Вода, кисень, мікроорганізми і час - ось секрет самоочищення планети. У 70 -х роках минулого сторіччя, коли загроза екологічної катастрофи набула цілком реальних обрисів, вчені - біологи зайнялися дослідженнями процесів, що відбуваються в звичайному торфових болоті.

Змоделювавши вивчені реакції в лабораторному комплексі, вони отримали першу, нехай поки дорогу і неефективну установку з біологічного очищення стічних вод.

У даній статті ми поговоримо про основні принципи біологічного очищення, застосовувані методи і конструкторських рішеннях.

Що це таке
Процес харчування будь-якого живого організму зводиться до розщеплення органіки на елементарні «цеглинки», які надалі використовуються для «будівництва» власного тіла. М'ясо розкладається на прості білки і амінокислоти, що йдуть на побудову нових клітин, вуглеводи при розщепленні дають масу енергії.

Органіка, що входить до складу стічних вод є прекрасним живильним середовищем для великої кількості мікроорганізмів. В процесі своєї життєдіяльності, колонія мікроскопічних істот розкладає складні органічні сполуки до рівня елементарних білків, обривків ланцюжків ДНК і амінокислот.
Одержаний «будівельний» матеріал стимулює посилене ділення мікроорганізмів, тим самим вибухово збільшуючи чисельність колонії.

Відмерлі частини колонії і не перероблена органіка випадає на дно водойми нешкідливим мулом. Одночасно, відбувається очищення стоків від отруйних для більшості живих істот, складних органічних сполук.

Істотною перевагою даного методу очищення, є його повна саморегулівної. При зменшенні процентного вмісту органіки в стоках, припиняється ріст колонії, в деяких випадках має місце навіть зменшення кількості мікроорганізмів.

Біологічні методи очищення стічних вод
До кінця 80 -х років минулого сторіччя біологічне розкладання органіки було лише одного із ступенів потужних очисних споруд, що обслуговували великі міста і потужні підприємства харчової промисловості.

На непридатних для сільськогосподарського використання землях, далеко від населених місць, викопувалися так звані біоставки.
Минулі стадію механічного очищення, урятовані від великих включень і частково освітлені, стічні води потрапляли в стоячий водойму, населений певними видами мікроорганізмів.
Органічні домішки розкладалися протягом декількох діб, нешкідливий мул і дрібна суспензія з піску і землі осаджують на дно. Чиста вода повільно просочувалася в грунт, починаючи новий етап кругообігу.

Більш простим, але менш ефективним, був метод використання інфільтраційних полів. Скидання попередньо очищених стоків проводився на затоплюються луки, площею до десяти гектарів.

Вода очищалася від домішок і органіки, фільтруючи через шари грунту. Мінусом такого методу було досить короткий час використання полів. Грунт замулювався, фільтраційні властивості погіршувалися, вода застоювалася, і місцевість перетворювалася на болото.
Сучасна станція біологічного очищення стічних вод виглядає зовсім по -іншому. Дефіцит вільних площ сильно скоротив кількість відкритих інфільтраційних полів і біоставків.

Учення усього світу, турбуючись про стабільність екологічної ситуації, кинулися на пошук альтернативних методів біологічного очищення. Через кілька років вихід був знайдений.
Аеробна біологічна очистка стічних вод
Для реалізації даного методу використовуються мікроорганізми, які потребують в кисні для підтримки своєї життєдіяльності.

Аеробний біореактор або аеротенк, являє собою металеву або бетонну ємність великого об'єму.
На деякій відстані від дна розташовуються сита або «ялинки», виконані з полімерного матеріалу. Вони служать основою для колоній аеробних мікроорганізмів.
По дну аеротенках прокладені труби, забезпечені дрібними отворами - аератори. Проходить по ним повітря насичує стічні води киснем, створюючи сприятливі умови для росту колоній мікроорганізмів.

Реакція розкладання (окислення) органіки супроводжується виділенням великої кількості енергії, яка може істотно підвищити температуру всередині аеротенках.
Складна електронна система стежить за температурою, підтримуючи оптимальні умови для життєдіяльності мікроорганізмів.
Мініатюрні версії «дорослих» аеротенків отримали широке поширення при конструюванні септиків - локальних очисних споруд, що використовуються в заміських будинках і на дачних ділянках.

Анаеробна біологічне очищення стічних вод
Анаеробна біореактори, або метантенкі, є герметичні конструкції з металу або бетону, в яких живуть мікроорганізми, для підтримки життєдіяльності яких не потрібний кисень.
Реакція розкладання складних органічних сполук практично не супроводжується збільшенням колонії, викид енергії так само відсутня.

Система контролю параметрів середовища проживання не потрібна, що суттєво здешевлює конструкцію.
Важливо! Однак, у всій бочці меду повинна бути ложка дьогтю. Робота метантенка супроводжується викидом великої кількості горючого газу метану.
Ця властивість накладає певні обмеження на використання анаеробного методу біологічного очищення.
Метантенки можна будувати тільки на рівній добре продувається площі, по периметру якої встановлюються газоаналізатори, підключені до системи пожежної сигналізації.
Анаеробні реактори, так само, як і аеробні, широко використовуються в СИСТЕЛ локального очищення стічних вод.

схема
Слід чітко розуміти, що біореактор, будь то аеротенкі або метантенк - всього лише одна із сходинок у складній системі очищення стічних вод. Уявімо собі умовну очисну станцію.
Стічні води, сильно забруднені як великими органічними так і неорганічними включеннями (камінням, піском, гілками, синтетичними матеріалами) надходять в первинну камеру- відстійник.

У ній відбувається попередня очистка гравітаційним методом. Більшість включень, чия питома вага більше ваги води осідають на дно.
Частково освітлені стоки потрапляють в другу камеру, де проводиться насичення води киснем і дроблення великих органічних включень. Деякі станції оснащені металевими «ялинками» і гратами, що затримують синтетичні волокна, поліетилен та інші, важко розкладаються матеріали.
Насичені киснем стоки надходять в камеру біореактора, в якій проходить процес розкладання міститься у воді органіки. Остання камера служить для фінальної гравітаційної очищення.

На дні, як правило, мається вапняна засипка, ефективно зв'язує хімічно активні елементи. На виході може стояти додатковий біофільтр, що збільшує ступінь очищення до 98-99 %.

переваги
На цю тему можна написати, як мінімум, кандидатську роботу.
Тому, щоб не втомлювати читача, тезисно опишу основні переваги даного методу:
• дешевизна. Розрахункова вартість очищення одного кубічного метра стоків набагато нижче, ніж у станцій з хімічним і механічним методом;
• надійність. Після запуску станція не вимагає регулярного закупівлі витратних матеріалів;

Колонії мікроорганізмів, будучи живими істотами, самовідтворюються і, теоретично, не потребують заміни. Практично, заміну треба проводити раз на 5-6 років.
• екологічність. У відмінності від станцій з хімічним методом очищення. Не доводиться думати про утилізацію відпрацьованих реагентів;
• високий ступінь очищення стічних вод. У процентному відношенні це можна виразити числом 99 %, в побутовому скажу так - воду на виході зі станції можна пити

Біологічне очищення стічних вод в природних умовах
А як же цей процес відбувається в природі? Забруднені стоки, потрапивши в рельєф місцевості, просочуються в грунт, фільтруючи при цьому тверді і великі органічні включення.
Особливо ефективно як фільтр працюють піщані грунти. Затримані в процесі фільтрації складні органічні включення розкладаються присутніми в грунті бактеріями, земля самоочищається.

Якщо замість піску стоки потрапили на глинистий ділянку, утворюється природний біопрудах. Води освітлюються методом гравітаційного відстоювання, а випала на дно органіка з часом розкладається анаеробними мікроорганізмами.
Звичайно, процес біологічного очищення, що протікає природним шляхом, може зайняти кілька років, але протягом яких земля буде отруєна і непридатна до використання.