Системи за допречистване на отпадни води

Пречистването на отпадните води в пречиствателните станции обикновено включва основно два етапа - механично и биологично пречистване. Целта на механичното пречистване е отстраняване на едрите примеси във водата. Посочва се, че на този етап се задържат до около 60% от цялата маса на неразтворени вещества. Също така се понижава нивото и на органичните замърсители с до около 30 - 35%. Следващият етап е биологичното пречистване на отпадните води. Често след биологичното пречистване се предвижда и допълнително пречистване на водата, преди тя да бъде заустена във водоемите. Причините за това обикновено са свързани с повишени изисквания към качеството на пречистените води с оглед опазване на водоемите и възможността да бъдат повторно използвани за селскостопански или производствени цели.

Обикновено в биологично пречистените отпадни води все още се съдържат разградими органични вещества. Сред тях са минерални масла, пестициди и др. Сред основните проблеми е съдържанието на азот и фосфор в тях, които могат да доведат до намаляване на разтворения кислород в приемниците и вторичното им замърсяване. Обикновено с използваните конвенционални методи за пречистване на отпадните води се отстраняват до около 35% от съдържащия се азот и фосфор.

Допречистване на отпадните води
Прилаганите методи за допречистване на отпадните води най-често са механични, физико-химични, химични, биологични и др. 

Един от най-често прилаганите методи за допречистване е филтрирането на биологично пречистените води. За тази цел обикновено се използват различни по конструкция филтри, сред които барабанните мрежести филтри и филтрите със зърнест пълнеж.

Обикновено барабанните мрежести филтри обединяват обикновените барабанни мрежести филтри (сита) и барабанните микрофилтри, разликата между които е основно в размера на отворите на мрежестата тъкан. Микрофилтрите обикновено са с размер на отворите в диапазона от около 15 докъм 65 mm. Те се използват основно за предпазване на филтрите със зърнест пълнеж от по-едри частици. При барабанните сита размерът на отворите се движи в диапазона 300 - 500 mm. Използват се предимно за механично пречистване и пред пясъчните филтри за допречистване. Добре е да се има предвид, че наличието на масла, мазнини, нефтопродукти, суспендирани вещества може да доведе до задръстване на ситото.

Филтрите със зърнест пълнеж могат да бъдат еднослойни, двуслойни и многослойни и могат да бъдат разположени на открито или в помещение. Филтриращият материал обикновено е кварцов пясък, антрацит, перлит и други. За пречистване и допречистване на отпадни води, съдържащи масла и нефтопродукти в нестабилни емулсии, се препоръчва използването на филтри с полимерен пълнеж. Често това е пенополиуретан.

За постигане на по-висока степен на допречистване
на отпадните води и отстраняване на фини суспендирани частици, разтворени неорганични вещества, органични колоиди и други, често те биват подлагани на химична коагулация с последващо утаяване и филтриране.

В процеса на допречистване като коагуланти се използват предимно железен хлорид, вар, алуминиев сулфат и полиелектролити. За постигане на по-добро химично утаяване за подходящо се счита използването и на различни флокуланти.

При използването на коагулация за допречистване на отпадните води е добре да се има предвид, че при този метод за допречистване пречистваната вода повишава своята минерализация, а получените утайки са с високо съдържание на алуминиеви и железни хидроокиси и много висока влажност до над 98%.

За допречистване на отпадните води се използват и сорбционни процеси – абсорбция и адсорбция. Те се считат за едни от най-ефективните методи за дълбоко пречистване на отпадните води от различни разтворени органични вещества. Сорбционните процеси са много подходящи за отстраняване на устойчиви органични вещества, които не подлежат на биохимично разграждане като лигнини, протеини и други вещества, които придават цвят и мирис на водата. Сорбционните процеси се считат за много подходящи и за извличане на ценни разтворени вещества, съдържащи се в отпадните води, които биха могли да се използват в производството.

Като сорбенти се използват материали от естествен или изкуствен произход, характеризиращи се с голяма специфична повърхност като торф, силикагели, дървени стърготини, активен въглен и други.

Възможни решения за отстраняване на азота и фосфора
В битовите отпадни води се съдържат и азотосъдържащи вещества, чието количество може да варира в широки граници. За тяхното отстраняване се използват основно процесите нитрификация и денитрификация. Освен тях в практиката приложение намират и някои физико-химични методи като стрипинг (отдухване) и йонообмен. Възможно е също използването и на адсорбция с активен въглен с предварително хлориране, озониране, обратна осмоза и други.

При процеса нитрификация амонячният азот от кислорода на въздуха се окислява до нитрити и нитрати. Това се случва с помощта на специфични нитрифициращи микроорганизми. Добре е да се има предвид, че за протичането на процеса се препоръчва възрастта на активната утайка да е над 5 дни. Също така нитрификацията изисква киселинност на водата от порядъка на 7 - 9. Като много подходящи се примат стойности от около 8,4.

За протичане на процеса денитрификация, при които нитритите и нитратите се редуцират до свободен азот, който се отделя в атмосферата, е необходимо във водата да се съдържа определено количество органично вещество, което се окислява от сапрофитни микроорганизми до СО2 и Н2О за сметка на кислорода на азотосъдържащите съединения. Препоръчителната киселинност на водата е от порядъка на 7 - 7,5.

При използването на процесите нитрификация и денитрификация се прилагат различни технологични схеми като последваща и предварителна денитрификация, едновременна денитрификация, сменяща се, периодична, отделно денитрификационно стъпало с прибавяне на метанол, комбинирана денитрификация, схема с предварително анаеробно и денитрификационно стъпало.

За едновременно отстраняване на азота и фосфора е възможно използването и на биореактори със суспендирана биомаса и биореактори с прикрепена биомаса.

Обикновено в битовите отпадни води се съдържа и значително количество фосфор, който най-често се намира във вид на ортофосфати, полифосфати и фосфоросъдържащи органични съединения. В процеса на пречистване на отпадните води различните фосфорни съединения търпят непрекъсната промяна. Обикновено полифосфатите и органичните фосфати се трансформират в ортофосфати, а част от неорганичните фосфати се поглъщат при обменните микробиологични процеси. Съответно на изхода на пречиствателната станция около 80-90% от съдържащия се фосфор е под формата на ортофосфати. За тяхното отстраняване е възможно използването на химична коагулация, с която върху образуващите се фоликули се адсорбират и голяма част от останалите съединения на фосфора, както и други колоидни или фино суспендирани частици.

Сред най-често използваните реагенти са железни, алуминиеви и калциеви йони. Използват се три схеми – предварителна коагулация (в първични утаители), симулационна (едновременна) коагулация в биобасейните, последваща коагулация (след вторичния утаител).

Сред често използваните вещества в ролята им на коаголанти са железни соли, алуминиеви соли и вар. Те образуват с фосфора неразтворими соли, които се утаяват или се задържат при филтриране. Влияние върху избора на коагулант оказва рН на водата. Например при използването на вар се препоръчва рН на водата между 9,5 и 10. При използването на алуминиев сулфат е препоръчително рН на водата да се поддържа в границите от 5,5 до 7.

За отстраняване на фосфора от водата могат да се използват и биологични методи. Те се основават на факта,че активни утайки, преминаващи през непрекъснато редуващи се анаеробни и аеробни фази, при анаеробни условия отдават разтворени фосфати, а в следващата аеробна фаза отново ги поемат.

Тук е добре да се има предвид, че значително влияние върху процесите на биологично отстраняване на фосфора оказва съставът на отпадните води. Необходимо условие е наличието на достатъчно количество органичен субстрат. Използваните методи в практиката обикновено се подразделят на методи, включващи съоръжения за отстраняване на фосфора по пътя на водата и методи, включващи съоръжения за отстраняване на фосфора по пътя на рециркулиращите утайки.

При първата група методи фосфорът се отстранява заедно с излишните активни утайки, в които той се акумулира. При втората група методи отстраняването на фосфора е както чрез излишните активни утайки, така и посредством третиране на част от рециркулиращите активни утайки.

Като основни предимства на биологичните методи обикновено се посочват сравнително по-ниската им себестойност и фактът, че не притежават недостатъците на физико-химичните методи.

За допречистване на отпадните води за подходящи се считат и биологичните езера. Те представляват изкуствено създадени съоръжения, в които пречистването на отпадните води се основава на протичащите във водоемите естествени процеси на самопречистване.

В статията са използвани материали на проф. Цачо Цачев.