О, не будьте к природе жестоки -очищайте поганые стоки!
(Козьма Прутков)

Все очистные сооружения классифицируются по методу очистки. Существуют следующие методы очистки сточных вод:

1. Механический метод. В настоящее время, этот метод используется как подготовительный, для грубой очистки стоков.

 

2. Электролитический. В установках такого рода, проходит электрический ток, чем вызывает выпадение большинства загрязняющих веществ в осадок. 

 

3. Химический. На различных очистных сооружениях, предназначенных для очистки стоков, используются различные реагенты, которые реагируют с твердыми и жидкими

нечистотами. Вследствие этого эти нечистоты выпадают в осадок. Но у этого метода есть минус - малая эффективность при фильтрации сточных вод.

 

4. Биологический метод, более эффективен, так как дает наилучшие результаты по сравнению с другими, именно биологические процессы, действующие с помощью бактерий используются для минерализации загрязнений.

Установки биологической очистки

Со временем бассейн, в особенности, если он располагается за пределами крытого помещения, теряет свою презентабельность. Вода приобретает непонятный зеленоватый оттенок, мутнеет и нередко даже начинает пахнуть испорченными продуктами, а стенки покрываются слизью. Причина кроется в бактериальном и растительном цветении воды, связанным с чрезмерным размножением водорослей, остановить которое помогут установки биологической очистки.

Неорганические компоненты, содержащиеся в воде и выделяющиеся в ходе разложения мусора, принесенного ветром или человеком, способствуют росту водорослей. Побороть их полностью невозможно, поскольку споры просто всюду. Остается лишь сдерживать их рост, контролируя содержание в воде необходимых им веществ, используя установки биологической очистки.

Установки биологической очистки представляют собой систему, ключевым элементом которой является биологическое сообщество простейших организмов и некоторых грибов. Наличие сложных цепочечных связей внутри установки биологической очистки обеспечивает эффективное удаление различных производных аммиака и органических компонентов даже при условии постоянных перепадов температуры.

Установки биологической очистки охватывают сегмент загрязнителей, не доступный для механических методов. Отпадает необходимость использовать альгициды и другие химические решения для прекращения растительного цветения воды. Установки биологической очистки совершенно безопасны для человека и окружающей среды, посему нередко используются и в промышленных масштабах. Заметным плюсом системы биологической очистки воды можно назвать и минимальные требования по уходу за рабочими элементами.

Умиротворенной жизни в загородном имении или на даче всегда препятствовала проблема организации слива сточных вод. И если с необходимостью мыть посуду и стирать на улице еще можно смириться, то отсутствие ванной и душевой, а главное туалет на улице – проблема куда более печальная.

В случае, когда нет возможности подключиться к местной канализации или сам процесс подключения выльется в немалую сумму, законно и безопасно избавиться от сточных вод поможет индивидуальное очистное сооружение. Конструкция ИОС, как ни печально, остается загадкой не только для рядовых потребителей, но даже для риелторов, полагающих, что это всего-навсего септик или усложненный отстойник. И проблема здесь не в наличии неких технических тонкостей, требующих специального образования, а в самом подходе к проблеме. Кому хочется разбираться в особенностях конструкции, вызывающей ассоциации с детским горшком?

На самом деле проблема обеззараживания сточных вод нетривиальна и требует внимательного комплексного отношения. Поэтапная, как правило, очистка проводится микроорганизмами, разлагающими вредные для окружающей среды химические соединения до простых компонентов. Существует два основных подхода к организации процесса обеззараживания:

  • Фильтрация почвенными микроорганизмами;

  • Очистка в резервуарах промышленного производства, в которых штаммы бактерий и микроорганизмы поселяются на специальных загрузках.

Помните! Сточные воды, образующиеся при пользовании душевой комнатой, туалетом, мытье посуды, стирке и т.д. содержат чрезвычайно опасные для окружающей среды загрязнители. Посему сброс таких вод в специальные канавы или природные овраги должен производиться с учетом законодательно закрепленных санитарных норм. Удаление из стоков менее 95% вредных компонентов подлежит административной и даже уголовной ответственности по статье 250 УК РФ.

установка биологической очистки    

Установка биологической очистки

    

Компания «Поллен ТМ» занимается производством индивидуальных систем очистки стоков «Роса», выполненных из прочного и химически инертного полипропилена. Материал успешно противостоит разрушительному действию активных химических соединений, содержащихся в сточных водах, агрессивность которых приравнена к агрессивности морской среды. Система «Роса» ориентирована на выполнение эффективной биологической очистки стоков (посмотреть прайс-лист)

     Компания «Поллен ТМ» занимается производством индивидуальных систем очистки стоков «Роса», выполненных из прочного и химически инертного полипропилена. Материал успешно противостоит разрушительному действию активных химических соединений, содержащихся в сточных водах, агрессивность которых приравнена к агрессивности морской среды. Система «Роса» ориентирована на выполнение эффективной биологической очистки стоков - прайс-лист.

В основе биологической фильтрации загрязненных вод лежит способность некоторых видов микроорганизмов использовать содержащиеся в отходах компоненты в качестве «пищи». В ходе окисления реактивных химических соединений бактериями и грибками образуются конечные продукты: углекислый газ и вода. Продукты реакции используются для производства новых микроорганизмов с целью адаптации биоценоза к изменяющейся биологической нагрузке.

Биологическая очистка, вообще говоря, представляет собой множество методов, рассчитанных на трансформацию различных соединений азота и фосфора, а также органических компонентов. На заре эпохи популяризации биологической фильтрации как таковой в первую очередь разрабатывались вопросы удаления органики. Органическое загрязнение приводит к ухудшению органолептических показателей водоема, в который производится сброс стоков: цвет, запах, мутность. Кроме того, разложение органики может вызвать нарушение кислородного баланса и, как следствие, гибель растений и живых организмов.

В последствие ученые признали необходимость проведения нитрификации для разложения азота аммонийного, являющего сильнодействующими ядом для представителей морской фауны, способствующего также интенсивному зарастанию водоема. Помимо этого, автотрофные организмы расходуют растворенный в воде кислород для окисления азота аммонийного, что опять же негативно сказывается на кислородном балансе.

Ужесточение санитарных норм стимулировало развитие отрасли биологической очистки воды, появились новые более эффективные методы. И сегодня фильтрация может проводиться как в присутствии кислорода или в так называемых аэробных условиях, так и при его отсутствии, т.е. в анаэробной среде. Методы последней группы, как правило, используются для очистки промышленных стоков, характеризующихся высокой степень загрязненности, и сбраживания твердого осадка. Аэробная очистка сточных вод в загородном секторе чаще всего принимает форму систем с активным илом и биологических фильтров, в которых реализованы следующие процессы:

  • Аэробная и анаэробная трансформация органических компонентов;

  • Удаление соединений азота и фосфора.

Аэробная трансформация органических компонентов

 

В большинстве своем микроорганизмы обеспечивают разложение или деструкцию, выражаясь научным языком, органических соединений посредством их окисления. Потребляя кислород, они получают простейшие соединения, которые используют для размножения. В результате трансформации органики образуются, как мы уже говорили ранее, вода и углекислый газ (рис.1 )

По мере удаления воды из системы микроорганизмы формируют «избыточный активный ил», требующий специальной обработки. В случае различных биофильтров и аэротенков, т.е. относительно простых устройства биологической очистки, эффективность системы может быть определена из соотношения БПК/N/З, которое для установки «Роса» при округлении принимает вид 100/5/1.

 

 

Микроорганизмыы

 

Органические вещества

+ кислород

+ биогенные элементы

 

Диоксид углерода

+ вода

 

Новые микроорганизмы

 

 Рис. 1. Аэробная деструкция органических соединений.

 

 

Анаэробная трансформация органических компонентов

Разрушение органики, когда речь идет о сильно загрязненных водах, характерных для промышленных объектов, проводится без участия кислорода и нитратов. В трансформации участвуют микроорганизмы, разлагающие органические компоненты до метана, отличительной чертой которого является выделение большого количества тепла при горении. Теплотворная способность метана может быть использована в хозяйственных целях, в том числе для поддержания нормальной работы объекта, что положительно сказывается на экономических затратах на обслуживание системы.

Трансформация органики является поэтапным процессом:

· Ферментативный гидролиз, который происходит за пределами бактериальной клетки;

· Образование жирных кислот и производство метана внутри бактерии.

Как показывает практика, заключительная часть, т.е. производство горючего метана, наиболее требовательна к условиям среды. Отсутствие газа говорит о том, что в метантенке скапливаются органические кислоты, обеспечивающие снижение кислотности среды, ингибирующее производство метана. Проблема решается путем добавления в систему извести для нейтрализации кислот (рис.2 ).

 

Органические
вещества

 

гидролиз

Легкоокисляемые
органические вещества


Кислотообразующие бактерии

Жирные кислоты
 + водород


Метанобразующие бактерии

 

Метан
 + диоксид углерода

Рис.2. Механизм анаэробной деструкции органических соединений.

 

Необходимо заметить, что хотя трансформация органики в анаэробных условиях может проводиться многими видами микроорганизмов, выделяемой энергии на поддержание необходимых условий среды, как правило, недостаточно. Однако для эффективной очистки требуется:

  • Стабильно высокая температура;

  • Постоянная биологическая нагрузка;

  • Высокий возраст ила.

В промышленных условиях необходимый возраст ила достигается путем фильтрования иловой смеси на загрузке грубого типа с обязательным возвратом биологической массы в метантенк.

Удаление соединений азота

В стоках порядка 60-70% азота хранится в виде аммонийного соединения, хотя для сельскохозяйственных стоков, к примеру, характерна большая концентрация нитратов. Основные соединения азота, содержащиеся в сточных водах, и методы их удаления представлены на рис.3.

Аммонификация

Нитрификация

Денитрификация

Азот в органических соединениях

Азот аммонийный

Нитраты

Молекулярный азот

Ассимиляция

 

 

 

 

             

Рис.3. Трансформация азотсодержащих соединений.

 

Трансформация азота начинается с выделения из органики ионов аммонийного соединения при участии ферментов. В ходе аммонификации часть азота расходуется на размножение микроорганизмов, участвующих в биологической очистке стоков. И при достаточном возрасте ила, а также при условии стабильно высокой температуры происходит наращивание биологической массы. Нитрифицирующие бактерии обеспечивают разложение азота аммонийного сперва до нитритов (вид Nitrosomonas), а после до относительно безвредных нитратов (вид Nitrobacter). Нитраты являются активным биогенным элементом, стимулирующим зарастание водоемов и приводящим к снижению кислотности.

Нитрификация


Двухступенчатый процесс нитрификации протекает только при наличии кислорода, поскольку обеспечивается в большинстве своем облигатными аэробными бактериями или, проще говоря, автотрофами. Микроорганизмы этого класса питаются за счет окислительно-восстановительных реакций, для которых, как Вы понимаете, требуется кислород. Углерод они, надо сказать, также получают из неорганических соединений.

В активном иле присутствует всего 1-2% бактерий-нитрификаторов. Реакция окисления азота аммонийного может быть записана следующим образом:

ФОРМУЛА

Как видно, для окисления одного атома азота требуется 4 атома кислорода, т.е. в 4,6 раза больше в весовом эквиваленте. В ходе нитрификации выделяются положительно заряженные ионы водорода (0,14 эквивалента на 14 грамм азота), которые в щелочной среде приводят к заметному снижению уровня pH. Рекомендуемая же кислотность для процесса нитрификации находится в диапазоне pH 7-9, т.е. речь идет о щелочной среде. Чтобы продукты реакции не ингибировали процесс разложения азота аммонийного, в рабочую среду дополнительно вводится известь.

Нитрификация отличается низким энергетическим коэффициентом, что накладывает определенные требования на условия проведения процесса. Необходимо поддерживать высокий возраст ила, который рассчитывается как отношение массы ила, находящегося именно в кислородной среде, к скорости его удаления. Очевидно, что концентрация растворенного кислорода в данном случае определяет скорость процесса разложения азота аммонийного:

Скорость реакции = макс. скорость х (конц.О2)/(Кs+О2)

Необходимо заметить, что Ks нитрификации находится на уровне 0,5 мг/л, что с учетом представленной формулы говорит о нецелесообразности повышения концентрации кислорода выше 2 мг/л. Прироста производительности ожидать не приходится, однако стоимость обслуживания такой установки возрастает в разы.

Наконец, удельная скорость развития бактерий-нитрифакторов определяется температурой среды, а также ее стабильностью.

Денитрификация      

Образующиеся в ходе денитрификации нитраты обеспечивают окисление органики с многоступенчатым восстановлением до молекулярного азота (N2), который удаляется в атмосферу в ходе процесса аэрирования. Денитрификация сходна с описанной выше деструкцией органических компонентов, однако в данном случае процесс проходит в бескислородной среде или при малой концентрации О2, поскольку в качестве окислителя выступают нитраты. Заметим, что  энергетический выход в данном случае меньше из-за замены окислителя на менее активный, посему аэробные процессы разложения органических компонентов предпочтительнее.

В ходе денитрификации нитратный азот снова превращается в нитритный (NO2), а затем трансформируется в закись азота (N2O), которая разлагается до молекулярного азота. При деструкции органики с применением в качестве окислителя нитратов несколько повышается pH среды. Выделяющаяся при денитрификации щелочь нейтрализует половину кислоты, полученной в ходе нитрификации.

Денитрификация проводится гетеротрофными микроорганизмами, присутствующими в стоках: гетеротрофы получают углерод из органических соединений. Соответственно, скорость процесса определяется не только температурным режимом, влияющим на рост денитрифицирующих бактерий, но и применением того или иного органического соединения. Легко окисляемые источники углерода способствуют заметному повышению скорости денитрификации. К примеру, введение в среду метанола и ацетата увеличивает производительность системы очистки по сравнению с процессами, в которых практикуется получение углерода из органических компонентов, находящихся в самих сточных вод или из  бактериальных клеток. В последнем случае скорость реакции и вовсе ограничивается скоростью гидролиза внутри бактерии, посему говорить о высокой производительности не приходится.

Эффективность удаления азота зависит также от концентрации органических компонентов. Низкий выход азота может быть получен только при соотношении БПК/Общий азот 3,5-4/1 на входе. Важно помнить, что различные виды предварительной обработки, в частности, отстаивание, приводят к уменьшению указанного соотношения. В этом случае нередко требуется проводить искусственное повышение концентрации общего углерода посредством ввода в систему органических соединений.

Выбор источника дополнительного углерода проводится с учетом экономической выгоды и конструктивных особенностей системы очистки стоков, определяющих также возможность контроля над процессом.  

 Удаление фосфора

Фосфор, как и азот, способствует интенсивному зарастанию водоемов, в которые производится сброс сточных вод. В стоках фосфор находится в связанном виде:

  • · Ортофосфаты;

  • · В составе органических компонентов;

  • · Полифосфаты.

В ходе очистки последние две группы фосфорсодержащих компонентов стоков трансформируются в ортофосфаты. Надо сказать, что фосфор, в отличие от азота, не может быть выведен из системы лишь с активным илом, посему задача сводится к накоплению фосфора внутри бактериальных клеток. При этом окончательная очистка производится вместе с удаление избытка биомассы. Альтернативный подход заключается в связывании фосфора при помощи специальных реагентов в нерастворимые соединения, которые впоследствии выводятся из системы. Однако в данном случае образуется больше осадка, посему «чистая» биологическая фильтрация считается более перспективным направлением.

Порядка 20-35% фосфора из непромышленных сточных вод удаляется при его использовании бактериями для роста. При большой фосфорной нагрузке на систему очистки возможно параллельное использование означенных методов. Кроме того, для повышения эффективности в процесс включается этап смешивания стоков и активным илом в бескислородной среде, что способствует росту количества фосфороаккумулирующих бактерий. Эти так называемые био-Р бактерии в кислородной среде не в состоянии конкурировать с другими адсорбирующими видами. Зато они входят в маленький список видов, способных в отсутствии кислорода и нитратов, также являющихся окислителями, изымать органические компоненты. Необходимую энергию они получают в результате разложения или просто выброса накопленных ранее соединений фосфора.

После прохождения аноксичной и аэробной фазы биофильтрации бактерии способствуют деструкции адсорбированной органики с одновременным изъятием фосфора и восстановлением высокоэнергетических фосфатов. В результате количество фосфорсодержащих соединений в избыточном иле может быть повышено с 1-1,5% до 3-3,5% в зависимости от исходного отношения БПК/Р. Если означенное соотношение меньше 25, требуется ввод дополнительных реагентов, чтобы очищенные воды отвечали принятым санитарным нормам по содержанию в них фосфора.

 Надо сказать, что большое значение также играет скорость обезвоживания ила. В присутствии воды возможен обратный процесс выделения фосфорсодержащих соединений. В конечном счете, при соблюдении всех технологических требований благодаря продуцированию высокоэнергетических соединений удается удалить из воды до 90% фосфора.