Дезинфекция

    Целта на дезинфекцията в пречистването на отпадните води е да се намали значително броя на микроорганизмите във водата, която се изпуска обратно в околната среда за по-нататъшна употреба на пиене, къпане, напояване и др. Ефективността на дезинфекцията зависи от качеството на пречистваната водата  (напр. мътнност, рН и т.н.), вида дезинфекция,който се използва дозата на дезинфектанта (концентрация и време), както и други променливи на околната среда. Мътните води ще бъдат третирани по-малко успешно, тъй като твърдата  материя може да предпази организмите, особено от ултравиолетова светлина или ако дезинфектиращите контакти са ограничени. Като цяло, кратките срокове за контакт, ниските дози дезинфектант и високите потоци отпадни води, са пречка  за ефективната дезинфекция. Общоприетите методи за дезинфекция включват озон, хлор, ултравиолетова светлина, или натриев хипохлорит. Хлораминът, който се използва за питейната вода, не се използва в пречистването на отпадъчните води заради трайността си. След многобройните стъпки за дезинфекция, пречистената вода е готова да бъде изпуснати обратно в кръговрата на водата с помощта на най-близкия воден басейн или селското стопанство. След това водата може да се прехвърли като резерв за ежедневна човешките употреба.

    Хлорирането остава най-честата форма на дезинфекция на отпадъчните води в Северна Америка поради ниската си цена и с дългогодишна история на ефективност. Един от недостатъците е, че хлорирането на остатъчен органичен материал може да генерира хлорирни органични съединения, които могат да бъдат канцерогенни или вредни за околната среда. Остатъчния хлор или хлорамини могат също да хлорират органичен материал в естествената водна среда . Освен това, тъй като остатъчният хлор е токсичен за водни видове, пречистените отпадъчни води също трябва  да се дехлорират химически , в добавка към  сложността и разходите за третиране.

    Ултравиолетовата (UV) светлина може да се използва вместо хлор, йод, или други химикали. Тъй като не се използват химикали, пречистената вода няма неблагоприятен ефект върху организмите, които по-късно я консумират, както при използването на други методи. UV лъчите предизвикват увреждане на генетичната структура на бактериите, вирусите и други патогени, което ги прави неспособни на възпроизвеждане. Основните недостатъци на UV дезинфекцията са нуждата за честа поддръжка и подмяна на лампите, както и необходимостта от гарантиране, че  третираните микроорганизми в обработваните отпадъчни води не са защитени от ултравиолетовите лъчи (т.е. всички твърди частици, намиращи се в третираните отпадъчни води могат да предпазят микроорганизмите от UV светлина). В Обединеното кралство, ултравиолетовата светлина се превръща в най-разпространеното средство за дезинфекция поради опасения относно въздействието на хлора в хлорираните остатъчни органични вещества в отпадните води и в хлорираните органични съединения в приемащата вода. Някои пречиствателни станции  в Канада и САЩ също използват UV светлина за дезинфекция на отпадните води .

    Озонът (O3) се генерира чрез подаване на кислород (O2) чрез високо напрежение, в резултат на което се отделя трети атом кислород,койо води до  формиране на O3. Озонът е много нестабилен и реактивен, и окислява повечето органични материи, с които влиза в контакт , като по този начин унищожава много патогенни микроорганизми. Озонът се счита за по-безопасен от  хлора, защото, за разлика от хлора, който трябва да се съхранява на място (тъй катосилно отровен в случай на случайно изпускане), озон се генерира на мястото, където е необходимо. Озонирането също така произвежда по-малко остатъчни продукти на дезинфекцията, за разлика от хлора. Недостатък на озонната дезинфекция е високата цена на оборудването за производство на озон и изискванията за специални оператори.

Фосфорно отстраняване

    Всеки човек изхвърля между 200 и 1000 грама фосфор годишно. Изследвания на  канализацията на САЩ  в края на 60-те г. изчисляват отделяне на 500 грама  урина и изпражненияна  на глава от населението, 1000 грама синтетични детергенти, и не толкова променливи количества  използвани корозивни и  химични елементи в рамките на допустимото във водоизточниците.  Използването на алтернативни почистващи препарати като форма на контрол на източника на замърсяване в последствие е намалило най-високите  им стойности, но съдържанието на урина и фекалии остава непроменено. Отстраняване на фосфора е важно, тъй като той  ограничава хранителната среда за растежа на водораслите в много пресни водни системи. (За описание на негативните ефекти от водораслите,виж хранително отстраняване ). Също така то е особено важно за воднорецклиращи системи /за повторно използване на пречистената вода /, където високите концентрации на фосфор може да доведат до повреди на оборудване надолу по веригата, като обратната осмоза.

    Фосфорът може да бъде отстранен биологично в процес, наречен засилено биологично отстраняване на фосфор в пречиствателни станции. В този процес, специфични бактерии, наречени  натрупващи  организми (PAOs), избирателно се обогатяват и  натрупват големи количества фосфор в клетките си, (до 20% от тяхната маса). Когато биомасата, обогатена в тези бактерии се отдели от пречистената вода, тези твърди биочастици имат висока наторителна стойност.

    Фосфорното отстраняване може да бъде постигнато чрез химическо утаяване на , обикновено със соли на желязото (например железен хлорид), алуминий (напр. стипца), или вар. Това може да доведе до прекомерно производство на утайки като хидроксидни утайки и добавените химикали могат да бъдат скъпи. Химическо отстраняване на фосфора изисква значително по-малко оборудване , отколкото биологично отстраняване,  по-лесно се изпълнява и често е по-надеждно, отколкото биологично премахване на фосфор. Друг метод за отстраняване на фосфор е да се използва гранулиран латерит.
    Веднъж извлечен фосфорът, под формата на  богатена фосфатна утайка, може да се съхранява в земен изкоп или препродаден за изработка  на торове.

Азотно отстраняване

    Отстраняването на азот се извършва чрез биологичното окисление на азота от амоняк в нитрати (нитрификация), следвана от денитрификация, превръщането на нитрат в азотен газ. Азотния газ се отделя в атмосферата и по този начин се отстранява от водата.

    Нитрификацията сама по себе си е аеробен процес на два етапа, като всяка стъпка е улеснена от различен вид бактерии. Окислението на амоняк (NH3) в нитрити (NO2) най-често се улеснява от Nitrosomonas spp. (Nitroso, отнасящo се до формирането на нитрозофункционална група). Нитритното окисляване до нитрати (NO3-), въпреки че традиционно се смята, че се улеснява от бактерията Nitrobacter spp. (Nitro се отнася до формирането на нитрофункционална група), днес вече е известно че в околната среда се улеснява почти изключително от Nitrospira spp.

    Денитрификацията изисква безкислородни условия за насърчаване  формирането на съответните биологични общности . Това се улеснява от голямо разнообразие от бактерии. Пясъчните филтри, лагуните и тръстиковите легла, могат да бъдат използвани за намаляване на количествата азот, но пречистване с активна утайка (ако е проектирано добре) би могло да извърши процеса най-лесно. Тъй като денитрификацията е превръщането  на азот в диазотен  газ, е необходим електронен донор . Това може да бъде, в зависимост от отпадъчните води, органична материя (от фекалии), сулфид, или добавен донор като метанол. Утайките в безкислородните резервоари, (резервоари за денитрификация ) трябва да се смесват добре (смес от рециркулирана смесена течност , върната активна утайка [RAS], и непречистен поток) например чрез използване на потопяеми миксери с цел да се постигне желаната денитрификация.

    Понякога самото превръщането на токсичния амоняк в нитрат се възприема като третично пречистване.

    Много пречиствателни станции използват центробежни помпи за прехвърляне на нитрифицираните смесени води от зоната на аерация до безкислородната зона за денитрификация. Тези помпи често са известни като Вътрешни помпи за рециклиране на смесени води  (IMLR) .

Пречистване чрез лагуни

    Пречиствателна станция за отпадни води и лагуна в Еверет, Вашингтон, САЩ.
    Пречистването с лагуни осигурява утаяване и по-нататъшно биологично подобрение чрез съхранението на отпадни води в големи изкуствени езера, лагуни. Тези лагуни са силно аеробни и колонизацията от местни макрофити, особено тръстика, често се насърчава. Малки безгръбначни с филтриращо хранене като Daphnia и такива от вида Rotifera,  подпомагат пречистването в голяма степен  чрез премахване на фините частици.

Въртящи биологични контактори

    Въртящи биологични контактори (ВБК) са механични вторични системи за пречистване, които са стабилни и способни да издържат на удари в биологичното натоварване. ВКБ пречиствателни станции са инсталирани за първи път в Германия през 1960 г. и от тогава насам са развивани и усъвършенствани в надеждна оперативна система. Въртящите се дискове поддържат растежа на бактерии и микро-организми в отпадните води, които се делят и стабилизират органичните замърсители. За да са ефективни, микроорганизмите се нуждаят  от кислород, за да живеят и храна, за да растат. Кислородът се получава от атмосферата, като дисковете се въртят. Тъй като микро-организмите растат, те се натрупат по медиите, докато се откъснат поради срязващи сили, породени от въртящите се дискове в канализацията. Отпадните води от ВБК след това преминават през крайните бистрители, където микро-организмите в разтвора се утаяват. Утайката се изтегля от бистрителя за по-нататъчно пречистване в пречиствателните станции.

    Функционално подобна биологична филтрираща система са популярните   филтрация и пречистване на домашния аквариум. Аквариумната вода се изтегля от резервоара и след това пада каскадно през свободно въртящо се гофрирано мрежесто колело, преди да премине през медия филтъра и обратно в аквариума. Въртящото се колело развива биофилм покритие от микроорганизмите, които се хранят с разтворените отпадъци в аквариума и също са изложени на атмосферата, докато колелото се върти. Това е особено ефективен метод за премахване на отпадъци от уреа и амоняк отделени в аквариума от рибите и други животни.

Биологично аерирани филтри

    Биологично аерирания (или Аноксичен) филтър (BAF) или биофилтър в пречиствателни станции съчетават филтрация с биологична намаляване на въглеродните емисии, нитрификация или денитрификация. БАФ обикновено включва реактор, изпълнен с филтър медии.  Медиата е или в суспензия или подкрепени от чакълен слой в подножието на филтъра. Двойната цел на тази медия е да се поддържа високо активна биомаса, която е прикрепена към него и да филтрира  суспендираните твърди вещества. Намаляване на въглеродните емисии и конверсия на амоняк се случва в аеробен режим и понякога се постига в един реактор, докато нитратното преобразуване се осъществява в безкислородната режим. БАФ се управлява в upflow или downflow конфигурация, в зависимост от дизайна, посочен от производителя.

Почвена био-технология

    Нов процес, наречен почвена био-технология (SBT), разработен в ИИТ, Бомбай, показва огромни подобрения в ефективността на процесите, които позволяват повторна употреба на използваната вода, благодарение на изключително ниски експлоатационни изисквания за енергия от по-малко от 50 джаула за килограм на пречистената вода. Обикновено SBT системите могат да постигнат химическа потребност от кислород (COD) по-малко от 10 мг / л от  въвеждане на COD 400 мг / л отпадна вода. SBT пречиствателните станции показват силно намаляване на ХПК стойностиности и бактериалния брой в резултат на много високата  микробна плътност в медиите. За разлика от конвенционалните пречиствателни станции, SBT станциите произвеждат незначителни количества утайка, изключвайки необходимостта от допълнителни зони за изхвърляне на утайките, които се изискват от други технологии.

    В индийския контекст конвенционалните пречиствателни станции попадат в системна неизправност поради:
            1) високите оперативни разходи,
            2), корозия в оборудването заради метаногенезата и отделяния сероводород,
            3) неъзможността за повторна употреба на пречистените води, поради висока ХПК /COD/ (> 30 мг / л ) и високи фекални колиформи (> 3000 NFU) броя,
            4), липсата на квалифициран персонал 
            5) въпросите, свързани с подмяна на оборудването.

Пример за такива системни проблеми, документиран от Фондация "Sankat Mochan", е неуспешния План за действие в басейна на Ганг, след усилие на индийското правителство през 1986 г. за масово пречистване и подобряване качеството на водата чрез създаване на пречиствателни станции.

Първично и вторично пречистване на води

Първично пречистване

    В началния етап на утаяване, канализацията минава през големи резервоари, които често се наричат " басейни за предварително утаяване", "първични утаители" или "първични бистрители" в пречиствателни станции. Резервоарите се използват за утаяване на тинята, докато греста и маслата се издигат към повърхността за обезмасляване . Първичните утаители обикновено са оборудвани с механично задвижвани стъргачи / скрепери /, които непрекъснато тласкат събраната утайка към контейнер в основата на резервоара, където се изпомпва до съоръженията за третиране на утайки. Мазнини и масла от плаващия материал понякога могат да бъдат възстановени за осапуняване.

    Размерите на резервоара трябва да бъдат проектирани за  отстраняване на висок процент на повърхностни частици и утайки. Един представителен резервоар за утаяване може да отстрани от 50 до 70% от неразтворените вещества, и от 30 до 35 процента от биохимичната потребност от кислород (БПК) на канализацията.

Вторично пречистване

    Вторично пречистване има за цел да раздели биологичното съдържание на канализацията,  получено от човешки и хранителни отпадъци, сапуни и детергенти. По-голямата част от селищните пречиствателни станции използват  аеробни биологични процеси за пречистване на утаените отпадни води. За да бъдат ефективни, местните флора и фауна се нуждаят от кислород и храна, за да живеят. Бактериите и протозоите консумират биоразградими разтворими органични замърсители (напр. захари, мазнини, късоверижни органични въглеродни молекули и др.) и свързват много от по-малко разтворимите фракции във групи. Вторичните системи за пречистване в пречиствателни станции са класифицирани като системи за постоянен филм или окачен растеж.

    Пречиствателни станции за постоянен/ фиксиран/ филм или окачен растеж  включват  смукателни филтри, биокули и въртящи биологични контактори, в които биомасата расте върху среда и отпадната вода преминава по повърхността й.Принципът на фиксиран филм се доразвива по- нататък в Движещи се биофилм реактори  легла  (MBBR), и Интегрирани процеси с фиксиран филм на активната утайка (IFAS) . Една система MBBR обикновено изисква по-малък размер в сравнение със системите на окачен растеж . (Black & Veatch)

    Пречиствателни станции на окачен растеж включват активна утайка, където биомасата се смесва с отпадните води и може да работи в по-малко пространство, отколкото смукателните филтри, които обработват същото количество вода. Въпреки това системите с фиксиран филм са по-способни да се справят с драстични промени в размера на биологичен материал и осигурят по-ефективно  отстраняване на органичен материал и неразтворени вещества, отколкото системите с окачен растеж.

    Грубите филтри са предназначени за пречистване на особено силни или променливи органични товари, обикновено промишлени, за да се даде възможност след това да бъдат обработени от конвенционалните  процеси на вторично пречистване . Характеристиките им включват филтри, пълни с медии, с които се третират отпадъчните води. Те са предназначени да устоят на високо хидравлично натоварване и високо ниво на аерация. При по-големите пречиствателни станции , въздухът се вкарва през медиите с помощта на вентилатори. Получената отпадъчна вода е обикновено в рамките на нормалното за конвенционалните процеси на пречистване.

Етапи на работа в пречиствателни станции

Грит /пясъчно/ отстраняване

    Предварителна обработка може да включва пясък или пясъчен канал или камера, където се регулира скоростта на постъпващите отпадни води, за да позволи утаяването на пясък, песъчинки, камъни и счупени стъкла. Тези частици се отстраняват, защото могат да повредят помпи и друго оборудване. За малките санитарни канализационни пречиствателни станции Грит камери може да не са необходими, но този вид пречистване е препоръчително за големите пречиствателни станции. Грит камерите са 3 вида: хоризонтални, въздушни и Vortex ( водовъртежни) камери.

 Изравняване на потока

    Избистрителите и механизираната вторична обработка в пречиствателните станции, са по-ефективни при уеднаквени условия на потока. Изравнителните басейни могат да бъдат използвани за временно съхранение в резервоари  или при пикове на потока в дъждовно време. Басейните  осигуряват място за временно съхранение на входящата отпадни води по време на пречистването и са средство за разреждане и разпределение на изхвърляните партиди токсични или силно устойчиви отпадъци, които иначе биха могли да проникнат биологично при вторичното пречистване (включително отпадъци от преносими тоалетни , резервоари на превозни средства, и септични резервоари) . Изравнителните басейни изискват   вариращ контрол  на освобождаването, обикновено включват провизии за байпас и почистване, а може да включват също и аератори. Почистването може да бъде по-лесно, ако басейнът е разположен надолу по течението на скрининга и Грит пречистването.

 Отстраняване на  мазнини и грес

    В някои по-големи пречиствателни станции, мазнини и грес се отстраняват чрез пускане на канализацията през малък резервоар, където обезмаслители обират  плаващите на повърхността мазнини. Може също да се използват и въздуходувки в основата на резервоара, за да подпомогнеат превръщането на мазнините в пяна. Много пречиствателни станции обаче, използват първични бистрители с механичните обезмаслители на повърхността за отстраняване на мазнини и грес.