Биохимические методы очистки сточных вод

Эти методы применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических веществ (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.). Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать указанные вещества для питания в процессе жизнедеятельности, превращая их в воду, углекислый газ, сульфат-ионы, фосфат-ионы и увеличения своей биомассы. Механизм процесса сложен. Он включает: перенос веществ из жидкости к поверхности клетки; диффузию вещества через полупроницаемую мембрану внутрь клетки; процесс превращения веществ (метаболизм), протекающий внутри клетки, с выделением энергии и синтезом нового клеточного вещества. Скорость биохимических превращений и последовательность их протекания определяют ферменты, выполняющие роль биокатализаторов и представляющие собой сложные белковые соединения. Биохимическая очистка сточных вод может протекать в аэробных и анаэробных условиях.

Очистка в аэробных условиях происходит в присутствии растворенного в воде кислорода и представляет собой модификацию протекающего в природе естественного процесса самоочищения водоемов. Этот метод основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20 – 40 ºС. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Активный ил представляет собой амфотерный коллоид, имеющий при рН 4 – 9 отрицательный заряд и обладающий большой адсорбционной поверхностью. Он состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы – это скопления бактерий, простейших организмов, червей, плесневых грибов, дрожжей, личинок насекомых, рачков и др. Сообщество всех живых организмов, населяющих ил, называется биоценозом. Сухое вещество активного ила содержит 70 – 90 % органического вещества и 10 – 30 % неорганических веществ. Субстрат (до 40 % массы ила) – твердая отмершая часть остатков водорослей и различных водных организмов активного ила. Активный ил в аэрируемой жидкости значительно ускоряет процессы окисления и создает условия для процессов адсорбции органических веществ.

Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и др. организмов. Растет на наполнителе биофильтров и имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1- 3 мм и более от серовато-желтого до темно-коричневово в зависимости от состава сточных вод. Аэробные методы очистки могут протекать как в естественных условиях, так и в искусственных сооружениях (биофильтры, аэротенки). В естественных условиях биохимическая очистка осуществляется на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах.

Поля орошения – специально подготовленные земельные участки, которые используются одновременно для очистки сточных вод и агрокультурных целей, т.е. для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, кустарников. Очистка сточных вод происходит под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и жизнедеятельности растений.

Поля фильтрации предназначены только для биологической очистки сточных вод. На них сельскохозяйственные культуры не выращиваются.

Биологические пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Их выполняют в виде каскада прудов, состоящих из 3 – 5 ступеней. Процесс очистки сточных вод происходит по следующей схеме. Бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, и кислород воздуха. Водоросли потребляют углекислый газ, фосфаты и аммонийный азот, выделяемый при биохимическом разложении органических веществ. Поэтому для нормальной работы прудов необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуру сточной воды. Температура должна быть не ниже 6 ºС, поэтому в зимнее время пруды не эксплуатируются.

К недостаткам прудов относятся низкая окислительная способность, сезонность работы, потребность в больших территориях.