Значительное обострение экологических проблем на современном этапе развития цивилизации требует создания условий для формирования целостного природосообразного экологического мировоззрения [3, 4].
В работе [4] рассмотрено представление о целостном природосообразном экологическом мировоззрении. Дистанционное образование характеризуется рядом особенностей [1], которые необходимо учитывать при формировании целостного природосообразного экологического мировоззрения.
Когнитивные и экологические аспекты особенностей сточных вод являются содержательным компонентом формирования профессиональных компетенций бакалавра. Составной частью учения о сточных водах являются теоретические, практические и технологические представления об очистке сточных вод, важной среди которых является биологическая очистка.
Необходимость специальной очистки сточных вод диктуется наличием в них загрязнителей [2, 5], часто оказывающих негативное воздействие на природную среду. Различные химические, физические и физико-химические методы, применяемые в очистке воды, часто вносят в природную среду инородные компоненты ей не свойственные, что делает необходимым применение биологической очистки сточных вод.
С целью снижения воздействия на природные экологические процессы там, где это необходимо и оправдано, применяют естественные биологические процессы, лежащие в основе биологической очистки сточных вод, которая является важнейшим компонентом водоподготовки. Важнейшие особенности биологической очистки сточных вод охарактеризованы в работе [5].
Совокупность процессов удаления загрязнителей содержащихся в сточных водах за счет жизнедеятельности микроорганизмов активного ила называется биологической очисткой [5, с. 148].
Таким образом, биологическая очистка сточных вод является результатом воздействия микробов активного ила на органические вещества, содержащиеся в сточных водах. Она является сложной многоуровневой системой процессов, в которой биологическое окисление является совокупностью комплекса взаимосвязанных реакций различной сложности, включая как элементные акты обмена электронов, так и сложные взаимодействий биоценоза с внешней средой.
Биологическая очистка сточных вод не всегда применима. Вопрос о целесообразности биоочистки сточных вод решается индивидуально в каждом конкретном случае. Биохимическую очистку сточных вод реализуют микроорганизмы, синтезирующие в процессе жизнедеятельности нужные им вещества. Поэтому важным является наличие в воде органических веществ, содержащих основные химические элементы, включая микроэлементы (углерод, азот, фосфор, серу, железо и др.), в количественных соотношениях соответствующие их содержанию в веществе клетки.
Сточные воды, в которых преобладают органические загрязнения, образующиеся при синтезе углеводородов (нефтеперерабатывающие заводы, производство изопренового каучука и др.), содержат недостаточно азота и фосфора, поэтому без дополнительной обработки эти воды не подлежат биологической очистке.
Таким образом, особенности по наличию в них биогенных элементов и их соотношения являются важнейшим фактором, определяющим возможность и особенности биологической очистки сточных вод промышленных предприятий.
Важным фактором, определяющим возможность биоочистки, является способность органических загрязнителей к окислению и скорость их окисления.
Воды, содержащие амид циануровой кислоты, хлороформ, хлорофос и другие не способные к окислению вещества, не подлежат биоочистке без предварительного удаления этих веществ другими способами.
Биоочистка сточных вод реализуется в аэротенках. Типичный аэротенк с активным илом представляет собой узкий длинный канал (коридор), являющийся трубчатым реактором с небольшой дисперсией. Распределение поступающего потока по длине реактора изменяет параметры системы так, что коридорный реактор по своему поведению приближается к емкостному реактору с полным перемешиванием.
В качестве аэротенков применяют бассейны круглой формы, которые ближе к реактору с полным перемешиванием. Их содержимое интенсивно аэрируется для обеспечения массопереноса и перемешивания. В этой системе перепады концентраций растворенного О2 и питательных веществ минимальны, а развивающаяся популяция микроорганизмов активного ила лучше переносит флуктуации нагрузки или резкие повышения концентраций токсичных веществ.
Применяют разные системы аэрации: барботаж с перемешиванием (воздух барбатирует через диффузоры, расположенные на дне или в стенках резервуара); перемешивание вращающейся мешалкой с лопастями, находящейся на поверхности бассейна и создающей турбулентные течения, способствующие поглощению газа; перемешивание и аэрация с помощью конуса, забирающего жидкость со дна бассейна и разбрызгивающего ее на стенки резервуара.
Всё это снабжает молекулярным кислородом (О2) микроорганизмы, суспензирует и перемешивает ил и других нерастворимые компоненты системы, а также способствует удалению летучих продуктов метаболизма организмов ила (диоксида углерода и др.).
Возможность биоочистки определяется и общей концентрацией органических загрязнителей, выраженной через полное биологическое поглощение кислорода БПК полн.: для разных сточных предельное значение БПКполн. будет различно, и ее необходимо предварительно определить экспериментально.
В сооружениях биологической очистки производственных сточных вод может развиваться иная микрофлора нежели микрофлора городских очистных сооружений. Поэтому необходимо экспериментально проводить оценку влияния загрязнителей.
В условиях длительной и интенсивной аэрации биоочистки сточных вод промышленных предприятий создаются условия адаптации микробов к загрязнителям. Вместе с тем влияние загрязнителей на переработку медленно окисляющихся органических веществ может привести к значительному удлинению периода аэрации и снижению эффективности очистки.
Как показано выше, сущность биологической очистки сточных вод состоит в биоокислении микроорганизмами, живущими в активном иле органических загрязнителей сточных вод в определенных условиях.
В процессах с участием активного ила основным типом оборудования является проточный аэрируемый биологический реактор.
Основой биоокисления органических загрязнителей в таких биореакторах является деятельность бактерий активного ила, одним из представителей которых является вид Zoogloea ramigera. Важной особенностью этих бактерий, как и других видов, живущих в активном иле, является их способность синтезировать и выделять в среду полисахаридный гель, наличие которого приводит к агрегации микроорганизмов и образованию флоккул (хлопьевидных скоплений), в совокупности образующих активный ил.
Активный ил обладает высоким физико-химическим сродством к частицам органических загрязнителей (суспензиям и коллоидам). Частицы органических веществ присоединяются к флоккулам за счет адсорбции (стадия 1 – быстрая) и окисляются бактериями, входящими в состав флоккулы (стадия 2 – биоокисление; медленная).
Успешность биоочистки обеспечивается не только высокой адсорбционной и метаболической активностью ила, но и его способностью к быстрому оседанию. Так, в цилиндре через 30 мин объем осевшего активного ила должен быть примерно в 40 раз больше объема суспензий примесей. Если этот показатель намного выше и объем осевшего ила превышает объем суспензий примесей в 200 раз, то такой ил не удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, так как он будет вытекать из отстойника вместе с очищенными сточными водами. Подобное состояние называется объемной перегрузкой; в этом случае обработанные сточные воды не отвечают стандартам.
Биологическую очистку можно осуществлять и в естественных, и в искусственных условиях.
В зависимости от конкретных условий (природных, экономических, социальных и др.) оптимально применение различных сооружений, но с экологической точки зрения предпочтительны сооружения, осуществляющие естественную биологическую очистку (фильтрующие колодцы; фильтрующие кассеты; поля подземной фильтрации; поля наземной фильтрации и др.).
Природосообразная практическая реализация биологической очистки сточных вод является одним из эффективных мероприятий по охране природы, особенно если она осуществляется в естественных условиях. Усвоение студентами понимания экологической значимости биоочистки сточных вод способствует формированию у них элементов целостного природосообразного мировоззрения.
Вывод: биологическая очистка сточных вод – одно из необходимых условий предотвращения загрязнений природной среды, а также эффективный способ охраны природы, особенно если осуществляется в естественных условиях. Изучение этой темы способствует формированию у студентов элементов целостного природосообразного экологического мировоззрения.