Биологический способ очистки сточных вод

Биологический способ очистки сточных вод

БИОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, способ очистки и обезвреживания загрязненных, т. н. фекальных, вод путем растворения и разрушения органических веществ под влиянием жизнедеятельности организмов. Рост населения больших центров и необходимость создания нужных санитарных условий в них поставили перед техникой задачу отводить фекальную воду из городов в определенные места, что осуществляется канализацией города и домов. Городская сточная вода, скапливаясь в одном месте, начинает гнить и издавать запах сероводорода и в ней могут успешно развиваться наряду с безвредными также и вредные для человеческого организма бактерии. Обезвреживание сточной жидкости и быстрый отвод ее имеют первостепенное значение в деле оздоровления населенных центров. Сама природа дает средство для очистки сточных вод путем жизнедеятельности и постоянного развития некоторых бактерий и низших организмов, отчасти находящихся в самой жидкости, отчасти попадающих в нее потом извне, и человеку остается только создать наиболее благоприятные условия для культуры именно таких бактерий, которые перерабатывали бы гниющие органические остатки в минеральные.

В процессе минерализации сточной жидкости принимают участие многочисленные виды бактерий, другие микроорганизмы и многоклеточные организмы; они м. б. разбиты на две группы: анаэробные, которые развиваются в отсутствии кислорода воздуха, превращая органическую материю в минеральную, и аэробные, которые, наоборот, могут развиваться только в присутствии кислорода (воздуха), также минерализуя среду, в которой они и живут. Деятельность анаэробных бактерий вызывает процесс гниения органических веществ (например, в выгребных ямах). При этом выделяются в большинстве случаев зловонные газы: сероводород, метан, аммиак и др. Аэробные же бактерии, поглощая кислород и перерабатывая органический материал, выделяют его в минерализованном виде, причем продукты разложения являются безопасными для здоровья человека. Аэробные бактерии перерабатывают сероводород, аммиак, органический азот в серную, азотистую и азотную кислоты, которые в сточной воде дают безвредные минеральные соли, могущие быть спущенными в реки. Так. обр., создавая те или иные условия - отсутствие или доступ воздуха, - можно получить или гниение, т. е. минерализацию органических веществ при помощи анаэробных бактерий, или окисление их, т. е. разложение их при посредстве аэробных бактерий. Для очистки сточных вод биологическим способом, т. е. для переработки органических веществ в минеральные при помощи организмов, устраивают поля орошения, поля фильтрации и биологические станции. Первые два вида очистительных сооружений относятся к естественным процессам разрушения органических веществ организмами, или т. н. «почвенным» методам очистки; биологические же станции представляют собой сооружения, в которых биологические процессы искусственным путем доводятся до большой интенсивности; поэтому эти сооружения не без основания называются «искусственными», а сам метод очистки в них сточных вод - «биологическим» методом. Для устройства полей орошения требуется отвод соответствующей земельной площади в достаточном расстоянии от населенных мест (не ближе 250 м), с почвой, обладающей проницаемостью; на эти поля производится периодический напуск сточной жидкости (орошение), которая впитывается почвой, причем на полях одновременно ведется сельскохозяйственная культура. Для полей фильтрации, в которых процесс очистки сточных вод также происходит в фильтрующем слое почвы, необходимы хорошо проницаемые грунты; под этими полями для обеспечения правильности перемежающейся фильтрации и отвода очищенных вод в реки закладываются дрены на глубине не менее 1,25 м и глубже, в зависимости от промерзания грунта; материалами для дрен служат фашинник, дерево, битый камень и гончарные или бетонные дренажные трубы диаметром не меньше 75 мм в свету. На полях фильтрации часть фильтрующей площади м. б. занята сельскохозяйственной культурой, что содействует восстановлению очистительной способности почвы полей фильтрации. Земельные участки как для полей орошения, так и для полей фильтрации должны быть открытыми для свободного доступа света и воздуха, со слабо выраженным рельефом местности для уменьшения земляных планировочных работ и вблизи естественных протоков и водоемов, в которые намечается спуск очищенных вод; однако места эти не должны затапливаться весенними водами; низменные и болотистые места для полей непригодны. Для изоляции полей и предохранения соседних земельных участков от заливания их сточною жидкостью, а также для предотвращения поступления на поля орошения или фильтрации поверхностных талых и снеговых вод вокруг полей устраивают земляные валы и канавы. Для правильного орошения полей их разбивают земляными валами на отдельные участки; на этих валах устраивают оросительные каналы со шлюзами для напуска сточной жидкости на тот или иной участок, а сами участки разделывают бороздами для распределения жидкости. На фиг. 1 представлена схема поля орошения.

Схема поля орошения

Размеры площадей устанавливаются в зависимости от состава (концентрации) сточной жидкости, от свойств почвы, от климатических условий и от характера эксплуатации полей (поля орошения или поля фильтрации). В среднем для полей фильтрации и сточной жидкости обычного городского характера, полагая <50 л жидкости на жителя в день, количество этой жидкости, напускаемой на 1 га полей, допускается: для песчаной почвы до 100 м3, для суглинистой - до 50 м3, для глинистой – до 25 м3 в день; для полей орошения с сельскохозяйственной культурой нормы эти должны быть понижены. При определении размеров полей необходимо предусмотреть запасные земельные площади, сверх фильтрующей площади, на дополнительные сооружения: валы, канавы, дороги и пр. (от 10 до 20%, в зависимости от размеров полей), на случай выключения из действия части полей (от 5 до 10%), а также на время зимнего орошения. До поступления сточной жидкости на поля устраивают на главных каналах, для улавливания крупных взвешенных предметов, решетки с промежутками между прутьями от 10 до 40 мм.

Биологические очистительные станции представляют собой сооружения, в которых тот же естественный биологический процесс разрушения органических веществ, имеющий место при почвенных методах очистки, чрезвычайно интенсифицирован путем устройства целого ряда искусственных и сравнительно сложных конструкций и приспособлений для развития жизнедеятельности организмов. Основными элементами биологических станций являются: 1) решетки для улавливания крупных взвешенных в жидкости предметов; 2) отстойник, или, как его называют, септик танк, или просто септик (осадочный бассейн); 3) приспособления для накопления и подсушки осадков; 4) окислитель или фильтр (контактный или непрерывно действующий); 5) вторичный отстойник, или крупно-песчаный фильтр; 6) приспособление для дезинфекции уже очищенных вод. Станции устраиваются подземные и надземные, но септик танки в большинстве случаев делаются подземными и изолированными от окружающей местности. Строительные материалы для станции должны быть не гниющие и водонепроницаемые; обыкновенно применяют бетон или кирпичную кладку. Место для станции выбирают вдали от жилых помещений; небольшие станции, однако, устраиваются и внутри отдельных владений, но при непременном условии полной изоляции их от окружающей местности, что вполне возможно и безопасно. Сточная жидкость из домов по трубам поступает в контрольный колодец септик танка, где помещается решетка для улавливания крупных взвешенных предметов; решетку устраивают так, чтобы она легко могла выниматься и очищаться; отверстия в решетке делают от 10 до 25 мм. Отстойник, или септик танк, служит для выделения из сточной жидкости взвешенных веществ, что достигается соответствующими размерами его и конструкцией дна с наклоном против течения; объем его рассчитывается на пребывание в нем сточной жидкости не менее 12 часов при скорости движения 1—2 мм/сек. Благодаря незначительной скорости жидкости на дно септика оседают взвешенные вещества, которые по наклонному дну собираются в его нижней части, откуда они при помощи заслонки м. б. легко опущены в сборные колодцы, изображенные на фиг. 6. Кроме отстаивания жидкости, в септик танке происходят процесс гниения и образование поверхностной корки, необходимые для подготовки сточной жидкости перед напуском ее на фильтры. Септические процессы распада органических веществ сокращают объем осадков на 30—50%, а в хорошо работающих септиках - и на 70%. Для более интенсивного выделения осадков в септик танках устраивают перегородки, не доходящие до дна; для той же цели до пуска жидкости в септик устраивают специальные осадочные бассейны, рассчитанные на 2—4-часовое пребывание в них жидкости при скорости движения 4—10 мм/сек, снабженные приспособлениями для легкого удаления осадков. В большинстве случаев септик танки устраивают в земле наглухо закрытыми; для отвода зловонных и горючих газов оставляются лишь вытяжные и приточные трубы, выведенные на достаточную высоту. Для возможности непрерывного действия станции и в виду необходимости периодического удаления осадков септик танки со всеми их приспособлениями сдваиваются, причем объем каждого отдельного септика должен соответствовать расчетному количеству сточной жидкости, пускаемой на станцию. Удаление осадков представляет собой самую неприятную в санитарном отношении манипуляцию при эксплуатации биологических станций; в большинстве случаев осадки из сборных мест септика вывозят на поля ассенизации как удобрение. Просушка осадков происходит естественным путем на полях ассенизации, но на больших станциях нередко применяется устройство специальных сушильных площадок со свободным доступом к ним воздуха, тепла и света; для скорейшей дезодорации осадков их покрывают слоем сухого торфа. Из септик танка осветленная сточная жидкость самотеком или путем перекачки по трубам поступает на окислитель или фильтр. На окислителях происходит основной процесс минерализации органических веществ жидкости жизнедеятельностью организмов; поэтому при устройстве станций обращают большое внимание на рациональность и целесообразность их конструкции.

Фильтры бывают двух родов: контактные и непрерывно действующие. Для заполнения фильтрующим веществом окислителей применяют такие материалы, которые обладают большой поверхностью и пористостью; таковыми являются: кокс, шлак, щебень кирпичный или гранитный, плотные известняки, туфы и прочие материалы, не содержащие вредных для жизни микроорганизмов веществ. Действие фильтров в биологических станциях заключается в том, что сточная вода, распространяясь по фильтрующему материалу, заполняет все его поры; при этом фильтрующий материал частью механически фильтрует жидкости, удерживая взвешенные вещества, частью же поглощает растворенные в воде органические вещества. Эта способность фильтрующего материала притягивать и поглощать растворенные в воде органические вещества называется «адсорбцией». Поглощенные фильтрующим материалом органические вещества сточной жидкости оседают на поверхности фильтра в виде тончайшей пленки, которая после спуска воды подвергается действию аэробных организмов. В присутствии воздуха эти организмы окисляют сконцентрированные в порах фильтра органические вещества, превращая органический азот и аммиак в азотистую и азотную кислоты, а сероводород и органическую серу и углерод - в серную кислоту и углекислоту.

Контактные фильтры состоят из ряда фильтров, расположенных один ниже другого, с фильтрующим материалом определенной крупности; сточная жидкость поступает в первый фильтр, в котором она находится в продолжение нескольких часов (2—3 часа), в зависимости от консистенции жидкости; затем фильтр опоражнивается, и сточная жидкость из него поступает на следующий и т. д., до получения желательной степени очистки. В период опоражнивания фильтра происходит энергичное окисление органических веществ жизнедеятельностью аэробных организмов благодаря обильному поступлению свежего воздуха в пустоты фильтрующего материала. Тип биологической станции с контактными фильтрами представлен на фиг. 2а и 2б.

Тип биологической станции с контактными фильтрами

Контактные фильтры обладают целым рядом недостатков: эксплуатация их довольно сложна и требует значительных расходов; фильтры требуют очень внимательного наблюдения как за действием самих фильтров, так и за качеством поступающей и очищенной жидкости; фильтры подвержены заилению, вызывающему необходимость часто менять фильтрующий материал или производить очистку его промывкой водой или прокаливанием. Контактные фильтры применялись в больших установках, и тогда эксплуатация их обходилась дешевле.

Тип биологической станции с контактными фильтрами

В последнее, время распространены непрерывно действующие, или оросительные, окислители, в которых жидкость непрерывно движется сверху вниз, заливая всю фильтрующую массу, и одновременно в обратном направлении, снизу вверх, по пустотам фильтра проходит свежий воздух. Биологический процесс в них протекает более интенсивно и непрерывно, что значительно упрощает эксплуатацию, давая в результате хорошо очищенную воду. В непрерывно действующих фильтрах существенное значение имеет правильное распределение сточной жидкости по всей поверхности фильтра и в соответствующем количестве. Распределители жидкости (или, как их называют, оросители) бывают весьма разнообразных систем и разделяются на неподвижные и подвижные.

Неподвижный разбрызгивающий ороситель

На фиг. 3 представлен тип неподвижного разбрызгивающего оросителя, а на фиг. 4 - подвижный ороситель системы Фидиана.

Подвижный ороситель системы Фидиана

Позже для неподвижных оросителей стали применять спринклеры. Вода здесь подводится трубами под давлением и, выходя из очень небольших отверстий, разбивается о металлические конуса, вследствие чего получается мельчайшее распыление струи в форме зонта (фиг. 5).

Спринклер

В Америке спринклеры комбинируют с дозирующими небольшими баками для придания орошению периодичности, а изменением давления в трубах достигается уменьшение и увеличение орошаемой площади под водяным зонтом и равномерное распределение жидкости. Вместо оросителей во избежание применения различных механизмов не без успеха применяется загрузка окислителя сверху слоем мелкого просеянного кокса или шлака по системе Дунбара; этот слой при заливании его жидкостью по всей поверхности и является распределителем ее по окислителю (фильтру).

Все эти оросители распределяют сточную жидкость равномерно по всей поверхности фильтра и притом в определенном, установленном количестве, поддающемся регулированию. Сам фильтр складывается в виде усеченного конуса из фильтрующего материала, открытого сверху и с боков. Дно фильтра - дырчатое, для свободного стока жидкости в сборные каналы, устроенные ниже фильтра в полу, и для обильного доступа воздуха. С целью большего притока воздуха в толщу фильтра внутри его устраивают приточные воздушные каналы. Размер окислителя зависит от количества сточных вод, подлежащих очистке, от консистенции их, от климатических условий и от требуемой степени очистки воды; обычно принимают объем фильтра равным удвоенному или утроенному суточному количеству сточных вод. Высоту фильтра в целях прочности его укладки делают от 1,5 до 2 м; размеры отдельных зерен фильтрующего материала колеблются от 1 до 10 см; укладка зерен по размерам - в порядке возрастания сверху вниз. По выходе очищенной жидкости из окислителя в целях выделения мелких землистых осадков, выносимых из фильтра, нередко устраивают вторичный отстойник, или песчаный фильтр, в котором жидкость задерживается около 1 ч. На случай эпидемических заболеваний или особых требований очищенную жидкость приходится дезинфицировать; в таких случаях устраивают отдельные бассейны или пользуются вторичными отстойниками, в которых жидкость в продолжение 1—2 час. вступает в контакт с каким-либо дезинфицирующим реагентом, в большинстве случаев с хлорной известью. На фиг. 6 представлена биологическая станция с септик танком и перекачкой на окислитель.

Биологическая станция с септик танком и перекачкой на окислитель

Минерализованная на биологических станциях сточная жидкость безопасно м. б. спущена в естественные открытые водоемы. Свежезагруженные окислители не сразу дают хорошо очищенную воду, т. к. для развития жизни биологических элементов на фильтре требуется всегда б. или м. значительное время (от 2 до 5 мес.); период этот называется созреванием окислителя; по мере этого созревания качество очищаемой жидкости постепенно улучшается.

Для получения на биологических станциях хорошо очищенной воды необходимо соблюдение целого ряда условий; так, сточная жидкость, поступающая на станцию, не должна содержать примеси дезинфицирующих веществ, губительных для жизнедеятельности организмов, примеси фабричных отработанных вод, мыльных вод в количестве более 25%, слишком густой концентрации домовых вод. В этих случаях необходима предварительная подготовка воды отстаиванием, охлаждением, химическим осаждением, а главным образом разбавлением сточной жидкости чистой водой. Что касается концентрации домовых вод, то нормально можно принимать ее на станцию в количестве 60 л (5 ведер) на постоянно живущего человека в день. Весьма важно для правильного действия окислителя, чтобы температура окружающего его воздуха не была ниже нуля, так как в противном случае возможно, что биологический процесс прекратится; поэтому зачастую в местностях с суровой зимой помещение фильтров отапливается; существенное значение для биологического процесса имеет также хорошее вентилирование помещения (3-кратный обмен воздуха в час). Очищенная вода должна удовлетворять целому ряду норм: 1) прозрачность воды, по шрифту Спеллена, должна быть не менее 5 см; 2) вода не должна содержать взвешенных веществ более 60 мг/л; 3) вода не должна иметь гнилостного запаха и загнивать при хранении в закрытом сосуде при комнатной температуре как в целом, так и в разбавленном виде; 4) вода не должна иметь резко выраженной кислой или щелочной реакции; 5) не должно иметь место образование пленки, и при отстаивании вода должна осветляться; 6) вода не должна содержать ни в растворе, ни во взвешенном состоянии ядовитых или вредных для человека и животных веществ.

Техника очистки сточных вод биологическим способом продолжает развиваться, подыскивая пути к еще большей интенсификации жизнедеятельности организмов как для ускорения процесса минерализации органических веществ, так и для достижения более совершенной очистки сточных вод. В этом направлении получил уже практическое применение метод очистки сточных вод аэрацией с активным илом.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.

Избранное