Біохімічні методи очищення стічних вод

Біологічні методи очищення стічних вод полягають в розкладанні і мінералізації аеробним або анаеробним шляхом колоїдних і розчинених органічних речовин, які не можуть бути вилучені механічним шляхом.

Міські стічні води є сприятливим середовищем для життєдіяльності різних груп мікроорганізмів, тому що в них знаходяться всі необхідні живильні речовини - білки, жири, вуглеводи - і численні неорганічні сполуки. Для нормальної життєдіяльності клітини необхідні такі елементи: N, А1, Вг, V, Н, Fе, І, К, Со, О Sі, Мn, Мg, Сu, S, Р, С, F, Zn. Всі вони є в міських стічних водах.

Величезна кількість мікробів в міських стічних водах зумовлює постійне розкладання різних компонентів цих вод. Відповідно в стічних водах залишаються сполуки з невеликим енергетичним запасом. В результаті життєдіяльності мікробів в стічну рідину виділяються водень і інші сполуки. Якщо водень не вилучати із стічної рідини, то реакція розкладання закінчиться сама. Але в стічних водах є акцептор водню - кисень, джерелом надходження якого може бути дифузія його з атмосфери, фотосинтетична діяльність водоростей і вищої водної рослинності (біологічні фільтри, біологічні ставки), а також розкладання нітратів, нітриту і сульфатів. В результаті реакції кисню з воднем утворюється перекис водню, який в свою чергу відновлюється до води.

Процеси бактерійної діяльності безперервно змінюють окислювально-відновний потенціал стічних вод. При відновних процесах на анаеробних очисних спорудах окислювально-відновний потенціал падає, досягаючи негативних величин. На аеробних очисних спорудах, коли кількість бактерій значно зменшується, відбувається підвищення окислювального потенціалу, і він досягає позитивних величин. Важливо знати, що поза бактерійною життєдіяльністю, наприклад, в тих водах, де вона є повністю пригніченою, окислювально-відновний потенціал стічних вод не змінюється. На очисних спорудах окислювач, як правило, вводиться із зовнішнього середовища. Таким окислювачем є кисень, що не виключає можливості окислення одних компонентів стічних вод за рахунок інших.

При достатній концентрації розчиненого кисню органічні речовини з мінімально окисленого стану переходять в максимально окислене. В результаті цього процесу органічні речовини, що містять вуглець, перетворюються на вуглекислоту і воду, що містять сірку - на сульфати, що містять азот – на нітрати. Окислюються не тільки органічні компоненти, але і неорганічні. Відбувається окислення солей заліза (П) в солі заліза (Ш), іонів двовалентного марганцю в діоксид марганцю і тому подібне. У цьому напрямі процеси протікають за наявності і стічній воді розчиненого кисню. Активними учасниками процесів є мікроби. Це аеробні біохімічні процеси.

Аеробні біохімічні процеси відбуваються в міських стічних водах в певній послідовності залежно від величини окисленности компонентів. Речовини, що містять вуглець, мають нижчий ступінь окисленности в порівнянні з солями амонія. Тому в аеробному процесі спочатку окислюються органічні речовини, що містять вуглець, до вуглекислоти і води, і лише потім починається окислення солей амонія до нітриту і нітратів.

Анаеробні біохімічні процеси використовуються для переробки твердої фази міських стічних вод; для цих процесів характерним с зброджування за дуже високої концентрації органічної речовини. Загальна спрямованість біохімічних процесів полягає в розкладанні органічних речовин, які містять вуглець, з утворенням жирних кислот і з наступним розкладанням їх на водень, вуглекислоту, метан та інші сполуки. Швидкість розкладання органічних речовин в анаеробних умовах є значно меншою, ніж в аеробних. Це видно з прикладу: при розкладанні однієї молекули глюкози в анаеробних і аеробних умовах реакції протікають з різним термічним ефектом:

Аеробне розкладання

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О (+ 674 кал), (2.3)

Анаеробне розкладання

С₆Н₁₂О₆ = 3СО₂ + 3СН₄ + (+ 27 кал). (2.4)

Дещо швидше, ніж у природних умовах, очищаються стічні води на спорудах, які відтворюють хід процесу самоочищення в ґрунтових умовах чи водному середовищі - полях зрошення, полях фільтрації, біологічних ставках і, особливо, контактних фільтрах, крапельних біофільтрах, перколяторах, аеротенках тощо (табл. 2.2.).

Таблиця 2.2. Показники окисної здатності споруд біологічної очистки стічних вод

З таблиці видно, що показники окисної здатності на спорудах так званої біологічної очистки значно вищі, ніж на спорудах природної біологічної очистки.

Інтенсифікація процесів біологічної очистки призводить не тільки до збільшення їх окисної здатності, але і до значного зменшення площі, яку займають ці споруди. Так, за об’ємів стічних вод 5000 м³/добу площа, яку займають поля зрошення, становить 150-200 га, поля фільтрації - 30-50 га, біологічні фільтри - 2-3 га, аеротенки -1 га.

Незначну площу останніх двох споруд може бути ще зменшено за збільшення подачі кисню і створення певних умов для працюючих специфічних біоценозів.