Сточная вода содержит вещества, которые невозможно полностью удалить простым отстаиванием: они растворены или находятся в очень мелких частицах. Микроорганизмы используют часть такой органики для получения энергии и построения клеток. Поэтому биологическая очистка одновременно уменьшает загрязнение воды и создаёт новую биомассу. Если эту биомассу затем не отделить, часть удаляемой нагрузки уйдёт из сооружения вместе с ней.[1]
Как устроена биологическая ступень
В системах активного ила микроорганизмы находятся во взвеси, обычно в составе хлопьев. В биофильтрах и других сооружениях с прикреплённым ростом они образуют плёнку на загрузке. Оба подхода увеличивают контакт воды с рабочим сообществом и позволяют удерживать его дольше, чем отдельная порция воды находится в сооружении. Биофильтр очищает воду прежде всего за счёт деятельности плёнки, а не только механического просеивания через материал.[1][2]
При аэробной обработке кислород обеспечивает окисление доступной органики. В анаэробных процессах превращения идут без свободного кислорода и могут сопровождаться образованием биогаза. Это разные условия обмена, а не последовательные степени «силы» очистки. Выбор зависит от состава и концентрации стока, температуры, требуемого результата и возможностей обращения с газом и осадком. Токсичный промышленный сброс способен повредить сообществу даже при исправной работе насосов и аэрации.
Удаление органики не тождественно удалению азота и фосфора. Нитрификация окисляет аммоний до нитрата, но сама по себе не выводит азот из воды. Денитрификация в подходящих условиях переводит нитратный азот в газообразные формы. Биологическое удаление фосфора связано с его повышенным накоплением определёнными микроорганизмами и последующим удалением избыточного ила. Для этих задач проектируют разные зоны и режимы; просто подать больше воздуха недостаточно.[3]
Как оценивать результат и границы метода
Работу сооружения характеризуют качеством очищенной воды и массовой нагрузкой. Условно при расходе 1000 м³/сут и БПК₅ 200 мг O₂/л на вход поступает 200 кг кислородного эквивалента нагрузки в сутки. Снижение до 20 мг O₂/л при том же расходе соответствует 90% уменьшению этого показателя. Это расчёт эффективности по БПК₅, а не доказательство удаления 90% всех веществ: соли, некоторые стойкие соединения и патогены имеют другие механизмы поведения.
Для сооружений с биоплёнкой важны доступ кислорода и отвод отделившихся фрагментов. При избыточном нарастании внутренние слои получают меньше кислорода, плёнка частично отслаивается и должна быть задержана дальше по технологической схеме. В активном иле аналогично существенны способность хлопьев оседать и удержание достаточного количества рабочей биомассы. Прозрачность воды не заменяет измерение остаточной органики и биогенных элементов.[2]
Биологическую ступень сочетают с отделением осадка, доочисткой и обеззараживанием по назначению воды. Металлы могут переходить в осадок, поэтому его состав и дальнейшее обращение контролируют отдельно.[1][3]