Очистка сточных вод. Путь к современным системам очистки

Объединение людей в группы для выживания в древности, в конце концов привело к образованию поселений и городов. С одной стороны, это очень благоприятно сказалось на развитии ремёсел, производств, науки и культуры, с другой стороны, это привело к огромным изменениям природных условий и ландшафтов. Населённые пункты столкнулись с необходимостью избавления от продуктов жизнедеятельности и отходов производств, на то время самым простым было сбрасывать весь мусор в реки и озёра. Первым в том мире, который нам известен, с проблемой питьевой воды и удалением отходов столкнулся Древний Рим еще 2500 лет назад, когда воды Тибра были не пригодны для использования и пришлось строить виадук для снабжения населения города питьевой водой, а затем и системы канализации для города. В средние века эта проблема стала актуальной для Европейских городов. В 1388 году в Англии был принят первый закон направленный на охрану качества воды, в Лондоне того времени бытовые и производственные отходы от ремесленных производств сбрасывались в Темзу. Комиссия, исследовавшая загрязнения реки, написала свой отчет водой из реки, пользуясь ею как чернилами.

К концу 19 века состояние науки и инженерного дела, позволило вплотную заняться проблемами удаления загрязнений и отходов. Первоначально сточные воды по открытым канавам просто отводились на бассейны отстойники, затем начали создавать так называемые поля орошения, сохранившиеся как элементы очистных станций до сегодняшнего дня, где стоки фильтровались через слои песка и грунта, а осадок собирался и складировался. Такой метод очистки больше приближен к естественным, природным методам. Этот метод занимал много времени и поля занимали огромные территории. Тем не менее еще в 1865 году была предложена бактериальная очистка сточных вод с помощью микроорганизмов. Через 30 лет первые биофильтры с капельным орошением появились в Англии. Использование капельного фильтра позволило сократить размеры полей фильтрации в десятки раз.

Параллельно велись исследования по совершенствованию и улучшению систем биологической очистки и в 1914 году была предложена система аэробной биологической очистки с активным илом. По новому методу время, необходимое для окисления загрязнений сточных вод, сокращалось до нескольких часов. Инновацией в этом методе была принудительная аэрация стоков воздухом, которая позволяла значительно улучшить эффективность очистки. Этот метод очистки используется до сих пор повсеместно. Периодическая аэрация сохранилась только в малых системах очистки, городские станции очистки работают на непрерывной аэрации протекающих стоков с отбором и рециркуляцией части активного ила.

В наше время методы разработанные в начале 20 века в той или иной форме используются на большинстве станций очистки во всем мире. Развитие направлено в основном на создание новых конструкций исполнительных механизмов и создание оптимальных условий для повышения интенсивности, повышения качества очистки и снижения затрат.

Городские сточные воды принято разделять на ливневые воды и хозяйственно бытовые (включая промышленные) сточные воды. Разделение сточных вод благоприятно сказывается на работе очистных сооружений. Городские хозяйственно бытовые сточные воды подвергаются нескольким последовательным этапам очистки, начиная с решеток для крупного мусора, песколовками, первичными отстойниками, бассейнами аэрации, отбора и рециркуляции, обезвоживания и хранения активного ила, и заканчивая вторичными отстойниками и системами обеззараживания. Настолько сложная система связана в первую очередь с разнообразием загрязненности, большими объемами и высокими требованиями к степени очистки, для возможности сброса очищенных стоков в водоемы.

На малых станциях очистки, которые очищают стоки от одного дома или группы домов, большую часть оборудования можно не использовать, т.к. на таких объектах, чаще всего, стоки более однородные по составу и загрязненности и утилизация очищенных стоков производится в поземные дренажные системы, которые за счет природных методов доочистки позволяют сброс со значительно большими остаточными загрязнениями, чем для водоемов.

Чаще всего станция очистки представляет собой резервуар с секциями или группу резервуаров в которых в каждой секции проходят соответствующие процессы очистки. Первые по ходу стоков стоят обычно секции для предварительной очистки, осаждения взвесей и осветления, далее обычно стоки попадают в отсек с принудительной аэрацией для инициации роста аэробных форм бактерий и интенсивной очистки стоков при перемешивании и насыщении кислородом. Хлопья активного ила прилипают к взвешенным частицам, склеиваясь с ними и между собой, а бактерии используют биологические загрязнения для получения энергии и размножения. Хлопья активного ила имеют способность быстро осаждаться, что позволяет при отстаивании непродолжительное время (порядка 1,5-2 часов) получить очищенные до 95% и более стоки. Активный ил после возврата в аэрационную, насыщенную кислородом среду, быстро восстанавливается и участвует в процессе очистки повторно, наращивая объем биомассы. Основываясь на таком методе очистки работает абсолютное большинство локальных очистных сооружений, часть станций очистки работает по совсем уже древнему типу станций с капельным орошением какой либо загрузки (чаще пластиковых шайб, обрезков или загрузки изготовленной промышленным методом), а также, более современной системы, с принудительной аэрацией закрепленной или свободно плавающей загрузки.

Самые последние исследования в области биологической очистки сточных вод, показали, что для более рационального использования объема резервуаров станции очистки и стабильно высокого процента очистки требуется принудительная аэрация не только стоков, которые прошли предварительное осветление и анаэробную стадию очистки, а и только что поступивших сточных вод. Исключение из очистки анаэробной стадии позволяет исключить образование метана, загнивания биологических компонентов сточных вод, брожения осадка, что исключает основную часть неприятных запахов загрязняющих воздух. Аэрация поступающих сточных вод, позволяет сразу подвергать стоки эффективному перемешиванию, образованию и развитию высокопродуктивных форм микроорганизмов, измельчению крупных фракций, лучшей переработке загрязнений и уменьшению количества иловых осаждений.

Одним из примеров станции очистки основанной на применении последних достижений в этой области может служить станция очистки под названием “One2Clean” производства “Otto Graf” GmbH, Германия. Станция очистки оптимизирована для применения в емкости “Carat S”, конструкция которой наиболее полно соответствует требованиям для воздушно пузырькового перемешивания и насыщения кислородом, без зон застоя и отсутствия циркуляции. Правильно подобранная емкость, и дренажное поле, соблюдение условий эксплуатации и своевременное обслуживание (откачка осадка), позволяют безаварийно использовать систему на протяжении десятков лет.