Биохимични методи за пречистване на отпадъчни води

Органичните вещества са основни замърсяващи компоненти за голям сегмент от промишлените отпадни води. Отстраняването им се осъществява най-ефективно чрез използването на различни биохимични методи, основаващи се на способността на микроорганизмите да използват и превръщат в процеса на жизнената си дейност органичните вещества в минерални крайни продукти. 

Биохимичните пречиствателни методи се извършват в аеробни или анаеробни условия в зависимост от условията на средата и вида на микроорганизмите, които осъществяват процесите на минерализация на органичните замърсители. Аеробните процеси, или т.нар. биохимично окисляване, протичат в присъствието на свободен кислород, докато анаеробното разграждане се извършва в отсъствието на кислород. 

Органичните вещества, съдържащи се в промишлените отпадни води, представляват подходяща хранителна среда за микроорганизмите, които в процеса на своя метаболизъм използват част от тях за синтез на нови клетки, докато останалата трансформират в минерални продукти.

Етапи на пречистването

Съвременните биохимични пречиствателни методи обхващат следните етапи: масообмен и сорбиране на замърсяващите вещества върху микроорганизмите; дифузия на субстрата през клетъчните обвивки на микроорганизмите и метаболизъм на субстрата в клетките. По-големите разтворени молекули от органичните вещества и суспендираните вещества в отпадните води се разрушават предварително от ензими, които се отделят от бактериите. 

Основа на биохимичното пречистване е бактериалният металобизъм, който представлява екзотермичен процес. Енергията, необходима за протичането му, се получава от окисляването на органичния въглерод на замърсяващите вещества. След основните предимства на метода е разграждането на използваните бактериални клетки, след изчерпване на органичните замърсители до минерални продукти и клетъчен остатък.

Пречиствателни инсталации с активни утайки

Биохимичното пречистване с активни утайки е най-широко разпространеният биохимичен пречиствателен метод. Процесът протича в биобасейни, представляващи биохимични реактори с непрекъснато действие, в които постъпващата отпадъчна вода се смесва с активната утайка при непрекъснато подаване на кислород. 

Активната утайка се състои от групирани във флокули колоидни замърсяващи частици и микроорганизми, които имат адсорбционни свойства да задържат органичните замърсители. На практика органичните вещества се преобразуват в минерални съединения. Скоростта на процеса се увеличава чрез подаване на въздух в отпадъчната вода. Посредством раздвижване на водата в процеса на аериране се постига и добър контакт с микроорганизмите. Биомасата се отделя от пречистената вода във вторични утаители.

Биобасейни за биохимично пречистване

Биохимичното пречистване на отпадните води се извършва в различни видове биобасейни. Сред най-широко използваните са биобасейнните смесители, в които отпадъчната вода и активната утайка се смесват напълно с целия обем на сместа в биобасейна. Друг вид биобасейни са с разсредоточено постъпване на отпадните води. При тях тя се подава на равни количества в няколко точки на биобасейна. 

При биобасейните с отделна регенерация на активната утайка процесите на сорбция и метаболизъм на органичните замърсяващи вещества стартират едновременно, но окисляването на органичните вещества е много по-продължително, в резултат на което пречиствателният процес протича в две съоръжения. Окислителните канали представляват разновидност на биобасейните. 

Към биобасейните, използвани за биохимично пречистване, принадлежат и високонатоварените биобасейни. При тях пречиствателният процес протича до сорбция на органичните вещества и е непълен, поради ниската продължителност на аерация. Биобасейните с чист кислород представляват закрити съоръжения, характеризиращи се с висока използваемост на кислорода, намалено количество на излишната утайка, висока активност на бактериите и добра седиментационна способност.

Реактори за биохимично пречистване

Биохимичното пречистване в реактори с фиксирана маса представлява биохимичен пречиствателен метод, при който повърхността на твърд материал с подходяща форма и големина се обтича с пречистваните отпадни води. В резултат на процеса върху носещия материал се формира биологична ципа от аеробни микроорганизми. Органичните замърсяващи вещества се адсорбират върху биологичните ципи. В процеса на жизнената си дейност микроорганизмите окисляват органичните вещества биохимично или ги синтезират.

Биохимичното пречистване с фиксирана биомаса се извършва основно в съоръжения, наречени биофилтри, които са изградени от филтърен пълнеж, стени, водоразпределителни устройства, решетъчна основа, дъно с отвеждащи канали и вентилационни отвори. 

Във функцията на филтърен пълнеж се използват материали от естествен произход (трошен или речен чакъл от здрави скали) или от изкуствен (поливинилхлорид, полипропилен, полиетилен и др.) произход. Количеството на замърсителите в отпадните води и необходимата степен на пречистване определят височината на филтърния пълнеж. Според хидравличното натоварване и вида на филтърния пълнеж биофилтрите се класифицират в различни групи.

Биодискове за биохимично пречистване

Друг тип съоръжения за този процес са биодисковете, използването на които е свързано с редица предимства при пречистване на големи количества отпадни води. Представляват правоъгълни басейни, в които частично са потопени - подредени и въртящи се върху хоризонтална ос, дискове. 

Биологичната ципа от микроорганизми се образува върху повърхността на въртящите се дискове. Микроорганизмите получават хранителен субстрат и кислород при периодичния им престой в отпадъчната вода и във въздуха. Въртенето на дисковете смесва отпадните води с увлечената биологична ципа.

Биохимичното окисляване на отпадните води може да се извърши и в т.нар. окислителни езера, представляващи големи като площ водни басейни с малка дълбочина, в които под въздействието на определени микроорганизми се извършва окисляване на замърсяващите вещества. 

Кислородът, необходим за биохимичното разреждане, се осигурява чрез естествена реаерация или изкуствено аериране. Окислителните езера могат да се използват както за самостоятелно пречистване на отпадни води, така и като финален етап от използваната технология.

Биохимични пречиствателни инсталации върху напоителни и филтрационни полета

Биохимично пречистване на отпадни води може да се осъществи и в естествени условия върху напоителни и филтрационни полета. В този случай пречиствателните процеси протичат в повърхностния слой от почвата, където намиращите се в промишлените отпадни води неразтворени и колоидни вещества се задържат, образувайки биологична ципа. В този слой органичните вещества се минерализират в присъствието на кислород, който запълва порите в почвата. За протичането на процеса съдействат намиращите се в почвата микроорганизми. 

Естественото биохимично пречистване се характеризира с висока степен на ефективност (от 98 до 99.5%). Необходимият кислород се осигурява чрез естествен обмен от атмосферата.

Активният почвен слой, в който се извършва процесът, е с дебелина от 1.2-1.5 m. Най-подходящи за използване на метода са терени, покрити с песъчливи и алувиални почви. Филтрационните полета представляват площи от земната повърхност, които са предназначени само за пречистване на отпадни води, т.е. върху тях не се отглеждат хранителни култури. Необходимо е предварително почвите да бъдат пречистени механично. 

За разлика от филтрационните, напоителните полета са специални участъци обработваема земя, върху които не само се пречистват отпадните води, но също така се отглеждат хранителни култури.

Източник: TLL Media; Снимки: Dreamstime

Ключови думи: Отпадъчни води   пречиствателни станции   биохимично пречистване  

Област: ВиК