Понятие сточных вод

В ходе своей жизни человек активно использует воду: в производстве, в жизни, в сельском хозяйстве и во многих других отраслях. Все эти объемы бесценного вещества становятся загрязнены огромным количеством химических и органических веществ, превращаясь в сточные воды. Выбрасываясь в таком виде в окружающую среду, они вызывают загрязнение территорий, отравления животных, растений, человека. Миграция огромных объемов химических веществ, часто не характерных для окружающей среды, приводит к деградации экосистем вплоть до их полного уничтожения. Именно поэтому вопрос об очистке сточных вод, их экономии и возможностях многократного использования стоит как никогда остро.

Сточные воды – это воды, которые в результате использования в хозяйственной деятельности были загрязнены, или городские поверхностные стоки. Они имеют сложный химический состав и большие объемы.

Классификация сточных вод

По источнику происхождения:

1. Производственные;
2. Бытовые;
3. Поверхностные (ливневые стоки).

Если атмосферные и бытовые имеют относительно постоянный состав, то производственные могут различаться по составу, в зависимости от производственных циклов и вида хозяйственной деятельности.

По составу загрязнителей:

1. По преимуществу минеральных веществ;
2. По преимуществу органических веществ;
3. Смешанного типа.

По концентрации веществ:

1. 1 – 500 мг/л;
2. 500 – 5000 мг/л;
3. 5000 – 30000 мг/л;
4. Более 30000 мг/л.
5. По кислотности:
6. Нейтральные ;
7. Щелочные;
8. Кислые.

Виды и методы очистки промышленных вод

Очистка сточных вод – это удаление из нее различных загрязнителей и обеззараживание от патогенных микроорганизмов. Современные методы очистки позволяют повторно использовать очищенную воду во многих технологических процессах, кроме питьевых нужд.

Для грамотной и качественной очистки сточных вод необходимо точно знать ее состав. Особую сложность составляют сточные воды с городских территорий. Их особенностью является сложность состава. Загрязнители делятся на несколько основных групп:

• минеральные загрязнители. Это все вещества, которые имеют неорганическое происхождение;
• органические загрязнители. Стоки в составе которых есть остатки органического материала или промышленные стоки с полимерными соединениями;
• биологические. Содержание в водах микроорганизмов и бактерий, которые живут и развиваются в этой среде.

Существует огромное количество методов очистки, которые по принципу используемых методов делятся на следующие группы:

Физические методы очистки сточных вод. Процеживание, отстаивание, фильтрование.

Основаны на фильтрационных методах. Позволяют отделить нерастворимые твердые примеси от жидкой фазы. Данный способ может использоваться отдельно, а так же как первая ступень многоуровневой очистки. Механическая очистка сточных вод очищает бытовые жидкости от взвешенных частиц на 62-67%, от нерастворимых грубодисперсных элементов на 91-96%.

Процеживание. Основные приспособления – различные решетки и сита для задержания крупных элементов и некоторого количества взвешенных частиц.

Отстаивание. Метод выделения из сточных вод взвешенных частиц с большей или меньшей плотностью. Для механической очистки данным способом оборудуют специальные объекты – отстойники. Отстаивание чаще всего используют с целью улучшения воды в замкнутой системе водоснабжения. Поэтому этот способ активно применяется в химической, рудной и металлургической промышленности.

Фильтрование. Активно применяется для очистки воды от мельчайших частиц разной природы. Основное приспособление – фильтры. Сточные воды, проходя через фильтрующий материал, оставляют в нем все ненужные взвеси.

Для различных предприятий необходимы различные виды фильтров. Так, в бумажной промышленности широко используются сетчатые и вакуумные фильтры. Для более активной очистки подходят центрифуги и гидроциклоны. Последние представляют собой конические сосуды из железа, на стенках которых под влиянием центробежной силы скапливаются тяжелые частицы.

Сооружения для механической очистки сточных вод

Решетки. Задерживают крупные элементы, содержащиеся в сточной воде. Их устанавливают по направлению тока жидкости. Решетки представляют собой укрепленные на металлической рамке металлические стержни, наклонно или вертикально установленные. В пазухах решетки – подвижные зубцы граблей. Они закреплены на шарнирно-пластинчатой цепи, которая приводится в движение через привод с шестеренчатой передачей.

Грабли снимают с металлической стенки решетки отбросы и поднимают их на подвижную ленту. Далее взвешенные частицы направляются для размельчения в специальную дробилку.

Существуют также решетки-дробилки, задерживающие твердые элементы и одновременно перемалывающие их. Эту установку монтируют в камеру с круговым движением сточных вод. Электродвигатель через коробку передач приводит в движение барабан решетки-дробилки. Он задерживает отходы, содержащиеся в сточной воде, и передает их к режущим гребням. Последние перемалывают твердые элементы, которые после такой обработки вновь поступают в сточную воду.

Песколовки. Задерживают минеральные примеси. Удельный вес частиц больше удельного веса воды. Поэтому по мере движения жидкости в резервуаре минеральные элементы выпадают на дно. Работа песколовок зависит от скорости движения воды. Обычно установки рассчитаны на задержание частиц более 0,25 мм. Оседание более мелких минеральных загрязнений крайне нежелательно. По этой причине важна скорость движения воды.

Оптимальная скорость при горизонтальном токе – от 0,15 до 0,3 м/с. Горизонтальные установки монтируются там, где сточные воды движутся в горизонтальном направлении, прямолинейно или по кругу. Такие песколовки состоят из двух основных элементов:

• рабочего, через который движется поток;
• осадочного, который собирает и хранит выпавший песок.

Способы очищения песколовок:

• насосом (при незначительном расходе сточных вод);
• гидроэлеватором, шнеками, скребками и т.п. (на специальных очистных станциях).

Песколовки способны задерживать до 75% минеральных примесей, содержащихся в сточной воде.

Отстойники. Используются для выделения механических примесей из сточных вод. Существуют несколько видов отстойников.

По назначению:

• первичные (устанавливаются перед станциями биологической очистки);
• вторичные (устанавливаются после сооружений биологической обработки).

По конструктивным особенностям:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• радиальные (разновидность горизонтальных отстойников).

Иловые площадки. Используются для сушки влажного осадка, сбрасываемого из отстойников, метантеков и других подобных сооружений (на выходе из них осадок имеет влажность до 97%). Иловая площадка подсушивает до влажности 75% (средняя величина). В результате объем отбросов уменьшается в 3-8 раз.

Иловая площадка представляет собой участок земли, окруженный земляными валками. Осадок наливается слоями. Часть жидкости испаряется, а часть попадает в грунт. Подсушенный осадок погружают на машины и вывозят. Иловую воду перекачивают на очистные сооружения.

Перечислены основные сооружения для механической очистки сточных вод. В зависимости от вида деятельности, количества сточных вод, типа загрязнений предприятие может использовать и другие установки.

Химическая очистка сточных вод

Основаны на реакциях компонентов сточных вод с реагентами. Чаще всего, химические методы, используют для нормализации рН сточных вод или осаждения нерастворимых солей и гидроксидов тяжелых металлов, образующихся в результате реакции. При использовании, в качестве реагентов перекисных или содержащих активный хлор соединений (например, озон и гипохлорит) достигают обеззараживания и осветления сточных вод, за счет окисления органических примесей. В процессе химической очистки может накапливаться достаточно большое количество осадка, если же образования осадка не происходит, то повышается солесодержание сточных вод.

Реагенты, используемые в ходе химической очистки:

• перманганат калия;
• хлор;
• гидроксид натрия;
• озон;
• известь;
• соляная и серная кислоты.

Очень часто химическая очистка вод проводится как предварительный этап перед биологической стадией.

Существуют следующие методы химической очистки:

Нейтрализация. Загрязненные воды, нужно очищать до показателя рН от 6.5 до 8.5 . Такие очищенные воды будут нейтральными. Процесс производится несколькими методами, такие как: смешивание щелочных и кислых сточных вод, добавления различных реагентов, фильтрование кислых вод с добавлением веществ, осуществляющих нейтрализацию. Также применяется поглощение аммиака кислыми водами и растворение газов щелочными. Иногда при реакциях нейтрализации может образовываться осадок. Для нейтрализации кислых вод, используют следующие вещества: цемент, доломит, аммиачная вода, а гидроксид кальция является наиболее оптимальным и доступным реагентом для данного процесса, Са(ОН)2, в котором содержится 5-10% активной извести.

Производственные воды, часто содержат серную кислоту. Для ее нейтрализации используют щелочные соединения, состав которых может меняться в зависимости от концентрации кислоты. Для щелочных вод наоборот, используют процессы их обработки различными кислотами или кислыми газами.

Окисление. Окисление применяется в основном для обеззараживания сточных вод. На выходе воды становятся в значительной мере менее загрязненными, загрязнители и токсины удаляются. Наиболее распространенным и подходящим является хлор. Он часто используется в моющих и дезинфицирующих средствах. Активно очищает от фенолов, цианидов, сероводорода, сульфидов и сернистых соединений. При этом образуется соляная кислота. После окисления до цианата его окисляют до простых элементов: азота и диоксида углерода.

Другим эффективным окислителем является озон. Он способен окислять как органические, так и неорганические вещества. Активно борется с нефтепродуктами, мышьяком, пестицидами, фенолами, ПАВ и другими. Озон обесцвечивает воду, ликвидирует привкусы, запахи, нормализует органолептические свойства. В отличие от хлора, обеззараживание озоном протекает в сотни раз быстрее.

Для конечного обеззараживания используют ультрафиолетовое облучение. Оно может использоваться самостоятельно в отдельных установках или совместно в процессе обеззараживания хлором или озоном.

Существует еще один метод окисления, активно применяется в очистке сточных вод. Основные процессы: катодное восстановление и анодное окисление. В зависимости от необходимости извлечения различных элементов из стоков, меняется материалы электродов, вид электролита.

Биологическая очистка сточных вод

Целью биологического этапа очистки является разрушение и минерализация органических остатков сточных вод микроорганизмами или бактериями. Этот метод основан на их способности использовать вещества из сточных вод в своем питании. В практике используются анаэробные (анаэробное брожение) и аэробные организмы. Данные процессы схожи, но в промышленности используются три основных: биофильтры, активный ил (аэротенки), метантенки. Микроорганизмы активного ила поддерживают состояние и структуру своего биоценоза, размножаясь, и потребляя загрязняющие вещества.

Устройства и сооружения для осуществления биологической очистки загрязненных вод

Как было сказано выше, в очистке сточных вод используют как аэробные, так и анаэробные бактерии. Если в первом случае процесс очистки может осуществляться как в естественных водоемах, открытых или аэротенках, то второй вариант возможен только в специальных закрытых установках – метантенках. Открытые водоемы делятся на поля фильтрации и биологические пруды.

Биологические пруды заселяются специальными видами аэробных бактерий и микроорганизмов. Обычно используются совместно с другими очистными сооружениями или как дополнительная стадия очистки, но могут быть и отдельными. Для повышения скорости и качества действия используют искусственную аэрацию. Она помогает ускорить очистку в 10 — 25 раз в зависимости от сложности и уровня загрязнения.

Поля фильтрации – участки земли, верхний слой которых заселен микроорганизмами, которые потребляют органические вещества из сбрасываемых на этот участок сточных вод. Данный метод является довольно эффективным, особенно если очищенные воды снова используются для хозяйственных нужд, например для орошения. Однако такие системы очистки имеют несколько весомых недостатков: 1. Их нельзя использовать в холодное время года или северных регионах, так как микроорганизмы очень чувствительны к температурам и резко теряют свою активность и процессы очистки останавливаются. 2. Данные системы занимают довольно большие площади которые должны быть удалены от водоносных горизонтов, что бы не допустить заражения грунтовых вод.

Биофильтры – это крупные промышленные фильтры, на фильтрующем основании которых заселены бактерии. Потоки воды пропускают через эти поверхности, а микроорганизмы окисляют органическую составляющую стоков.

Аэротенк – пожалуй, самый высокоэффективный метод очистки с помощью микроорганизмов. Это технически сложное сооружение, которое представляет собой открытый резервуар прямоугольных форм, заполненный загрязненными водами. Внутри него живут бактерии, которые потребляют органику. При искусственной подаче кислорода и поддержании оптимальных условий обитания достигаются высокие результаты очистки, однако это один из самых дорогих способов очистки.

Метантэнк – это железобетонный закрытый резервуар, в котором происходит анаэробное сбраживание органических остатков с выделением метана. При этом скорость очистки ниже чем у аэробных способов, а эксплуатация сопряжена с повышенной опасностью из-за большого количества выделяющихся газов в закрытом помещении.

Вам будет интересно по этой теме:
Понятие экологического аудита. Экологический аудит — что это?
Этапы (стадии) проведения экологического аудита
Цели и задачи экологического аудита. Принципы экологического аудита.
Виды экологического аудита. Обязательный и добровольный экологический аудит.
Санитарно — паразитический мониторинг.