Санитарно-гигиеническая надежность биологически очищенных стоков

СОДЕРЖАНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
ВВЕДЕНИЕ
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
КЛАССИФИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
УСЛОВИЯ НАДЕЖНОЙ ОЧИСТКИ СТОКОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Санитарно-гигиеническая надежность биологически очищенных стоков

5. По режиму ввода сточных вод – проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем, контактные;
6. По типу аэрации – с пневматической, механической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической;
7. По конструктивным признакам – прямоугольные, круглые, комбинированные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.
Окситенки – это также сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом. В отличие от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, в окситенках используется повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.
Для биологической очистки сточных вод бытового и производственного происхождения может быть использован любой из перечисленных способов биологической очистки сточных вод — аэробный и анаэробный. Если для а аэробной очистки применяют аэротенки различных конструктивных модификаций, окситенки, фильтротенки, флототенки, биодиски и биологические пруды; то при анаэробном процессе для высококонцентрированных сточных вод, применяемом в качестве первой ступени биологической очистки, основным сооружением служат метантенки.
В метантенках — герметически закрытых резервуарах проводят процесс брожения - это первая ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПКполн 4-5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями. Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и многостадийный. Механизм его окончательно не установлен. Считают, что процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метановой). В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Из этих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Предполагается, что скорости превращений веществ в кислой и щелочной фазах одинаковы. Так как метанобразующие бактерии имеют низкую скорость роста, важно технологическими методами обеспечить их высокую концентрацию в биореакторе. Один из таких методов - иммобилизация клеток на поверхности носителей. [15].
В биореакторе создают условия, способствующие естественному образованию гранул бактериальной биомассы под воздействием факторов среды и гидродинамического режима.
Широкое использование биологического метода обусловлено:
- Возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе и токсичные.
- Простотой аппаратурного оформления.
- Относительно невысокими эксплуатационными затратами.
- Глубиной очистки
К недостаткам метода относятся:
- Высокая стоимость
- Высокие требования к технологии очистки.
- Токсичность для микроорганизмов ряда органических и неорганических соединений
- Необходимостью разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.
Загрязнения сточных вод являются для многих микроорганизмов источником питания, при использовании которого они получают всё необходимое для их жизни - энергию и материал для конструктивного обмена (восстановления распадающихся веществ клетки, прироста биомассы). Изымая из воды питательные вещества (загрязнения), микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества - продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.
Использование каждого из перечисленных методов нельзя считать абсолютно надежным. Поэтому в зависимости от условий комбинируются методы очистки и постоянно ведутся работы по усовершенствованию существующих и разработке новых. Для полной очистки высококонцентрированных сточных вод применяют анаэробно-аэробное окисление. Постоянно разрабатываются и совершенствуются новые установки, аэрационные установки для продленной аэрации, работающие по методу полного окисления и установки, обеспечивающие аэробную стабилизацию избыточного активного ила. Эти установки могут применяться в любых климатических, грунтовых и гидрогеологических условиях и не требуют отвода больших площадей земли, обеспечивая при этом стабильную высокую эффективность очистки сточных вод. [16].
Метод очистки бытовых сточных вод выбирается в зависимости от среднесуточного расхода сточных вод; неравномерности поступления стоков (особенно от малых объектов); характера системы водоотведения; концентрации загрязняющих веществ; содержание фосфатов и азота аммонийных и органических веществ; климатических, геологических топографические условий в районе расположения очистной станции.
Наиболее полная очистка производственных сточных вод, содержащих органические вещества в растворенном состоянии, также достигается биологическим методом. Характер загрязнений производственных сточных вод по весьма разнообразен, отчего и зависят скорость и полнота окисления органических загрязнений. Это обычно определяются экспериментально. Для очистки производственных сточных вод, в зависимости от характера и степени загрязнения специально необходимо использовать расчет биофильтров и аэротенков.
Доочистка сточных вод. Осветленная вода зачастую нуждается в доочистке, поскольку при биологической очистке на искусственных сооружениях (на биофильтрах или аэротенках) содержание бактерий полностью не уничтожается, лишь происходит уменьшение их на 95 %, а при очистке на полях орошения – на 99%. Тогда как требования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы, в соответствии в требованиями СанПиН 2.04.03-85 -96, предъявляются довольно жесткие. Полностью уничтожить болезнетворные бактерии можно только обеззараживанием сточных вод. В качестве сооружения доочистки стоков могут быть использованы Специальное оборудование, сооружения доочистки, которые позволяют снизить содержание взвешенных и органических веществ до 3-5мг/л, азота аммонийных солей (N) и фосфатов (P2O5) до 0,5 мг/л, нитратов до 0,02 и нитритов до 10 мг/л по азоту.
При этом постоянно разрабатываются эффективные методы доочистки биологически очищенных сточных вод с целью их повторного использования на промышленных предприятиях. Особое внимание обращено на методы, для применения которых не требуется больших производственных площадей, сложного оборудования и громоздкого реагентного хозяйства. Очищенные воды дезинфицируются хлором и насыщаются кислородом на быстротоке в месте выпуска. Осадки, полученные в результате доочистки сточной воды, направляются на сооружения для механического обезвоживания. Высокая степень очистки позволяет использовать очищенные сточные воды для полива улиц, зеленых насаждений и обводнения реки, а также в качестве технической воды на промышленных предприятиях. [17,18].
При спуске в водоемы очищенных сточных вод с целью уничтожения содержащихся в них патогенных микроорганизмов и устранения опасности заражения водоема этими микробами производится обеззараживания наиболее распространенным методом хлорированием. Хлор вводят в сточную воду или в виде хлорной извести, или в газообразном виде. Количество активного хлора, вводимого на единицу объема сточной воды, называется дозой хлора и выражается в граммах на 1 м 3 (г/м 3).
Дозу активного хлора, в соответствии с СанПин 2.04.03-85 рассчитывают следующим образом: после полной искусственной биологической очистки – 3 г/м 3; после неполной искусственной биологической очистки – 5 г/м 3. Условием обеспечения бактерицидного эффекта может быть тщательное перемешивание хлор со сточной водой. Для эого, хлор следует держать в контакте со сточной водой до 30 мин, после чего воду можно спустить в водоем. [19,20,21].
УСЛОВИЯ НАДЕЖНОЙ ОЧИСТКИ СТОКОВ
Высокие требования государственных природоохранных органов к чистоте сточных вод, сбрасываемых в открытые водоемы и водотоки культурно-бытового и рыбохозяйственного назначения, приводят к необходимости разработки эффективных и, как правило, многоступенчатых систем очистки. Современные традиционные очистные сооружения содержат участок механической очистки сточных вод от крупнодисперсных загрязнений органического и минерального происхождения, участка биологической очистки сточных вод от мелкодисперсных и коллоидных загрязнений органического происхождения в аэротенках с помощью диспергированных в сточной воде микроорганизмов активного ила и участка биологической доочистки сточных вод от трудноокисляемых органических загрязнений в сооружения типа биофильтр и биореактор.
В то же время следует отметить, что возможности методов биологической очистки к настоящему времени далеко не полностью исчерпаны. Эффективность работы сооружений биологической очистки (аэротенков, биофильтров, вторичных отстойников) во многом определяется концентрацией загрязнений сточных вод, предварительно прошедших механическую очистку. Управление смешанными культурами микроорганизмов в условиях непрерывных процессов биохимического окисления органических загрязнений является одним из перспективных путей максимального использования биологической активности и окислительной способности микроорганизмов активного ила. В этой связи изучение кинетики роста, жизнедеятельности и отмирания смешанных микробных популяций в биомассе активного ила является актуальной и важной задачей. Правильный выбор эффективных технологических схем очистки и оптимизация составов биоценозов активного ила являются основными путями достижения высоких показателей очистки и снижения избыточных биомасс активного ила. Целенаправленное регулирование жизнедеятельности микробных популяций способствует снижению содержания патогенной микрофлоры в сточных водах до санитарно-показательных норм и получению максимальной эффективности биохимических процессов окисления микроорганизмами органических загрязнений.
Важное значение эффективности работы сооружения имеет оптимальная организация гидравлических и массообменных процессов в самом аэрационном сооружении. Основными факторами, влияющими на выбор этих режимов, является гидродинамическая схема течения потоков и эффективность процесса насыщения жидкой среды кислородом воздуха, подаваемого системами аэрации. На начальной стадии биологическую обработку сточной воды целесообразно производить путем ее интенсивной аэрации в емкостях смесительного типа. При этом имеет место высокая гомогенизация стоков и интенсивное насыщение кислородом микроорганизмов активного ила. В этих условиях одновременно протекают два процесса — биологическое окисление органических примесей и синтез новых бактериальных клеток. На конечной стадии биологической очистки обработку сточной воды целесообразно производить в вытеснительном режиме, который обеспечивает возможность реализации процессов избирательного лизиса микроорганизмов и снижения за счет этого прироста избыточной биомассы активного ила. Поэтому эффективный процесс биохимического окисления загрязнений " должен предусматривать соответствующую организацию гидравлических и аэрационных режимов по всей длине аэротенка. [22].
В последние десятилетия в научно-технической литературе растет количество работ, посвященных применению систем, использующих иммобилизацию микроорганизмов на носителях. В Пущино ученые предлагают различные методы иммобилизации микроорганизмов к твердому носителю для увеличения продолжительности их пребывания в реакционной среде. С учетом затрат на утилизацию больших количеств биомассы активного ила аэротенков это обстоятельство имеет немаловажное значение, обеспечивая более эффективное отделение биопленки от очищенной воды во вторичных отстойниках. [23,24].
Целенаправленное регулирование жизнедеятельности микробных популяций способствует снижению содержания патогенной микрофлоры в сточных водах до санитарно-показательных норм и получению максимальной эффективности биохимических процессов окисления микроорганизмами органических загрязнений.
Биологическая очистка сточной воды может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Этому способствует сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов обеспечивающее процесс окисления органических и неорганических веществ в очищаемой воде при помощи растворённого кислорода. Для многих микроорганизмов загрязнения сточных вод являются источником питания, из которого они получают энергию и материал для конструктивного обмена, то есть всё необходимое для их жизнедеятельности. Используя для этих целей питательные вещества из воды, микроорганизмы очищают сточную воду от загрязнения, при этомо одновременно они вносят в неё продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.
До настоящего времени не создана система биоиндикации процесса биологической очистки, и существует множество разноречивых данных о взаимосвязи качества очистки и вида микроорганизмов. Активный ил обладает высоким адаптационными свойствами, особенностями биоценоза, что позволяет развиваться одним и тем же видам в разных экологических зонах. Это же и затрудняет создание системы биоиндикации процесса биологической очистки. [25].
При индикаторной оценке процесса биологической очистки следует учитывать много факторов, в том числе и сезонные изменения биоценоза ила. Кроме того необходимо учитывать и температуру, состав очищаемых вод и количество и состав опасных и токсичных для жизнедеятельности микроорганизмов веществ. Хотя следует отметить, что на крупных очистных сооружениях, в условиях горячего водоснабжения, сезонные изменения менее значительны, чем на небольших сооружений, очищающих менее 10 тыс. м3 сточных вод в сутки.
Существующая в настоящее время система очистки сточных вод не обеспечивает их генетической безопасности. Учеными было продемонстрировано, что очищенные сточные воды предприятий ЦБП характеризуются высокой вариабельностью выявляемых токсикогенетических эффектов действия в пробах, отобранных в разные временные периоды. Эти наблюдаемые различия обусловлены только переменным составом химических компонентов, присутствующих в них, и никак не связано с условиями проведения экспериментов. Подтверждением справедливости данного вывода могут служить данные, обсуждаемые по этому вопросу в литературе.
Способ оценки генотоксичности водных сред» был предложен для использования при производственном контроле сточных вод ОАО «Братский ЦКК». [26,27,28,29].
В то же время следует отметить, что методы биологической очистки постоянно совершенствуются и возможности их еще не полностью исчерпаны. А, учитывая постоянно повышающиеся требования к качеству очищенных стоков, следует полагать, что они будут и далее совершенствоваться. Повышение концентрации взаимодействующих компонентов, участвующих в процессе, микроорганизмов и растворенного кислорода достигается разработкой сооружений с повышенными дозами активного ила, с более эффективным использованием кислорода, с более производительными аэраторами и т.д. Для достижения этих же целей активно вовлекается технический кислород. Ограниченная интенсивности диффузионных процессов в аэрационных сооружениях преодолевается созданием глубоких (шахтных) аэротенков, а также - к использованию биологических систем с прикрепленной (иммобилизованной) микрофлорой. Это позволило обеспечить большую продолжительность контакта обрабатываемой среды с источником кислорода, для ускорения окислительных процессов. Метод иммобилизации микроорганизмов на твердом носителе увеличивает продолжительность их пребывания в среде взаимодействия. Он имеет немало преимуществ и одно их главных - высокая эффективность применения техники иммобилизации. Она используется преимущественно для биологического удаления углеродсодержащей органики, нитрификации и денитрификации. Между процессами прироста биопленки и вымывания ее из слоя носителя устанавливается равновесие, когда бактерии прикреплены стационарно на носителе. А эффективное отделение биопленки от очищенной воды во вторичных отстойниках обеспечено меньшей влажностью биопленки по сравнению с биомассой активного ила традиционных аэротенков. [30,31,32,33,34].
Эксплуатация городских очистных сооружений, как правило, приводит к улучшению физико-химических и биологических свойств сточных вод. По техническим условиям полная биологическая очистка сточных вод городской канализации должна гарантировать безопасность в токсикологическом и в эпидемиологическом отношении, их выпуска в водоем. Однако зачастую технологический режим работы очистных сооружений значительно превышает проектную мощность, что отражается на эффективности очистки стоков и, как следствие, протекании процессов самоочищения, нарушении микробиоценоза водоема.
Учеными постоянно ведется сравнительная гигиеническая оценка используемых технологий, материалов и реагентов, их ранжирование для приоритетного использования в практике очистки стоков от различного вида химических и биологических загрязнений, разработка принципов, критериев и методов их гигиенической оценки. Это помогает не только в разработке новых, но и определять условия эксплуатации существующих сооружений, разрабатывать комплекс гигиенических мероприятий.
Поступление в поверхностные водоемы недостаточно очищенных промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод приводит не только к химическому, но и бактериальному загрязнению воды, изменению ее физико-химических и биологических свойств, нарушению сложившегося равновесия в водных экосистемах. Оценка качественного и количественного состава сточных вод до и после очистки на станции биологической очистки и перед выпуском в водоем проводится путем определения характеристики природных микробных сообществ, изучения поведения и выживаемости в воде микроорганизмов, имеющих как индикаторное, так и эпидемиологическое значение. Относительно надежными показателями свежего биологического загрязнения водоема являются Е.соli, зачастую обнаруживается высокий индекс этих микроорганизмов биотопах ниже выпуска сточных вод городских. [35,36].
Использование широко применяемого в санитарной практике оценки состояния водоема по соотношению индексов лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП) и бактерий группы кишечной палочки (БГКП) Скорость самоочищения водоема в условиях нарастающей антропогенной нагрузки значительно снижается, что проявляется, согласно литературным данным, в увеличении сроков выживания в воде патогенных микроорганизмов. Так, присутствие в воде сточных вод предприятий нефтехимии увеличивает длительность выживания в воде кишечной палочки и способствует накоплению патогенных энтеробактерий, по другим данным высокая чувствительность E.coli к химическому загрязнению снижает ее индикаторное значение.
В условиях высокого фонового бактериального загрязнения реки сброс недостаточно очищенных сточных вод городской канализации приводит к значительному повышению микробиологической нагрузки на водоем, понижению, и без того слабо протекающего процесса, бактериального самоочищения реки.
Поступление в водоем патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в составе городских сточных вод, способность их длительно сохраняться и накапливаться во внешней среде, приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды, адаптироваться в условиях химического загрязнения способствует их длительной циркуляции в воде, создавая резервуар инфекции и представляет эпидемиологическую опасность. Особое значение имеет опасность сточных вод в распространении инфекционных заболеваний, обусловленных не только патогенной, но и потенциально-патогенной микрофлорой. Описаны случаи инфекционных заболеваний водной природы, вызванные клебсиеллами, протеем, групповые вспышки эшерихиозов. В последние годы увеличился уровень острых кишечных инфекций, обусловленных антибиотико-резистентными штаммами микроорганизмов [37,38].
Действие химических веществ, входящих в состав городских сточных вод или загрязняющих водоем, вызывает изменение биологических свойств и факторов вирулентности патогенных и условно-патогенных энтеробактерий, повышает их устойчивость, что приводит к повышению численности микроорганизмов в микробиоценозе водоема.[39,40,41].