2014-06-05

Біологічне очищення стічних вод

4.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.50 (2 голосів)

Біологічне очищення стічних вод

Біологічне очищення стічних вод є результатом функціонування системи активний мул - стічна вода, яка характеризується наявністю складної багаторівневої структури. Біологічне окислення становить основу цього процесу і є наслідком протікання великого комплексу взаємопов'язаних процесів різної складності: від елементних актів обміну електронів до складних взаємодій біоценозу з зовнішнім середовищем.

Біологічне очищення стічних вод: історична довідка

Ще в містах стародавнього Єгипту, Греції та Риму існували каналізаційні системи, за якими відходи життєдіяльності людей і тварин транспортувалися у водойми – річки, озера і моря. У Стародавньому Римі перед скиданням у Тибр каналізаційні стоки накопичувалися і витримувалися в накопичувальному ставку-відстійнику – клоаці (cloaca maxima). У Середні століття цей досвід був у значній мірі забутий, помиї, екскременти людей і тварин, виливалися на міські вулиці і видалялися епізодично. Це було причиною забруднення і зараження джерел питної води і приводило до виникнення епідемій холери, тифу, амебної дизентерії та ін.

На початку 19 століття в Англії був винайдений туалет з водяним змивом (water closet, WC). Виникла очевидна необхідність в обробці стічних вод та запобіганню їх попадання в джерела питної води. Стічні води збирали і витримували у великих ємностях, осад використовували в якості добрив.

На початку двадцятого століття були розроблені інтенсивні системи очищення побутових стічних вод, включаючи поля зрошення, де вода очищалася, фільтруючись через ґрунт, струменеві фільтри з щебеневим і піщаним завантаженням, а також резервуари з примусовою аерацією – аеротанки. Останні є основним вузлом сучасних станцій аеробного біологічного очищення міських стічних вод. Спочатку основною метою очищення стоків було їх знезараження. Розуміння важливості якісного очищення стічних вод для охорони природних водойм прийшло пізніше. Проблема чистої води є однією з найактуальніших проблем початку століття. Для збереження місць забору питної води чистими необхідне якісне біологічне очищення стічних вод. В даний час розроблені і розвиваються сучасні технології очищення стічних вод. Найбільший інтерес і перспективу мають природні і найдешевші біологічні методи очищення, що представляють собою інтенсифікацію природних процесів розкладання органічних сполук мікроорганізмами в аеробних або анаеробних умовах.

Біологічне очищення стічних вод: основні принципи

Біологічне очищення стічних вод передбачає практично повне розкладання органічних сполук у воді. За існуючими нормами, вміст органічних речовин в очищеній воді не повинен перевищувати 10 мг/л.

Деградація органічних речовин мікроорганізмами в аеробних і в анаеробних умовах здійснюється за різними енергетичними балансами сумарних реакцій. При аеробному біоокисленні глюкози 59% енергії, що міститься в ній, витрачається на приріст біомаси і 41% становлять теплові втрати. Цим обумовлюється активний ріст аеробних мікроорганізмів. Чим вища концентрація органічних речовин в оброблюваних стоках, тим сильніший розігрів, вища швидкість росту мікробної біомаси і накопичення надлишкового активного мулу. При анаеробної деградації глюкози з утворенням метану лише 8% енергії витрачається на приріст біомаси, 3% становлять теплові втрати і 89% переходить в метан. Анаеробні мікроорганізми ростуть повільно і потребують високої концентрації субстрату.

Біологічне очищення стічних вод: аеробний процес

С6Н12О6 + 6О2 -> 6СО2 + 6Н2О + мікробна біомаса + тепло

Аеробна мікрофауна представлена різноманітними мікроорганізмами, в основному бактеріями, які окислюють різні органічні речовини в більшості випадків незалежно один від одного, хоча окислювання деяких речовин здійснюється шляхом співокислення (кометаболізм). Аеробна мікробна фауна активного мулу систем аеробного очищення води представлена винятковим біорізноманіттям. В останні роки за допомогою нових молекулярно-біологічних методів, зокрема специфічних рРНК проб, в активному мулі показана присутність бактерій родів Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus. Однак, вважається, що до теперішнього часу ідентифіковано не більше 5% видів мікроорганізмів, що беруть участь в аеробному біологічному очищенню стічних вод. Слід зазначити, що багато аеробних бактерій є факультативними анаеробами. Вони можуть рости при відсутності кисню за рахунок інших акцепторів електрона (анаеробне дихання) або бродіння (субстратне фосфорилювання). Продуктами їхньої життєдіяльності є вуглекислота, водень, органічні кислоти і спирти.

Біологічне очищення стічних вод: анаеробний процес

С6Н12О6 -> 3СН4 + 3СО2 + мікробна біомаса + тепло

Анаеробна деградація органічних речовин, при метаногенезі здійснюється як багатоступінчастий процес, в якому необхідна участь щонайменше чотирьох груп мікроорганізмів: гідролітиків, бродильників, ацетогенів і метаногенів. У анаеробній фауні між мікроорганізмами існують тісні і складні взаємозв'язки, що мають аналогії в багатоклітинних організмах, оскільки зважаючи на субстратну специфічність метаногенів, їх розвиток неможливий без трофічного зв'язку з бактеріями попередніх стадій. У свою чергу метанові археї, використовуючи речовини, які продукуються первинними анаеробами, визначають швидкість реакцій, здійснюваних цими бактеріями. Ключову роль в анаеробній деградації органічних речовин до метану грають метанові археї родів Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Мethanomicrobium та інші. При їх відсутності або недостачі анаеробне розкладання закінчується на стадії кислотогенного і ацетогенного бродінь, що призводить до накопичення летких жирних кислот, в основному масляної, пропіонової і оцтової, зниження рН і зупинки процесу.

Перевагою аеробного біологічного очищення стічних вод є висока швидкість і використання речовин в низьких концентраціях. Суттєвими недоліками, особливо при обробці концентрованих стічних вод, є високі енерговитрати на аерацію і проблеми, пов'язані з обробкою та утилізацією великих кількостей надлишкового мулу. Аеробний процес використовується при очищенні побутових, деяких промислових і свинарських стічних вод з хімічним споживанням кисню не вище 2000. Виключити вказані недоліки аеробних технологій може попередня анаеробна обробка концентрованих стічних вод методом метанового зброджування, яка не вимагає витрат енергії на аерацію і більше того пов'язана з утворенням цінного енергоносія – метану. Перевагою анаеробного процесу біологічної очищення стічних вод є також відносно незначне утворення мікробної біомаси. До недоліків слід віднести неможливість видалення органічних забруднень у низьких концентраціях. Для глибокого очищення концентрованих стічних вод анаеробну обробку слід використовувати в комбінації з подальшою аеробної стадією. Вибір технології та особливості обробки стічних вод визначаються вмістом органічних забруднень в них.

Стічні води великих міст і невеликих селищ значно відрізняються за концентрацією органічних забруднювачів. Вміст органічних забруднювачів у стічних водах великих міст не перевищує 500 мг/л, складаючи зазвичай 200-300 мг/л. Побутові стічні води невеликих населених пунктів містять більше органіки, від 500-1000 г/л і більше. У сучасних дачних і котеджних селищах часто туалетні і кухонні стічні води, які містять велику кількість органічних забруднень, відокремлюються від стоків ванних кімнат. Для очищення стічних вод котеджних селищ, які інтенсивно розвиваються, будуються локальні очисні споруди, для пуску яких і виведення на робочий режим необхідно використовувати активний мул міських станцій аерації або спеціальні мікробні препарати.

Біологічне очищення стічних вод: біопрепарати

В даний час існує безліч біопрепаратів, що використовуються для біологічного очищення стічних вод. Це консорціуми мікроорганізмів, виділені методом накопичувальних культур зазвичай з активного мулу аеротенків міських споруд біологічного очищення стічних вод. Вони використовуються для очищення стічних вод місцевого значення, наприклад, у селах, дачних і котеджних селищах, невеликих селищах міського типу, міні-заводах і т.п. Біопрепарати, містять обмежену кількість видів мікроорганізмів і за спектром речовин, що утилізовуються, поступаються свіжому активного мулу. Однак, вони містять штами, які швидко ростуть та ініціюють процеси розкладання органічних забруднень. У нестерильному процесі розвиваються також мікроорганізми, що містяться у відходах, і в мікробне співтовариство включаються відсутні ланки.

Дія мікроорганізмів біопрепаратів полягає в тому, що в процесі своєї життєдіяльності вони виробляють ферменти, які здатні, розщеплювати жири, білки та інші складні речовини органічного походження на більш прості органічні речовини, які легко розкладаються ними до вуглекислоти і простих сполук азоту. Після додавання препарату зростає концентрація мікроорганізмів, а отже і ступінь очищення. Клітини мікроорганізмів іноді іммобілізують на твердому дисперсному носії, який може служити додатковим джерелом азоту і фосфору. Препарати містять асоціації 6-12 штамів аеробних і факультативно анаеробних мікроорганізмів, які забезпечують комплексну біологічну очистку стічних вод від органічних забруднювачів: жирів, білків, складних вуглеводів, і навіть (спеціалізовані) від нафтопродуктів. В якості поживних елементів біопрепарати містять солі азоту та фосфору, які стимулюють ріст мікроорганізмів і вироблення мікроорганізмами ліполітичних, амілазолітичних, карбогідразних, та ін. ферментів, що максимально полегшують розкладання органіки. Аналогічні біоактиватори, але з дещо іншим складом, застосовуються так само при виробництві компосту, в біотуалетах і т.п.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus