Біологічне очищення стічних вод

8(812) 458-90-98 Санкт-Петербург 8(495) 481-33-84 Москва

Екологічні аспекти процесу

Основною на сьогоднішній день і безперечно найефективнішою із стадій процесу очищення господарсько-побутових стоків можна назвати біологічне очищення в аеротенках. Але принципи цього процесу досі розроблені мало, якщо його з загальноекологічної погляду. Подану інформацію необхідно мати на увазі при плануванні та обслуговуванні автономних локальних каналізацій.

Доцільно розглянути всі найцікавіші аспекти на прикладі біоценозу активного мулу в аеротенці. Активний мул - це біоценоз, представлений в основному найпростішими та бактеріями.

Оскільки масообмінні характеристики аеротенків потрібно привести у відповідність до оптимального віку мулу, цей мул потрібно відокремити від очищеної води і основну його кількість повернути в аеротенк.

Таким чином, вдається скоротити час аерації рідини – він становить лише кілька годин. Вік мулу при цьому може досягати кількох діб. Очищену воду відокремлюють від мулу методом відстоювання. Цим обумовлено формування біоценозу з організмів, що володіють прекрасними седиментаційними властивостями.

У той же час, при подачі істотної частини надлишкового потоку активного мулу в первинні відстійники, механізм природного відбору запускається в зворотний бік і седиментаційні властивості активного мулу погіршуються.

Коли біоценоз активного мулу в стадії гетеротрофної суксцесії, а кількість трофічних рівнів дорівнює переважно двом, нам відомо, що при моделюванні в лабораторних умовах екосистем, що складається з двох трофічних рівнів, екосистем, представлених одним видом бактерій і найпростіших, на відповідному рівні можнаспостерігати десятикратні коливання популяцій обох видів. При цьому поглинання глюкози, що служила субстратом, складе трохи більше 10 відсотків.

Отже, можна припустити: при очищенні стічних вод хижак поїдає популяцію жертв, найпростіші поїдають бактерій, покликаних поглинати забруднення стоків. І природно, це може не процес очищення самий несприятливий вплив. [1]

У той самий час нам відомо, що такі суттєві коливання, які передбачають придушення популяції жертв, можуть мати місце лише найпростіших системах. У системах хижак-жертва. І відбувається це лише за нетривалого контакту між популяціями. Поступово такі коливання згасають. Отже, за умови синхронної еволюції в рамках стабільної системи поступово знижується негативний вплив. [2]

Практика показує: на високу якість мулу вказує високий рівень утримання найпростіших. [3]

Слід зазначити і те що, що термін віку активного мулу — це аж ніяк не синонім терміну віку тих мікроорганізмів, у тому числі цей мул складається. Оскільки вік кожного з видів мікроорганізмів, що входять до складу біоценозу мулу, залежить: від трофічного рівня, на якому цей вид мікроорганізмів знаходиться; від питомої швидкості споживання цього виду представниками наступного рівня; від можливості виду до седиментації.

Яке це має значення для тих, хто шукає недорогі локальні очисні споруди для дачі? Чи для охочих облаштувати автономну каналізацію своїми руками? Справа в тому, що саме утилізація активного мулу є найважливішим питанням при організації біологічного очищення стічних вод. Це має пряме відношення до цін на аеротенки. Адже витрати на утилізацію мулу – цеполовина вартості процесу біологічної очистки. [4]

Вже встановлено: у змішаних культурах, за умови спільного лімітованого зростання, виживають ті популяції мікроорганізмів, що відрізняються найбільшою глибиною утилізації субстрату, а також найвищим економічним коефіцієнтом його споживання [5; 6; 7]. На цій підставі можна зробити висновок: один з напрямків природного відбору, що відбувається в асоціації мікроорганізмів активного мулу (при заданих параметрах) - це збільшення приросту біомаси за рахунок забруднень вступників з стічною водою, що очищається.

Відомо, що перехід більш високі рівні харчової ланцюга призводять до втрати від 80 до 90 % органічних речовин, і навіть енергії [2; 8]. Стабілізовані системи, в яких підтримується максимум біомаси та симбіотичних зв'язків між організмами з розрахунку на одиницю потоку енергії – це кульмінація сукцесії. [2]

Вихід активного мулу від утилізованих забруднень, незважаючи на наявність двох трофічних рівнів, зберігається дуже високий. І з огляду на труднощі подальшого зневоднення, зростають витрати на утилізацію. Але це не єдина проблема для тих, кого цікавить пристрій локальної каналізації на дачі.

Розглянемо іншу проблему, що виникає у процесі очищення стічних вод. Встановлено, що достатній рівень елементів живлення при біологічному очищенні стічних вод визначається таким співвідношенням: БПКповн : N : P = 100 : 5 : 1 [3].

Якщо говорити про господарсько-побутові стічні води, то дане співвідношення, як правило, зрушено у бік збільшення вмісту фосфору та азоту. У разі потреби можна повністю їх видалити або внести додатково в стічні води вуглецевмісні речовини. Можна також створити такі технологічні умови, якізабезпечать перебіг процесів біологічної нітрифікації - денітрифікації та дефосфотації всередині аеротенків.

З одного боку, ми стикаємося з високими витратами на утилізацію надлишків активного мулу. З іншого боку - навіть повне біологічне очищення стічних вод не забезпечує повного видалення фосфору та азоту. І отже, для глибокого біологічного видалення фосфору та азоту поки що доводиться звертатися до дуже громіздких та енергоємних технологічних схем, до яких входять нітрифікація – денітрифікація та дефосфотація.

Отже, ширший погляд на процес біологічної очистки стічних вод досить перспективний. Слід регулювати приріст, і навіть склад активного мулу. Необхідно регулювати глибину та пропорцію утилізації біогенних елементів. Потрібно це робити за допомогою видового складу біоценозу, який здійснює біологічне очищення води.

Потрібно знизити приріст, і навіть змінити склад активного мулу, збільшивши у ньому частки біомаси організмів другого трофічного рівня, збільшивши кількість трофічних рівнів.

Цей аспект слід розглянути докладніше. На Північній станції аерації в Санкт-Петербурзі було проведено дослідження, які показали таке: у освітленій воді після вторинних відстійників майже зовсім відсутні найпростіші. При цьому в муловій суспензії, що надходить на вторинні відстійники, а також у згущеній суспензії після вторинних відстійників кількість найпростіших у кожному мілілітрі проби становить кілька десятків тисяч.

Не тільки прикріплені, але і види найпростіших при цьому відокремлюються від очищеної води разом з бавовнами мулу. І це зрозуміло, адже ті види, які не відокремлюються від рідини в процесі відстоювання, ростуть стільки ж часу, скільки часу займає аерація рідини.— лише кілька годин.

За таких умов цілком природно те, що біоценоз активного мулу сформований із видів бактерій із хорошими седиментаційними властивостями. Для цих бактерій час зростання або вік може становити кілька днів. Такий час зростання, а також специфічні умови середовища призводить до того, що число трофічних рівнів в активному мулі майже ніколи не перевищує двох. Це в основному представники класів бактерій та найпростіших.

Так відбувається тому, що представники більш високоорганізованих класів не пристосовані до умов. Однак за рахунок своєї здатності прикріплюватися до твердого носія, а також здатності триматися проти градієнта течії, деякі представники високоорганізованих класів організмів цілком могли б перебувати в аеротенці як завгодно довго. Вони могли б підтримувати той час зростання, який необхідний для їх фізіологічного розвитку.

Таке явище спостерігалося дослідниками в біофільтрах, де біоценоз включає представників черв'яків і комах крім бактерій і найпростіших, завдяки наявності нерухомого носія. І в цьому випадку біоплівка аерофільтрів піддається зневодненню набагато легше, ніж активний мул в аеротенках. [9; 10]

Також на Північній станції аерації проводилися дослідження, покликані визначити важливу можливість впровадження в біоценоз активного мулу високоорганізованих класів організмів.

На першому етапі перевірялася важлива можливість розвитку в біологічно очищеній воді Північної станції аерації високоорганізованих класів організмів після освітлення на вторинних відстійниках. Дослідники використовували резервуари для води, що знаходиться на відкритому повітрі, що охолоджує теплообмінники повітродувок, — це бетонні.ємності, обсяг яких становив 600 м3. У цих ємностях для охолодження використовують освітлену на вторинних відстійниках біологічно очищену стічні води, годинний потік рециркуляції якої становить 100 м 3 /год. Тобто в середньому вода знаходиться в резервуарах по 6 годин. Це показник цілком можна порівняти з періодом аерації рідини в аеротенках.

Ще наприкінці травня 1999 року в ці резервуари помістили представників прісноводних риб. Серед них:

гуппі;
гурамі;
декоративні коропи - які;
мечоносці;
золоті карасі;
макроподи.

Також у резервуар «поселили» представників вищих водних рослин: еихорнію, латаття "морська троянда", піст. Були присутні в резервуарах і представники нижчих форм життя, які спонтанно розвинулися. Серед них зелені нитчасті водорості, равлики.

Влітку температура води у резервуарі загалом становила 24-28°С. Не проводилося жодного внесення кормів. Тобто за ступенем своєї замкнутості біоценоз резервуара наблизився до природних водойм. У таких умовах не лише вижили, а й розмножилися такі види риб, як декоративні коропи, гуппі, макроподи. Добре відчували себе та рослини. Види, що акліматизувалися, здебільшого добре перенесли зиму, хоча температура впала до 13-17°С, а освітлення було дуже мізерним.

Внесення риб і рослин до біоценозу резервуара-охолоджувача принесло чималу практичну користь: обростання резервуару зеленими нитчастими водоростями, а також молюсками, вдалося припинити, завдяки прісноводним рибам; влітку вищі плаваючі рослини ефективно оберігали поверхню води від перегріву; співтовариство риб та рослин служило також відмінним індикатором якості очищення стічних вод.

Значить, є всепідстави стверджувати: якість біологічно очищеної води в процесі її аерації в аеротенці допускає розвиток в аеротенках більш високоорганізованих класів організмів, ніж мікроорганізми та найпростіші.

На другому етапі досліджень риб і рослин, що акліматизувалися, помістили безпосередньо в аеротенк, де знаходилася мулова суспензія, що вже успішно пройшла повний цикл біологічного очищення і очікує рециркуляцією в аноксидну зону денітрифікації. Аерацію суспензії не проводили, її просто перемішували механічною мішалкою. Але, незважаючи на перемішування, приблизно на глибині 5-10 см від поверхні можна було спостерігати, як розшаровується суспензія мулу.

Проведені дослідження переконливо доводять те, що існує принципова можливість введення активного мулу та представників більш високоорганізованих класів гетеротрофів в екосистеми, зі збільшенням кількості трофічних рівнів в екосистемі та збільшенням кількості харчових зв'язків. Таке збільшення призводить до зниження приросту біомаси активного мулу від утилізованих забруднень. Можливе й покращення якості мулу, з погляду подальшого зневоднення цього мулу.

При введенні автотрофів з'являється можливість асимілювати з рідини надлишкову кількість таких речовин, як азот та фосфор. Вирішити ці питання можна двома шляхами: змінюючи конструкції вже існуючих аеротенків; застосовуючи методи генної інженерії.

Але ми, обговорюючи ці питання, не прагнули знайти технологічного їх вирішення. Ми лише визначилися з важливими шляхами рішення.