Утилизация и обезвреживание сточных вод — важнейшая экологическая проблема настоящего времени
Cточные воды образуются в результате хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека. Стоки тем или иным путем попадают в воды закрытых водоемов, рек, морей и океанов, где и сосредотачивается все многообразие вредных веществ, производителем которых вольно или невольно является человек.
Утилизация и обезвреживание сточных водсоставляет одну из самых важных экологических проблем настоящего времени и в этом направлении наработано множество разнообразных технологических приемов, в основе которых лежат физико-химические или биохимические процессы деградации вредных компонентов сточных вод.
Интенсивное строительство канализационных сетей началось в Европе в XIX веке, однако, централизованное отведение сточных вод привело к локальному росту загрязнения водоемов. Поэтому в Англии еще в 1861 г. был изданзакон об очистке сточных водот фекальных и гниющих веществ перед выпуском стоков в реки. Самые ранние разработки по детоксикации сточных вод — методы почвенной очистки, в России относятся к середине XIX в. Этот метод основан на способности самоочищения почвы. Осуществляется такаяочистка сточных вод на полях орошенияили полях фильтрации. На сельскохозяйственных полях орошения использование сточных вод для сельского хозяйства и очистка стоков составляют один процесс. Однако для очистки сточных вод в естественных условиях требуется отчуждение значительных площадей плодородной земли. Степень очистки сточных вод снижается в зимнее время в силу замедления биологических процессов при низких температурах. Бытовые сточные воды содержат большое количество патогенных бактерий и яиц гельминтов, более 50% которых, попадая в почву и на овощи, сохраняют жизнеспособность длительное время. Поэтому использование сооружений естественной биологической очистки сточных вод сокращается как в нашей стране, так и в ряде индустриально развитых стран зарубежья.
Биологическая очистка сточных водинтенсивно протекает в искусственно созданных условиях. Этот процесс можно контролировать и регулировать, а, следовательно, интенсифицировать.
Именно возможность регулирования степени очистки сточных вод привела к созданию многообразных технологических приемов, критерием эффективности которых являются достигаемая степень очистки стоков, т.е. экологический фактор и стоимость очистки сточных вод – экономический фактор. В общем случае, зная принцип метаболизма микроорганизмов, можно добиться любой степени очистки сточных вод, но ограничением по организации той или иной технологии может являться ее стоимость, которая, прежде всего в период эксплуатации очистных сооружений зависит от энергозатрат и численности обслуживающего персонала.
До 70-х годов 20 века в практике строительства сооружений очистки стоков превалировали биологические фильтры, обладающие надежным технологическим режимом работы и низкой энергоемкостью. Однако, как показала практика, наиболее стабильно они работают с эффектомокисления органических веществ сточных вод50 – 70%.
В 80-х годах 20 в. в Югославии, Болгарии изготавливалисьустановки очистки сточных вод с биофильтрамии стабилизаторами для очистки стоков небольших населенных пунктов. Однако из-за недостаточного качества очистки стоков, «вспухания» биомассы и выноса ее из зоны отстаивания, эти сооружения не получили широкого распространения. Одной из разновидностей биологических фильтров являются погружные биофильтры, состоящие из резервуаров с горизонтальными валами, на которых закрепляются различные устройства для формирования прикрепленной микрофлоры. Эти сооружения также не обеспечивают качества очистки сточных вод, отвечающего современным требованиям, в том числе и по биогенным веществам. При резких повышениях нагрузок по органическим веществам и гидравлических нагрузок происходитпроскок неочищенных сточных вод.
Высокое истабильное качество очистки сточных водмогут обеспечить аэрационные сооружения, в которых сорбцию и деструкцию осуществляют микроорганизмы (активный ил) находящиеся во взвешенном состоянии в очищаемой сточной воде. Вместе с тем аэротенки, окислительные каналы, аэрируемые пруды имеют следующие недостатки: значительный расход электроэнергии (0,4 – 0,6 кВт.ч на 1 м3городских сточных вод); ненадежность работы воздуходувок, вентиляторов высокого давления, механических аэраторов в длительной эксплуатации; ухудшение качества очистки сточных вод в зимнее время из-за охлаждения обрабатываемых стоков при аэрации холодным воздухом. В последние годы широкое распространение в мире получили многосекционные схемы с активным илом производящие одновременноочистку сточных вод оторганических загрязняющих веществи трансформацию соединений азота. Сочетание аэробных и анаэробных зон позволяет осуществлять процессы нитрификации и денитрификации сточных вод. Но для большинства поселков и городов средней и северной части России эти схемы недостаточно рациональны, так как низкие температуры исходных сточных вод в холодное время года (12 – 170С), которые в течение процесса имеют тенденцию к понижению (в среднем на 2 – 50С) оказывают неблагоприятное влияние на активность бактерий нитрификаторов. Недостаточно эффективны эти схемы также для ряда городов южной части России (гг. Ставрополь, Черкесск, Краснодар и т. д.) так как сточные воды имеют относительно низкое содержание органических веществ (БПКп колеблется в пределах 100 – 130 мгО2/дм3) и соответственно сложно получить в достаточном количестве ЛЖК (летучих жирных кислот), необходимых для интенсификации процессов денитрификации и биологической дефосфотизации сточных вод. В последнее время за рубежом возрос интерес к биореакторам периодического действия (БАЧ-реакторы), которые позволяют получить высокое качество очистки сточных вод в режиме полного окисления. Однако работа сооружений непроточного типа требует дополнительных энергетических затрат на перекачку сточных вод и частых переключений систем аэрации. В 1 м3воздуха прошедшего через аэротенк вследствие капельного уноса может содержаться до тысячи патогенных микроорганизмов. В атмосфере повышенного риска находится персонал очистных сооружений канализации. При определенных сочетаниях влаги в атмосфере, температуры воздуха и направленности ветра болезнетворная микрофлора длительное время сохраняет свою жизнедеятельность и попадает в населенные пункты (зоны санитарной охраны не являются достаточным препятствием).
В индустриально развитых странах имеются необходимые условия для эффективной работы сооружений очистки сточных вод. Большинство европейских стран расположено в благоприятных климатических условиях, способствующих протеканию биохимических процессов в очистных сооружениях в оптимальном режиме. В более сложной ситуации находится Россия, где в отдельных районах температура воздуха в холодное время года может достигать — 500С. В системе энергоснабжения нередки перебои и аварии. Кроме того, в России к качеству очищенной воды предъявляют более высокие требования, чем в странах ЕЭС.
Рост городов приводит к новым проблемам: необходимости прокладки новых коллекторов, повышению энергозатрат на подачу сточных вод на очистные сооружения. Одним из современных методов решения задач очистки сточных вод от больших населенных пунктов, по нашему мнению, является частичная или полная децентрализация систем водоотведения. Однако в ряде случаев реализация этот метода затруднена, из-за сложности отчуждения значительных площадей под строительство громоздких сооружений очистки сточных вод и невозможности выдерживать требуемые размеры санитарно-защитных зон. Сооружения для очистки сточных вод будущего должны иметь минимальные размеры, быть экологически безопасными при их размещении в городской черте, а качество очищенных сточных вод должно позволять использовать их на технические нужды города.
Недостаток чистых природных вод и высокая потребность промышленности в воде определяют необходимость продолжения работ по дальнейшемусовершенствованию систем очистки промышленных сточных вод. В этих условиях разработка новых технологических решений, обеспечивающихвысокое и стабильное качество очистки промышленных сточных вод, является актуальной и востребованной.