Як використовується біологічне очищення стоків та в чому її переваги
Біологічне очищення стічних вод є ефективним способом видалення органічних речовин за допомогою життєдіяльності мікроорганізмів. Такий метод можна використовувати як у побуті, так і на промислових підприємствах. Очищення за рахунок бактерій успішно комбінується з механічними та хімічними впливами, які більшою мірою впливають на неорганічні сполуки. В основі біологічного очищення знаходиться природний процес, його відтворюють штучним шляхом для безпечного позбавлення домішок.
Як працює метод біологічного очищення
Очищення за допомогою мікроорганізмів зазвичай проводять після видалення механічного забруднень. Нерозчинні частинки випадають у осад, інші речовини підлягають подальшої обробці.
Суть роботи виходить з можливості певних бактерій розщеплювати органічні сполуки. В результаті утворюються прості речовини, такі як вода, вуглекислий газ та метан. Мікроби і найпростіші використовують продукти для підтримки власної життєдіяльності.
Мікроорганізми також отримують енергію з азоту, що міститься у стічних водах у вигляді аміачних та нітратних сполук. До складу мінеральних солей включені фосфор та калій, необхідні для харчування бактерій. Багатий вміст цих речовин у стоках викликає інтенсивне розмноження мікробів, таким чином відбувається природне очищення в резервуарах.
З чого складаються побутові стічні води
У сучасних будинках обов'язково присутні водопровідна та каналізаційна системи. Першу люди застосовують для пиття та господарських потреб, а за допомогою останньої – видаляють забруднену рідину. І хоча рівень домішок у стічних водах не перевищує 1%, повторно використовувати їх не можна, доки вони не пройдуть очищення.
Склад стічних вод значно різниться залежно від місця та часу взяття зразка. Зазвичай рідини містяться як тверді, так і розчинні елементи. Неорганічні речовини можуть бути усунені простим фільтром, але органіка потребує складнішого підходу. Якщо не вживати заходів, виникає небезпека розкладання біологічних сполук, що призводить до утворення гнильного запаху та псування води.
Стоки можуть містити залишки жирів, миючих засобів, фосфати і сполуки хлоридів, азот, сульфатні і нафтохімічні продукти. Ці речовини нікуди не зникають власними силами, тому їх видалення застосовується біологічна очищення стічних вод.
Особливу увагу цьому питанню слід приділяти у заміських будинках, які не підключені до централізованого водопроводу. На їх ділянках зазвичай розташовують свердловину та вигрібну яму. У разі несприятливого збігу обставин неочищені стоки можуть потрапити в кран, що призведе до ризику отруєння всіх мешканців.
Способи очищення стічних вод
Існує два основних методи очищення побутових та промислових стоків – природний та штучний. Незначні обсяги рідини можуть очищатися в природних умовах, але зараз велика кількість забруднених вод потребує додаткової обробки. Зазвичай застосовується цілий комплекс штучних способів, а природне очищення використовується як доповнення. Поширені методи очищення стоків:
- Механічний. На цьому етапі застосовуються фільтри та відстоювання води. Для цього використовують спеціальні грати, сита та уловлювачі. Після первинного очищення рідина прямує у відстійник, де через деякий час неорганічні речовини випадають в осад. У всіх сучасних системах вода проходить таку стадію очищення, але недостатньо для повного видалення всіх забруднень. Хімічні та біологічні компоненти не можуть бути усунені у такий спосіб.
- Хімічний. Він передбачає застосування спеціальних реагентів, які реагують із речовинами у складі води та призводять до випадання нерозчинного осаду. В результаті вдається практично повністю позбавитися твердих частинок, а вміст органіки знижується незначним чином.
- Фізико-хімічний. Це комбінація двох попередніх методів, що дозволяє впливати на всі типи забруднень. Найчастіше застосовують коагуляцію, екстракцію та електроліз.
- Біологічний. Для цього методу потрібні мікроорганізми, які природно очищають воду від органічних домішок у процесі своєї життєдіяльності.
Методи біологічного очищення стоків
Очищення води мікроорганізмами відбувається у таких спорудах:
- Аеротенки;
- Біофільтри;
- Станції біологічної очистки;
- Мембранні біореактори;
- Біологічні ставки.
Аеротенки
Такі споруди біологічної очистки стічних вод призначені для обробленої механічним шляхом рідини, яка взаємодіє з активним мулом, що розташований у резервуарі. Процес відбувається у спеціальних ємностях, які з кількох відділів і обладнаних системами аерації. В активному мулі міститься безліч бактерій, які харчуються органічними відходами. Для їхньої життєдіяльності потрібні відповідні умови, які постійно підтримуються у водоймі.
Насамперед, бактеріям необхідний кисень, щоб вони могли розмножуватися. При постійному надходженні повітря мікроорганізми починають поглинати органічні речовини з води, отже відбувається природне очищення резервуара. Згодом запаси органіки зменшуються, і витрата кисню також починає знижуватися. У цей момент рідина переміщається до наступних відділів.
У подальших секціях вода піддається обробці за допомогою особливих бактерій-нітрифікаторів, які перетворюють азот, що міститься в амонійних солях, на нітрити. У водоймі знаходиться також інший тип мікробів, що поглинає нітрити. Внаслідок цього процесу утворюються нітрати. Зрештою після повної переробки сполук стічні води надходять у вторинний відстійник. Тут активний мул утворює осад, а чиста рідина переміщається у водоймища.
Мембранний біореактор
Біологічні методи очищення стічних вод включають використання мембранного біореактора. Роль мембран полягає у створенні свого роду перешкоди для забруднень, що проходять крізь них. Ці елементи бувають трубчастими, половолоконними та плоскорамними. На додаток до механічної фільтрації використовують діяльність мікроорганізмів.
Мембранний реактор можна застосовувати як на фінальній стадії очищення рідини, так і для попереднього очищення перед нанофільтрацією. У такий спосіб вдається ефективно видалити зі стоків зайві солі.
Біофільтри
Для біологічної очистки стічних вод у заміських будинках часто застосовуються біофільтри. Цей невеликий пристрій містить ємність із завантажувальним матеріалом, де знаходяться мікроорганізми. Діяльність бактерій відбувається за схожим принципом з аеротенками - органіка успішно розпадається на прості елементи, що служать їжею для мікробів.
Прилади поділяються на дві групи: двоступінчасті та з крапельною фільтрацією. Останній тип відрізняється низькою продуктивністю, але при цьому він здійснює найбільш ефективне очищення стоків. Двоступінчасті пристрої працюють швидше, але якість буде більш посередньою. Обидва прилади включають корпус, розподільник, дренажну і повітророзподільну системи.
Станція біологічного очищення стічних вод
Цей пристрій виконаний у вигляді споруди з чотирма камерами, в якому відбувається послідовне очищення стоків за рахунок використання активного мулу та кисню. Після проходження всіх відділів вода є практично чистою та її можна знову використовувати для побутових чи промислових потреб.
Велика кількість відділів не займає занадто багато місця, тому сама станція є компактним та зручним у застосуванні приладом. Її легко переносити та монтувати. Для такого біологічного методу очищення стічних вод необхідно регулярне обслуговування пристрою, щоб він продовжував ефективно працювати. Періодично секції агрегату повинні промиватись за допомогою миття високого тиску. Після цього прилад слід перезапустити.
Біологічні ставки
Досить простий і вигідний спосіб видалення забруднень рідини передбачає її самоочищення у відкритих водоймах, створених штучним шляхом. Тут важливо забезпечити хорошу циркуляцію повітря, оскільки бактеріям для життєдіяльності потрібен кисень. З цієї причини глибина водосховища не повинна становити понад 1 метр.
Значні розміри водойми дають можливість воді добре прогрітися, тому мікроорганізми стають активними та швидше поглинають органічні сполуки. Таке біологічне очищення стічної води ефективніше протікає в літній період, а при зниженні температури процес окиснення стає повільнішим. Коли настають морози, мікроорганізми засинають і більше не можуть виконувати свою роботу. Тому взимку та пізно восени застосовувати біологічні ставки немає сенсу.
Водойми такого типу поділяються на три різновиди:
- З розведенням – стоки поєднуються з водами рік;
- Водосховища з кількома ступенями без розведення - рідина потрапляє у водойму після деякого часу відстоювання, часто застосовують каскадний спосіб їх розміщення;
- Стави для доочищення стічних вод.
Способи розрізняються за часом, який необхідний для повного очищення води. Водойми з розведенням здатні очистити рідину протягом двох тижнів, тоді як у багатоступінчастих ставках забруднення видаляються близько місяця.
Остаточне прибирання
Після біологічних способів очищення води вона може бути одразу переміщена у ґрунт або повторно застосовуватися для технічних потреб. Іноді рідина випускають у водоймища, але найчастіше містяться в ній елементи здатні завдати шкоди екосистемі. Тому промислові стоки вимагають доочищення, перш ніж їх знову можна буде використовувати. Під час додаткового очищення відбуваються такі процеси:
- Зниження кількості зависів;
- Зменшення вмісту азотних, фосфорних та інших хімічних сполук;
- Дезінфекція;
- Додавання кисню до води, яка буде використана для об'єктів рибного господарства.
Інструментом глибокого очищення зазвичай виступає біореактор із затопленим завантаженням. Іноді цю ділянку застосовують у ролі нітрифікатора.
Конкретний тип пристрою вибирають, виходячи з місцевих умов та необхідної якості очищення рідини. Найчастіше доводиться частково перебудовувати конструкцію глибокого очищення.
Принцип роботи бактерій
Стічні води очищаються за допомогою аеробних та анаеробних мікроорганізмів. Відмінність полягає у використанні кисню для очищення рідини. Кожен метод передбачає застосування особливого механізму.
Аеробне очищення
Його виробляють за допомогою біоплівки чи активного мулу. Стоки потрапляють у відстійник чи резервуар з бактеріями, та був у систему подається кисень, рахунок чого органіка окислюється. Паралельно відбувається нітрифікація з'єднань. Процес повторюється кілька разів, перш ніж розпочнеться відстоювання рідини. Зайвий мул йде на переробку, а деяка його частина повертається у систему. Чиста вода проходить додаткове очищення або надходить у водойму.
Анаеробне очищення
Якщо у стоках багато органіки, твердих речовин та активного мулу, їх можна очистити за допомогою метаногенезу, який відбувається за участю анаеробних бактерій. При цьому способі рідина обробляється в резервуарі з мікроорганізмами, у результаті виникає метан і вуглекислий газ. Потім гази видаляються, а осад проходить у центрифугу, в якій відокремлюється мул. Після цього чиста вода повертається у водойму, а мул висушується, дезінфікується і застосовується для компостів.
Переваги та недоліки методу
Біологічна очистка стічних вод має помітні переваги:
- Невелика кількість відпрацьованих речовин. В результаті переробки виникають прості сполуки, які можна легко видалити з рідини. Отриманий метан використовують для обігріву будівель, а за допомогою мулу удобрюють ґрунт.
- Автономна робота пристроїв. Вони не вимагають додавання реагентів, а контролювати процеси може одна людина.
- Доступна вартість методу порівняно з рештою способів очищення рідини.
- Екологічність та натуральність процесу. Таке очищення не завдає шкоди природним ресурсам та екосистемам.
У способу є також і недоліки:
- Важко підтримувати постійну кількість мікроорганізмів. Зменшення їхньої кількості призведе до недостатньо ефективного очищення стоків.
- Будівля споруд для очищення може вимагати велику кількість фінансових коштів. З часом вкладення себе окупають.
- Важливість суворого дотримання технології очищення рідини. Відступ від правил призведе до зменшення ефективності методу.
- Переробити можна не всі типи органіки. Отруйні речовини можуть знищити бактерії, тому важливо ретельно перевіряти воду на їх наявність та своєчасно видаляти токсини.
Висновок
Застосування біологічної очистки дозволяє ефективно видаляти забруднення зі стічних вод без нанесення шкоди навколишньому середовищу. Це доступний та популярний метод як для побутових, так і для виробничих потреб.
