Биологическая очистка сточных вод

Механизм процесса

Для улучшения качества сточных вод используется два метода: аэробная и анаэробная биологическая очистка. В первом случае процесс протекает с помощью кислорода, во втором – без него.

Важно. В каждом очистном сооружении формируется специфический биоценоз (совокупность живых организмов, способных переработать загрязнения).. Механизм очистки зависит от выбранного метода и биоценоза

Механизм очистки зависит от выбранного метода и биоценоза.

Технологическая схема аэробной чистки

Агентом выступает биопленка или активный ил.

Это совокупность бактерий, грибов, простейших, представителей микрофауны того или иного рода/группы с заданными характеристиками.

Классическая схема аэробной очистки выглядит так:

1. Сточные воды попадают в анаэробную зону аэротенка-вторичного отстойника. Там они перемешиваются с активным илом.
2. В установку нагнетается кислород, при необходимости вводятся компоненты, способствующие переработке.
3. Происходит два биохимических процесса: окисление органического углерода и нитрификация.
4. Осуществляется один или несколько рециклов: воды снова перемешиваются с активным илом и обогащаются кислородом.
5. Переработанные стоки отстаиваются – происходит гравитационное разделение иловой смеси.
6. Избыточный активный ил поступает на переработку, а часть массы возвращается на исходную позицию.
7. Очищенные воды поступают на доочистку или спускаются в водоем.

Этапы очистки отличаются в разных системах, но суть метода остается той же.

Анаэробной

Этот метод применяется, когда в сточных водах большое количество органических загрязнений, твердых осадков и активного ила. В ходе метаногенеза (так называется процесс анаэробной очистки) загрязнения конвертируются в биогаз, который состоит из метана и углекислого газа.

Технологическая схема классической анаэробной очистки:

• Сточные воды попадают в отсек, где происходит метановое брожение. После взаимодействия анаэробных бактерий с загрязнениями образуется метан, углекислый газ, сероводород. Эти газы утилизируются.

Сброженный осадок поступает в следующий отсек, где происходит обезвоживание ила в центрифуге. Затем очищенная вода спускается в водоем.
Обезвоженный ил поступает в барабанную сушилку. Выделившуюся воду утилизируют.
Сухой ил обеззараживается и становится материалом для компостирования.

Как происходит очистка городских сточных вод?

Классическая схема очистки хозяйственно-бытовых сточных вод включает несколько этапов.

1. Механическая очистка городских сточных вод.

Первичная обработка стоков, поступающих по канализационной системе, производится в блоке механической очистки. Здесь происходит удаление загрязнений, главным образом находящихся в нерастворённом и частично коллоидном состоянии.

Первоначально из сточных вод извлекается твёрдый мусор, представленный такими загрязнениями, как тряпки, бумага, остатки овощей, фруктов и других включений. Эти отходы задерживаются решётками (ситами, процеживателями) и направляются в решётки-дробилки.

Частицы минерального происхождения, удельный вес которых выше удельной массы сточной воды, осаждаются в песколовках. Они направляются в виде песчаной пульпы на специальные площадки для обезвоживания перед дальнейшей утилизацией.

Крупнодисперсные органические загрязнения извлекаются из сточных вод с помощью первичных отстойников, при этом тяжёлые фракции оседают на дно, а лёгкие (жиры и нефтепродукты) всплывают на поверхность. Иногда для повышения эффекта осветления перед отстойниками устанавливают преаэраторы.

1. Биологическая очистка городских сточных вод.

Метод основан на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, с помощью которых находящиеся в сточных водах в растворённом или коллоидном состоянии органические вещества разлагаются и удаляются.

По принципу работы биологические очистные сооружения можно разделить на два типа:

• удаление загрязнений происходит в условиях, максимально приближенных к естественным (биологические пруды, поля фильтрации). Сточные воды очищаются в них малоэффективно, так как используется запас кислорода, присутствующий в воде;
• обработка сточных вод осуществляется искусственно в специальных резервуарах (аэротенках, биологических фильтрах, MBBR-реакторах и т. д.). В данных сооружениях создаются особые условия, при которых очистка происходит довольно интенсивно. В искусственных очистных сооружениях за счет чередования анаэробных и аэробных зон возможно удаление из сточных вод не только органических соединений, но и таких элементов, как фосфаты, нитраты и нитриты.

1. Доочистка сточных вод.

Применяется для финишной доочистки стоков до норм сброса в водоем рыбохозяйственного назначения. Здесь часто задействуются многослойные песчаные фильтры, контактные осветлители, фильтры с полимерной загрузкой, сорбционные фильтры.

1. Обеззараживание.

Выполняется с целью приведения бактериологических показателей сточных вод в соответствие с санитарными нормами. Для дезинфекции используются сильные окислители и их производные (хлор, озон), а также методы специальной обработки (облучение ультрафиолетом, кавитация).

1. Обезвоживание осадка.

В процессе очистки городских сточных вод образуется большое количество осадка. С целью обработки и снижения объема осадка применяется следующее оборудование:

• стабилизаторы осадка;
• осветлители-перегниватели;
• метантенки;
• вакуумные фильтры;
• фильтр-прессы;
• центрифуги;
• шнековые обезвоживатели и пр.

Аэробный способ

Аэробное очищение сточных вод происходит при участии бактерий и кислорода. В результате такой деятельности выделяется:

• вода;
• углекислый газ;
• тепловая энергия.

Это приводит к увеличению активного ила, который формируется из колоний микроорганизмов.

Аэробный процесс очищения включает несколько этапов:

1. Фильтрация воды от твердых частиц.
2. Окисление органики. В итоге образуется активный ил – осадок, состоящий из колоний бактерий. Он поступает в отдельный отсек.
3. Переработка и обеззараживание полученного осадка.

Процесс очищения происходит в биореакторе. Это емкость, изготовленная из пластика, бетона или металла. На дне биореактора располагаются сита, в которых находятся сами микроорганизмы.

Доступ к кислороду обеспечивают аэраторы – перфорированные трубы. Когда по ним проходит воздух, сточные воды насыщаются кислородом.

Важно! Активный ил, полученный аэробным путем, нуждается в утилизации.

В процессе жизнедеятельности бактерий происходит выброс тепловой энергии. В итоге повышается температура всей системы. Это может привести к гибели микроорганизмов.

Для контроля над микроклиматом обязательно устанавливают датчики и систему управления. Существенные затраты электроэнергии идут на поддержание работы воздуходувок.

Особенности аэробных устройств:

• удаление свыше 99% ХПК;
• 1 кг загрязнений дает 0,4 кг активного ила;
• не образуется биогаз;
• для ликвидации 1 кг загрязнений потребление электричества составит 5 кВтч.

Эффективность аэробных методов снижается под воздействием ряда факторов:

• наличие токсичных веществ и солей тяжелых металлов;
• работа с загрязнениями, которые долго окисляются;
• большие габариты;
• высокая концентрация активных веществ, замедляющих деятельность микроорганизмов;
• температура, выходящая за пределы 20-30 градусов;
• нарушение кислотно-щелочного баланса, который установлен для каждого вида бактерий.

Указанные факторы угнетают деятельность микроорганизмов или приводят к их полной гибели. Поэтому при выборе аэробного метода обязательно учитывают, какие компоненты содержатся в сточных водах.

Аэробный метод обеспечивает повышенное качества обработки. После очищения разрешено сбрасывать водную массу в реки и водоемы.

Для строительства аэробных конструкций нужно больше свободного пространства и значительные вложения.

Обзор физических методов

Грязная вода может содержать песок, ил, глину и другие частицы, встречающиеся в природных источниках. На этапе механической очистки суть заключается в том, чтобы избавиться от нерастворимых примесей. Очищение может включать несколько этапов. Это достаточно распространенные и простые методы – отстаивание, процеживание с помощью специальных мембранных пластин и другие техники.

Фильтрация

Существуют различные материалы, которые могут задерживать твердые частицы, но свободно пропускать воду. Их используют для создания фильтров. Наиболее распространены следующие варианты:

• песок;
• гравий;
• антрацит;
• кварцевый песок.

Также в качестве фильтра может применяться полупроницаемая перегородка с небольшими отверстиями, размер которых меньше, чем у твердых частиц, которые необходимо отделить.

Седиментация

Под действием гравитации и центробежной силы более тяжелые включения, присутствующие в толще воды, могут оседать. Чтобы произвести разделение, используют специальную установку для седиментации или осаждения. В этом случае в основе лежит применение физических сил, но аналогичный метод очистки может происходить и химическим путем, если в воду добавить необходимые реагенты.

Обратный осмос

Процедура выполняется при помощи специальной установки, где вода под давлением проходит через специальную мембрану. Этот метод позволяет удалять даже мелкие частицы, включая сульфаты и нитраты, соли жесткости, красители, и получать стерильную жидкость. Обратный осмос используют в промышленных и медицинских целях. Для этого применяются механизмы, способные обрабатывать воду в больших количествах. Их конструкция включает:

• насос высокого давления;
• фильтр для тонкой очистки;
• систему реагентной подготовки;
• фильтрующие модули;
• датчики контроля и управляющие элементы.

Существуют и бытовые приборы, которые могут осуществлять обратный осмос. Такие механизмы имеют более простое устройство и обладают компактными размерами, поэтому их можно установить в квартире. Некоторые люди считают этот метод очистки спорным, поскольку в процессе вода лишается не только вредных примесей, но и полезных микроэлементов.

Дистилляция

Метод предполагает термическое опреснение жидкости или выпаривание. Под воздействием температуры вода переходит в другое агрегатное состояние – пар, что позволяет отделить различные примеси. Дистилляция осуществляется с помощью специальных установок, которые имеют два теплообменника и трубопроводы с запорной арматурой.

Дистиллированная вода пригодна для питья, однако основная сфера ее применения – это химическая промышленность. В лабораториях такую жидкость используют для приготовления различных растворов, проведения анализов, также в ней ополаскивают пробирки и другую посуду, чтобы исключить наличие случайных примесей. Поскольку эта вода лишена полезных микроэлементов, при пищевом использовании рекомендуется добавлять соли кальция и магния, особенно если другие источники этих веществ отсутствуют.

Плюсы и минусы

Преимущества биологической очистки:

• Малое количество отходов. После переработки образуются вещества (углекислый газ, вода), которые легко утилизируются. Если при очистке выделяется метан, его используют для получения тепловой энергии. Переработанный ил – хорошее удобрение.
• Системы для биологической очистки работают автономно. Для их обслуживания не нужно вводить реагенты, а с контролем процесса справится 1 человек.
• Стоимость реализации биотехнологий ниже, чем на другие способы очистки воды.
• Естественные реакции создают экологически чистый цикл природного использования.

Биологическая очистка сточных вод не лишена недостатков.

Главные минусы метода:

• Сложность сохранения постоянного количества биомассы бактерий. Если их будет меньше нормы, сточные воды не очистятся полностью.
• В постройку очистных сооружений нужно вложить много денег. Но со временем затраты окупаются.
• Технологический режим очистки должен строго соблюдаться. При нарушениях эффективность метода значительно снижается.
• Не все органические соединения подлежат переработке. Если в сточных водах есть токсические соединения, их нужно удалить, иначе биомасса погибнет.

Принцип работы

Принцип работы станций очистки стоков основан на разложении загрязнителей с помощью микроорганизмов, которые активны при наличии в жидкости кислорода.

Наиболее совершенными системами являются станции глубокой биологической очистки. Стоки, прошедшие через ГБО, пригодны для повторного использования, сброса в грунт или водоём. Не требуют дополнительных устройств для доочистки.

Сама система состоит из модулей (камер), в которых происходит поэтапная нейтрализация загрязняющих веществ. Также есть насосы, выполняющие функцию перемещения стоков из одной камеры в другую и компрессор, обогащающий жидкость кислородом.

Основные этапы ГБО происходят следующим образом:

1. По канализационным сетям стоки попадают в первую камеру. Он работает по принципу отстойника – вещества с более высокой плотностью выпадают в осадок, с более низкой – образуют плёнку на поверхности воды.
2. С помощью насосов жидкость перемещается в очередной отсек. Здесь находятся бактерии, жизнедеятельность которых поддерживает компрессор. Микроорганизмы (активный ил) разлагают загрязняющие вещества.
3. В следующей камере ил отделяется от жидкости, а затем поступает в сборный отсек – илонакопитель. Чистая вода откачивается в дренажный колодец.

Это лишь базовые этапы очистки стоков. В зависимости от модели в станциях могут быть присутствовать такие звенья, как:

• песколовка — кроме отстаивания, здесь взвешенные вещества удаляются за счёт центробежных сил;
• обезвоживатель — уменьшает количество воды в накопленных загрязняющих веществах;
• механическая решётка — собирает крупный мусор на начальном этапе очистки;
• УФ-обеззараживатель — уничтожает микроорганизмы с помощью ультрафиолетового излучения;
• сорбционные фильтры — доочистка: устраняет излишки хлора и специфические загрязнители.

Работа СБО на примере системы серии БИО-Б-П

Данная система рассчитана на очистку стоков при постоянном проживании не более 345 человек. За 1 с через систему проходит 100 м3 стоков. Эффективность очистки в зависимости от вида загрязнителей 97–99,3%.

Базовая комплектация БИО-Б-П состоит из:

• КНС (канализационно-насосной системы);
• песколовки;
• УФ-обеззараживателя;
• илонакопителя;
• системы биологической очистки;
• компрессора;
• обезвоживателя.

Процесс следующий:

1. По входящим патрубкам жидкость попадает в отсек, где задерживается крупный мусор.
2. Вода собирается в ёмкость, где  в дальнейшем она подаётся на очистку порционно (работает КНС).
3. Стоки попадают в песколовку, а после в блок биологической очистки.
4. Лишний ил с загрязнителями  переходит в сборный блок — илонакопитель, а затем в обезвоживатель.
5. Вода после биологической очистки переходит в отсек УФ-обеззараживания.
6. По выходному патрубку очищенные стоки удаляются из системы в место назначения (колодец, водоём и т.д.).

За счёт чего происходит биологическая очистка бытовых вод?

Ну, может быть, не «чего», а «кого»?.. В общем, в основном, за счёт  бактерий, микроорганизмов живущих, размножающихся и питающихся внутри канализации. Жизнедеятельность этих бактерий образует такие «вещи», как активный ил и биоплёнка.

Что такое активный ил и биоплёнка?

Активный ил – это микроорганизмы, образующие группы – колонии. Происходят такие образования так: клетки соединяются друг с другом, образуют вокруг себя общую желеобразную оболочку, которая проницаема для воды, питательных веществ и удерживает клетки вместе. Эти колонии – активный ил – свободно плавают в толще воды.

Биоплёнка – это тоже колония микроорганизмов. Но, в отличие от активного ила, биоплёнка не просто свободно плавает в толще стоков, а прикрепляется к какой-нибудь поверхности. Или плавает на поверхности воды в канализации.

Основные химические методы

Существует реагентный способ очистки, который активно используется в различных сферах. Он предполагает добавление определенных веществ, вступающих в реакцию с имеющимися примесями и помогающими очистить мутную воду от загрязнений.

Все процессы, где задействована химия, можно условно разделить на 3 большие группы:

• нейтрализация;
• окисление;
• восстановление.

Также современные технологии позволяют использовать синтез-методы, подразумевающие сочетание химических реакций внутри раствора и дополнительного физического воздействия. К таким относится ионообменный способ, сорбция, термическая обработка, электродиализ и другие. Ниже перечислены несколько наиболее популярных методик этой категории, с помощью которых можно очистить загрязненную воду.

Флокуляция

Является разновидностью коагуляции – данный процесс подразумевает слипание мелких частиц в более крупные образования, которые можно быстро удалить. Для подобной очистки применяются специальные реагенты, чаще всего это синтетические полимерные материалы. Они способствуют образованию связующих мостиков между частицами, после чего крупные хлопья могут оседать на дне емкости или всплывать на поверхности однородным слоем.

Ионный обмен

Обычно этот метод используют для изъятия солей жесткости, то есть с целью повышения качества и умягчения воды. Во время очистки происходит обмен ионами между жидкостью и специальным материалом – ионитом. Он может иметь природное происхождение, но в настоящее время в промышленности чаще используют искусственные смолы, которые по своим качествам превосходят натуральные аналоги.

Иониты делятся на 2 типа – катиониты и аниониты, в зависимости от заряда. Процесс обмена может протекать с разной скоростью, на что влияют определенные факторы:

• температура;
• концентрация раствора;
• размеры используемых зерен ионита.

Хлорирование

Использование хлористых окислителей позволяет обеззараживать воду. Во время реакции нейтрализуются токсичные соединения и погибают вредные микроорганизмы. Для обработки применяется газообразный хлор, а также его соединения с калием, натрием, кислородом, кальцием.

Процедура обладает пролонгированным действием и позволяет защитить воду от вторичного загрязнения, если она перемещается по старым и изношенным трубопроводам.

У подобной обработки есть и существенные минусы. В некоторых случаях могут происходить нежелательные реакции, после которых образовываются токсичные соединения. Кроме того, по своей природе хлор – ядовитое вещество, поэтому необходимо тщательно рассчитывать дозировку. С учетом этого некоторые предприятия переходят на озонирование. Озон не токсичен и при эксплуатации не образует опасных соединений, однако его сложно получать в достаточных количествах для промышленного применения.

Использование электромагнитного излучения

Чаще всего в целях очистки применяют ультрафиолет. Это один из видов электромагнитного излучения, соответственно, в процессе не требуются химические реагенты, нагрев или охлаждение. Воду облучают с помощью специального прибора, под действием УФ-лучей погибают вредные микроорганизмы, опасные вирусы и грибки. Эффективность воздействия зависит от длины излучаемых волн и времени воздействия.

Применение ультрафиолета – оптимальный вариант в комплексе с другими проверенными методами. Необходимо предварительно провести фильтрацию от твердых примесей, солей жесткости, тяжелых металлов. Также лучи не смогут проникнуть сквозь мутную жидкость и цветущую воду, поэтому при сильных загрязнениях лучше использовать другие способы. Ультрафиолет не обеспечивает пролонгированного действия, поэтому при транспортировке и неправильном хранении возможно повторное заражение.

Способы и устройства

Биологическая очистка стоков делится на 2 основные разновидности:

1. Естественная. Не используется в качестве основной очистки, а служит скорее дополнительным процессом. В основе естественного преобразования стоков лежит принцип природного удаления или переработки вредных микроорганизмов растительной средой или почвой.
2. Искусственная. Данная разновидность очистки делится на 2 подвида:
   • Аэробная. В аэробных системах применяют бактерии, жизнедеятельность которых возможна только в кислородной среде.
   • Анаэробная. Способ очистки противоположный аэробному – в резервуары помещаются бактерии, для работы которых не требуется избыток кислорода.

При аэробной очистке используются бактерии вместе с небольшим количеством твёрдых неорганических веществ.

Данная смесь получила название «активный ил». Имеет не слишком плотную структуру и тёмно-коричневый цвет.

Последствиями аэробной очистки являются твёрдые вещества, а после анаэробного воздействия остаётся метан.

Важно! Метан, как и очищенные сточные воды, можно использовать в промышленных или сельскохозяйственных целях.

Рассмотрим более подробно каждый из методов биологической очистки сточных вод.

Биофильтры

В современных биофильтрах используется исключительно аэробная среда. В промышленных масштабах биофильтры представляют собой круглые бассейны больших диаметров. Помимо «активного ила» используется дренажный фильтр – слой шлака или гальки, толщиной от 2 до 5 см.

Последовательность очистки сточных вод в биофильтре:

1. Стоки подаются в бассейн под напором и проходят первичную степень очистки – слой дренажа. Крупные частицы загрязняющих веществ остаются в шлаке или гальке, более мелкие – отстаиваются в открытом резервуаре.
2. После прохождения первой степени очистки, в сточные воды добавляют бактерии – аэробы. Биофильтры имеют открытую конструкцию, поэтому начинается реакция поглощения аэробами загрязняющих веществ.
3. После окончания реакции, на поверхности стоков остаётся тонкая плёнка, которую смывают под напором воды. Остаётся только очищенная техническая жидкость.

Биопруды

Биопруды отличаются от биофильтров уникальностью бактериальной среды – в них может использоваться как анаэробная, так и аэробная среда.

После очистки остается природный ил, который можно использовать в качестве удобрения или кормовой базы.

Чаще всего используют пруды-смесители – конструкции, в которых могут одновременно протекать как анаэробные, так и аэробные процессы. При этом процессы не пересекаются и протекают параллельно.

Метатенки

Данные конструкции созданы исключительно для полной переработки осадка, который возникает после процесса жизнедеятельности анаэробных или аэробных бактерий.

В основе конструкции метантенков преобладают 2 формы:

• цилиндрическая.
• прямоугольная.

Принцип действия:

1. По трубопроводу в метантенк поступает осадок.
2. Запускается специальная система подогрева, ускоряющая процесс разложения элементов. Основным элементом системы служит радиатор, через который проходит пар или жидкость.
3. Жиры и белки, находящиеся в осадке, раскладываются на метан и углекислый газ, которые по другому трубопроводу поступают наружу.
4. Вещества, которые не поддаются полной переработке, высушивают и используют в качестве удобрений.

Фильтрационные или дренажные поля

В основе принципа действия данного сооружения – очистка стоков путём пропускания их через дренажный слой. Основное требование для установки дренажного поля – достаточный уровень грунтовых вод, не менее 1.5 м.

Интересно! Фильтрационные поля могут быть различной формы: от классического параллельного расположения траншей, до уникальной «змейки» или «ёлочки».

Все трубы очистной системы располагаются в одном большом котловане дренажного поля – это основное отличие данной конструкции от фильтрующих траншей.

Каждое дренажное поле имеет несколько очистных отсеков:

• В первом происходит грубое разделение стоков и твёрдых загрязняющих веществ.
• Во втором отсеке на частично очищенную жидкость воздействуют анаэробные бактерии.
• В последнем отсеке переработанный бактериями ил оседает на дно и со временем удаляется.

Аэротенки

Аэротенки по своей конструкции и принципу действия очень похожи на биопруды. В них также происходит смешивание бактериальной среды со стоками, но не природным путём, а под действием аэраторных систем, которые нагнетают большое количество кислорода в резервуары.

Аэротенки – это системы с высоким КПД. Для их непрерывной деятельности необходима постоянная работа аэраторной системы.

Среднее количество кислорода в системе не должно находится ниже отметки 0,5 мг/дм³, а показатель 0,2 мг/дм³ уже считается критическим.

Виды очистных сооружений

Очистное сооружение представляет собой резервуар, который в зависимости от нужд может быть разного объёма.

Станции биологической очистки различаются по:

• степени очистки;
• материалу изготовления корпуса;
• расположению;
• по виду ориентации корпуса;
• энергозависимости и т.д.

Существуют разновидности очистных сооружений, которые являются лишь альтернативой отстойным ямам – накопительные системы.

В них 1 фильтр или его вовсе нет, они выполняют функцию сбора жидкости и консервации неприятных запахов.

Принцип работы основан на отстаивании взвешенных веществ и малоэффективной фильтрации.

На выходе из таких устройств жидкость очищается не более, чем на 40%. Вода не пригодна для повторного использования и отвода в грунт. Для более тщательной очистки необходимы дополнительные сооружения. Такие воды удаляются из участка с помощью ассенизаторской машины.

Другой тип очистных сооружений – камерные системы. В них может быть от 1 до 5 фильтров. Принцип работы основан на биологической очистке стоков за счёт жизнедеятельности микроорганизмов.

Корпус изготавливается из различных материалов:

• пластика;
• стали;
• стеклопластика;
• бетона и т.д.

Чаще всего встречаются автономные канализации с резервуаром, выполненным из стеклопластика.

Широкое распространение данного материала связано с тем, что он лёгкий, долговечный и герметичный.

По расположению очистительные системы могут быть:

1. подземные (углубляется под землю);
2. надземные (резервуар остаётся на земле).

По ориентации корпуса автономное канализационное оборудование может быть:

• вертикальным;
• горизонтальным.

Принадлежность к тому или иному виду можно определить визуально.

Среди локальных очистных сооружений (ЛОС) есть:

1. энергозависимые;
2. энергонезависимые.

Для работы энергозависимых систем необходимы дополнительные источники энергии – подключение к электросетям. В случае с энергонезависимыми, здесь стоки передвигаются самотёком, их работа не обуславливает наличие каких-либо ресурсов.

В продаже можно найти септики, предназначенные для помещений, в которых проживает от 1 до 350 человек.

Некоторые устройства могут быть использованы только в определённых условиях:

• при отсутствии вблизи водоёма или скважины;
• конкретном уровне грунтовых вод;
• указанном типе почв и расстоянии от жилого дома.

Современные технологии очищения

В современных системах водоподготовки приведенные методы используются в комплексе.

Ярким примером служат многоступенчатые бытовые фильтры с механическими предфильтрами, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полноценную подготовку питьевой воды вне зависимости от ее исходных параметров.

К инновационным тенденциям в сфере водоподготовки относят:

• Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисление жидким кислородом) и/или УФ-обработки.
• Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
• Вывод взвесей и растворенных органических примесей с помощью электроприборов фотокатализации.

При всех своих преимуществах такие технологии нельзя назвать бюджетными, соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы обходятся дорого и в быту не окупаются.

Проверенные новые методы (ионообмен, обратный осмос, многоступенчатое исполнение фильтра), наоборот, становятся более доступными для частных лиц.

Принцип работы

Функционирование аэротенков основано на очистке стоков за счёт жизненных процессов активного ила. Активный ил представляет собой совокупность живых организмов – простейших, бактерий, водорослей, многоклеточных и т.д.

Видовой состав биоценоза устройств определяется в зависимости от:

• окружающей среды;
• типа и доли различных загрязнителей в жидкости.

Если смотреть невооружённым глазом, активный ил – это частицы, размером 2-3 мм.

Процесс окисления загрязнителей происходит в кислородосодержащей среде.

Поэтому в аэротенках предусмотрены специальные устройства – аэраторы, которые взбалтывают и обогащают жидкость кислородом.

Аэраторы могут быть:

• механические (воздух поступает за счёт работы мешалки-аэратора);
• пневматические (кислород подаётся под давлением);
• пневмомеханические (комбинированный тип).

Суть процесса заключается в том, что активный ил поглощает органические вещества в стоках. Под воздействием кислорода происходит разложение загрязнителей.

Живые организмы могут использоваться для очистки стоков по одноступенчатой или двухступенчатой схеме.

При одной ступени очистки возобновление ила и осветление воды происходит внутри одного устройства.

Стоки по системе перемещаются в следующем порядке:

1. Использованная вода поступает в первичный отстойник.
2. Частично осветлённая жидкость переходит в резервуар с живыми организмами.
3. Стоки нагоняются во вторичный отстойник. Часть ила возвращается в спецотдел с хлопьями (микроорганизмами).
4. Чистая вода выводится из системы.

Такие аэротенки могут нормально функционировать только при равномерном поступлении стоков в резервуар. Залповый сброс может  снизить эффективность устройства. Увеличение числа микроорганизмов не влияет на работу аэротенка.

Для улучшения работы системы может быть добавлено аэрационное оборудование – регенератор. Время пребывания стоков в системе – 6-12 часов. После вторичного отстаивания жидкость может отправляться на повторную очистку и дезинфекцию.

Очистка в две ступени применяется для промышленных стоков. В цепочке установок также могут присутствовать и регенераторы.

Этапы очистки при двух ступенях:

• стоки по входному патрубку поступают в аэротенк 1;
• оттуда жидкость перетекает во вторичный отстойник 1;
• частично очищенная жидкость переходит в аэротенк 2, ил возвращается обратно в аэротенк 1;
• из аэротенка 2 вода поступает в отстойник 2;
• полностью очищенные стоки покидают систему, избыточный ил переходит в аэротенк 2.

Ниже представлены наглядные изображения схемы двухступенчатой очистки воды аэротенком:

1-я ступень очистки

2-я ступень очистки

Во время двухступенчатой очистки в каждом отделе с живыми организмами сооружения образуется свой биоценоз, нужный именно для этой ступени.

Технология очистки

Технологический регламент очистки сточных вод подразумевает прохождение ими определенных этапов для устранения загрязнений. Схема ликвидации выбросов из промышленных, бытовых и ливневых вод – это много стадий, которые различаются наличием специальных агрегатов, приспособлений, химических и биологических веществ. В качественном процессе очищения сточных вод должны присутствовать дезинвазия, хлорирование, прохождение механических фильтров и другие процедуры.

Механическая

Изначально жидкость от предприятий и бытовых хозяйств поступает в специально предназначенный резервуар основной насосной станции. После этого вода отправляется в цех по механическому очищению. Этот этап позволяет ликвидировать около 75% загрязнений. Процедура осуществляется при помощи специальных приспособлений, которые удаляют крупные частицы мусора и нерастворимые соли. Рассмотрим виды этих приспособлений:

Решетки, сита способны уловить мусор с диметром более 1,6 см. К таким загрязнителям относятся бутылки, куски тканей, пластмасс, продукты. После вылавливания этот мусор вывозят или перерабатывают на месте. Сито представлено поперечными балками из металла с расстоянием несколько сантиметров друг от друга.

Биологическая

Биологический этап очищения стоков может быть представлен как самостоятельный агрегат или же являться частью многоступенчатой системы очищения. Суть биологического очищения заключается в ликвидации разных загрязнителей, а именно: органических элементов, макроэлементов. В этой системе участвуют бактерии и простейшие, питающиеся вредоносными частицами, которые находятся в воде. В процессе своей жизнедеятельности одноклеточные чистят стоки.

Биологическая очистка осуществляется по определенной схеме в несколько этапов:

Аэротенки – это прямоугольные резервуары, в которых происходит перемешивание жидкости и активного ила, что проводит ее эффективную очистку.

Доочистка

После того как сточные воды пройдут все вышеописанные этапы, они считаются освобожденными от загрязнения более чем на 90%. После этого в жидкости все еще присутствует некоторая доля вредных элементов, из-за которых воду нельзя сбросить в природный источник. Для того чтобы исправить ситуацию, были разработаны следующие доочистительные системы – биореакторы. Приспособления для проведения глубокой очистки работают с помощью процесса окисления, которое ликвидирует органические соединения, микроорганизмы, азот аммония. С целью ускорить доочищение жидкости в системах применяют интенсивную аэрацию.

Обеззараживание

Ультрафиолетовые обеззараживатели необходимы для дезинфекции воды и возможности использовать ее в промышленности, быту. На данном этапе обеззараживание происходит при помощи ультрафиолетового облучения, влияния переменного напряжения, ультразвука, гамма-облучения и хлорирования. УФО считается довольно эффективным способом очищения сточных вод, так как благодаря ему уничтожаются практически все вредоносные организмы, бактерии, вирусы, инвазии.

Ликвидация фосфатов проводится при помощи введения в жидкость коагулянтов.

Наилучшие доступные технологии (НДТ)

НДТ – современные технологии, основная задача которых заключается в решении актуальных экологические проблем различных промышленных предприятий. Наилучшие доступные технологии подразумевают значительное снижение внедрения в сточные воды, как опасных веществ, так и тех, которые не разлагаются со временем.

С этой целью может потребоваться:

• отказаться от применения хлора и особо опасных реактивов во время осуществления технологического процесса;
• организовать отдельный сбор и устранение остатков используемых веществ;
• внедрить в производство безопасные для окружающей среды реагенты (вместо химикатов, которые не разлагаются).

Особой эффективностью обладает устранение загрязняющих веществ в зависимости от фазово-дисперсного состава. Для этого предложено отделение твердой фазы сточных вод посредством фильтрации, отделение быстрооседающих частиц в песколовках и гидроциклонах и глубокая очистка от взвешенных веществ посредством мембран.

Интересно. Среди новых технологий особым спросом пользуются радиационная очистка воды и озонирование.

С помощью радиационной методики удается подвергнуть загрязняющие вещества окислению и разложению за короткий промежуток времени. При озонировании не образуются вредные для окружающей среды вещества.