II. Биологические методы очистки стоков.

Использование и получение огромного количества продуктов в различных сферах человеческой деятельности сопровождается образованием сточных вод, загрязненных разнообразными органическими и неорганическими, в том числе токсичными, соединениями. Сбрасываемые в природные водоемы стоки существенным образом влияют на качество воды, нарушают биологическое равновесие в водоемах, тем самым затрудняют рациональное водопользование, а в отдельных случаях полностью выводят водоемы из строя.

Существуют специальные «Правила охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами». Данные правила нормируют показатели загрязнения в водоеме после смешивания сточных вод с естественными водами. Важнейшими из них являются следующие показатели: количество растворенного в воде кислорода после смешивания – не менее 4 мг/л; содержание взвешенных частиц после спуска стоков не может возрасти более чем на 0,25–0,75 мг/л (для водоемов разной категории); минеральный осадок не более 1000 мг/л; вода не должна иметь запахов и привкусов, рН – в пределах 6,5–8,5; на поверхности не должно быть пленок, плавающих пятен; содержание ядовитых веществ – в предельно допустимых концентрациях (ПДК) для людей и животных. Запрещается сбрасывать в водоемы радиоактивные вещества.

В качестве индикатора качества воды на загрязнение различными токсическими веществами, в том числе тяжелыми металлами, можно использовать водные растения, поскольку последние поглощают растворенные в воде вещества.

Органические вещества, попавшие в водоемы, окисляются до СО₂ и Н₂О в пределах способности водоемов к самоочищению. Количество кислорода, расходуемое в этих процессах (БПК), определяется концентрацией и спектром присутствующих в воде примесей. Различают БПК₅ (пятидневный), БПК₂₀ (двадцатидневный) и БПК_полн (полный). БПК_полн обозначает время, в течение которого все вещества стоков окисляются в водоеме полностью до конечных продуктов. Сточные воды представляют сложные системы с комплексом веществ, их БПК составляет от 200 до 3000 мг О₂/л. При сбросе в водоем таких сточных вод в неочищенном виде возможно полное расходование запасов кислорода. Поэтому перед сбросом сточных вод в природные водоемы их необходимо очищать до такой степени, при которой после сброса БПК остается в пределах санитарных норм.

Схема проведения очистки сточных вод должна предусматривать максимальное использование очищенных сточных вод в системах повторного и оборотного водоснабжения предприятий и минимальный сброс сточных вод в естественные водоемы. Для очистки стоков применяют несколько типов сооружений: локальные (цеховые), общие (заводские) и районные (городские). Локальные очистные сооружения предназначены для очистки стоков непосредственно после технологических процессов. На локальных очистных сооружениях очищают воды перед направлением их в систему оборотного водоснабжения или в общерайонные очистные сооружения. На таких установках обычно применяют физико-химические методы очистки (отстаивание, ректификацию, экстракцию, адсорбцию, ионный обмен, огневой метод).

Общие очистные сооружения включают несколько ступеней очистки: первичную (механическую), вторичную (биологическую), третичную (доочистку). Районные или общегородские сооружения очищают в основном бытовые стоки методами механической и биологической очистки.

Биологическая очистка сточных вод - это способ очистки бытовых и промышленных сточных вод, заключающийся в биохимическом разрушении (минерализации) микроорганизмами органических веществ (загрязнений органического происхождения), растворённых и эмульгированных в сточных водах. Микроорганизмы (бактерии) используют эти вещества как источник питания и энергии для своей жизнедеятельности. В процессе дыхания микроорганизмов органические вещества окисляются и освобождается энергия, необходимая для их жизненных функций. Часть энергии идёт на процессы синтезаклеточного вещества, т. е. на увеличение массы бактерий, количестваактивного ила и биологической плёнки в очистных сооружениях. В минерализации органических соединений сточных вод участвуют бактерии, которые в зависимости от отношения их к кислороду делятся на 2 группы: аэробы (использующие при дыхании растворённый в воде кислород) ианаэробы (развивающиеся в отсутствие свободного кислорода).В сточных водах, помимо растворённых органических веществ, содержатся взвешенные вещества, смолы и масла, которые перед биологической очисткой должны быть удалены. Для этой цели применяют решётки, песколовки, отстойники.

Для биологической очистки сточных вод применяют два типа процессов: аэробные, в которых микроорганизмы используют для окисления веществ кислород, и анаэробные, при которых микроорганизмы не имеют доступа ни к свободному растворенному кислороду, ни к предпочтительным акцепторам электронов типа нитрат-ионов. В этих процессах в качестве акцептора электронов микроорганизмы могут использовать углерод органических веществ. При выборе между аэробными и анаэробными процессами предпочтение обычно отдают первым. Аэробные системы более надежны, стабильно функционируют; они также больше изучены. Анаэробные процессы, существенно уступающие аэробным в скорости протекания процесса очистки, имеют однако ряд преимуществ: 1) масса, образуемого в них активного ила практически на порядок ниже (0,1–0,2) по сравнению с аэробными процессами (1,0–1,5 кг/кг удаленного БПК); 2) в них существенно ниже энергозатраты на перемешивание; 3) дополнительно образуется энергоноситель в виде биогаза. Вместе с тем, анаэробные процессы очистки мало изучены, в силу низких скоростей протекания для них требуются дорогостоящие очистные сооружения больших объемов.