Многие отрасли промышленности (пищевая, целлюлозобумажная, микробиологическая, химическая, фармацевтическая и др.) являются масштабными производителями концентрированных по органическим загрязнениям сточных вод. Традиционным способом обработки этих сточных вод в России является аэробная биологическая очистка, сопряженная с большими затратами на аэрацию и утилизации избытка активного ила. Помимо крайней экономической неэффективности такого подхода, переменный состав сточных вод и высокая концентрация загрязнений часто приводит к перегрузкам сооружений аэробной биологической очистки, в результате чего загрязнения беспрепятственно попадают в окружающую среду (реки, озера, грунтовые воды). Очевидно, что такая практика имеет крайне негативные экологические последствия и ведет к бессмысленному расходованию полезных веществ, заключенных в сточных водах. Экономически эффективным и экологически приемлемым решением существующей проблемы может служить комбинированная анаэробно-аэробная технология очистки концентрированных сточных вод, разрабатываемая в настоящий момент на кафедре химической энзимологии Химического ф-та МГУ. Технологическая схема этого процесса может быть представлена следующим образом:

В соответствии с этой схемой, сточная вода поступает в высокоскоростной анаэробный реактор с грануллированной (иммобилизованной) биомассой (UASB-реактор), где происходит как минимум 90% конверсия органических загрязнений в биогаз (70% метана, 30% углекислого газа). Биогаз после очистки от следов сероводорода является ценным энергоносителем и может использоваться в заводских котельных для генерации тепла/пара или конвертироваться в электроэнергию в газогенераторах. Эффлюент анаэробного реактора содержит не более 10 % от начального содержания ХПК, а также азот и фосфор в минерализованном виде. Такой эффлюент может использоваться как эффективное жидкое удобрение, если позволяют условия, или сбрасываться в канализационные системы очистки сточных вод, если таковые существуют. В случае отсутствия или перегрузки последних анаэробный эффлюент может быть доочищен аэробными методами до стандартов (БПК, N, P и др.) сброса в открытые водоемы.

Преимущества предлагаемой комбинированной технологии по сравнению, например, с традиционной аэробной очисткой (аэротенки, биофильтры, биопруды) заключаются в следующем.

1. Кардинальное снижение энергозатрат на аэрацию, так как предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод, естественно, не требует затрат энергии на аэрацию, удаляяя при этом 90% и более ХПК загрязнений; электроэнергия на анаэробной стадии необходима только для перекачки сточных вод, как правило, не более 0.02-0.06 кВт ч/м³.

2. Органические загрязнения сточных вод как минимум на 90% конвертируются в ценный энергоноситель - метан, причем выходы последнего достаточно высоки - 0.35 м³ с кг удаленного ХПК;

3. Прирост избыточной биомассы по сухому веществу в 5-10 раз меньше, чем при чисто аэробной очистке, а по объему - в 25-50 раз. Избыточная биомасса стабильна, не загнивает при хранении, легко обезвоживается без применения реагентов. Высокое содержание в анаэробной биомассе витамина В₁₂ делает ее ценным сырьем для получения кормовых добавок.

4. Применительно к очистке концентрированных стоков анаэробные системы, как правило, значительно производительнее аэробных. Это связано с тем, что в анаэробных реакторах достигается очень высокая концентрация биомассы - до 30-50 г/л и более, тогда как в аэробных сооружениях концентрация биомассы жестко ограничена возможностями аэрирующих устройств (обычно не более 4-8 г/л). Вследствие этого, производительность современных высокоскоростных анаэробных реакторов типа UASB составляет 15-20 кг ХПК/м³ сут (для сравнения: окислительная мощность аэротанков и аэробных биофильтров не превышает 5-10 кг ХПК/м³ сут, а в большинстве случаев - 2-3 кг ХПК/м³ сут). Последние же конструкции анаэробных реакторов (EGSB, IC-UASB реакторы с псевдоожиженным слоем и др.) способны эффективно работать в промышленном масштабе с производительностью, на порядок превосходящей максимально возможную для аэробных систем (до 30-60 кг ХПК/м³ сут).

5. Анаэробные реакторы устойчивы к длительным перерывам в подаче сточной воды, что позволяет эффективно использовать их для очистки стоков сезонных производств.

6. Применительно к сточным водам, не содержащим биогенные элементы, анаэробная очистка требует в 5-10 раз меньшей биогенной подпитки, чем аэробная.

7. Конструкция анаэробных реакторов может быть полностью герметичной, что предотвращает распространение дурно пахнущих веществ и микробиальных аэрозолей вокруг очистных сооружений. Вследствие этого, может быть значительно сокращена санитарно-защитная зона.

8. Компактность и санитарно-гигиеническая безопасность современных анаэробных биореакторов делает возможным их широкое использование для локальной очистки концентрированных промышленных сточных вод предприятий, расположенных в населенных пунктах. Избыточная анаэробная биомассы от биореакторов может сбрасываться в канализационную сеть с очищенной сточной водой без превышения норм приема по взвешенным веществам, либо периодически вывозиться на сельскохозяйственные угодья как удобрение или на продажу для запуска других анаэробных реакторов.

9. Минимальный объем анаэробных реакторов не ограничен. В отличие от аэробной очистки, эксплуатация небольших установок (20-50 м³) не представляет трудностей,

10. Промежуточные и конечные продукты анаэробной очистки (ЛЖК, объем и состав биогаза) легко поддаются количественному определению. Это облегчает применение автоматизированного контроля и управления.

11. Комбинированная технология может быть очень органично интегрирована в различные системы глубокой утилизации сточных вод и рекуперации загрязнений, включающие в себя:

- получение энергии, топлива, товарной углекислоты, биомассы (метанотрофных микроорганизмов) и других продуктов из биогаза; - разведение, кормовую и энергетическую утилизацию высшей водной растительности в биопрудах доочистки; - разведение в биопрудах рыбы; - орошение и удобрение очищенными сточными водами; - удобрение почв избыточным анаэробным илом; - извлечение и рекуперация азота, фосфора и серы.