Журавлева Л.Л. Аллакуатов Т.Ж. Житлов В.П.

ФБУ ГосНИИЭНП (Саратов) 

Нынешнее поколение людей убедилось, что окружающая нас среда – земля, вода и воздух – не обладают бесконечным иммунитетом.

Раньше считалось, что природа способна служить емкостью для хранения огромного количества вредных продуктов, что захоронение в земле различных производственных отходов безопасно и надежно.

Мощное давление на окружающую среду усугубляется рядом факторов и, в частности, результатом неудовлетворительных технологических решений и неэффективной деятельности всей хозяйственной системы.

В отличие от природного «безотходного производства», осуществляемого по замкнутому циклу, человеческое общество не производит практически ничего, кроме отходов. Подсчитано, что для жизнедеятельности человека необходимо в год расходовать не менее 20 т природных ресурсов. Из них лишь только 2% идут на продукцию, 98% поступают в отходы. При этом произведенная продукция является отложенным во времени отходом, так как рано или поздно она также попадет на свалку после утраты потребительских свойств.

В настоящее время количество потребляемого природного сырья, в частности воды, вовлекаемой в процесс производства, достигло огромных количеств. Современная химическая индустрия, включая нефтехимическую, нефтеперерабатывающую, микробиологическую и другие отрасли промышленности, выпускает десятки тысяч наименований продукции: продукты органического синтеза, сода, нефтепродукты, реактивы, химические средства защиты растений, красители, химические волокна, пластмассы и др. В результате увеличивается водопотребление на технологические цели, которое приводит к образованию большого количества жидких отходов (загрязненных сточных вод и шламов).

Их количество достигло такого уровня, что утеряны ассимиляционные свойства водоемов.

Жидкие отходы – это концентрированные растворы, смеси, находящиеся в жидком, вязком, гелеобразном состоянии, которые образуются преимущественно при ведении технологических процессов с использованием методов отстаивания, фильтрации, коагулирования, нейтрализации и др.

Если еще твердые отходы производства задействованы в рецикле, то жидкие отходы, каковыми являются сточные воды, на многих предприятиях не подвергаются эффективной очистке и почти всегда имеют прямоточную систему сброса, а если и подвергаются, то в результате образуется большое количество шламов. Согласно последним данным, в стране накоплено более 40 млн. тонн отходов биологической очистки.

При обычной общесплавной канализации сток представляет собой смесь бытовых, производственных и атмосферных (ливневых) сточных вод, которые содержат как химические, так и биологические загрязнения: возбудителей кишечных инфекций, жизнеспособные яйца гельминтов (аскарид, власоглав, ток сокар, фасциол), онкосферы, тениид и жизнеспособные цисты патогенных кишечных простейших, большое количество различных бактерий.

Подобрать эффективный универсальный метод очистки в данном случае является трудным инженерно-технологическим решением.

Признано, что таким универсальным методом очистки является биологический метод, который позволяет решить проблему очистки практически всего спектра химических загрязнений, а в сочетании с механическими методами – и биологические.

Возможность быстрого удаления загрязнений из сточных вод на искусственных очистных сооружениях обусловлено большим количеством микроорганизмов, быстротой их размножения и чрезвычайно высокой активностью.

Все необходимые для роста и жизнедеятельности вещества микроорганизмы получают из очищаемой сточной жидкости.

Одни виды микробов минерализуют органические вещества до конца, т.е. до образования углекислоты и воды, другие только до образования промежуточных продуктов.

Химический состав биологической массы различных сооружений практически не отличается по элементному составу, но долевое их различие зависит от качества очищаемых сточных вод. Зависимость компонентного состава биологической массы от качества сточных вод отражена в табл. 1.

Таблица 1. Зависимость компонентного состава биологической массы от качества очищаемых сточных вод

В основном, микробиологическая пленка представлена следующими компонентами:

- сухое вещество биомассы представляет собой комплекс минеральных (10-30%) и органических (70-90%) веществ;

- органическая фракция по отношению к сухому веществу клетки содержит 45-50% углерода, 7-15% общего азота, 29-30% кислорода, 6-8% водорода. Среди зольных элементов на первом месте: фосфор – в среднем 50% в пересчете на P2O5; калий – 6% (по К2О); натрий – 11% (по Na2O); магний – 8% (по MgO); сера – 15% (по SO3); кальций – 9% (СаО); железо – 1% (по Fe2O3);

- кроме химических компонентов, указанных в табл. 1, в состав бактериальной клетки входят микроэлементы – бор, ванадий, кобальт, марганец, молибден, медь и др., являющиеся составными частями ферментов, витаминов и других жизненно важных соединений клетки.

Достоинствами биохимической технологии очистки ПСВ являются:

- экологическая чистота как следствие использования в ней только природных процессов;

- универсальность, так как она применима для удаления практически любых органических веществ, используемых человеком в быту и на производстве;

- простота технологической схемы очистки.

Симбиотические взаимоотношения физиологических групп микроорганизмов формируют устойчивый биоценоз, обладающий способностью интенсивно окислять многокомпонентные ПСВ. Поэтому применение биохимической очистки дает возможность удалять из ПСВ разнообразные органические вещества, в т.ч. токсичные.

Основным недостатком биологической очистки является формирование большого количества избыточной биомассы, образующей отход.

Основную массу отходов при биологической очистке образует избыточная биомасса (избыточный активный ил).

Состав отходов, образующихся при биологической очистке, представлен в табл. 2.

Таблица 2. Характер образующихся отходов на исследуемых биологических очистных сооружениях

В последнее время проводятся систематические испытания в области совершенствования биохимической очистки. Предлагаются различные виды устройств и оборудования. Отмечается высокая активность работы систем очистки СВ, совмещающих процессы сорбции и биохимического окисления, биофлотации и микрофлотации, применение фильтров «Оксипор» и фильтров-биореакторов с восходящим потоком воды, сочетание процессов пневмофлотации и реагентной флотации.

Но ничто из вышеперечисленных методов и оборудования не решает комплексной проблемы очистки сточных вод, как от химических загрязнений, так и от биологических.

Кроме того, основным фактором, тормозящим применение биологической очистки сточных вод, является высокая стоимость строительства и оборудования в России.

Новые конструктивные решения биологических сооружений, составляющих частей и технологических режимов, повышение интенсивности биологической очистки с помощью прикрепленной микрофлоры, снижение энергоемкости на аэрацию и т.п. должны быть подчинены единой цели – поиску наиболее эффективных путей интенсификации биологической очистки.

Комплексное решение эффективной очистки, а также минимизации образующихся при биологической очистке отходов найдено при сочетании физико-механических и биологических методов очистки, решенных в одном модуле. Биологические и аэрационные процессы, а также специфичное движение сточной жидкости происходят в одном интегральном модуле биологической очистки (ИМ-БО). Это позволяет не только получить почти полную эффективность очистки по всем нормируемым загрязняющим веществам, но и практически избавиться от биологических загрязнений, в частности жизнеспособных яиц гельминтов, которые не обезвреживаются современными методами биохимической очистки. В разряженной среде, создаваемой тспециальными эжекторами и турболизаторами, входящими в оснащение ИМ-БО, происходит разрыв оболочки биологических структур, в том числе яиц, входящих в состав загрязнений сточной воды.

Кроме того, высокое насыщение сточной воды кислородом (более 25 мг/л растворенного кислорода) позволяет минерализовать всю органическую составляющую загрязнений.

В результате чего количество биологической массы, образующей отход, сокращается более чем в 22 раза (табл. 2). А это значит, что:

- уменьшается количество площадей, занимаемых под размещение отходов;

- сокращается сумма платежей за размещение отходов;

- появляется возможность использования минерализованного, стабилизированного осадка в качестве структурообразующего компонента почвы в сельском, городском зеленом хозяйстве, цветоводстве, лесопитомниках, придорожном озеленении, для создания плодородного слоя земли при биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов ТБО.

При использовании минерализованных осадков – отходов биологической очистки ПСВ в качестве удобрения наибольший интерес вызывает наличие в них некоторых основных компонентов, например азота, фосфора, кальция, магния и др. Данные по нескольким образцам приведены в табл. 3.

Таблица 3. Показатели содержания некоторых веществ в структуре стабилизированнобиопленки

Из таблицы 3 видно, что в составе отходов преобладают фосфаты – один из основных питательных элементов, образующих плодородную почву.

Достоинством биологической очистки на ИМБО является: компактность, позволяющая его размещение на небольших площадях; низкая энергоемкость очистки (ориентировочно 0,3-0,4 квт-ч/м3); относительно низкая стоимость оборудования и монтажных работ; возможность комплектации оборудования в блок любой производительности.

Производительность одного блока равна 250 м3/сут.; короткое время от монтажа до ввода в работу; не требуется включения в систему очистки системы обеззараживания.

Немаловажной, а в некоторой степени наиболее важной, чем очистка сточных вод, является способность переработки отходов биологической очистки, т.е. избыточной биологической массы. Большие объемы годами накапливаемых осадков биологической очистки, не находя применения, в настоящее время занимают огромные площади.

Эта проблема является общей практически для всех сооружений биологической очистки. Подсушивание на иловых площадках является полумерой, которая только снижает влажность осадка, но не решает проблемы снижения массы и не относится к методу обезвреживания.

Интегральный модуль биологической очистки нашел широкое применение в технологии переработки иловых отходов не только в России, но и за рубежом.

Применение ИМБО позволяет переработать практически всю органическую составляющую часть биологической массы, т.е. сократив количество образующегося отхода на 75-80%, а также обезвредить его без применения каких-либо окислителей (хлора, озона, УФ-облучения и др.). Качество образующегося при переработке биологической массы осадка подтверждено сертификатами.