистки, конечно, не могут решить проблем городов с большим населением и крупных промышленных предприятий, особенно в регионах с умеренным и холодным климатом, где необходимо применение гораздо более эффективных систем обработки сточных вод.