Биологическая очистка воды

Все методы водоочистки, используемые на практике, делятся на несколько групп:

• Физические способы. К этой категории относятся отстаивание в специальных отстойниках, процеживание через особые материалы, механическая фильтрация. Физическая очистка обычно проводится предварительно для выведения из объёма воды твёрдых примесей, которые могут сократить срок службы чувствительного оборудования, а также снизить эффективность схемы водообработки.
• Химические методы. Это введение в воду реагентов. Они активируют необходимые химические реакции, под воздействием которых токсичные соединения реагируют с химическими добавками и распадаются на безопасные вещества.
• Физико-химические способы, к которым относят фильтры ионного обмена, устройства обратного осмоса. Это комбинированная методика, охватывающая химические и физические процессы. Они способствуют запуску определённых реакций и явлений, которые обеспечивают, например, превращение растворённых примесей в нерастворимые, а также дальнейшую фильтрацию – удаление осадка.
• Биологические методы очистки. В них задействуют живую микрофлору – скопления микроорганизмов, сорбирующих, поглощающих и перерабатывающих загрязнения.

Как происходит очистка загрязнённой воды в биофильтрах? Принцип работы таких очистных систем основан на способности отдельных микроорганизмов выборочно, селективно использовать органические примеси и отдельные неорганические соединения (азот, калий, фосфор, серу) для питания, извлечения необходимой для жизнедеятельности энергии, размножения. В ходе таких процессов множество растворённых частиц, применяемых бактериями в качестве питательных веществ, подвергаются окислению, расщеплению на отдельные составляющие, а также полной нейтрализации.

Биологическая очистка – это эффективная переработка загрязняющих элементов микроорганизмами. Часть таких веществ образует нерастворимый или труднорастворимый осадок, подлежащий механической фильтрации. При превращениях других примесей появляются побочные продукты, например, метан, углекислый газ. Они нетоксичны и безопасны. А метан – это экологичное топливо.

Биологический метод очистки предполагает использование активного ила. Вода, как правило, проходит через слой такой биомассы, которая является биоценозом участвующих в процессах обработки колоний простейших микроорганизмов и бактерий.

Элемент с активным илом фиксируется в фильтре либо находится во взвешенном, свободном, плавающем состоянии. При этом шлам, то есть неизбежно возникающие отходы (погибшие микроорганизмы, выделенные бактериями продукты жизнедеятельности) опускаются на дно конструкции. Из них образуется осадок, который регулярно удаляют, при необходимости дополнительно обрабатывают и применяют в качестве удобрения.

Какие именно бактерии очищают воду наиболее эффективно? Есть разные типы микроорганизмов, которые способны поглощать и перерабатывать загрязнения. Это грибы, простейшие, водоросли, бактерии, некоторые растения. Их выбор зависит от разных факторов. Это наличие и преобладание определённых примесей (продуктов жизнедеятельности живых организмов и другой органики, неорганических веществ, различных химических элементов), источник воды и её состав, концентрация загрязнений, условия окружающей среды, необходимая конечная степень очистки и прочие моменты.

Все микроорганизмы делятся на две больших группы:

• Аэробные. Для жизнедеятельности и активного размножения аэробных микроорганизмов крайне необходим кислород, без которого происходит гибель представителей вида аэробов. Только в кислородной среде нормально протекают процессы разложения сложных соединений на более простые вещества, а также окислительные реакции. Кислород должен поступать постоянно и в требуемых объёмах, его подача осуществляется естественным образом (из атмосферного воздуха за счёт большой площади соприкосновения воды с ним) или искусственно, принудительно – путём аэрации, активного насыщения.
• Анаэробные. Для их жизни и увеличения колоний, наоборот, нужна бескислородная среда. Биологическую очистку с помощью анаэробных микроорганизмов осуществляют в специальных блоках – метантенках.

К наиболее часто используемым микроорганизмам относят такие, как амёбы, коловратки, инфузории, жгутиконосцы (жгутиковые простейшие), нитчатые бактерии, малощетинковые черви. Нитробактерии эффективно справляются с окислением содержащихся в воде азотистых соединений, так как азот требуется для поддержания нормальной жизнедеятельности таких видов. А важная особенность серобактерий – нейтрализация сероводорода при контактах с ним.

Помимо микроорганизмов, важна и растительная масса. Она включает в себя разнообразные водоросли, рогоз, камыш, плавающий рдест, роголистник, ряску. Всё это встречается или специально высаживается в грунт в естественных открытых водоёмах. Растения выделяют необходимый аэробам кислород, а также участвуют в некоторых реакциях.

Биологическая очистка – это общее понятие, которое охватывает несколько методов. Они различаются по назначению, по организации, конструкции, режиму работы, поддерживаемой среде (кислородной или бескислородной), наполнению и прочим основным и дополнительным характеристикам. Ниже рассмотрим все способы и используемые для биоочистки установки.

Биофильтры

В различных областях применяют биофильтры. Это установки с загрузками, покрытыми биоплёнкой – тонким слоем микроорганизмов. То есть одновременно происходит и биоочистка, и механическая фильтрация.

Биофильтры по принципу действия и конструкции бывают капельными, башенными, высоконагружаемыми. Загрузка может быть объёмной, к примеру, из шлака, щебня, гравия, а также плоской – из керамики, ткани, асбестоцемента. По количеству ступеней установки классифицируются на одно- и двухступенчатые. Последние используют, когда вода содержит много примесей, и её очистка требует глубокой обработки дополнительно к основному этапу.

Аэротенки

В этих установках предусмотрена принудительная подача кислорода. Перед поступлением вода смешивается с активным илом, затем погружается в аэротенк, где через этот раствор пропускается воздушный поток или же чистый кислород. Аэрация, во-первых, постоянно перемешивает содержимое, во-вторых, запускает нужные процессы расщепления и окисления.

Метантенки

В метантенках кислорода нет, а очистку обеспечивают анаэробные микроорганизмы, которые формируют биогаз метан, за что устройства получили своё название. В ёмкость установки из отстойника поступает концентрат. Он подлежит сбраживанию при нормальной или повышенной температуре (до +35 градусов при мезофильных процессах или до +55 – при термофильных).

Биологические пруды

Биопруды чаще создают искусственно, но есть и природные водоёмы, используемые для очистных целей. Дно покрывается активным илом. Чтобы добиваться нужного эффекта, глубина прудов должна быть не больше 1 метра. При таком значении вода хорошо прогревается и естественным образом насыщается кислородом. Летом процесс идёт активно, а зимой останавливается, так как микроорганизмы погружаются в состояние сна.

Поля фильтрации

Такие поля применяют для работы со стоками. Их организуют на подходящих почвах: торфяных, глинистых, песчаных, суглинистых. Дно полей покрывается слоем микроорганизмов. Почва играет роль фильтрующего материала. Обрабатываемая загрязнённая вода с подземными источниками не взаимодействует, так как отводится через дренажную сеть.

Мембранные биореакторы

В таких реакторах предусмотрено две зоны. В первой происходит биоочистка на слое активного ила, где расщепляются различные примеси. Далее вода направляется в специальные мембраны: трубчатые, плоскорамные или половолоконные. Тут задерживаются все оставшиеся в растворе взвешенные частички и возможные микроорганизмы. Биореакторы могут использоваться как после всех других стадий водообработки, так и перед завершающими этапами, например, нанофильтрацией.

Биологические очистные станции

Такие станции представляют собой многокомпонентные установки, в которых предусмотрено несколько рабочих камер. Водный поток последовательно проходит через эти колонны, где находятся активный ил и кислород.

Очистная биостанция имеет средние размеры, является переносной. Она требует периодического обслуживания, которое предполагает регулярные промывки внутренних пространств резервуаров струями воды под высоким давлением. После такой очистки устройство может быть перезапущено.

Септики

Это резервуары, созданные для воспроизведения процессов естественного, природного разложения загрязнений. Такие сооружения обычно используются в канализационных сетях частных домовладений. Они делятся на аэробные и анаэробные. Последние работают автономно, без посторонних вмешательств, а первые требуют насыщения кислородом. В септики периодически добавляется биомасса.

Чтобы использование биологических фильтров давало ожидаемые результаты, а также для повышения эффективности таких установок нужно соблюдать несколько требований и обязательных условий:

• Поддержание оптимальной температуры. Режим должен быть комфортным для биомассы. Повышение температуры, как и её снижение, чревато гибелью микроорганизмов и уменьшением их активности.
• Нужный уровень влажности. Минимальный – 60%. Но чем влажность больше, тем лучше.
• Питательная среда с содержанием веществ, поддерживающих жизнедеятельность. Это железо, азот, сера, марганец, фосфор, кобальт, элементы органики.
• Отсутствие соединений, оказывающих агрессивное влияние на активный ил и вызывающих его разрушение. Такие примеси следует предварительно удалить.
• Достаточное количество кислорода. Если он не поступает естественным путём, нужна принудительная доставка – аэрация с помощью компрессора или специализированного насосного оборудования.
• Оптимальное время контактов очищаемой воды с активным илом. Если взаимодействие короткое, то очистка будет неполной.
• Допустимая нагрузка, ложащаяся на биомассу. Если она будет выше норм, то микроорганизмы перестанут справляться с загрязнениями.

Эффективность очистки может меняться в зависимости от таких факторов, как природа загрязнения, толщина активной фильтрующей плёнки и загрузки, потребность микроорганизмов в кислороде и объём его поступления, интенсивность дыхания биомассы, температура среды, вид и свойства бактерий или простейших.

Практически всегда полноценная и качественная очистка – это целый комплекс методов. И такой комплексный подход позволяет добиваться нескольких эффектов: удаления органических примесей, неорганических соединений, твёрдых частиц типа песка и мельчайших взвесей, обеззараживания, нейтрализации неприятных запахов, осветления, обессоливания. Схема обычно включает такие уровни:

1. Предварительная обработка. На этой стадии производится удаление механических загрязнений, например, песка, фрагментов старых труб (железа и других металлов, частиц ржавчины). Для этого применяют песколовки, решётки с мелкими ячейками, фильтры грубой очистки.
2. Биологическая подготовка. Она может включать несколько этапов: анаэробный, аноксидный, аэробный, отстаивание в промежуточной ёмкости, глубокую биоочистку, разделение фаз водно-иловой смеси, удаление воды из илового шлама, высушивание образовавшегося осадка при высоких температурах. Возникающие газы перемещаются в газоуловители. Отработанный осадок концентрируется и гомогенизируется. Он может применяться, как топливо, экологически чистый стройматериал или удобрение.
3. Доочистка. Она необходима при питьевой водоподготовке и направлена на доведение воды до санитарно-гигиенических и других норм. Могут использоваться разные технологии: обратный осмос, сорбционные фильтры тонкой очистки, ультрафильтрация, ионный обмен, ультрафиолетовые лампы.

Высокая эффективность биологической очистки воды демонстрируется на различных объектах: промышленных, производственных, перерабатывающих, жилых, жилищно-коммунальных и прочих. Обработка по такой технологии применима в следующих случаях:

• подготовка чистой питьевой воды, которая также используется для бытовых нужд: приготовления пищи, мытья посуды и разных поверхностей;
• обработка технической воды, используемой на производствах, в области теплоэнергетики в качестве рабочей жидкости или вспомогательного сырья;
• биологическая очистка сточных вод, к которым относятся природные (атмосферные осадки, содержимое водоёмов), а также искусственные, например, сброс стоков разных компаний и промышленных предприятий, большое количество отходов, возникающих в результате бытовой, хозяйственной деятельности человека (включая содержимое канализаций).

Биофильтры применяют на разных объектах: на территориях частных домов и жилых массивов, не подключенных к городским канализационным системам, на фермах и сельскохозяйственных крупных предприятиях, в жилищно-коммунальном хозяйстве, в перерабатывающей промышленности, а также на различных производствах, например, текстильных, пищевых, кожевенных. 

Биологические методы очистки имеют свои преимущества и недостатки. Сначала рассмотрим все достоинства:

• Простая технология, зачастую работающая автономно. Новые современные станции, которые предлагают производители в последние годы, автоматизированы, оснащены датчиками для отслеживания функционирования.
• Возможность образования дополнительных ресурсов, таких как топливное газообразное вещество метан.
• Безопасность. Биологический способ очистки воды не вредит окружающей среде и людям. Все вещества имеют природное происхождение. Очищенная вода при грамотном подходе не содержит токсичных и вредных компонентов.
• Отличные результаты. Качество воды на выходе значительно улучшается.
• Невысокая цена, которая по сравнению со стоимостью других методов гораздо ниже. Эксплуатационные и технологические расходы небольшие, как и затраты на покупку и монтаж биофильтров. Биомасса остаётся активной примерно в течение пяти лет.
• Относительно компактные габариты. Для простого биофильтра достаточно небольшого участка земли.
• Образующиеся осадки и побочные продукты не требуют специальной утилизации.
• Отсутствие необходимости постоянного сложного обслуживания во время эксплуатации.

Изучим и недостатки, которыми обладают биофильтры:

• Некоторые биофильтры имеют внушительные габариты. Любые установки подходят только для открытых пространств, в помещения их не устанавливают.
• Такой вариант нельзя использовать в качестве главного, единственного этапа очистки. Это промежуточная или завершающая ступень.
• Необходим постоянный, поддерживаемый объём биомассы, поэтому активный ил нужно периодически оценивать, что может вызывать проблемы.
• Не все примеси подлежат переработке. В воде остаются некоторые агрессивные химические вещества, токсины.

Биологическая очистка – современное, перспективное решение, о котором вы подробно узнали на нашем сайте. С ним возможно хорошо справиться с некоторыми загрязнениями, которые присутствуют в воде. Этот способ подходит для очистки стоков и технических водных растворов. Также он приводит в порядок состав питьевой воды. Чтобы грамотно организовать систему биоочистки, лучше получить консультацию специалистов или заказать услуги разработки схемы водоподготовки.