Способы очистки сточных вод зависят от состава их загрязнений и поэтому весьма разнообразны. По видам и составу все загрязнения сточных вод можно разделить на 3 группы: минеральные, органические и биологические.
В группу минеральных загрязнений входят песок, частицы глины, руды, растворимые неорганические соли, щелочи, кислоты и другие подобные вещества.
Все органические загрязнения можно, в свою очередь, разделить на растительные (крахмал, патока, растительные масла и сахара) и животные (продукты жизнедеятельности или части живых организмов, белки животного происхождения – жир, кровь, молоко, сыворотка и пр.). Эти виды загрязнений представляют особую опасность, потому что их практически невозможно удалить из раствора физическими методами. Примерно в течение 2–3 ч они начинают загнивать.
Группу биологических загрязнений составляют всевозможные бактерии, грибки, вирусы, яйца паразитов. Этот вид загрязнений типичен для стоков хранилищ навоза и птичьего помета, для ветеринарных изъятий и непищевых отходов убоя скота и птицы. Но частично такой вид загрязнений способен присутствовать и в бытовых сточных водах.
По фазово-дисперсному состоянию все субстанции, загрязняющие стоки, можно разделить на растворимые, нерастворимые и коллоидные вещества.
Действительно растворенные вещества, такие как соли и сахара, содержатся в водном растворе в диссоциированном ионном виде. Коллоидные частицы имеют размеры, не превышающие 0,1 мкм. Нерастворенные вещества представлены частицами размером более 0,1 мкм. В свою очередь, нерастворенные частицы делятся на всплывающие, оседающие и взвешенные.
Бытовые сточные воды обычно содержат загрязнения, состоящие из неорганических и органических соединений, которые могут находиться в жидкости как в растворенной форме, так и в виде взвешенных (оседающих, всплывающих и коллоидных) веществ.
В сточной воде также присутствуют микроорганизмы, разлагающие органические вещества и вызывающие их анаэробную ферментацию. Для бытовых сточных вод характерна их предрасположенность к биологическому разложению – биодеградации, или подверженности биологической очистке. Это в определенной степени зависит от существующего в стоках баланса питательных для бактерий веществ: азота и фосфора. В частности, принцип аэробной биологической очистки основан на размножении бактерий, потребляющих из сточных вод в процессе своей жизнедеятельности органические вещества. Развитие таких бактерий происходит во время их пребывания в сточной воде в виде суспензии (активный ил) или в виде фиксированной пленки (биологический фильтр).
Для нормального протекания процесса очистки сточная вода обязана поступать на очистные сооружения в достаточно «свежем» состоянии, она не должна застаиваться по дороге к септику. Загнившая сточная вода может быть токсичной для участников процесса биологической очистки. Поэтому перед первичным отстаиванием такую воду надо заранее подвергнуть аэрации или предварительному хлорированию. Для того чтобы тяжелые и крупные загрязнения не влияли отрицательно на процесс биологической очистки, и необходимо первичное отстаивание бытовых сточных вод. На этом же этапе из стоков обычно удаляются жиры и плавающие на поверхности (флотирующие) вещества.
В маленьких установках можно обойтись без предварительного отстаивания, но в этом случае нужна обработка стоков, позволяющая полностью удалять жиры. Некоторые фирмы, производящие оборудование для первичной очистки бытовых сточных вод, ввели в конструкцию классического септика уловитель взвесей и жира в виде съемной кассеты. Кассету с фильтрующей загрузкой «пузолан» из вулканической высокопористой скальной породы необходимо извлекать из системы 1 раз в 6 месяцев и промывать струей чистой воды....
Летом 1858 г. стоки лондонской канализации попали в Темзу. С приливом грязь устремилась вверх по реке к центру города, а с отливом потекла в сторону Гринвича – берега реки покрыли нечистоты. Зловоние наполнило плотный смог, и в городе стало нечем дышать. Те летние дни сравнивали в английской беллетристике с эпидемией чумы XIV столетия.
Для бытовых сточных вод типичны содержание в них взвешенных веществ и биохимическая потребность в кислороде. Когда в городах бытовые отходы в измельченном виде через стоки в кухонных раковинах сбрасываются в канализацию, они не задерживаются решетками и увеличивают нагрузку на городские очистные сооружения. Тем более не рекомендуется спускать такие отходы в индивидуальную или локальную очистную систему. Из-за этого в сточных водах содержание взвешенных веществ возрастает практически вдвое.
Огромное влияние на степень очистки сточных вод оказывает уровень pH. Значение показателя pH в бытовой сточной воде обычно близко к нейтральному и колеблется в пределах 7–7,5.
Наличие в сточных водах ионов тяжелых металлов даже в небольших концентрациях (0,1 мг/л), способно подавлять активность бактерий. Многие вещества (цианиды, цикличные гидроксильные соединения и другие) токсичны, поэтому не следует спускать их в канализацию – это запрещено законом. Для жизнедеятельности бактерий в очистных сооружениях вредны многие фармацевтические средства и моющие синтетические вещества.
Иногда в сточных водах может нарушаться равновесие питательных веществ, нередко наблюдается дефицит азота и фосфора. В некоторых случаях следует добавлять в стоки биогенные элементы (питательные вещества) для восстановления нужных соотношений. Из-за нарушения баланса питательных веществ происходит сбой биологического процесса, который сопровождается вспуханием активного ила и снижением эффективности очистки. Высокой степени (80 % и более) удаления азота из сточных вод можно достичь при использовании очистных установок переменного типа. В процессе аэробной фазы сток нитрифицируется, а в ходе анаэробной фазы происходит его денитрификация. Разумное сочетание этих фаз и поддержание комфортной для бактерий температуры позволяет достичь высокой степени удаления азота, а также обеспечить бактерии питанием. Некоторые типы подобных систем способны автоматически менять режим работы в зависимости от объема поступающих канализационных стоков.
В процессе обычной биологической очистки не всегда удается полностью удалить фосфор. Главным источником полифосфатов являются современные моющие средства, поэтому количество фосфатов в стоках возрастает с ростом применения моющих средств. Но благодаря работе бактерий полифосфаты превращаются в годные для потребления ортофосфаты. Исследования показали, что в сточной воде, поступающей в аэротенк, две трети общего объема фосфора присутствуют в форме полифосфатов и одна треть – в форме ортофосфатов. После биологической очистки в сточных водах имеет место обратное соотношение фосфорсодержащих веществ. Кроме того, в процессе анаэробного сбраживания избыточного ила, содержащего осажденные фосфаты, не отмечено их высвобождения в рециркулирующий поток. Хотя бактерии и «любят» фосфор, не следует «кормить» их раствором стирального порошка.
Эффективность очистки стоков может снизиться из-за высокого содержания солей тяжелых металлов, да вообще засоленность вредит процессу очистки. Резкое повышение уровня их содержания намного вреднее для бактерий, чем его медленное изменение. В некоторых случаях для очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ, в большом объеме присутствующих в различных моющих средствах, эффективно применение активированного угля.
На процесс очистки стоков оказывают большое влияние температурные колебания: понижение температуры окружающей среды ниже определенного уровня замедляет жизнедеятельность полезных бактерий.
Очистку сточных вод необходимо производить в целях снижения содержания загрязнений до таких концентраций, которые не оказывают неблагоприятного воздействия на флору и фауну водоемов. В каждой стране существуют свои санитарно-гигиенические нормативы, которые ограничивают пределы содержания загрязнений в сточных водах, сбрасываемых в водоемы. В некоторых случаях достаточно частичной обработки, тогда можно ограничиться лишь механической очисткой стоков.
В новейших моделях малых септиков предусматривается наличие биофильтра. В них после первичной очистки в отстойнике-сепараторе жидкая фракция стоков поступает на доочистку в биофильтр, а не сразу на поле фильтрации.
Биологическая очистка осуществляется через слои природного каменного волокна в виде многоступенчатого процесса. Когда осветленные воды проходят через биофильтр, происходит окисление и превращение в простые соединения сложных органических соединений, которые содержатся в стоках. После прохождения вод через фильтр остается минеральный осадок, который в течение 2-3-х недель заселяют аэробные бактерии, которые, питаясь оставшимися органическими веществами, расщепляют их на воду и углекислый газ. Снизу слои биофильтра вентилируются воздухом, что способствует активизации процессов окисления.
