Методы и сооружения биологической очистки
Естественные методы: почвенная очистка на полях фильтрации (орошения) и очистка в биологических прудах.
Биологическая очистка на полях орошения заключается в том, что при прохождении стоков через слой почвы в последней адсорбируются взвешенные и коллоидные вещества, образующие микробиологическую плёнку. Эта плёнка окисляет задержанные органические вещества и минерализует их. Такие поля оснащены системой подводящих, распределительных и отводящих сооружений. Простейший вариант поля орошения для очистки непромышленных стоков описан в [6]. Неочищенные стоки города Эммитсберга (США) сначала поступают в пруд, где оседает мусор и самые крупные частицы. Это – первичная очист-ка, характерная практически для всех методов биоочистки. Часто вместо пруда используются большие баки, называемые первичными отстойни-ками. Затем стоки подаются на поля с пахотным слоем около 30 см. Здесь выращивается канареечник – кормовой злак, активно поглощающий из почвы азот и другие биогены. Глинистая водонепроницаемая подпочва образует плавный уклон в направлении от оросительной трубы: сточные воды просачиваются сквозь пахотный слой и стекают в дренажную канаву на другой стороне поля. По мере прохождения стоков сквозь почву обитающий в ней биоценоз (см. рисунок 2.8) разлагает и усваивает органические отходы и обогащает почву биогенами. Канареечник поглощает питательные элементы, поэтому вода на выходе поля весьма чистая и почти лишена их. Эту воду используют для полива кормовых культур, канареечник скашивают и скармливают скоту. Таким образом, биогены совершают полный круговорот, попадая из сточных вод в траву, в мясо животных, в человека, затем опять в стоки и в почву.
Серьёзным препятствием для подобной очистки и использования промышленных стоков является частое содержание в них ядовитых веществ – свинца, ртути, хрома, не разлагаемой органики. Между тем, промышленность часто сбрасывает свои отходы в коммунальные очистные системы, эти отходы подавляют организмы, участвующие в системах биоочистки и серьёзно снижают её эффективность. Предварительная очистка промышленных стоков от ядовитых отходов позволит шире использовать сточные воды для орошения.
Биологические пруды - искусственные водоёмы с использованием естественных процессов – применяются для очистки промышленных и коммунальных стоков. Здесь культивируют биоценозы, аналогичные рассмотренным для случая полей орошения. Различают биологические пруды с естественной и искусственной аэрацией. Последняя позволяет значительно уменьшить требуемую площадь прудов.
Биологическая очистка сточных вод в искусственных сооружениях производится в биологических фильтрах, аэротенках и окситенках.
В биофильтрах сточная вода из отстойников (первичных) раз-брызгивается и стекает струйками по слою щебня, гравия и т.п. загру-зочного фильтроматериала, толщина которого может достигать 2…3 м. При разбрызгивании сточная вода обогащается кислородом. Как и в естественных ручьях, в этих условиях функционирует сложная экосистема из бактерий, простейших, мелких червей и других микро- и макро-организмов, прикреплённых к элементам фильтроматериала. Они “выедают” из протекающей воды органическое вещество, включая патогенов. Случайно смытые с биофильтров организмы устраняются во вторичных отстойниках. В биофильтрах сточные воды теряют до 90 % органических веществ. Интенсивность биоокисления органического вещества в биофильтре повышается при подаче сжатого воздух через фильтр в направлении, противоположном фильтрованию.
Аэротенки представляют собой, в сущности, отстойники, в которые помещают активный ил – смесь микро- и макроорганизмов – детри-тофагов, то есть пожирателей неживого органического вещества, обра-зующих специфический водный биоценоз (рисунок 2.8) с водой, органическим веществом, биологически неокисляемыми растворёнными веществами и биологически неокисляемой частью клеточного вещества. По мере движения воды по аэротенку она интенсивно аэрируется сжатым воздухом, то есть создаётся идеальная среда для развития указанных организмов.
Окситенки - модификация аэротенков, в которые вместо сжатого воздуха поступает газообразный кислород, что приводит к интенсифи-кации процессов окисления.
Сточная вода после аэро- и окситенков направляется во вторичные отстойники, осадок которого – тот же активный ил, который снова напра-вляют в аэрационный резервуар. Излишки активного ила вместе с илом – сырцом (осадком и всплывшим грубодисперсным веществом в первичном отстойнике) направляют на переработку – сбраживание или компости-рование. В результате получают метан и качественное удобрение (гумус) для сельскохозяйственных полей и газонов.
До трёх последних десятилетий острой необходимости в допол-нительной очистке сточных вод после вторичной (после вторичных отстойников) не ощущалось [6]. Воду дезинфицировали хлоркой и сбра-сывали в естественные водоёмы. Однако по мере развития эвтрофизации всё более значимой становится проблема введения ещё одного этапа очистки – доочистки, устраняющей биогены. Например, фосфаты можно устранить, добавив в воду известь (ионы кальция). Образуется нерастворимый фосфат кальция, который можно удалить фильтрованием. Если избыток фосфата – главная причина эвтрофизации, этого уже достаточно.
При соответствующей доочистке можно добиться того, что полу-чится вода, пригодная для питья. В обозримом будущем предстоит всё чаще решать вопрос о том, оправданно ли направление такой воды в сеть муниципального водоснабжения. Если вопрос нехватки воды обострится (п.п. 2.3, 2.4), то, повидимому, ответ всё чаще будет положительным. Многие из нас бледнеют при мысли о подобном вторичном использовании сточных вод, в частности, городских канализационных стоков. Однако, вероятнее всего, с этим придётся смириться: ведь и в природе в любом случае вода совершает круговорот. Между тем подходящая доочитска может обеспечить воду гораздо лучшего качества, чем получаемая из многих рек и озёр, в которые сбрасываются практически неочищенные канализационные стоки [6].
Перед сточными водами, прошедшими вторичную биоочистку, есть альтернативный путь: на орошение сельскохозяйственных полей и газонов – в случаях, когда это предотвращает забор таких же количеств чистой воды из естественных водоёмов.