Oczyszczanie ścieków ze społeczności i przemysłu eliminuje lub redukuje patogenne bakterie i toksyczne chemikalia oraz zapewnia smaczne źródło wody do zastosowań przez ludzi i rolnictwo. Biologiczne oczyszczanie ścieków wykorzystuje bakterie i inne mikroorganizmy do rozkładu zanieczyszczeń organicznych, czyli substancji zawierających węgiel, na nieszkodliwe lub lotne związki. Oczyszczanie biologiczne zwykle następuje po usunięciu dużych zanieczyszczeń lub ciał stałych ze ścieków. Niektóre drobnoustroje już znajdują się w ściekach; dodatek „szlamu czynnego”, zawierającego więcej drobnoustrojów, zwiększa efektywność rozkładu. Oczyszczalnie ścieków wykorzystują drobnoustroje tlenowe, beztlenowe lub oba rodzaje drobnoustrojów. Zalety i wady zabiegów biologicznych zależą częściowo od pochodzenia ścieków i rodzaju ich zanieczyszczenia oraz stosowanych metod. Niektóre metody, takie jak filtracja membranowa po oczyszczeniu biologicznym, mogą poprawić wyniki.
Czym są zabiegi tlenowe i beztlenowe?
Mikroby tlenowe potrzebują tlenu i organicznych składników odżywczych do pracy i wzrostu. Substancje odżywcze są dostarczane przez materiał organiczny w ściekach, a tlen jest zwykle dostarczany przez pompowanie powietrza do zbiornika uzdatniania. Końcowymi produktami fermentacji tlenowej są energia, dwutlenek węgla i zmetabolizowane ciała stałe, które się osadzają. Substancje odżywcze i tlen powodują namnażanie się drobnoustrojów tlenowych, a ich zwiększona liczba przyspiesza proces trawienia.
Drobnoustroje beztlenowe to bakterie i mikroorganizmy, które działają w warunkach braku tlenu. Mikroby te rozkładają zanieczyszczenia organiczne wolniej niż drobnoustroje tlenowe. Mikroby beztlenowe wytwarzają metan, dwutlenek węgla i więcej drobnoustrojów beztlenowych. Ścieki, które zawierają wysoki poziom zanieczyszczeń organicznych, są skuteczniej oczyszczane drobnoustrojami beztlenowymi przed poddaniem ich oczyszczaniu drobnoustrojami tlenowymi.
Plusy trawienia tlenowego
Oczyszczanie ścieków metodą tlenową to szybki i wydajny proces, który usuwa co najmniej 98% zanieczyszczeń organicznych. Jest to naturalny proces utleniania, który powoduje wydajny rozkład zanieczyszczeń organicznych i daje czystszy ścieki niż samo oczyszczanie beztlenowe. Ponieważ fermentacja tlenowa jest procesem szybkim, może obsługiwać większe objętości lub dopływy ścieków.
Wady trawienia tlenowego
Fermentacja tlenowa wymaga napowietrzania, które zużywa dużą ilość energii elektrycznej. Energia elektryczna jest często wytwarzana przez spalanie paliw kopalnych, które wytwarzają gazy cieplarniane. Fermentacja tlenowa powoduje również powstawanie dużych ilości odpadów biologicznych lub osadów, które wymagają utylizacji. Niewłaściwe uwalnianie bogatego w składniki odżywcze osadu do rzek lub stawów może powodować przerost glonów lub eutrofizację, która zabija ryby i inne organizmy wodne. Zużycie energii i wytwarzanie nadmiernego osadu można zmniejszyć, oczyszczając najpierw ścieki za pomocą drobnoustrojów beztlenowych. Chociaż biologiczne oczyszczanie ścieków jest skuteczne w usuwaniu większości zanieczyszczeń organicznych, badania wskazują, że niektóre: chemikalia, takie jak farmaceutyki, detergenty, związki kosmetyczne i przemysłowe, wciąż pozostają po biologicznych ściekach leczenie. Filtry i nowe technologie mogą rozwiązać ten problem.
Zalety trawienia beztlenowego
Beztlenowe oczyszczanie ścieków jest bardziej przyjazne dla środowiska niż fermentacja tlenowa, ponieważ wytwarza mniej biomasy, wymaga mniej energii i wytwarza biogaz (metan), który można poddać recyklingowi. Chociaż zarówno obróbka tlenowa, jak i beztlenowa wytwarzają dwutlenek węgla podczas rozkładu zanieczyszczeń biologicznych, fermentacja tlenowa generuje znacznie mniej gazu. Fermentacja beztlenowa wytwarza również mniej biomasy, co może stanowić problem z utylizacją.
Wady trawienia beztlenowego
Chociaż beztlenowa fermentacja zanieczyszczeń w ściekach pozostawia mniejszy ślad węglowy, jest to proces powolny. Jest mniej wydajny niż fermentacja tlenowa, usuwa 70 do 95 procent zanieczyszczeń organicznych. Mikroby beztlenowe, w porównaniu do drobnoustrojów tlenowych, atakują mniejszy zakres zanieczyszczeń.