Очищення стічних вод. Шлях до сучасних систем очищення

Об'єднання людей в групи для виживання в давнину, в кінці кінців привело до утворення поселень і міст. З одного боку, це дуже сприятливо позначилося на розвитку ремесла, виробництв, науки і культури, з іншого боку, це призвело до величезних змін природних умов і ландшафтів. Населені пункти зіткнулися з необхідністю позбавлення від продуктів життєдіяльності і відходів виробництв, на той час найпростішим було скидати все сміття в річки і озера. Першим в тому світі, який нам відомий, з проблемою питної води і видаленням відходів зіткнувся Стародавній Рим ще 2500 років тому, коли води Тибру були не придатні для використання і довелося будувати віадук для постачання населення міста питною водою, а потім і системи каналізації для міста. У середні століття ця проблема стала актуальною для Європейських міст. 1388 року в Англії був прийнятий перший закон спрямований на охорону якості води, в Лондоні того часу побутові та виробничі відходи від ремісничих виробництв скидалися в Темзу. Комісія, що досліджувала забруднення річки, написала свій звіт водою з річки, користуючись нею як чорнилом.

До кінця 19 століття стан науки і інженерної справи, дозволило впритул зайнятися проблемами видалення забруднень і відходів. Спочатку стічні води з відкритих канавах просто відводилися на басейни відстійники, потім почали створювати так звані поля зрошення, що збереглися як елементи очисних станцій до сьогоднішнього дня, де стоки фільтрувалися через шари піску і грунту, а осад збирався і складувався. Такий метод очищення більше наближений до природних методів. Цей метод займав багато часу і поля займали величезні території. Проте ще в 1865 році було запропоноване бактеріальне очищення стічних вод за допомогою мікроорганізмів. Через 30 років перші біофільтри з крапельним зрошенням з'явилися в Англії. Використання крапельного фільтра дозволило скоротити розміри полів фільтрації в десятки разів.

Паралельно велися дослідження по вдосконаленню і поліпшенню систем біологічної очистки та в 1914 році була запропонована система аеробного біологічного очищення з активним мулом. За новим методом час, необхідний для окислення забруднень стічних вод, скорочувалася до декількох годин. Інновацією в цьому методі була примусова аерація стоків повітрям, яка дозволяла значно поліпшити ефективність очищення. Цей метод очищення використовується до сих пір повсюдно. Періодична аерація зберіглася тільки в малих системах очищення, міські станції очистки працюють на безперервній аерації стоків з відбором і рециркуляцією частини активного мулу.

В наш час методи розроблені на початку 20 століття в тій чи іншій формі використовуються на більшості станцій очищення у всьому світі. Розвиток направлено в основному на створення нових конструкцій виконавчих механізмів і створення оптимальних умов для підвищення інтенсивності, підвищення якості очищення і зниження витрат.

Міські стічні води прийнято розділяти на зливові води і господарсько побутові (включаючи промислові) стічні води. Поділ стічних вод сприятливо позначається на роботі очисних споруд. Міські господарсько побутові стічні води піддаються декільком послідовним етапам очищення, починаючи з решіток для крупного сміття, піскоуловлювача, первинними відстійниками, басейнами аерації, відбору і рециркуляції, зневоднення і зберігання активного мулу, і закінчуючи вторинними відстійниками і системами знезараження. Настільки складна система пов'язана в першу чергу з різноманітністю забрудненості, великими обсягами і високими вимогами до ступеня очищення, для можливості скиду очищених стоків у водойми.

На малих станціях очистки, які очищають стоки від одного будинку або групи будинків, більшу частину обладнання можна не використовувати, тому що на таких об'єктах, найчастіше, стоки більш однорідні за складом і забрудненістю і утилізація очищених стоків проводиться в підземні дренажні системи, які за рахунок природних методів доочищення дозволяють скидання зі значно більшими залишковими забрудненнями, ніж для водойм.

Найчастіше станція очистки є резервуар з секціями або групу резервуарів в яких в кожній секції проходять відповідні процеси очищення. Перші по ходу стоків стоять зазвичай секції для попереднього очищення, осадження суспензій і освітлення, далі зазвичай стоки потрапляють в відсік з примусовою аерацією для ініціації зростання аеробних форм бактерій і інтенсивного очищення стоків при перемішуванні і насиченні киснем. Пластівці активного мулу прилипають до зважених часток, склеюючи з ними і між собою, а бактерії використовують біологічні забруднення для отримання енергії і розмноження. Пластівці активного мулу мають здатність швидко осідати, що дозволяє при відстоюванні нетривалий час (близько 1,5-2 годин) отримати очищені до 95% і більше стоки. Активний мул після повернення в аераційну, насичену киснем середу, швидко відновлюється і бере участь в процесі очищення повторно, нарощуючи обсяг біомаси. Існування більшості локальних очисних споруд на такому методі очищення - безперечне, але частина станцій працює по зовсім вже древньому типу - з крапельним зрошенням будь-якого завантаження (частіше пластикових шайб, обрізків або завантаження виготовленої промисловим способом). Також, є більш сучасної системи, з примусовою аерацією закріплених або вільно плаваючих завантажень.

Найостанніші дослідження в галузі біологічної очистки стічних вод, показали, що для більш раціонального використання обсягу резервуарів станції очистки та стабільно високого відсотка очищення потрібно примусова аерація не тільки стоків, які пройшли попереднє освітлення і анаеробну стадію очищення, а й тільки що надійшли стічних вод. Виняток з очищення анаеробної стадії дозволяє виключити утворення метану, загнивання біологічних компонентів стічних вод, бродіння осаду, що виключає основну частину неприємних запахів забруднюють повітря. Аерація стічних вод, дозволяє відразу піддавати стоки ефективному перемішуванню, утворення і розвитку високопродуктивних форм мікроорганізмів, подрібнення великих фракцій, кращої переробки забруднень і зменшення кількості мулових осаджень.

Одним із прикладів станції очистки заснованої на застосуванні останніх досягнень в цій області може служити станція очистки під назвою "One2Clean" виробництва "Otto Graf" GmbH, Німеччина. Станція очистки оптимізована для застосування в ємності "Carat S", конструкція якої найбільш повно відповідає вимогам для повітряно бульбашкового перемішування і насичення киснем, без зон застою та відсутності циркуляції. Правильно підібрана ємність, і дренажне поле, дотримання умов експлуатації і своєчасне обслуговування (відкачування осаду), дозволяють безаварійно використовувати систему протягом десятків років.