Біологічне очищення стічних вод включає анаеробні та аеробні процеси. Зазвичай, анаеробна очистка передує аеробній. Анаеробний спосіб очищення, на відміну від аеробного, дозволяє уникнути забруднення повітря мікробними аерозолями, тому попередня обробка забруднених вод у герметичному реакторі є надзвичайно корисною для оточуючого середовища Технологія анаеробного очищення стічних вод передбачає можливість реалізації процесу в реакторах за моделлю ідеального змішування, коли в апарат завантажується визначена порція субстрату для обробки за певний період часу, або за моделлю ідеального витіснення, коли субстрат проходить крізь апарат, контактуючи із мікроорганізмами лише час, необхідний для протікання від входу до виходу. Можливі, також, і комбіновані варіанти. Слід зазначити, що життєдіяльність мікробної асоціації в стаціонарних умовах поступово затухає через насичення середовища продуктами метаболізму, тому, при необхідності переробки великої кількості відходів за невеликий проміжок часу, перевагою користуються реактори, близькі до моделі ідеального витіснення, так званого проточного типу.

Робота реактора проточного типу пов’язана із подоланням ряду проблем, таких, як вимивання мікрофлори реактора, недостатнього контакту субстрату із активним мулом.

Особливістю асоціацій, що беруть участь у метановому зброджуванні є здатність утворювати зернисті згустки, тобто, самовільно іммобілізуватися навколо наявних в стічних водах інертних носіїв, такий зернистий осад називається активним мулом і осідає на дно біореактора. Однак, при протіканні стічних вод, із активним мулом контактує лише тонкий шар рідини, що знаходиться над поверхнею мулу. До того ж, при турбулізації потоку відбувається винос мулу стічними водами. Таким чином, виникає протиріччя між необхідністю збільшити швидкість руху потоку і вимогою до його ламінарності. Одним із варіантів вирішення цієї проблеми є використання спеціальних інертних носіїв.

Такі носії мають відповідати ряду вимог:

- бути розповсюдженими у всьому реакційному просторі;

- залишатися в апараті і не виноситись потоком рідини;

- бути достатньо міцними щоб не руйнуватися при контакті з рідиною;

- мати розвинену питому поверхню.

Реалізувати процес метанового зброджування на імобілізованих носіях можливо в реакторах декількох видів:

- із псевдозрідженим носієм;

- із нерухомим носієм;

- із рухомим носієм.

Носії для організації псевдозрідження в біореакторі (рис. 1.1.) найчастіше являють собою дрібні частки розміром до 0,5 мм природного або штучного походження із розвиненою питомою площею поверхні, її значення можуть знаходитися в межах 800...8000 мі/мІ в залежності від матеріалу часток. Найбільш поширеним є використання таких носіїв, як торф, пісок, вугілля, іонообмінні смоли, поліуретан, пінополістирол та інші полімери.

Рис. 1.1. Біореактор

Особливою вимогою до таких носіїв є мала питома вага, що сприяє розповсюдженню часток у всьому об’ємі реактора.

Завантаження у вигляді нерухомого теплоносія найчастіше являють собою структуру розгалуженої площі, яка встановлюється в проточній частині апарата.

На каркасі з корозійно стійкого матеріалу закріплено інертний носій таким чином, щоб утворити сітку або решітку, достатньо щільну, щоб забезпечити контакт стічних вод із мікроорганізмами. В якості носіїв найчастіше використовують полімерні листи шнури та труби, шари кускових матеріалів, таких, наприклад, як пінополістирол.

Реактори із рухомою насадкою (рис. 1.2) являють собою резервуари із рухомими, найчастіше, барабанними або роторними елементами. Барабанні елементи встановлені таким чином, щоб потік стічних вод обертав барабани. Барабани заповнені кусковим матеріалом, на я кому і утворюється біоплівка.

Рис. 1.2. Реактори із рухомою насадкою

Численні дослідження метанового зброджування стічних вод в реакторах із мікрофлорою, іммобілізованою на інертних носіях, показують, що процес метаногенезу та біодеструкції забруднень іде в декілька разів швидше, ніж в інших типах реакторів. До того ж, в якості носіїв можуть використовуватись різноманітні відходи природного та штучного походження, зокрема, полімери. Таким чином, подібний спосіб очищення стічних вод розв’язує цілий комплекс проблем екології та енергетики.

Поняття про стічні води та джерела їх утворення

Стічні води, забруднені побутовими і виробничими відходами і, що видаляються з територій населених місць і промислових підприємств системами каналізації. До стічних вод відносять також води, що утворюються в результаті випадання атмосферних опадів у межах територій населених пунктів і промислових об'єктів. Органічні речовини, що містяться в стічних водах, потрапляючи в значних кількостях у водойми або накопичувються у ґрунті, можуть швидко псуватися і погіршувати санітарний стан водойм і атмосфери, сприяючи поширенню різних захворювань. Тому питання очищення, знешкодження й утилізації стічних вод є невід'ємною частиною проблеми охорони природи, оздоровлення навколишнього середовища і забезпечення санітарного благоустрою міст і ін. населених місць.

У залежності від походження, складу і якісних характеристик забруднень (домішок) стічні води поділяються на 3 основні категорії: побутові (господарсько-фекальні), виробничі (промислові) і атмосферні.

До побутових стічних вод відносять води, що видаляються з туалетних кімнат, ванн, душових, кухонь, лазень, пралень, їдалень, лікарень. Вони забруднені в основному фізіологічними покидьками і господарсько-побутовими відходами.

Виробничими стічними водами є води, використані в різних технологічних процесах (наприклад, для промивання сировини і готової продукції, охолодження теплових агрегатів і т.п.), а також води, які відкачуються на поверхню землі при видобутку корисних копалин. Виробничі стічні води ряду галузей промисловості забруднені головним чином відходами виробництва, у яких можуть знаходитися отруйні речовини (наприклад, синильна кислота, фенол, сполуки миш'яку, анілін, солі міді, свинцю, ртуті й ін.), а також речовини, що містять радіоактивні елементи; деякі відходи являють певну цінність (як вторинна сировина). У залежності від кількості домішок виробничі стічні води поділяють на забруднені, які піддаються перед випуском у водойму (або перед повторним використанням) попередньому очищенню, і умовно чисті (слабко забруднені), що спускаються у водойму (або удруге використовувані у виробництві) без обробки.

Атмосферні стічні води - дощові і талі (що утворюються в результаті танення льоду і снігу) води. За якісними характеристиками забруднень до цієї категорії відносять також води від поливання вулиць і зелених насаджень. Атмосферні стічні води, що містять переважно мінеральні забруднення, менш небезпечні в санітарному відношенні, ніж побутові і виробничі стічні води.

Ступінь забруднення стічних вод оцінюється концентрацією домішок, тобто їх масою в одиниці об'єму (у мг/л або г/м³).

Забруднення побутових стічних вод звичайно поділяють на: нерозчинні, утворюючі великі суспензії (у яких розміри часток перевищують 0,1 мм) або суспензії, емульсії і піни (у які розміри часток складають від 0,1 мм до 0,1 мкм), колоїдні (з частками розміром від 0,1 мкм до 1 нм), розчинні (у вигляді молекулярно-дисперсних часток розміром менш 1 нм).

Розрізняють забруднення побутових стічних вод: мінеральне, органічне і біологічне. До мінеральних забруднень відносяться пісок, частки шлаку, глинисті частки, розчини мінеральних солей, кислот, лугів і багато хто ін. речовини. Органічні забруднення бувають рослинного і тваринного походження. До рослинного відносяться залишки рослин, плодів, овочів, папір, рослинні олії й ін. Основний хімічний елемент рослинних забруднень - вуглець.

Забрудненнями тваринного походження є фізіологічні виділення людей і тварин, залишки тканин тварин, клейові речовини й ін. Вони характеризуються значним вмістом азоту. До біологічних забруднень відносяться різні мікроорганізми, дріжджові і цвілеві грибки, дрібні водорості, бактерії, у тому числі хвороботворні (збудники черевного тифу, паратифу, дизентерії, сибірської виразки й ін.). Цей вид забруднень властивий не тільки побутовим стічним водам, але і деяким видам виробничих стічних вод, що утвориться, наприклад, на м'ясокомбінатах, бойнях, шкіряних заводах, биофабриках і т.п. За своїм хімічним складом вони є органічними забрудненнями, але їх виділяють в окрему групу через санітарну небезпеку, створювану ними при скиданні у водойми.

У побутових стічних водах мінеральних речовин міститься близько 42% (від загальної кількості забруднень), органічних - близько 58%; зважені речовини, що осаджуються, складають 20%, суспензії - 20%, колоїди - 10%, розчинні речовини - 50%.

Склад і ступінь забруднення виробничих стічних вод досить різноманітні і залежать головним чином від характеру виробництва й умов використання води в технологічних процесах.

Кількість атмосферних вод міняється в значних межах у залежності від кліматичних умов, рельєфу місцевості, характеру забудови міст, виду покриття доріг і ін. Річний стік дощових вод із забудованих територій у 7-15 разів менше, ніж побутових.

Господарсько-фекальні стічні води надходять із житлових, і громадських будівель, побутових приміщень промислових підприємств. Вони включають води із кухонь, вбиралень, лазень, пралень, лікарських закладів тощо. Ці води містять велику кількість органічних речовин (близько 60 %), характеризуються значною каламутністю, слаболужною реакцією (рН=7,2-7,6), великою кількістю завислих частинок. Вони небезпечні в епідемічному відношенні, оскільки містять патогенні мікроорганізми і ентеровіруси, а також велику кількість яєць гельмінтів.

Склад промислових стічних вод пов'язаний з характером технологічного процесу на підприємстві. Вода використовується як теплоносій, розчинник, засіб для транспортування, для вилучення викидів і інших потреб. Склад промислових стічних вод різний. Активна реакція їх коливається від кислої до лужної. Вони містять різні хімічні речовини, в тому числі токсичні, часто мають специфічний запах, колір, підвищену температуру.

Зливові води поділяють на дощові і розталі. Ці води каламутні, містять велику кількість ґрунтових домішок, мікроорганізмів, їх склад в значній мірі залежить від санітарного стану територій, з яких вони стікають.

Скидання неочищених стічних вод у водойми може зумовити їх забруднення. Різні стоки збільшують каламутність води, надають воді специфічного запаху, кольору. На окиснення органічних речовин, що містяться у стічних водах, витрачається багато кисню води, внаслідок чого вода у водоймі може загнивати, викликати загибель водоростей, риби і інших тварин у водоймі. Неочищені побутові стоки містять значну кількість збудників інфекційних захворювань і яєць гельмінтів, що небезпечно в епідемічному відношенні. Щоб попередити забруднення водойм, які є джерелом питного і культурно-оздоровчого водокористування, стічні води перед спуском у відкриті водойми необхідно очищати й знезаражувати.

Література

1. Колесников В.П., Вильсон Е.В. Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях: под редакцией Академика ЖКХ РФ В.К. Гордеева-гаврикова. – Ростов-на-Дону: Юг, 2005. – 212 с.

2. Экология города. / Под ред. Ф.В. Стольберга. – К.: Либра, 2000. – 464 с.