Методы очистки сточных вод

Вода играет важную роль в условиях нормального функционирования человека. Она является важнейшим ресурсом для многих отраслей промышленности и служит источником жизни для всех живых существ. Поэтому тщательная очистка сточных вод так необходима. В зависимости от качественной характеристики загрязнений и сферы их образования существуют различные методы для их обработки.

Очистка сточных вод – это совокупность действий, направленных на удаление вредных примесей и веществ из стоков, нарушающих и загрязняющих экосистему, в результате которых происходит устранение или разрушение вредных веществ.

Существует большое разнообразие растворимых и нерастворимых загрязнителей, в связи с этим нет универсального способа обезвреживания и удаления их. Поэтому для реализации процессов по очистке стоков необходимо соблюдение различных методов очистки.

Приведем технологии очистки сточных вод:

• механический способ
• химический способ
• физический способ
• физико-химический способ
• биохимический способ
• биологический способ

Классическая схема биологической очистки стоков

В большинстве случаев при очистке сточных вод требуется использование комбинации двух и более способов. Методы выбирают исходя из состава загрязнений, от требуемой степени очистки, грунтовых условий, пропускной способности очистной станции.

Характеристики загрязняющих веществ в сточных водах

Самыми распространенными причинами неудовлетворительного функционирования очистных реакторов являются:

• Неправильный подбор метода обработки, который не обеспечивает удаление каких-либо специфических загрязнений, характерных для данного стока
• Не достаточно хорошо организованная эксплуатация ОС
• Использование неэффективных, устаревших с технологической точки зрения, процессов

В различных сферах деятельности человека образуются разнообразные отходы.К каждому виду загрязнений необходим свой подход и технология очистки сточных вод для их исключения и дальнейшей переработки. Более подробно рассмотрим загрязняющие вещества некоторых отраслей промышленности.

Нефтехимические предприятия добавляют значительное количество плавающих веществ – нефтепродуктов, фенолов, АПАВ, а также тяжелых металлов, взвешенных веществ.

Данные соединения меняют структуру воды, уменьшая насыщение ее кислородом, увеличивая вязкость.

Целлюлозно-бумажное производство сбрасывает древесное волокно, красители, фенолы, лигнин, кроме этого характеризуются высоким содержанием взвешенных веществ.

Попадающие в водные акватории древесные компоненты постепенно там разлагаются, выделяя при этом вредные для окружающей среды газы, такие как метан, сероводород, диоксид углерода. Доступ кислорода в водный бассейн затрудняется, что ведет к гибели живых организмов.

Текстильная промышленность продуцирует стоки, содержащие в своем составе совокупность труднорастворимых органических и минеральных комплексов.

В них находятся натуральные и синтетические волокна, краски и т.п., которые характеризуются высокими цветностью и щелочностью. В химический состав красителей входят токсичные элементы (медь, цинк,свинец, хром, никель, ионы тяжелых металлов). Накапливаясь в биоценозах, приводят к изменению всех ферментативных реакций в них. Пенообразующие вещества затормаживают аэрацию водной среды.

Пищевая отрасль характеризуется высоким содержанием органических веществ, как в растворимом виде, так и в форме взвесей.

Так, сбрасываемые убойными цехами мясных фабрик стоки, характеризуются значительным присутствием кровяных масс, жирных частиц, остатков шкур, шерсти, биогенных элементов. А стоки с молочного и маслосыродельного производства не стабильны по составу и включают белковые вещества, углеводы, жиры, которые легко загнивают и закисают, понижая щелочность сред. Для них характерно наличие мутности, которую дают творожистые взвеси и сырные крошки. Так же присутствуют различные соли, в основном хлориды. На птицефабриках же часто наблюдается присутствие пера и пуха, имеющих в составе растворенные кератины, а также нитратные и фосфатные группы.

Рыбоперерабатывающие заводы тоже сбрасывают много органики, биологически легко окисляемой. Например, рыбий жир, включающий ненасыщенные жирные кислоты, а так же небелковые азотистые группы и клетчатку, которые более устойчивы к биоокислению.

Любое из пищевых производств так же добавляет в стоки песок, частички глины, фосфаты и АПАВ от мойки оборудования или помещений.

Сточные воды прачечных предприятий также являются загрязнителями. В ходе работы прачечного хозяйства образуется большое количество сточных вод. Основные объемы стоков дает сам процесс стирки. Большинство ПАВ практически не окисляются биохимическим путем, снижают окисляемость биологических очистных сооружений, тормозят развитие активного ила, замедляют процессы нитрификации. Пенообразование отрицательно сказывается и на других процессах очистки сточных вод.

Попадая в водоемы, ПАВ нарушает их санитарный режим: истощается запас растворенного в воде кислорода, повышается концентрация нефтепродуктов, так же  оказывает токсическое действие на животных и обитателей водоемов Удаление ПАВ из сточных вод можно производить различными методами: механическими, физико-химическими, химическими, тепловыми, электрохимическими и биохимическими.

Для извлечения ПАВ из воды наиболее подходящими являются физико-химические методы. Среди них сорбция активированными углями, различными неорганическими осадками (гидроксидами алюминия и железа), ионообменными смолами; пенное фракционирование (флотация воздухом или другими газами.

Полного разрушения ПАВ можно добиться озонированием и радиационно-химическим окислением.

Стоки от спиртзаводов имеют низкую активную реакцию среды, отличаются неравномерностью притока и колебаниями загрязненности вследствие залповых сбросов, а так же содержат большое количество грубодисперсных, коллоидных и растворенных, легко загнивающих органических загрязнений.

Воды сельскохозяйственных производств – причина органических загрязнений водоемов растительными волокнами, остатками плодов и овощей, фекальными массами, которые содержат большое количество вирусов, грибов, бактерий и пагубно влияют на экосистему, подрывая ее способность к самоочищению.

Ядохимикаты, минеральные удобрения, попадающие в воду с полей во время межсезонных процессов, – все это, так же, колоссально загрязняет водоемы.

Хозяйственно-бытовые стоки городов представляют не меньшую угрозу. Синтетические моющие препараты, болезнетворные бактерии, гельминты производят кардинальное воздействие на микрофлору акваторий.

Методы очистки сточных вод. Достоинства и недостатки основных методов

Во всех выше перечисленных отраслях промышленной деятельности можно выделить две основные группы загрязняющих веществ: нерастворимые и растворимые. В Первом варианте очищается механически, а во втором физико-химически и биологически. Рассмотрим оба варианта.

Сравнительная таблица

Механический метод очищения сточных вод

Первоначальный этап - изъятие нерастворимых фракций различного происхождения. Для данного способа применяются сооружения различных видов – механизированные решетки, отстойники, жиромаслоотделители, нефтеловушки, песколовки, центрифуги.

Механизированные решетки

Этот тип сооружений предназначен для извлечения из поступающих на очистные сооружение производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод крупных загрязнителей с их дальнейшей выгрузкой в мусоросборник. Основные виды решеток, которые применяются для удаления крупного мусора, это:

• неподвижные
• шнековые
• решетки-дробилки
• ступенчатые

Отстаивание

Процесс отстаивания предполагает расслаивание дисперсионной среды на определенные слои – верхний (плавающие пленки), средний – водная среда, нижний – тяжелая масса (оседающие частички). Бывают вертикальные и горизонтальные отстойники, применяемые для выделения основной массы взвешенных и коллоидных элементов. Отстаивание применяется для выделения из сточных вод нерастворенных взвешенных частиц. Заключается в выпадении осадка под действием силы тяжести. Для отстаивания применяют отстойники. Существует три основных конструкционных типа – вертикальные, горизонтальные и радиальные.

 Вертикальный отстойник

Удаление нефти, жиров и масел происходит в отстойниках специального назначения. Их принцип действия основывается на разности удельных масс и коалесцентном принципе, который заключается в устройстве пластин из специальных материалов, обладающих олеофильными свойствами. Таким образом, взвешенные фракции нефти притягиваются на поверхность пластин, вода же, наоборот, отталкивается. С целью повышения эффективности очистки желательно предусматривать ввод коагулянта, что создает наиболее благоприятные условия для удаления основной массы нерастворенных компонентов. При этом с осадком удаляется и часть нефтепродуктов. Гравитационный принцип разделения фаз, когда частицы масла и жира поднимаются на поверхность, используется в жироуловителях. Они состоят из нескольких отсеков. В первом происходит осаждение тяжелых составляющих, а во втором – всплытие легких масс.

Очистка в гидроциклонах

Принцип действия основан на центробежной силе, которая возникает при поступлении воды по касательной, в результате создается вращательное движение и происходит отделение тяжелых примесей.

Более легкая фаза движется во внутреннем спиральном потоке, направленном вверх, и выбрасывается из гидроциклона через сливное отверстие.

В основе процесса заложен принцип отделения частиц от жидкой фазы под действием центробежных сил, образующихся при вращательном движении потока в аппарате.

Гидроциклон

Песколовки

Используются для выделения минеральных составляющих.

Так, широко применяемые тангенциальные песколовки имеют касательный подвод воды, что обеспечивает вращательное движение (на периферии вода движется вниз, а в центре - вверх). Скорость его невелика, поэтому песок осаждается в конусе и периодически выгружается на песковую площадку или в песковой бункер с последующей утилизацией. Осветленная вода отводится на следующую стадию.

Центрифугирование

Центрифугирование - отделение взвешенных частиц в жидкости под действием центробежных сил, которые возникают при вращении центрифуги и жидкости в ней.

Различают два вида центрифугирования: центробежное осаждение и фильтрование. При осаждении движение твердых частиц происходит под действием центробежной силы с образованием или без образования осадка на фильтровальной перегородке, а также при одновременном протекании в ее зонах обоих процессов.

 Схема устройства центрифуги шнекового типа

Фильтрация

Технология фильтрации основана на разделении дисперсных систем с помощью перегородок, которые пропускают дисперсную среду и задерживают твердую фазу.

В качестве фильтрующего материала используют природные (кварцевый песок, дробленый гравий, керамзит, бурый уголь  и т.д.) или синтетические (пенополиуретан, полистирол, полипропитен и др.) материалы. Различают фильтры с восходящим и нисходящим потоком. В последних дренажная система защищена от воздействия загрязнений и работает более надежно. На фильтрах с восходящим потоком может наблюдаться заиливание дренажа, что приводит к серьезным осложнениям в работе.

Фильтр механический горизонтальный однокамерный ОГ-5,5

Микрофильтрация

Микрофильтрация – мембранное разделение, основанное на просеивании, которое дает возможность отделять частицы размером 0,1-1 мкм, а так же очищать стоки от опасных биогенных элементов.

Мембраны изготавливают из органических и неорганических материалов – полимеры, керамика, стекло, металл и др.

Схема микрофильтрации

Химический метод

Позволяет выделять из сточных вод растворенные вещества, пагубно влияющие на окружающую среду. Ведется с добавлением реагентов.

Окисление и восстановление

Окисление применяют для обезвреживания от токсичных примесей – цианидов, комплексов меди и цинка, сульфидов и сереводорода.

Используют различные окислители – озон, хлор, фтор, пероксид водорода, перманганат калия и др. Самым эффективным является озон. Он разрушает органические и неорганические вещества и примеси, обесцвечивает воду, устраняет запахи и привкусы, уничтожает бактерии. Недостаток – дороговизна. Для окисления требуется большое количество химических реагентов и складов их хранения.

Контактный аппарат для озонирования воды

Восстановление применяют, когда в воде содержатся легко восстанавливаемые вещества – соединения ртути, хрома, мышьяка. Например, соединения ртути восстанавливаются до металлической ртути, которая удаляется отстаиванием или фильтрованием. В качестве восстановителей используют сульфит железа, гидросульфит натрия, сероводород, активный уголь, диоксид серы и др.

 Схема установки восстановления хрома непрерывного действия

1 – усреднитель; 2 – смеситель; 3 – емкость для нейтрализации и отстаивания

Нейтрализация

Данный метод используют для очистки от кислот и щелочей.

Самый распространенный способ – смешение кислых и щелочных стоков. Также применяют фильтрование кислых вод с использованием нейтрализующих реагентов. Для нейтрализации используют следующие реагенты – гидроксид кальция (известковое молоко), соду, доломит, различные щелочные соединения.

Нейтрализация сточных вод

Осаждение

Метод заключается в осаждении нерастворимых кристаллических осадков, на которых задерживаются загрязнения.

Проводится за счет ввода специальных реагентов. Недостатками метода являются низкий коэффициент очистки, образование большого количества шлама, увеличение токсичности и солесодержания.

Процесс осаждения

Физический метод

Основан на физических эффектах воздействия на воду или загрязнитель.

Позволяет очистить стоки практически от всех видов загрязнений, а также обеззаразить воду.

Магнитная обработка

Магнитная обработка воды ускоряет процесс кристаллизации накипеобразующих солей, уменьшает концентрацию ионов кальция и магния, ускоряет коагуляцию с последующим выпадением мелкодисперсного осадка.

Это предотвращает образование накипи в трубопроводах и аппаратах, улучшая их дальнейшую работу, значительно уменьшает  отложения органических веществ, например, парафинов. Магнитная обработка промышленных стоков позволяет достаточно быстро и эффективно осаждать мелкодисперсные загрязнения.

 Магнитная обработка

Электромагнитная обработка

Принцип работы такой же, как и при магнитной обработке. Но существует ряд отличий и преимуществ. Вода имеет свойство «привыкать» к магнитному воздействию – эффект релаксации – омагниченная вода сохраняет свои свойства не более суток.

Электромагнитная обработка позволяет устранить данный эффект, а также сохраняет кальций и магний, что немаловажно при очистке питьевой воды.

Ультразвуковая и ультрафиолетовая обработка

Применяются для обработии от бактерий и микроорганизмов.

Принцип основан на эффекте кавитации. Ультразвук вызывает образование множества мелких пузырьков (внутри находится газ под высоким давлением и температурой), которые, лопаясь, создают большой перепад давления и, тем самым, разрушают клеточную оболочку микроорганизма.

Ультрафиолет также уничтожает бактерии и вредоносные микроорганизмы, но за счет светового спектра. Фотохимические реакции, проходящие в структуре ДНК за счет облучения, разрушают их и предотвращают дальнейшее размножение бактерий. В настоящее время эти два метода комбинируют, улучшая степень очистки.

Ультразвуковая и ультрафиолетовая обработка

 

Ионизирующее облучение

Применяется для обработки от ядов и токсинов, а также от бактерий и микроорганизмов.

Энергия излучения ниже порога ядерных реакций, очищенная вода не будет радиоактивной, и ее можно сбрасывать в водоем или использовать в оборотном цикле.

Часто этот метод комбинируют с флотацией или адсорбционной очисткой. В первом случае степень очистки достигает 99%.

Физико-химическая очистка сточных вод

Используется для очистки стоков от взвешенных и мелкодисперсных загрязнений и примесей, частиц растворенных газов, минеральных и органических веществ.

Очистка реагентами (коагуляция и флокуляция)

Ввод коагулянтов в систему позволяет производить агрегацию мелких частичек, которые адсорбируются на образующихся нерастворимых хлопках гидроксида и с большой скоростью выпадают на дно очистных сооружений.

Коагуляция - физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами (в качестве которых выступают, как правило, хлорид железа, сульфат железа, добавки на основе гипохлорита),  в камерах, после которых вода направляется в отстойник.

Для снижения расхода дорогостоящих препаратов необходимо добавление флокулянта. При этом уменьшается продолжительность коагуляции. При флокуляции образуются не частицы, а хлопья, на которых адсорбируются загрязняющие вещества.

Флокуляция ускоряет процесс образования и осаждения хлопьев при коагуляции, а при сильных загрязнениях могут обеспечить осаждение частиц без ввода коагулянта.

Большинство загрязнителей в производственных сливах имеют устойчивую молекулярно-гидратную оболочку и прочно связаны с водой. Для разрушения связей необходимо изменить заряд частиц. АL- и Fe - содержащие соединения обладают положительным зарядом, а коллоиды – отрицательным, что приводит к нейтрализации заряда и их взаимодействию. С помощью данных препаратов из жидкости убирается мутность и цветность. Особенно актуален этот процесс для стоков текстильных и целлюлозно-бумажных заводов, содержащих множество красителей-токсичных и биохимически трудноокисляемых веществ. Эффект обесцвечивания может достигать при этом до 95%.

Коагуляция - физико химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами (в качестве коагулянтов применяют содержащие алюминий вещества, хлорид железа, сульфат железа и др.) в камерах, откуда вода направляется в отстойники.

Флотация и электрофлотация

Для исключения из стоков тонкоэмульгированных нефтепродуктов, жировых эмульсий, АПАВ, а также части растворенных в воде органосоединений применяется напорная флотация совместно с реагентной установкой.

Процесс основан на молекулярном налипании взвешенных частиц к пузырькам воздуха и концентрации их на поверхности раздела фаз. Степень очистки достигает 85-95%.

В зависимости от структуры отделяемого вещества, можно распределить их на три группы:

• Твердая фаза с гидрофобными свойствами(капельки масла, жир и т.п.), отделяется уже при создании в водной среде крупных пузырьков
• Углеводы, белки с гидрофильной поверхностью выводятся при помощи сжатого воздуха, т.е мельчайших образований газа
• Хлопьевидные примеси – удаление их происходит только при условии воздействия примесей на разветвленную систему хлопьев. При введении в систему очистки воздуха загрязнения удаляются не только путем соединения с газовыми образованиями, но и при биологическом разложении

При флотации хорошо зарекомендовали себя следующие реагенты: коагулянт «Аква-Аурат18» и флокулянт «ВПК-402». Эффективность при этом по БПКп и ХПК составляет ориентировочно 40-50%, жирам – 80-85%.

Метод электрофлотации основан на электролизе воды.

В процессе загрязняющие вещества поднимаются на поверхность с помощью микропузырьков электролитических газов.

Схема электрофлотатора

 1 – камера флокуляции (грубой очистки); 2 – патрубки для подачи сточной воды; 3 – патрубки для дренажа (технологического слива); 4 – патрубок для отвода шлама; 5 – камера для сбора шлама; 6 – пеносборное устройство; 7 – уровень воды в аппарате; 8 – перегородки; 9 – электродвигатель; 10 – патрубок для отвода очищенной воды; 11 – гидрозатвор; 12 – камера флотации (тонкой очистки); 13 – электродные блоки; 14 – токоподводы. Потоки: I – сточная вода, II – очищенная вода, III – флотошлам.

Ионный обмен

Метод применяют для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других загрязнений.

Очистку производят с помощью ионитов – синтетических ионообменных смол в виде гранул, которые загружаются в фильтры.

Принципиальная схема проведения процесса ионного обмена

 

Сорбция

Сорбционная очистка представляет собой процесс поглощения загрязняющих веществ твердыми веществами – сорбентами.

Позволяет очистить воду от органических примесей, в том числе и от не удаляемых другими методами.

Необходима для глубокого изъятия из воды нефтепродуктов, присутствующих в тонкоэмульгированной и растворенной формах, а также для устойчивых органических соединений, характеризующиеся показателем химического потребления кислорода (ХПК), катионов металлов. На сегодняшний момент используют самые разнообразные материалы: уголь, керамзит, цеолиты. Сорбирующий элемент загружается в специальные блоки в один или несколько слоев. Наиболее часто для доочистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов применяют гранулированный активированный уголь.

Схема установки для сорбции из воды нефтепродуктов активным углем

1 - сборник сточных вод; 2 - подача сточной воды; 3 - напорная емкость; 4 - регулятор скорости напора; 5 - очищенная вода; 6 - колонна; 7 - подача охлаждающей воды; 8 - конденсатор; 9 - конденсат; 10 - растворитель; 11 - сборник растворителя; 12 - сборник экстракта; 13 - экстракт на ректификацию; 14 - острый пар

Он имеет высокую химическую стойкость и механическую прочность, обладает высоким коэффициентом фильтрации. В процессе восстановления сорбционной емкости сорбента «МИУ-С» по нефтепродуктам с помощью щелочной регенерации одновременно частично восстанавливается его сорбционная емкость по ионам металлов. Для дополнительной регенерации обменной емкости по ионам Ме при технологической необходимости может использоваться раствор поваренной соли (NaCl).

Экстракция

При экстракции происходит извлечение из сточных вод растворенных примесей, с переходом их в другую, несмешивающуюся с водой, жидкость – экстрагент.

В результате взаимодействия получают экстракт (раствор извлеченных веществ в экстрагенте) и рафинат (остаточный водный раствор), из которого удалены загрязняющие компоненты. В качестве экстрагентов применяют чаще всего органические растворители – бензол, бутилацетат, четыреххлористый углерод.

Процесс экстракции

1 – исходные сточные воды; 2 – экстрактор; 3 – отстойник; 4 – очищенные сточные воды (рафинат); 5 – экстрагент; 6 – конечный экстракт

Электролиз

Метод электролиза заключается в прохождении электрического тока через загрязненную воду.

В результате этого образуются сильные окислители, или при наличии в воде хлоридов, хлор и его соединения, способные очистить и обеззаразить воду.

Биологический и биохимический метод

Метод позволяет очистить воду от примесей железа, сероводорода, аммония, марганца, уменьшить жесткость воды, удалить привкусы и цвет, обеззаразить от бактерий.

Метод заключается в переработке загрязнений микроорганизмами активного ила и последующем разъединении прореагировавшей смеси. Механизм процесса состоит из нескольких стадий:

• Сорбционное накопление загрязняющих веществ на поверхности биомассы
• Расщепление высокомолекулярных органических веществ за счет внешних ферментативных воздействий до молекул небольших размеров и проникновение их внутрь клетки
• Реакции с внутренними ферментами клетки, сопровождающиеся окислением низкомолекулярных веществ до Н₂О, СО₂ и синтезом новых клеточных веществ

Биологические пруды

Биологический пруд – искусственно созданный резервуар малой глубины, предназначенный для очистки и доочистки сточных вод. Такая очистка является биологической очисткой первой категории. Биопруды должны содержать большое количество водорослей, которые синтезируют кислород – без него невозможно создать комфортные условия для жизни микроорганизмов.  Так как водоросли используют углекислый газ и аммонийный азот, выделяющиеся в результате разложения органических веществ, необходимо соблюдать оптимальные условия температуры и рН-среды. Наличие фильтрационных полей – одно из обязательных условий работы биологического пруда, на них сбрасываются стоки.

Биопруды из-за небольшой глубины применяются для очистки впадающих в водохранилище рек и промышленных стоков. Ряд недостатков биопрудов:

• Относительно малая производительность
• Необходимость больших площадей земли
• Сезонность – наибольшая результативность проявляется летом

Существует несколько типов прудов:

• Контактные водоемы – стоячая вода позволяет ускорить биохимическое окисление
• Проточные водоемы – стоки разбавляют речной водой
• Анаэробные пруды – применение анаэробных методик, небольшая глубина 2-3 м
• Проточные пруды – стоки не разбавляют речной водой

Пруды организовывают так, чтобы получилось несколько ступеней с общей продолжительностью пребывания стоков в них несколько дней.

Анаэробная очистка

Такой процесс очистки ведется при помощи бактерий, которым для жизнедеятельности не требуется кислород. Его принято называть брожением.

Анаэробные процессы необходимы для перевода трудно окисляемых веществ до легко усваиваемых на следующей аэробной зоне. Часть органики подвергается деструкции, а остальная используется на прирост биомассы. Часто такие аппараты проектируются в две ступени. На первой - в цилиндрическую емкость организуется рецикл иловой смеси, для наращивания концентрации биоценоза. Перемешивание организуется мешалками или насосным оборудованием. Вторая оборудована конусным днищем, где происходит накопление осадка. На этой ступени наблюдается доокисление органических веществ, а также осаждение и уплотнение скопления микроорганизмов.

Очистку проводят в метантенках – закрытый резервуар с трубой для отвода биогаза, образующегося в результате брожения. Степень очистки составляет 85%.

Аэробная очистка

Происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила в присутствии кислорода.

При анаэробной очистке сточных вод протекают два процесса – сорбция загрязнений активным илом и их внутриклеточное окисление микроорганизмами.

В ходе аэробной очистки растворенные органокомплексы, а также не осаждающиеся твердые вещества переходят в биомассу активного ила. В таких сооружениях обычно устанавливается загрузка, на которой непрерывно развиваются прикрепленные аэробно-факультативные микроорганизмы, обеспечивающие совместно с рециркулируемым активным илом деструкцию органических загрязнений. Для протекания биоокислительных процессов и перемешивания сточных вод с активным илом в зоны аэрации блоков биоочистки постоянно должен подаваться сжатый воздух.Очистку проводят в аэротенках и биофильтрах. Степень очистки достигает 99%.

Сравнительная характеристика аэробной и анаэробной очистки

Очистка методом деструкции

Обеззараживание сточных вод

Сточная вода – источник болезнетворных микроорганизмов и вирусов, поэтому так важно обеззараживать ее на заключительных этапах очистки. С точки зрения эпидемиологии самыми опасными являются: хозяйственно-бытовые, промышленно-бытовые, сточные воды инфекционных больниц, животноводческих и птицеводческих фабрик, стоки мясокомбинатов, поверхностно-ливневые стоки.

Обеззараживание – дезактивация болезнетворных микроорганизмов, обитающих в сточных водах.

Обеззараживание стоков ультразвуковым и ультрафиолетовым облучением

Дезинфекция ультрафиолетом происходит при помощи бактерицидного излучения (длина волны 200-400 нм), которое, проникая в структуру ДНК бактерии, разрушает ее способность к делению и размножению. При использовании УФО токсичных веществ не образуется, и сток, сбрасываемый в водоем, не оказывает вредного воздействия на водные биоценозы.

Комбинированная очистка сточных вод

Гиперфильтрация

Гиперфильтрация (обратный осмос) – процесс разделения растворов фильтрованием через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое.

Полупроницаемые мембраны пропускают молекулы воды, но задерживают ионы солей. В результате получают чистую воду и концентрированный раствор, который направляют на утилизацию. Гиперфильтрацию проводят в фильтр-прессных, рулонных, трубчатых и аппаратах с полым волокном.

Процесс гиперфильтрации

 1 – подача солоноватой воды или сточных вод на установку; 2 – соли; 3 – взвешенные вещества; 4 – бактерии; 5 – вирусы; 6 – красящие вещества; 7 – вещества, придающие привкус 8 – полупроницаемая мембрана ;9 – поддерживающая мембрану конструкция; 10 – очищенная вода 11 – сброс концентрированного стока

Электрохимическая очистка

Включает в себя множество методов, основанных на воздействии электрического тока на сточные воды с применением растворимых и нерастворимых электродов.

Электрокоагуляция используется для очищения сточных вод от коллоидных и взвешенных частиц, от частиц с высокой адсорбционной способностью к коагулянту – масла, жиры, нефтепродукты, фенолы, ПАВ, красители и др.

Электрофлотация основана на налипании загрязняющих веществ к пузырькам воздуха, образующимся в процессе электролиза. Позволяет очищать сточные воды от нефтепродуктов, жиров, взвешенных веществ.

Электрохимическая деструкция позволяет расщеплять сложные химические вещества на более простые и безвредные. Данный метод позволяет обеззараживать воду от вредоносных бактерий благодаря образующимся в процессе ионам гипохлорита. Целесообразно применять его при очистке стоков инфекционных больниц и фармацевтических производств.

Оборудование для очистки сточных вод

Механическая очистка:

Решётки – механические устройства, с помощью которых удаляется крупный плавающий мусор путем пропускания сточных вод через стержни, установленные с прозорами.В зависимости от производительности и количества загрязнений решётки бывают стационарные, дробилки, и самоочищающиеся.

Основные функции решёток:

• снижение нагрузки со стадии биологической очистки
• удаление крупного мусора
• защита оборудования

Песколовки – оборудование очистки сточных вод, удаляющее тяжёлые, твёрдые примеси минерального и органического происхождения, такие как песок, гравий, бой стекла, осколки костей, шлак, частицы бетона и т.д. Удаление происходит за счёт разных плотностей загрязнений и воды с поле инерционной,центробежной или гравитационной сил.

По направлению потоков песколовки подразделяются на:

• вертикальные
• горизонтальные
• центробежные
• аэрируемые

Назначение песколовок – удаление твёрдых частиц и уменьшения абразивного разрушения приборов, арматуры, оборудования.

Отстойник – ёмкостной, накопительный аппарат для проведения процесса осаждения взвешенных веществ и механических примесей.

По направлению потоков разделяют типы отстойников:

• горизонтальные – стоки движутся параллельно поверхности земли
• вертикальные – стоки вводятся в нижнюю часть отстойника, тяжёлый осадок остаётся в нижней части, а лёгкая осветлённая вода поднимается наверх, где удаляется через переливные карманы
• радиальные – конструкция сходная с вертикальными, только есть перемешивающее устройство, которое придаёт вращательное движение стокам и направляет скребками осадок в центральную часть для выведения
• отстойники с тонкослойными элементами – в аппарате установлены ламели, которые увеличивают поверхность осаждения, повышая эффективность осаждения

Назначение отстойников - это удаление органических веществ и коллоидов, снижение нагрузки на биологическую очистку за счёт уменьшение показателей ХПК и БПК.

Гидроциклоны – аппараты для удаления мелких, твёрдых загрязнений во вращающемся потоке под действием центробежных сил.

Отличие гидроциклонов от песколовок и радиальных отстойников в скоростях разделения, которые достигаются высоким давлением на входе и острым углом основания аппарата.

Наибольшее распространение гидроциклоны получили на сильнозагрязнённых песком стоках и пульпах, поскольку позволяют удалять большие количества взвесей.

Сетчатые фильтры – аппарат, где очистка достигается путём пропускания стоков через сетчатые элементы разнообразных конструкций. Наиболее часто применяют плетёные сетки из металлической проволоки или полимерного волокна. Материалы и размер ячейки выбирается в зависимости от технологических параметров.

Дисковые фильтры – рабочим элементом является наборный картридж из комплекта пластиковых дисков, имеющих на своей поверхности насечку разного размера. При пересечении каналов диски образуют поры, где и происходит задерживание механических примесей.    

Засыпные фильтры – вертикальный цилиндрический аппарат с внутренними распределительными устройствами (ложным дном или системой «паук»). На внутреннее устройство насыпается мелкодисперсная загрузка (песок, гравий, активированные угли, циалиты и т. д.). Фильтрование происходит в порах и каналах, образованных частицами засыпных материалов.

Преимущества данных фильтров в том, что при изменении засыпок на ионообменные смолы, угли есть возможность селективно удалять растворённые газы, ионы, или специфические вещества.

Мешочные фильтры – фильтрующим элементом является тканный фильтровальный мешок. Нашли широкое применение для обезвоживания осадка.

Блоки биологической очистки (аэротенк) - емкостной аппарат, в котором происходят биологические реакции очистки под действием активного ила. Для интенсификации процессов применяют аэрацию, которая имеет двойное назначение: обогащение стоков кислородом для дыхания и поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, а также для взмучивания и перемешивания стоков с активным илом.

Аэрация - это основная движущая сила работы аэротенка. Именно подбор правильной системы и рабочих параметров аэрации повышает качество очистки и уменьшает необходимое время пребывания. Наша компания разработала и внедрила аэротенки собственной разработки, которые доказали свою долговечность и эффективность.

Блок доочистки – аппарат, совмещающий в себе отстойник с тонкослойными модулями, и фильтрующую часть, где происходит пропускание через зернистую загрузку (кварцевый песок и гравий разных фракций), где происходит окончательное удаление взвешенных веществ и остатков активного ила, уносимых со стадии биологической.

Данное оборудование обладает преимуществами:

• высокое качество очистки
• в результате работы на выходе получается уплотнённый ил
• длительный срок службы оборудования

Обезвоживатели осадка - оборудование, служащее для увеличения содержания твёрдых веществ в осадке за счёт удаления жидкости. На практике применяется два типа оборудования:

Шнековый – аппарат с сетчатым фильтрующим элементом, продавливание через который осуществляется шнеком, совершающим одновременно перемешивание и перемещение в зону выгрузки. Преимущество данного оборудования в том, что оно обеспечивает меньшую влажность осадка и работает в непрерывном режиме, поэтому применяются на высокопроизводительных очистных сооружениях.

Мешочный – установка, на которой устанавливается фильтровальный мешок, в который поступает уплотнённый осадок. Поры в мешке задерживают твёрдый осадок, а жидкость, просачиваясь, собирается в ёмкость для отведения. Преимущество мешочных илоуплотнителей - простота эксплуатации и обслуживания. После заполнения мешка осадок помещается в контейнер для ТБО и отправляется на полигон для захоронения. Наиболее широкое применение данный вид обезвоживателей на КОС производительностью менее 50 м³/сут.

Данные конструкции получили проверку временем и применяются на различных очистных сооружениях.

Заключение

Таким образом, в данной статье были рассмотрены и изложены характеристики загрязняющих веществ в сточных водах по видам деятельности предприятий. Мы выделили такие загрязнители как нефтепродукты, фенолы, АПАВ, тяжелые металлы, волокно, красители, лигнин,  труднорастворимые органо- и минеральные комплексы, песок, частицы глины, фосфаты, вирусы, грибы, бактерии, гельминты.

Кроме того, мы разобрали основные методы очистки сточных вод, а именно рассмотрели механический, химический, физический и биологический методы.  Механический способ включает в себя использование механизированных решеток, отстаивание стоков, очистку в гидроциклонах, использование песколовок, центрифугирование, фильтрацию и микрофильтрацию. Химический способ подразумевает под собой окисление и восстановление, нейтрализацию, осаждение взвещенных веществ. При физическом методе используется магнитная и электромагнитная обработка, ультразвуковая и ультрафиолетовая обработка, ионизирующее излучение. Отдельно выделяют комбинированный метод – физико-химическую очистку стоков. Здесь применимы очистка реагентами – коагуляция и флокуляция, флотация и электрофлотация, ионный обмен, сорбция, экстракция, электролиз. Биологический и биохимический метод представлены анаэробной и аэробной очисткой, обеззараживанием сточных вод, биологическими прудами. Ну и заключительным методом является комбинированная очистка сточных вод – здесь используется гиперфильтрация, электрохимическая очистка стоков.

В заключение хочется сказать несколько слов о наилучших доступных технологиях (НДТ). НДТ – это современные технологии, главная задача которых решение наиболее актуальных экологических проблем, с которым сталкиваются предприятия. Ключевым моментом НДТ является минимизация использования при очистке стоков опасных и не разлагающихся со временем веществ. В рамках реализации необходимо отказаться от применения хлора и иных опасных реагентов во время осуществления производственных процессов, организовать раздельный сбор и удаление остатков используемых веществ, а также внедрять в производство безопасные для экологии реактивы. Среди относительно новых технологий особо востребованы озонирование и радиационная очистка воды.

Таким образом, очистка сточных вод – это не простая, но обязательная процедура. Качественная реализация этой задачи обеспечивается грамотным выбором метода очистки или совокупностью методов. В ходе очистки сточных вод происходит устранение патогенных микроорганизмов, наносящих вред человеку и окружающей среде.

Компания «Агросторойсервис» уже более тридцати лет занимается очисткой сточных вод. Мы выполняем все виды работ – от проекта до изготовления и установки. Мы применяем уникальное, созданное нашими инженерами оборудование, разрабатываем новые технологии и к каждому клиенту находим свой индивидуальный подход. Выбирая нас, Вы можете быть уверены в качестве и надежности используемых технологий и оборудования.

Напоследок посмотрите небольшое видео про работу и устройство биологических очистных сооружений.