АНТРОПОГЕННИ ЕФЕКТИ НА КАЧЕСТВОТО НА ПРИРОДНАТА ВОДА

Следват най-очевидните тенденции в промените в качеството на природните води под влияние на човешката икономическа дейност:

2. Подкислената дъждовна вода, течаща по земната повърхност и проникваща в долните почвени слоеве, по-добре разтваря карбонатите и други скали, което причинява увеличаване на съдържанието на калциеви, магнезиеви, силициеви йони в подземните и речните води.

8. Съществува потенциална опасност от замърсяване на природните води с радиоактивни изотопи на химични елементи.

Понастоящем повечето промишлени и битови отпадъчни води са подложени на биологично пречистване, преди да бъдат изхвърлени във водни тела. Принципът на биологичното пречистване на отпадъчните води е, че при определени условия микробите могат да разграждат органичните вещества до прости вещества като вода и въглероден диоксид [8].

Биологичните методи за пречистване на отпадъчни води могат да бъдат разделени на два вида според видовете микроорганизми, участващи в пречистването на замърсителите на отпадъчните води:

1 аеробни биологични методи за пречистване на промишлени и битови отпадъчни води (микроорганизмите се нуждаят от кислород за своята жизнена дейност)

2 пречистване на отпадъчни води с анаеробни микроорганизми (които живеят без кислород).

Методите за пречистване на отпадъчни води с участието на аеробни бактерии се класифицират според вида на контейнера, в който се окисляват отпадъчните води. Капацитетът може да бъде био езерце, биологичен филтър и поле за филтриране. Същността на самия метод за пречистване на отпадъчните води, а именно минерализацията на органичните вещества, остава непроменена. При естествени условия пречистването на отпадъчните води се извършва във филтрационни полета и в биоезера.

Филтрационните полета са специални зони, отделени за заустване на замърсени отпадъчни води и обитавани от почвени аеробни бактерии. Когато попадне в почвата, вредните органични вещества от отпадъчните води са изложени на окисляване на микроорганизмите, с окончателното образуване на въглероден диоксид и вода. Едновременно с преработката на органични отпадъчни води се извършва синтез на бактериална биомаса.

Аеробното окисляване в биоводовете е процес на минерализация на органични отпадъчни води под действието на бактерии, живеещи във водата. Био езерата са водни тела, в които са създадени условия, благоприятни за живота на микроорганизмите, като малка дълбочина, голям брой водорасли, които насищат водата с кислород и др. Изграждането на биоезера може да се използва за пречистване на промишлени отпадъчни води и за пречистване на реки, вливащи се в резервоари.

Пречка за по-широкото използване на биоезера и филтрационни полета е тяхната сезонна работа, ниска ефективност при пречистването на отпадъчни води, необходимостта от премахване на големи площи земя.

В процеса на пречистване на отпадъчните води в биологични филтри, пречистването на отпадъчни води с микроби се извършва в изкуствени структури. В тези структури за дълго време могат да се поддържат оптимални параметри за живота на микроорганизмите - стойности на температура, pH, концентрация на кислород във вода и т.н. Пречистването на отпадъчни води в биологични филтри симулира третирането на почвените отпадъчни води от микроорганизми. Пречистването на отпадъчни води в аеротенковете е подобно на пречистването в резервоари [4].

Аерационният резервоар е контейнер с дълбочина до 5-6 метра, който има устройство за впръскване на въздух. Колонии от микроорганизми живеят в аерационния резервоар - върху люспи от тиня. Тези колонии обработват органични отпадъчни води. След аериращите резервоари се подава чиста вода към резервоарите за утаяване. В утаителните резервоари активната утайка се утаява с последващото частично връщане обратно в резервоара.

Биологичният филтър е контейнер, напълнен с груб материал. Колонии от микроорганизми живеят върху частиците от този материал. Биологичните филтри се поддържат по-лесно от аеротенковете. Те са по-надеждни и могат да издържат на замърсяване и претоварване на отпадъчни води. Както за всяка биологична общност, за устройствата за биологично пречистване на отпадъчни води има ограничителни концентрации на замърсители, надвишаващи кои микроорганизми могат да умрат [9].

Ако отпадъчните води съдържат високи концентрации на органични вещества, най-обещаващият метод за пречистване на отпадъчни води е анаеробният метод. Предимството на този метод на почистване е по-ниските експлоатационни разходи, тъй като в този случай няма нужда от проветряване на водата.

Анаеробните реактори обикновено са метални резервоари, съдържащи минимум сложно нестандартно оборудване. Жизнената активност на анаеробните микроорганизми обаче е свързана с изпускането на метан във въздуха, което изисква организирането на специална система за мониторинг на неговата концентрация. Горните методи за пречистване на отпадъчни води са приложими, ако концентрацията на някои замърсители не надвишава допустимите стойности. Като правило е необходимо да се извършат три до четири етапа на предварително третиране на отпадъчните води. В допълнение, за заустване на пречистени отпадъчни води във водни тела след биологично пречистване, понякога е необходимо да се пречистят - например, като се използва озониране.

Технологичните схеми за пречистване на промишлени отпадъчни води в аеротенковете и техните конструкции са много разнообразни, което се дължи на спецификата на техния състав и необходимостта да се избере във всеки отделен случай най-благоприятния вариант на биохимично окисление.

Различни схеми и конструкции на аерационни резервоари са класифицирани в две посоки:

-чрез метода за подаване на отпадъчни води и активна утайка към аеротенковете и отстраняване на утайковата смес;

-по метода на аерация (осигуряване на процеса и почистване с кислород).

Класификацията в първата посока ви позволява да разделите използваните пречиствателни съоръжения на три основни групи:

- аерационни резервоари, при които входящата отпадъчна вода и активната утайка практически не се смесват с водата, която вече е в тях (изместители);

- аеротенкове, където се случва бързо и пълно смесване на входящата вода и утайки с целия обем течност (смесители);

- аеротенкове с различни опции за разпръскване на подаването на вода и активна утайка (непълно смесване).

- Във всяка от тези групи са възможни схеми с или без регенерация на активна утайка. В допълнение, различни варианти за двуетапно биологично третиране могат да се комбинират от аерационните резервоари на тези групи. Широко използвани са аерационните резервоари, предимно смесители, комбинирани с резервоари с пчелна пита. Има и дизайни с филтри - филтърни резервоари и различни видове пълнители - био резервоари [10].

Класификацията на аерационните резервоари по аерационни системи позволява да се разграничат две основни групи: с пневматична аерация и с механична аерация.

Заедно с тези две групи съществуват и други системи за аерация и подаване на кислород: пневматична механична аерация, техническо снабдяване с кислород - окси резервоари, система с биодискове и др. По този начин конструкцията на аерационните резервоари за пречистване на отпадъчни води се определя от следните фактори: метод за подаване на вода и активна утайка; аерационна система; наличие или липса на регенератори; комбинация от аерационни резервоари с други пречиствателни съоръжения. Премествачите на аерационни резервоари за пречистване на промишлени отпадъчни води се използват сравнително рядко поради присъщите им недостатъци. Те не понасят залпови изхвърляния на отпадъчни води, особено ако съдържат тежки метали. В този случай е възможно отравяне на активна утайка, в резултат на което работата на инсталацията спира. Разпределянето на част от обема на аерационния резервоар за регенериране на активна утайка намалява възможността за нейното отравяне, но не го изключва напълно. В допълнение, неравномерната консумация на кислород по дължината на инсталацията води или до създаване на анаеробна зона в началото на аерационния резервоар, или до прекомерна консумация на въздух, ако тя се подава въз основа на степента на консумация в началото на аерационен резервоар. Този недостатък може да бъде отстранен с диференцирано подаване на въздух по дължината на аерационния резервоар, но такова решение се счита за технически трудно. Поради тази причина винтовете за аерационни резервоари се използват в случаите, когато BOD на промишлените отпадъчни води не надвишава 500 mg/L. Аеротензовете-витла са за предпочитане да се използват при липса на резки колебания в потока на отпадъчните води и съдържанието на токсични вещества. Аерационните резервоари с диспергиран вход за вода нямат такива недостатъци. По-малко вероятно е те да развият локално повишаване на концентрацията на токсични вещества (тежки метали, органични вещества и др.) И скоростта на консумация на кислород е по-еднаква, особено когато е диференцирано разпределение на отпадъчните води по дължината на аерационния резервоар предоставени, съответстващи на промени в скоростта на консумация на кислород [10].

Въпреки това, кислородът се консумира най-равномерно в аерационни резервоари, смесители, а токсичните вещества (тежки метали, органично замърсяване и др.) Се разпределят много бързо в целия обем отпадъчни води. Според тези характеристики, смесителите aerotank са най-удобни за пречистване на концентрирани промишлени отпадъчни води. Недостатъкът им е възможността за извършване на някои от неокислените органични вещества. За да се избегне това, понякога се използва двустепенна биологична обработка, където първият етап са аерационни резервоари, смесители, а вторият - изместители.

Пневматичните аерационни системи с подаване на въздух през филтърни плочи или перфорирани тръби се използват широко във всички групи резервоари за аерация от коридорен тип. Коридорните аерационни резервоари могат да бъдат оборудвани както с механични, така и с пневмомеханични аератори, но този тип аератори се използват по-често за аерационни резервоари, които не са разделени на коридори, кръгли или правоъгълни в план, утаителни аерационни резервоари и други, подходящи за малки пречиствателни станции до 10 000 m3/ден). Процесът на биологично пречистване се основава на способността на редица микроорганизми да използват различни неорганични и органични съединения като източници на храна, подлагайки последните на биохимични трансформации. Процесът на почистване на мястото на BHO се извършва по аеробен метод, т.е. използване на микроорганизми, за чийто живот кислородът трябва да присъства във водата. Почистването се извършва в аерационни резервоари - специални резервоари, в които се извършва постоянно подаване на въздух от продухващата станция към циркулиращата течност.

Микроорганизмите в аеротенковете са под формата на флокулентни натрупвания - активна утайка - суспендирани в отпадъчната течност.

Активната утайка се състои предимно от бактерии. Освен това активната утайка включва и доста значителен брой различни групи микрофлора и фауна: водорасли, гъбички, амеби, реснички, ротифери, червеи, паякообразни, тардигради и др. [11].

В процеса на биологично третиране с активна утайка повечето от органичните и редица неорганични сяра и азотни съединения, съдържащи се в отпадъчните води, се окисляват. В същото време някои от тези вещества се използват в процеса на увеличаване на биомасата на активната утайка, а другите се превръщат в безвредни продукти на окисляване: Н2О, СО2, NO3- и др. [12].

За ефективното използване на микроорганизмите е необходимо да се създадат максимум благоприятни условия за тяхната жизнена дейност в аеротенковете. При неблагоприятни условия биохимичните процеси се забавят или спират напълно. Наличието на подходящ източник на въглерод, кислород, азот, фосфор и калий е необходимо за нормалното функциониране на микроорганизмите. Развитието на микроорганизмите се влияе от температурата, реакцията на околната среда, концентрацията на токсични вещества.

По този начин може да се заключи, че въпреки някои недостатъци, аерационните резервоари-изместители имат редица предимства в сравнение с други биологични пречиствателни станции: възможността за пречистване на отпадъчни води при начална концентрация на БПК до 500 mg/l, стабилна работа доза активна утайка в зоната на аерация и липсата на "пробив" на неокислени замърсители, висока степен на използване на работния обем, простота на хардуерното проектиране, експлоатация и поддръжка.