Биологическая очистка сточных вод кратко

Обновлено: 07.07.2024

Использование микроорганизмов является широко используемым сегодня методом очистки загрязненной воды. Природный процесс, который воссоздается в искусственных условиях, позволяет избавиться от органических примесей без применения сложных и высокозатратных технологий. Чтобы повысить эффективность технологии, биологическая очистка сточных вод применяется в сочетании с другими методами избавления жидкости от загрязнений.

В чем заключается метод

Способ биологической очистки предполагает окисление, расщепление, а затем и уничтожение загрязнений органического происхождения, которые содержатся в стоках, в процессе жизнедеятельности обитающих в природе простейших микроорганизмов.

Данные микроорганизмы можно искусственно культивировать и помещать в специальные устройства (аэротенки и др.), где происходит удаление из жидкости опасных примесей.

Различные способы биологической очистки воды можно разделить на 2 группы в зависимости от микроорганизмов, используемых для удаления органических примесей:

аэробные, когда жидкость очищается бактериями, жизнедеятельность которых возможна лишь при наличии кислорода;
анаэробные, когда микроорганизмы, используемые в системе очистки, не нуждаются в доступе кислорода.

Сооружения для очистки и описание процесса в них

Биологический способ удаления из воды органики используют на городских очистных сооружениях, в промышленности и сельском хозяйстве. В некоторых случаях организовать процесс можно в естественных условиях, в других необходим монтаж специальных систем.

Биологическая очистка применяется для удаления органических веществ из городских и промышленных сточных вод.

Сооружения для очистки могут быть:

Естественными, когда для удаления примесей из сточных вод используют природные процессы. Они протекают как в воде, так и в почве. Загрязнения удерживаются, проходят стадию минерализации, затем трансформируются либо удаляются. Такие естественные экосистемы часто используют, чтобы провести доочистку стоков перед их сбросом в водоемы.
Искусственные, когда для очистки воды от загрязнений используются созданные человеком сооружения. Внутрь помещаются аэробные либо анаэробные бактерии, и создается благоприятная среда для их работы по переработке загрязнений.

Поля фильтрации

Полями фильтрации называют земельные участки, которые предназначены для полной биоочистки сточных вод, прошедших предварительное осветление. Этот метод основан на способности почвы к самоочищению. Максимальной интенсивности процессы окисления органических загрязнений достигают в верхних почвенных слоях (не глубже 0,3 м), где создается благоприятный кислородный режим.

Поля фильтрации устраивают на песчаных или супесчаных грунтах.

Фильтром выступает сама почва. Важно, чтобы на участке, где происходит очищение стоков, был низкий уровень грунтовых вод (минимум 1,5 м от поверхности). Если он оказывается выше, создание полей фильтрации требует предварительного обустройства дренажа.

Анаэробные метантенки

Такие очистные сооружения обеспечивают анаэробную стабилизацию осадков сточных вод. Помимо очищения жидкости, метантенки дают возможность получать метансодержащий газ. В дальнейшем он может использоваться для отопления помещений или как топливо для газобаллонной техники. Крупные очистные станции оборудуются газгольдерами, которые позволяют накапливать метансодержащий газ.

Аэротенк

В этих сооружениях очистка загрязненных вод выполняется при помощи активного ила. Конструкция аэротенка состоит из 2 секций, в нем предусмотрена система аэрации (принудительной подачи кислорода). В активном иле содержится большое количество аэробных бактерий, которые в благоприятных для их жизнедеятельности условиях расщепляют органические примеси, содержащиеся в стоках.

Биологические фильтры

Использование биологических фильтров – практика, распространенная среди владельцев загородной недвижимости. Эти устройства компактны и легко устанавливаются на придомовой территории. Внутрь резервуара биофильтра помещаются микроорганизмы, которые очищают жидкость из канализации аналогично бактериям, живущим в аэротенках. Фильтры для биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод бывают двухступенчатыми либо капельной фильтрации. Первые имеют высокую производительность, вторые гарантируют максимально высокую степень очистки.

Очистительные лагуны

Данная технология очистки стоков предполагает наличие открытого искусственного водоема. В нем будет протекать процесс самоочистки воды. В качестве такого водоема может использоваться даже пруд, глубина которого составляет менее 1 м. Большая площадь поверхности дает возможность воде хорошо прогреться, что ускоряет расщепление органики в естественной среде.

Использование таких биологических очистных сооружений эффективно в теплое время года. Когда температура воды опускается до +6°С, деятельность микроорганизмов приостанавливаются. В зимних условиях эти бактерии не работают.

Эффективность этого метода очистки стоков объясняется совокупностью факторов:

действием солнечной радиации;
благоприятными температурными условиями;
природной микрофлорой водной экосистемы;
постоянной аэрацией.

Таблица эффективности: способ очистки

Занимаемая площадьПотребность в доступе воздухаТип удаляемых загрязненийВозможность круглогодичной эксплуатацииПоля фильтрациибольшаядаорганическиенетАнаэробные метантенкибольшаянеторганическиедаАэротенкималаядаорганическиедаБиологические фильтрымалаядаорганическиедаОчистительные лагуныбольшаядаорганическиенет

Методы биологической очистки стоков эффективно избавляют жидкость от органических примесей. Некоторые них могут применяться круглый год. Другие, использующие естественные механизмы очистки воды, применимы лишь в теплое время года.

Следует помнить, что перечисленные выше типы очистных сооружений избавляют воду только от органических загрязнений. Для удаления неорганических примесей следует использовать другие установки фильтрации.

Методы биоочистки активно применяются в промышленных и бытовых условиях.

Использование микроорганизмов – обязательный этап улучшения качества сточных вод наряду с механическими, физическими и химическими способами.

Что это такое и каков принцип работы?

После этапа механической фильтрации (удаления нерастворимых частиц) сточные воды попадают на биологическую очистку.

Принцип основан на способности некоторых микроорганизмов расщеплять органические соединения до простых веществ – воды, углекислого газа, метана, сероводорода. Органика является источником энергии для бактерий и простейших.

Сточные воды включают в себя нитраты, аммиак, аминокислоты – они содержат азот, который обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмов.

Фосфор и калий добывается бактериями из минеральных солей.

Чем больше в сточных водах этих веществ, тем интенсивнее размножение микроорганизмов и эффективнее очистка.

Методы очистки сточных вод

Специалисты выделяют две большие группы методов биоочистки:

Естественные. Для улучшения качества сточных вод используются природные процессы, протекающие в воде, почве, растительных экосистемах. Загрязнения удерживаются, минерализуются, трансформируются или переносятся. Естественные экосистемы используются для доочистки сточных вод перед их спуском в водоемы.
Искусственные методы. Для их реализации используются сооружения, созданные человеком. В них помещаются аэробные или анаэробные микроорганизмы и обеспечиваются благоприятные условия для переработки загрязнений.

Эффективность

Биологическая очистка сточной воды в промышленных условиях избавляет от 98% загрязнений.

Чтобы поддерживать процесс, нужно все время вносить активные микроорганизмы.

Биологический метод помогает переработать такие загрязняющие вещества и их соединения:

Аммонийный азот;
Легкоокисляющиеся органические соединения: бензол, глюкозу, ацетон, этанол и т.д.;
Калий;
Фосфор;
Кальций;
Белки, жиры, углеводы.

К сточным водам относятся промышленные и хозяйственно-бытовые стоки, а также атмосферные осадки. Все эти группы обязательно проходят этап биологической очистки на промышленных или локальных сооружениях.

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.

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.

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:

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

Помощь микроорганизмов и бактерий

Аэробные бактерии запускают процессы окисления и нитрификации. Для этого им нужен кислород. Микроорганизмы живут в диапазоне температур – от +9 до +28 градусов, рН – 5,0-7,0.

Псевдомонады – занимают 80% активного ила. Перерабатывают спирты, жирные кислоты, ароматические углеводороды, парафины и другие органические вещества.
Нитрифицирующие – окисляют соединения азота.
Серобактерии и тионовые бактерии – перерабатывают восстановленные соединения серы.
Нитчатые – окисляют соединения углерода.
Целлюлозоразлагающие – перерабатывают целлюлозное волокно.

В активном иле также встречаются:

дрожжи,
плесневые грибы,
простейшие,
коловратки,
малощетинковые кольчатые черви.

Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде. Они запускают процессы брожения, аноксигенного окисления и метанообразования.

Справка. Микроорганизмы выдерживают диапазон температур от +9 до +37 градусов, показатель рН находится в пределах от 6,0 до 8,0.

Группы анаэробных бактерий:

Гидролитики – отвечают за первую стадию метаногенеза. Бактерии расщепляют белки, жиры, соединения целлюлозы, крахмала, обладают аммонифицирующей активностью. В результате образуется глицерин, жирные кислоты, аминокислоты, пептиды, моно- и дисахариды.
Ацидогенные – отвечают за вторую стадию метаногенеза. С помощью бактерий происходит маслянокислое, ацетоно-бутиловое, пропионовое, спиртовое брожение. Перерабатываются промежуточные продукты гидролиза.
Гетероацетогенные – отвечают за третью стадию метаногенеза. Бактерии переводят органические кислоты (масляную, пропионовую) в уксусную кислоту.
Метаногенные – завершают анаэробную очистку. Микроорганизмы образуют биогаз, перерабатывая водород, углекислый и чадный газ, ацетат, метиламин, метанол.

Состав доминирующей микрофлоры зависит от характеристик стоков.

Системы

Для искусственной аэробной очистки чаще всего используют такие сооружения:

Процессы анаэробной очистки зачастую проходят в таких традиционных сооружениях:

Анаэробная лагуна – один или несколько отстойников, где стоки находятся от 1 недели до 2 месяцев. Газы выделяются в атмосферу.
Септитенк – отстойник закрытого типа, в котором осадок из образовавшихся твердых частиц перегнивает и расщепляется анаэробами.
Метантенк – конструкция, внешне похожая на септитенк. Но в резервуаре происходит перемешивание, обогрев и контроль основных параметров.

Биопрепараты

Биопрепараты применяют для выполнения таких задач:

Разложения органики: жиров, углеводов, белков;
Стимуляции работы активного ила;
Сокращения объема побочных продуктов в виде осадка;
Ускорения процесса переработки;
Снижения показателей биохимического потребления кислорода (БПК, ХПК);
Наращивания и восстановления активного ила.

Производители выпускают препараты, где сконцентрировано определенное количество штаммов натуральных бактерий.

Каждый биопрепарат содержит разные штаммы микроорганизмов, которые подбираются в зависимости от состава сточных вод.

Внимание. Производитель в описании своей продукции указывает, с какими загрязнениями она справляется.

Популярные биопрепараты:

Название	Цель использования	Цена
Biofos	Очистка бытовых сточных вод	43 р./25 мг
bioExpert BIO STARTER	Стимуляция развития активного ила в септике или выгребной яме	565 р./400 г
Unibac (compost, start, winter, effect)	Очистка бытовых и промышленных стоков, наращивание активного ила	470-750 р./0,5 л.

Доочистка хозяйственно-бытовых стоков

В некоторых случаях после биологического этапа воды должны пройти доочистку.

Это нужно, когда:

Их планируют спускать в маломощные водоемы, особенно предназначенные для рыбного хозяйства;
Их будут использовать в промышленности или в бытовых целях.

Распространенный метод доочистки – отстаивание в биопрудах с естественной и искусственной аэрацией. В таких водоемах создаются благоприятные условия для массового развития микроорганизмов, которые расщепляют остатки загрязнений и борются с патогенами.

Несколько месяцев воды отстаиваются в биопрудах, и после удовлетворительного лабораторного анализа поступают в конечный пункт.

Полезное видео

Смотрите интересный видеоматериал, в котором подробно рассказано о процессе очистки сточных вод биологическим методом.

Заключение

Биологическая очистка сточных вод – метод, основанный на возможностях микроорганизмов, при помощи которых можно перерабатывать органические и некоторые минеральные загрязнения.

Особенности процесса:

Биологическая очистка – обязательный этап улучшения качества сточных вод. Соблюдение технологий делает процесс безопасным, высокоэффективным и даже полезным для окружающей среды.

Заводы, фабрики и многие другие производственные учреждения одной из первейших задач считают очистку стока. Без очищения сточные воды давно загрязнили бы водоёмы на Земле до такой степени, что люди оказались бы на грани выживания. При этом особое внимание уделяется биологической очистке.

Что это такое?

Биологическая очистка сточных вод – многостадийная процедура удаления из отработанного стока потенциально опасных веществ, реагентов путём их разложения посредством специально выращенных бактерий и иных простейших (одноклеточных) организмов. Биодоочистка – этап, сменяющий на всём процессе очистки стоков механический и физико-химический способы.

Принцип действия – расщепление органики на простейшие газы. Это углекислый газ, водород, окиси азота, аммиак, сероводород. Органические – преимущественно метан, могут встречаться и метанол, уксусная кислота и ацетон. Органические вещества – жиры, углеводы, неразложившиеся белки – исходный реагент, источник питания (а с ним и энергии) для микроорганизмов, применяемых в качестве септических одноклеточных культур.

В стоке имеется приличное количество аминокислот, нитратов, возможно, аммиак, как уже говорилось. Азот, получаемый из данных реагентов, является элементом жизнедеятельности одноклеточных организмов. Помимо азота, из органики бактерии и простейшие выделяют фосфор и калий.

При повышенном содержании азота, фосфора и калия в сточной воде работа микроорганизмов ускоряется. Результат – более тщательная очистка.

Основные методы

В натуральных (без участия процессов, созданных человеком), небольших по объёму стоках малая концентрация выбросов, которые самоуничтожатся со временем. Значительный уровень развития разнообразных отраслей человеческой деятельности оперирует объёмом сточных вод, на порядок превосходящим тот, что население Земли создавало в древние века или в доисторическую эпоху. Есть несколько видов очистки стоков: механический, физико-химический и биологический.

Механический метод подразумевает установку в системе решётки, сита, фильтров. Например, решётка и сито отлавливают крупный мусор и крупнофракционный песок. Песколовка – специальный резервуар, в котором мелкий песок осаждается на дно. Фильтр способен задержать глину (глинистая и илистая взвесь отстаивается не один час), ржавчину, нерастворимые соли. Малорастворимые соли удаляются частично.

Одним из физико-химических подвидов является жироловка. Масла и жиры легче воды – они скапливаются на поверхности, а очищенная от этих капелек вода опускается ниже. Чтобы удалить из сточной воды растворимые соли и часть органики, в сточную воду добавляют реактивы – те вступают в реакцию с данными примесями, формируя нерастворимый осадок. Например, для превращения закиси железа, растворимой в воде, производится её доокисление (в воду подаётся воздух или кислород). Закисное железо превращается в ржавчину и выпадает в осадок или отфильтровывается. Физико-химический способ также предполагает длительное отстаивание сточных вод – из них удаляются все нерастворимые реагенты и жировая плёнка.

Для физико-химического метода также характерен электролиз: проводящие ток соли, кислоты и щёлочи, возможно, содержащиеся в стоке, вступают в реакцию с металлами электродных сеток. Они превращаются в нерастворимые соли и выпадают на дно либо всплывают вверх.

Наконец, биоочистка воды – избирательная реакция одноклеточных на определённые загрязнители. Например, генно-модифицированные бациллы, являющиеся своего рода одноклеточными экстремофилами, разлагают кал и мочу на более простые составляющие.

Естественные

Для очистки стока естественным путём применяют натуральные процессы, происходящие в воде, грунте, растениях. Загрязняющие реагенты связываются ими, превращаются сначала в минералы, а затем в другие, более безвредные их аналоги или переносятся.

В качестве примера – переработка нефти в океанической среде, содержащей всё многообразие одноклеточных культур, известных человеку. Суть процесса сводится к следующему: случайно разлитая нефть со временем разлагается, превращаясь в летучие и газообразные углеводороды. Недостаток – парниковый эффект, создающий повышение среднегодовой температуры на 20 лет: метан разлагается в десятки раз медленнее, чем, скажем, углекислый газ превращается растениями в кислород.

Искусственные

То, с чем не справилась природа, или аналогичный природный процесс занял бы тысячи, миллионы лет, подвергается переработке при помощи технологий и аппаратов, созданных людьми. Задача – ввести в сточную воду специально выращенные микроорганизмы, перерабатывающие жидкие отходы с доступом или без доступа кислорода. Для них поддерживаются оптимальная температура и давление, близкое к земному атмосферному.

Какие системы используются?

Для чёткой классификации биоочистные системы используют отличные друг от друга методы очистки. Специалисты выделили несколько видов, каждый из которых выбирается для отдельно взятого случая.

Аэробная

Способ аэробной биоочистки подразумевает наличие микробов и простейших, погибающих в полностью бескислородной среде. Реактор, выполненный в виде аэротенка, представлен как бетонная или металлическая горизонтальная бочка объёмом в тонну и более. Поблизости над её дном вставлены вкладыши из полимеров, являющихся биологической основой для аэробных микрокультур.

По дну изнутри бочки проходят трубы с дырочками, поставляющие в аэротенк нагнетаемый извне воздух. Получив доступ к кислороду из атмосферного воздуха, микроорганизмы растут и активно делятся, их численность растёт в геометрической прогрессии.

Окисление органических остатков приводит к выделению значительной энергии, часть которой превращается в тепло.

Чтобы биореактор не перегрелся (при температуре выше 45 градусов большая часть микроорганизмов начинает вымирать), электронное оборудование, в частности, датчики температуры, отслеживают состояние аэротенка, и при необходимости задействуется система охлаждения ёмкости. Мини-версия аэротенка подходит для септика возле загородного дома.

Анаэробная

От аэротенка метантенк отличается герметичностью – в него не подаётся воздух. Эффект основан на том факте, что используемым здесь одноклеточным организмам для размножения и развития не нужен воздух, доступ к кислороду. Температуру регулировать необязательно – процесс разложения отходов осуществляется без особого контроля условий, ведь энергия (тепло) не выделяется. Стоит метантенк заметно ниже аэротенка. Недостаток – значительное производство метана: несмотря на то что этот газ легче воздуха, стремится подняться и улетучиться через щели, в помещениях предусмотрена система пожарной сигнализации. Содержание 10% метана в воздухе способно привести к взрыву от малейшей искры.

Станция биоочистки

Станция биологической очистки стоков представляет собой конструкцию из 4-х отсеков. Каждый из этих блоков системы очищает сток посредством активного ила и кислорода. При прогоне сточных вод через данные отсеки уровень очистки достигает 98%. Сток, очищенный настолько, применяют для полива сельскохозяйственных культур. Невзирая на заметное количество ячеек, станция проста в установке. Она не такая большая в размере, как аэротенк, нередко занимающий объём, сравнимый с железнодорожной цистерной. Станция биоочистки работает без откачивания сточных вод, но промывания отсеков при помощи моющей установки высокого давления владельцу не избежать. Нужная модель станции биоочистки подбирается по пропускной способности установки, без которой эффективная работа владельца невозможна. Недостаток – высокая стоимость, которая может достигать миллиона рублей.

Биореактор с мембранами

В основе работы данной установки лежит биохимическая и мембранная очистка стока. Иначе говоря, мембранный биореактор обладает способностью фильтровать сток на микроскопической и аэробной стадии. Мембрана очищает сточные воды от загрязнений с повышенной избирательностью. В качестве мембран используют трубчатые, половолоконные и на основе плоской рамки. Мембранный очиститель применяют как на предварительной, так и на завершающей стадии очистки.

Предварительное очищение сточной воды используется до стадии очистки, запускаемой в режиме нанофильтрации и обратного осмоса, когда требуется удалить из воды все соли.

Биофильтр

Часто встречающаяся составляющая в дачном туалете или септике загородного дома. Биологический фильтр – небольших габаритов ёмкость, в которую помещены очищающие материалы. Аэробные бактерии принимают вид активной плёнки и участвуют в биоочистке сточных вод. Фильтрация в биофильтре представлена капельной и двухстадийной системами. Первая выделяется лишь хорошим качеством, вторая обладает вдобавок и улучшенной пропускной способностью.

В состав биофильтра входят корпус, система распределения сточных вод по поверхности устройства и система подачи воздуха. По своему принципу работы биофильтр похож на аэротенк: установка задерживает крупные нерастворимые включения, далее в ход идут аэробные микробы. В биофильтр подаётся воздух, обогащающий среду кислородом. В капельных устройствах сточные воды поступают не непрерывным потоком, а небольшими порциями. Подавать кислород в установку принудительно нет смысла – воздух доходит до аэробных микроорганизмов через приоткрытые пространства в ёмкости.

Биопруд

В биопрудах сточная вода освобождается от вредных и ненужных компонентов. Данный водоём занимает на порядок большее пространство, чем любая из вышеперечисленных установок. Достоинство способа – низкие издержки на содержание и обслуживание после обустройства такого водоёма. Недостаток – глубина более метра не позволит в полной мере отстоять, очистить воду. Малая глубина позволяет быстро прогреть воду в погожие дни межсезонья – микробы раньше и быстрее приступают к биоочистке.

Аэробные бактерии и простейшие при снижении температуры воды ниже +6 градусов Цельсия заметно тормозят свою жизнедеятельность. Вода, замерзая, перестаёт очищаться за счёт полной остановки работы микроорганизмов.

Биопруд относится к разбавленным – водоём перемешивается с речной водой за счёт сообщающего канала, проложенного от реки. В многостадийном биопруде без разбавления сточные воды перетекают в водоём лишь после тщательного отстаивания. Несколько биологических прудов может быть соединено таким образом, что вода из предыдущего устремляется в ближайший последующий вниз по течению. Очистка стоков в первом случае займёт полмесяца, во втором – примерно вдвое больше времени.

Технологическая схема

Биореактором не ограничивается любая схема биоочистки стока. Это лишь один из способов избавить воду от вредных примесей. Общая схема аэробного очистного сооружения включает в себя несколько компонентов.

Канализация с предприятия сообщается с первоначальным отстойником. Здесь крупные и нерастворимые компоненты осаждаются на дне.
Сточные воды, частично избавившиеся от вредных примесей, обрабатываются во втором отсеке воздухом. За счёт аэробной микрофлоры крупные органические остатки разлагаются.
В последнем отсеке сток очищается физико-химическим путём. Лёгкие фракции всплывают, тяжёлые – выпадают на дно.
Донная среда обладает известковым слоем, засыпанным искусственно. Известь вступает в реакцию с высокоактивными примесями.
Последним устанавливается биофильтр тонкой очистки – степень очистки стока достигает 99%.

Для анаэробной установки характерна другая схема.

Сток предприятия перетекает в камеру, где анаэробные бактерии выделяют метан, углекислый газ и сероводород. Эти продукты могут подаваться в трубопровод – метан используется в качестве природного газа.
Забродившая консистенция попадает во вторичную – центрифугирующую – камеру, где ил освобождается от воды. Очищенные сточные воды поступают в водоём или в реку.
Сухой остаток, избавленный от воды с помощью барабанной сушильной установки, проходит ультрафиолетовое, озоновое или хлорное обеззараживание и отправляется на сельхозугодия в качестве компоста.

Анаэробная очистка происходит и в условиях наглухо закрытой выгребной ямы. Если речь об аэробном отстойнике, для предотвращения доступа посторонних вокруг него ставят ограждения, и водоём становится своего рода водоохранной зоной.

Особенности доочистки

Полностью очищенная сточная вода используется для полива сельхозкультур либо сбрасывается дальше в рыбхозводоёмы, ближайшую реку. Если бытовая химия, изначально поступающая в сток предприятия или домохозяйств, не была полностью удалена, недоочищенная вода опасна, сбрасывать её в реки запрещено. Для этого и нужна доочистка сточных вод. Она заключается в нескольких действиях:

уменьшается содержание взвесей;
удаляются остатки моющих веществ (поверхностно-активных реагентов), снижается до предельно допустимого значения содержание азотных и фосфорсодержащих включений;
вода проходит аэрацию и ультрафиолетовое обеззараживание.

Глубокое очищение предполагает использование биореакторов с более заглубленными очищающими средами. В качестве примера – денитрификация (полное удаление азотсодержащих включений из стока). В зависимости от реальной ситуации существующая система биоочистки реконструируется.

Биоочистка сточных вод – наиболее выгодное решение по сравнению с другими способами очистки. Она не требует редких компонентов и материалов. Желающие могут соорудить такую станцию самостоятельно, используя очищающие материалы, имеющиеся в свободной продаже.

Биологическая очистка сточных вод является эффективным способом удаления органических веществ с помощью жизнедеятельности микроорганизмов. Такой метод можно использовать как в быту, так и на промышленных предприятиях. Очищение за счет бактерий успешно комбинируется с механическими и химическими воздействиями, которые в большей степени оказывают влияние на неорганические соединения. В основе биологической очистки находится естественный процесс, его воссоздают искусственным путем для безопасного избавления от примесей.

Как работает метод биологической очистки

Очищение с помощью микроорганизмов обычно проводят после механического удаления загрязнений. Нерастворимые частички выпадают в осадок, а остальные вещества подлежат дальнейшей обработке.

Суть работы базируется на способности определенных бактерий расщеплять органические соединения. В результате образуются простые вещества, такие как вода, углекислый газ и метан. Микробы и простейшие используют получившиеся продукты для поддержания собственной жизнедеятельности.

Микроорганизмы также получают энергию из азота, который содержится в сточных водах в виде аммиачных и нитратных соединений. В состав минеральных солей включены фосфор и калий, необходимые для питания бактерий. Богатое содержание этих веществ в стоках вызывает интенсивное размножение микробов, таким образом происходит естественная очистка в резервуарах.

Из чего состоят бытовые сточные воды

В современных домах обязательно присутствуют водопроводная и канализационная системы. Первую люди применяют для питья и хозяйственных нужд, а с помощью последней – удаляют загрязненную жидкость. И хотя уровень примесей в сточных водах не превышает 1%, повторно использовать их нельзя, пока они не пройдут очистку.

Состав сточных вод значительно различается в зависимости от места и времени взятия образца. Обычно в жидкости содержатся как твердые, так и растворимые элементы. Неорганические вещества могут быть устранены простым фильтром, но органика требует более сложного подхода. Если не применять меры, возникает опасность разложения биологических соединений, что приводит к образованию гнилостного запаха и порче воды.

Стоки могут содержать в себе остатки жиров, моющих средств, фосфаты и соединения хлоридов, азот, сульфатные и нефтехимические продукты. Эти вещества никуда не исчезают сами по себе, поэтому для их удаления применяется биологическая очистка сточных вод.

Особое внимание этому вопросу следует уделять в загородных домах, которые не подключены к централизованному водопроводу. На их участках обычно располагают скважину и выгребную яму. При неблагоприятном стечении обстоятельств неочищенные стоки могут попасть в кран, что приведет к риску отравления всех проживающих.

Способы очистки сточных вод

Существует два основных метода очищения бытовых и промышленных стоков – естественный и искусственный. Незначительные объемы жидкости могут очищаться в природных условиях, но в настоящее время большое количество загрязненных вод требует дополнительной обработки. Обычно применяется целый комплекс искусственных способов, а естественное очищение используется в качестве дополнения. Распространенные методы очистки стоков:

Механический. На этом этапе применяются фильтры и отстаивание воды. Для этого используют специальные решетки, сита и уловители. После первичного очищения жидкость направляется в отстойник, где через некоторое время неорганические вещества выпадают в осадок. Во всех современных системах вода проходит такую стадию очистки, но ее недостаточно для полного удаления всех загрязнений. Химические и биологические компоненты не могут быть устранены таким способом.
Химический. Он подразумевает применение специальных реагентов, которые реагируют с веществами в составе воды и приводят к выпадению нерастворимого осадка. В результате удается практически полностью избавиться от твердых частичек, а содержание органики снижается незначительным образом.
Физико-химический. Это комбинация двух предыдущих методов, которая позволяет воздействовать на все типы загрязнений. Чаще всего применяют коагуляцию, экстракцию и электролиз.
Биологический. Для этого метода нужны микроорганизмы, которые естественным образом очищают воду от органических примесей в процессе своей жизнедеятельности.

Методы биологической очистки стоков

Очищение воды микроорганизмами происходит в следующих сооружениях:

Аэротенки;
Биофильтры;
Станции биологической очистки;
Мембранные биореакторы;
Биологические пруды.

Аэротенки

Такие сооружения биологической очистки сточных вод предназначены для обработанной механическим путем жидкости, которая взаимодействует с расположенным в резервуаре активным илом. Процесс происходит в особых емкостях, состоящих из нескольких отделов и оборудованных системами аэрации. В активном иле находится множество бактерий, которые питаются органическими отходами. Для их жизнедеятельности нужны соответствующие условия, которые постоянно поддерживаются в водоеме.

В первую очередь, бактериям необходим кислород, чтобы они могли размножаться. При постоянном поступлении воздуха микроорганизмы начинают поглощать органические вещества из воды, таким образом происходит естественное очищение резервуара. Со временем запасы органики уменьшаются, и расход кислорода также начинает снижаться. В этот момент жидкость перемещается в следующие отделы.

В дальнейших секциях вода подвергается обработке с помощью особых бактерий-нитрификаторов, которые превращают азот, содержащийся в аммонийных солях, в нитриты. В водоеме находится также и другой тип микробов, поглощающий нитриты. В результате этого процесса образуются нитраты. В конечном итоге после полной переработки соединений сточные воды поступают во вторичный отстойник. Здесь активный ил образует осадок, а чистая жидкость перемещается в водоемы.

Мембранный биореактор

Биологические методы очистки сточных вод включают в себя использование мембранного биореактора. Роль мембран состоит в создании своего рода препятствия для загрязнений, которые проходят сквозь них. Эти элементы бывают трубчатыми, половолоконными и плоскорамными. В дополнение к механической фильтрации используют деятельность микроорганизмов.

Мембранный реактор можно применять как на финальной стадии очищения жидкости, так и для подготовительной очистки перед нанофильтрацией. Таким способом удается эффективно удалить из стоков лишние соли.

Биофильтры

Для биологической очистки сточных вод в загородных домах часто применяются биофильтры. Это небольшое устройство содержит емкость с загрузочным материалом, в котором находятся микроорганизмы. Деятельность бактерий происходит по схожему принципу с аэротенками – органика успешно распадается на простые элементы, служащие пищей для микробов.

Приборы делятся на две группы: двухступенчатые и с капельной фильтрацией. Последний тип отличается низкой производительностью, но при этом он производит наиболее эффективное очищение стоков. Двухступенчатые устройства работают быстрее, но качество будет более посредственным. Оба прибора включают в себя корпус, распределитель, дренажную и воздухораспределительную системы.

Станция биологической очистки сточных вод

Это устройство выполнено в виде сооружения с четырьмя камерами, в котором происходит последовательное очищение стоков за счет использования активного ила и кислорода. После прохождения всех отделов вода является практически чистой и ее можно снова использовать для бытовых или промышленных нужд.

Большое количество отделов не занимает слишком много места, поэтому сама станция является компактным и удобным в применении прибором. Ее легко переносить и монтировать. Для такого биологического метода очистки сточных вод необходимо регулярное обслуживание устройства, чтобы оно продолжало эффективно работать. Периодически секции агрегата должны промываться с помощью мойки высокого давления. После этого прибор следует перезапустить.

Биологические пруды

Достаточно простой и выгодный способ удаления загрязнений в жидкости предполагает ее самоочищение в открытых водоемах, созданных искусственным путем. Здесь важно обеспечить хорошую циркуляцию воздуха, поскольку бактериям для жизнедеятельности нужен кислород. По этой причине глубина водохранилища не должна составлять более 1 метра.

Значительные размеры водоема дают возможность воде хорошо прогреться, поэтому микроорганизмы становятся активными и быстрее поглощают органические соединения. Такая биологическая очистка сточной воды эффективнее протекает в летний период, а при снижении температуры процесс окисления становится более медленным. Когда наступают морозы, микроорганизмы засыпают и больше не могут выполнять свою работу. Поэтому зимой и поздней осенью применять биологические пруды нет смысла.

Водоемы такого типа подразделяются на три разновидности:

С разбавлением – стоки смешиваются с водами рек;
Водохранилища с несколькими ступенями без разбавления – жидкость попадает в водоем после некоторого времени отстаивания, часто применяют каскадный способ их размещения;
Пруды для доочищения сточных вод.

Способы различаются по времени, которое необходимо для полной очистки воды. Водоемы с разбавлением способны очистить жидкость за две недели, в то время как в многоступенчатых прудах загрязнения удаляются около месяца.

Доочистка

После биологических способов очистки воды она может быть сразу перемещена в почву или повторно применяться для технических нужд. Иногда жидкость выпускают в водоемы, но чаще всего содержащиеся в ней элементы способны принести вред экосистеме. По этой причине промышленные стоки требуют доочистки, прежде чем их снова можно будет использовать. Во время дополнительного очищения происходят следующие процессы:

Снижение количества взвесей;
Уменьшение содержания азотных, фосфорных и других химических соединений;
Дезинфекция;
Добавление кислорода в воду, которая будет использована для объектов рыбного хозяйства.

Инструментом глубокого очищения обычно выступает биореактор с затопленной загрузкой. Иногда этот участок применяют в роли нитрификатора.

Конкретный тип устройства выбирают, исходя из местных условий и необходимого качества очищения жидкости. В большинстве случаев приходится частично перестраивать конструкцию глубокой очистки.

Принцип работы бактерий

Сточные воды очищаются с помощью аэробных и анаэробных микроорганизмов. Различие состоит в использовании кислорода для очистки жидкости. Каждый метод предполагает применение особого механизма.

Аэробное очищение

Его производят с помощью биопленки или активного ила. Стоки попадают в отстойник или резервуар с бактериями, а затем в систему подается кислород, за счет чего органика окисляется. Параллельно происходит нитрификация соединений. Процесс повторяется несколько раз, прежде чем начнется отстаивание жидкости. Лишний ил уходит на переработку, а некоторая его часть возвращается обратно в систему. Чистая вода проходит дополнительное очищение или поступает в водоем.

Анаэробная очистка

Если в стоках много органики, твердых веществ и активного ила, их можно очистить с помощью метаногенеза, который происходит с участием анаэробных бактерий. При этом способе жидкость обрабатывается в резервуаре с микроорганизмами, в результате чего возникает метан и углекислый газ. Затем газы удаляются, а осадок проходит в центрифугу, в которой отделяется ил. После этого чистая вода возвращается в водоем, а ил высушивается, дезинфицируется и применяется для компостов.

Преимущества и недостатки метода

Биологическая очистка сточных вод обладает заметными достоинствами:

Небольшое количество отработанных веществ. В результате переработки возникают простые соединения, которые можно без труда удалить из жидкости. Полученный метан используют для обогрева зданий, а с помощью ила удобряют почву.
Автономная работа устройств. Они не требуют добавления реагентов, а контролировать процессы может 1 человек.
Доступная стоимость метода по сравнению с остальными способами очищения жидкости.
Экологичность и натуральность процесса. Такая очистка не наносит ущерб природным ресурсам и экосистемам.

У способа есть также и недостатки:

Трудно поддерживать постоянное количество микроорганизмов. Уменьшение их числа приведет к недостаточно эффективному очищению стоков.
Строение сооружений для очистки может потребовать большого количества финансовых средств. С течением времени вложения себя окупают.
Важность строгого соблюдения технологии очищения жидкости. Отступление от правил приведет к уменьшению эффективности способа.
Переработать можно не все типы органики. Ядовитые вещества могут уничтожить бактерии, поэтому важно тщательно проверять воду на их наличие и своевременно удалять токсины.

Заключение

Применение биологической очистки позволяет эффективно удалять загрязнения из сточных вод без нанесения вреда окружающей среде. Это доступный и популярный метод как для бытовых, так и для производственных нужд.

В связи с широким потреблением водных ресурсов человечеством и невозможностью самостоятельного и быстрого очищения стоков в природных условиях возникла необходимость в искусственном очищении. И если избавиться от неорганических компонентов стоков можно с помощью гравитации, то для удаления органических примесей потребуется биологическая очистка сточных вод. О том, что это такое, и какие виды биологической очистки бывают, сегодня и пойдет речь.

Что нужно знать

Что это такое?

Биологическая очистка стоков представляет собой очищение сточных масс за счет расщепления органических соединений колониями определенных микроорганизмов.

Все дело в том, что органические примеси, находящиеся в сточных водах, являются питательной средой для большого количества микроорганизмов, в процессе жизнедеятельности которых разрушаются сложные органические соединения до аминокислот, элементарных белков и обрывков цепочек ДНК. В итоге образовавшийся материал стимулирует усиленное размножение микроорганизмов, вызывая, таким образом, взрывообразное увеличение численности колонии.

Отмершие части колоний микроорганизмов вместе с непереработанной органикой выпадают на дно водоема или резервуара безвредным илом. Одновременно с этим происходит очистка стоков от ядовитых и сложных органических соединений.

Неоспоримым преимуществом данного способа очистки стоков является полная саморегулируемость. При уменьшении процентного содержания органической составляющей приостанавливается рост колонии, а в некоторых случаях наблюдается и уменьшение численности микроорганизмов.

Биологические методы очистки сточных вод: сооружения и системы

Аэробная биологическая очистка

Для реализации метода аэробной биологической очистки используются колонии микроорганизмов, которым для поддержания жизнедеятельности необходим доступ к кислороду.

Внимание: Загрузки являются основой для аэробных микроорганизмов.

На дне аэробного реактора располагаются аэраторы — трубы, снабженные небольшими отверстиями. Проходящий по ним воздух насыщает канализационные стоки кислородом, создавая оптимальные условия для жизнедеятельности и увеличения колонии микроорганизмов.

Реакция окисления органической составляющей сопровождается выделением большого количества энергии, достаточного для значительного повышения температуры внутри реактора. Именно поэтому аэротенки оснащаются сложной электронной системой, поддерживающей благоприятные для микроорганизмов условия.

Миниатюрные образцы аэротенков получили широкое распространение при создании септиков для загородных домов и дачных участков.

Анаэробная

Биореакторы анаэробного типа (метатенки) представляют собой герметичные металлические или бетонные конструкции, в которых обитают колонии микроорганизмов, не нуждающиеся в кислороде.

Что важно – реакции разложения сложных органических соединений не характерно увеличение колонии или выброс энергии. Поэтому система контроля условий обитания не требуется, что существенно снижает стоимость конструкции по сравнению с аэротенками.

Однако жизнедеятельность анаэробных бактерий сопровождается выбросом большого количества метана. В связи с этим метатенки можно устанавливать только на ровной, хорошо продуваемой площади, по периметру которой должны быть установлены газоанализаторы, подключенные к системе пожарной сигнализации.

Как и аэротенки, метатенки широко используются при создании локальных очистных сооружений для частного использования.

Станция биологической очистки сточных вод

В подавляющем большинстве случаев станция биологической очистки стоков представляет собой четырехкамерную конструкцию, ориентированную по поэтапное очищение канализационных вод с помощью активного ила и кислорода. При прохождении всех секций стоки очищаются на 98 процентов, вследствие чего полученная жидкость может быть повторно использована для полива или иных технических нужд.

Несмотря на внушительное количество отсеков, станция отличается компактными размерами и простотой установки. Несмотря на то, что устройство не нуждается в дальнейшей откачке стоков, регулярное техническое обслуживание все же необходимо. Иными словами, необходимо систематически промывать секции при помощи мойки высокого давления и перезапускать агрегат.

На данный момент существует множество компаний, предлагающих приобрести станции биологической очистки стоков. Важно понимать, что подбирать модель необходимо в соответствии с производственной мощностью, предполагаемыми условиями работы и собственными финансовыми возможностями.

Стоимость станции биологической очистки стоков для частного дома может составлять несколько десятков, а порой и сотен тысяч рублей.

Мембранный биореактор

Технология работы мембранного биореактора заключается в комбинировании различных мембранных и биохимических процессов.

Иными словами, мембранный биореактор сочетает в себе процессы микро- и ультрафильтрации и процесс аэробного биологического очищения сточных вод.

Мембраны выполняют роль своеобразного барьера для загрязнений с высокой селективностью, вследствие этого могут быть:

трубчатыми;
половолоконными;
плоскорамными.

В зависимости от поставленных технологических задач мембранный реактор может быть использован как на этапе завершающего очищения (до стадии обеззараживания), так и для предварительного очищения перед процессом нанофильтрации и обратным осмосом при необходимости обессоливания воды.

Биофильтры

Наиболее часто биофильтры используются для обслуживания автономных канализаций дачи или частного дома.

Биофильтр представляет собой компактную емкость с загрузочным материалом внутри. При этом аэробные микроорганизмы находятся в форме активной пленки и выполняют функцию биологической очистки стоков.

Биофильтры делятся на два типа:

изделия с капельной фильтрацией;
устройства с двухэтапной фильтрацией.

В первом случае устройства отличаются высоким качеством очистки, однако производительность остается невысокой. В то же время для изделий с двухступенчатой фильтрацией характерно как высокое качество очистки, так и высокая производительность.

Как правило, биофильтры состоят из:

корпуса фильтрующего устройства;
изделия для распределения стоков по поверхности фильтра;
дренажной системы для отвода воды;
воздухораспределительной системы для обеспечения подачи кислорода.

Принцип работы биологического фильтра схож с принципом работы аэротенка – сначала сточные воды очищаются от крупных и тяжелых фракций, а затем перетекают в биофильтр, где аэробные бактерии получают питательные вещества и начинают активно размножаться, увеличивая, таким образом, эффективность очищения стоков. Специальная система в это время обеспечивает подачу кислорода.

Устройства с фильтром капельного типа отличаются лишь порционным поступлением стоков. При этом вентиляция и подача кислорода обеспечиваются естественным путем за счет имеющихся в конструкции открытых пространств.

Биологические пруды

В случае с биологическими прудами процессы самоочищения сточных вод осуществляются в открытых искусственных водоемах. Такой способ намного выгоднее других методов очистки. Для обеспечения поступления достаточного количества кислорода глубина искусственного водоема не должна превышать один метр.

Из-за большой площади водоема вода хорошо прогревается, что благоприятно сказывается на жизнедеятельности обитающих там микроорганизмов. Наиболее эффективно процессы очищения протекают в теплое время года, а при снижении температуры до шести градусов тепла окислительные процессы замедляются.

Важно: При минусовых температурах бактерии впадают в спячку, поэтому в холодное время года биологические пруды не используются.

Условно биологические пруды можно разделить на три категории:

водоемы с разбавлением (сточные воды перемешиваются с речной водой);
многоступенчатые водоемы без разбавления (стоки попадают в пруд только после предварительного отстаивания, нередко используется каскадный метод расположения водоемов);
водоемы для доочистки стоков.

В то время как в первом случае процесс очищения занимает около 14 дней, на очистку стоков в многоступенчатых водоемах уйдет почти месяц.

Схема

Так как биологический реактор является лишь одной из ступеней в сложной системе очищения стоков, схема биологической очистки выглядит следующим образом:

канализационные воды поступают в первичную камеру (отстойник), где наиболее крупные включения выпадают в осадок;
затем частично осветленные стоки переливаются во вторую камеру, где насыщаются кислородом и подвергаются расщеплению крупных органических включений колониями микроорганизмов;
насыщенные кислородом сточные воды попадают в камеру биореактора, где происходит процесс разложения органической составляющей; последняя камеры служит для завершающей гравитационной очистки.

Внимание: Как правило, на дне имеется известковая засыпка, эффективно соединяющая химически активные элементы. При этом на выходе из сооружения может располагаться дополнительный биологический фильтра, увеличивающий степень очищения до 99 процентов.

Отзывы: преимущества и недостатки

Как показывает практика, основными преимуществами биологической очистки стоков являются:

невысокая стоимость (стоимость очистки одной единицы стоков существенно ниже очищения стоков механическим или химическим методом);
надежность;
отсутствие необходимости в регулярном закупе расходных материалов (теоретически микроорганизмы не нуждаются в замене, так как являются самовоспроизводимыми живыми существами, но на практике заменять колонии надо, но не чаще одного раза в пять-шесть лет);
экологичность;
высокая степень очищения сточных вод (до 99 процентов).

Доочистка

После биологического очищения сточные воды могут быть направлены сразу в грунт или повторно использованы для полива растений. В некоторых случаях допускается выпуск очищенных стоков в водоемы, однако в большинстве случаев содержащиеся в сточных водах, очищенных биологическим методом, остаточные органические соединения, биогенные элементы, ПАВ и бактериальные загрязнения оказывают негативное влияние на водоемы. В связи с этим производственным сточным водам требуется доочистка, предусматривающая:

уменьшение объема взвешенных веществ;
снижения величин ХПК, БПК и содержания ПАВ, азота и фосфора;
обеззараживание;
насыщение стоков кислородом при их спуске в водоемы рыбохозяйственного назначения.

В качестве инструмента для глубокой очистки чаще всего используются биологические реакторы с затопленной загрузкой. В некоторых случаях эта часть сооружения может быть использована в качестве нитрификатора-денитрификатора.

Выбор устройства доочистки зависит как от местных условий, так и от требований качества очищенных стоков. В каждой конкретной ситуации потребуется частичная реконструкция сооружения глубокой очистки.

Таким образом, использование метода биологического очищения сточных вод не только выгодно, но и наиболее эффективно по сравнению с рядом других способов очистки.

Читайте также: