5. Установки глубокой биологической очистки
5.1. Основные технологии биологической очистки
Первая стадия анаэробного сбраживания в метантенках осуществляется в системах биологической очистки аналогично этому же процессу в камерах септика (пп. 3.1, 3.2). Прошедшие анаэробное сбраживание и лишенные механических примесей стоки перетекают в секцию аэрации (аэротенк), где находится активный ил – сообщество микроорганизмов, способных в присутствии кислорода разлагать загрязняющие вещества в процессе своей жизнедеятельности. Активный ил представляет собой хлопья размером от 0,1–0,5 до 2–3 мм и более, включающие микроорганизмы (около 70 %) и материалы неорганической природы (около 30 %). В состав активного ила входят образованные бактериями полисахариды, в том числе клетчатка, которые окружают бактериальные клетки, скрепляя их в хлопья. Активный ил имеет развитую поверхность (до 100 м2/г сухой массы) и высокую адсорбционную способность. Вследствие этого на его поверхности концентрируются поступающие со сточной жидкостью мелкие частицы, клетки микроорганизмов и молекулы растворенных веществ, которые бактерии используют для питания. В процессе эксплуатации очистных сооружений в аэротенке формируется активный ил, состоящий из бактерий и простейших, адаптированных к определенному спектру загрязнений сточных вод, характерному для конкретного объекта. Для насыщения воды кислородом воздуха в камере предусмотрена система аэрации, состоящая из погружного насоса, как правило, оснащенного соплом Вентури (например, установки Aquatech ЛОС (рис. 15) или помощью компрессоров («Топас»). Подобная конструкция обеспечивает интенсивное перемешивание обогащенной кислородом воды и хлопьев активного ила, что способствует увеличению степени биологической очистки. Насос работает в соответствии с установленным на блоке управления режимом (1 час работы / 1 час отдыха).
Рис. 15. Схема ЛОС с аэротенком (Aquatech ЛОС-5): 1 – отстойник; 2 – аэротенк; 3 – узел обеззараживания; 4 – сборно-распределительный колодец
В центре аэротенка расположена конструкция, состоящая из нескольких радиально расположенных обечаек и образующая две камеры. Через серию отверстий по периметру внешней секции аэрированные стоки поступают в наружную камеру успокоителя, которая примыкает к внутренней обечайке. Через перфорацию в ее стенке стоки направляются в камеру сепарации. Сепаратор представляет собой две пластины, расположенные внутри секции, которые сужают свободный проход, разделяя таким образом камеру на два объема. Стоки, проходя через камеры успокоителя и сепаратора, теряют скорость потока, что препятствует неконтролируемому выбросу воды из системы, а также уносу хлопьев активного ила. Отделенный сепаратором активный ил оседает на дно, концентрируя на своей поверхности коллоидные частицы, находящиеся еще во взвешенном состоянии, и через отверстие у основания обечайки вновь возвращается в камеру аэрации.
При биологической очистке сточных вод, помимо окисления органического углерода, протекает два наиболее важных микробиологических процесса: нитрификация и денитрификация. При этом в камере аэрации происходит окисление аммонийных соединений азота до нитритов и нитратов, а в камерах успокоителя и сепарации, где преобладают анаэробные процессы, восстановление этих соединений до газообразного азота.
Для эффективного и быстрого роста бактерий в системе используются микробиологические препараты, состоящие из живых клеток и ферментов, ускоряющих процессы распада.
Для полного обеззараживания воды на выходе из ЛОС биологической очистки применяются различные методы, вплоть до обеззараживания с помощью ультрафиолетового излучения. В упоминаемых выше установках Aquatech ЛОС применяется хлорирование. Из аэратора очищенная вода самотеком поступает в выходную трубу и контактирует с таблеткой медленного высвобождения хлора, которая помещается в специальную камеру хлорирования, находящуюся внутри выпускной трубы.
При биологической очистке сточных вод, помимо окисления органического углерода, протекает два наиболее важных микробиологических процесса: нитрификация и денитрификация.
Аналогичные схемы очистки применяются в системах «Осина», «Эколайн», «Фаворит плюс» и некоторых других. Очистка стоков в установках «Топас», «Юбас», «Биотал», «Циклон» и их аналогах происходит благодаря, так называемым, SBR или ARS технологиям, отличающимся особенностями протекания процесса аэрации.
В Европе наиболее распространена технология биологической очистки на основе SBR-систем (реактор с прерывистой аэрацией), в которых после очистки и опорожнения части реактора он снова заполняется и цикл биологической очистки повторяется снова. Если в классическом непрерывном аэротенке происходит только окисление органических загрязнений, то в SBR-реакторах число операций расширено за счет аноксидного процесса, который протекает при прекращении аэрации, но при живой аэробной массе. Процессы в SBR-реакторах проходят очень интенсивно благодаря высокой концентрации аэробных групп бактерий. Кроме того, условия в данных установках оптимальны для развития одноклеточных микроорганизмов, поедающих малоактивные бактерии и тем самым омолаживающих активный ил. Сооружения с SBR-реакторами можно рассматривать как экологически замкнутые системы, степень очистки стока (98–99 %) которых позволяет использовать очищенную воду для полива, а образующийся активный ил похож на речной и является ценным удобрением.
На основе ARS технологии (ARS – аэроритмовые системы) разработан отечественный вариант SBR-систем. Системы биологической очистки, созданные на основе ARS-технологии, отличаются от SBR-систем непрерывным режимом приема и обработки сточных вод, попеременным режимом чередования аэрации в приемном и основном аэротенках, а также развитой системой циркуляции и рециркуляции возвратно активного ила между аэротенками. Такой подход позволил полностью отказаться от предварительной обработки стоков в первичных анаэробных отстойниках. Кроме того, следствием внедрения ARS-технологии стали возможность снижения общего объема емкостей аэротенков, установки стали более компактными, и ускорение окисления трудно-окисляемых загрязнений бытовой химии. Принципиальное достижение внедрения ARS-технологий – возможность реализации автоматизированных алгоритмов глубокой биологической очистки с получением на выходе воды высокой степени очистки и эффективного удобрения – стабилизированного аэробного активного ила с высоким уровнем минерализации.
Следствием внедрения ARS-технологии стали возможность снижения общего объема емкостей аэротенков, установки стали более компактными, и ускорение окисления трудно-окисляемых загрязнений бытовой химии.
