Очистка сточных вод
Для очистки сочных вод используются специальные очистные сооружения.
В зависимости от типа процессов, протекающих в очистных сооружениях, различают механическую, физико-химическую и биологическую очистку сточных вод. На очистных сооружениях образуются большие массы осадков, которые в последующем подготавливают для дальнейшего использования: обезвоживают, обезвреживают, обеззараживают и сушат. При необходимости сточные воды, прошедшие полную биологическую очистку, подвергают доочистке. После очистки, перед сбросом в водоём сточные воды должны обеззараживаться в целях уничтожения патогенных микроорганизмов.
Механическая очисткапредназначена для задержания нерастворённых в воде примесей. К сооружениям для механической очистки относятся: решётки и сита (для задержания крупных примесей), песколовки (для улавливания минеральных примесей и песка), отстойники (для медленно оседающих и плавающих примесей) и фильтры (для мелких нерастворённых примесей). Специфические загрязнения производственных сточных вод удаляются с помощью жироловок, нефтеловушек, масло- и смолоуловителей и др.
Очистные сооружения располагаются по высоте обычно таким образом, чтобы вода из одного сооружения в другое поступала самотёком. Механическая очистка – это, как правило, предварительная ступень очищения перед биологической очисткой.
В некоторых случаях ограничиваются только механической очисткой: например, если небольшое количество сточных вод сбрасывается в очень мощный водоём, или если вода после механической очистки повторно используется на предприятии в технологическом процессе. При механической очистке удаётся задерживать до 60 – 80 % нерастворённых примесей (рис.7.18).
Физико-химические методыочистки применяются в основном для производственных сточных вод. К этим методам относятся: реагентная очистка (нейтрализация, коагуляция, озонирование, хлорирование и др.), сорбция, экстрация (извлечение), эвапорация (выпаривание),флотация, элекродиализ и другие.
Сточная вода
 |
|
|
 | |||||
 |  | ||||
Дробленные отбросы
|
|
Песчаная
пульпа
 |
Сырой
|
 | |||
 |
|
 | |||
|
Выпуск
Рис. 7.18. Технологическая схема очистной станции с механической чисткой сточных вод
Наибольшее распространение получили методы реагентной очистки с применением коагулянтов, в качестве которых используют серно-кислый алюминий Al2 (SO4)3 , хлорное железо FeCl3, сернокислое железо Fe (SO4)3, известь CaCO3 и другие. Соли-коагулянты способствуют укрупнению частиц, образуя хлопья, что даёт возможность для дальнейшего осаждения и фильтрования мелких нерастворённых, коллоидных и частично растворённых примесей.
В ряде случаев физико-химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление загрязнителей, что последующая биологическая очистка не всегда требуется (рис.7.19).
Биологическая очисткасточных вод основана на использовании микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности разрушают находящиеся в воде органические соединения – происходит их минерализация. Микроорганизмы используют органическое вещество в качестве источника питательных веществ и энергии. Сооружения биологической очистки условно делят на два типа: сооружения, в которых процессы протекают в условиях, близких к естественным, и на сооружения, в которых очистка протекает в искусственно созданных оптимальных условиях.
Сточная вода
|
|
|
 |
Выпуск
Рис.7.19. Технологическая схема очистных станций с физико-химической очисткой сточных вод (Л.М. Цветковой и др., 1999)
К первым относятся поля фильтрации и биологические пруды, ко вторым – биофильтры и аэротенки.
Поля фильтрации –это земельные участки, искусственно разделённые на секции (участки), по которым равномерно по трубам или открытым каналам распределяется сточная вода, фильтрующаяся проходя через поры грунта (лучше для таких целей использовать песчаные и супесчаные почвы). Профильтрованная вода собирается в дренажных трубах или каналах и стекает в водоёмы.
Уклон поля должен быть не менее 0,002, но не более 0,003 мм/ 100 м длины. По истечении некоторого времени на поверхности почвы образуется биологическая плёнка из аэробных микроорганизмов, способных минерализовать органическое вещество.
Кислород через лёгкие грунты может проникать до глубины 40 –50 см: глубже этих значений минерализация осуществляется в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. Следовательно, очищение воды на полях фильтрации осуществляется в аэробных и анаэробных условиях. Пруды сооружаются как для первичной биологической очистки, так и для доочистки сточных вод после биофильтров и аэротенков. Насыщение воды кислородом происходит вследствие естественной атмосферной аэрации и фотосинтеза, но может применяться и принудительная аэрация с помощью воздушных насосов.
Биофильтры – это сооружения, в которых создаются условия для интенсификации естественных биохимических процессов. Они представляют собой резервуары с фильтрующим материалом и устройством для распределения воды. Сточная вода с помощью распределительных устройств периодически разливается по поверхности фильтрующего материала, где профильтровывается и отводится во вторичный отстойник. На поверхности фильтра постепенно формируется биологическая плёнка, состоящая из различных видов микроорганизмов, которые выполняют ту же самую функцию, что и на полях фильтрации, то есть минерализуют органическое вещество, находящееся в воде. Отмершая биологическая плёнка смывается с поверхности водой и задерживается во вторичном отстойнике.
Аэротенк – резервуар, в который поступает сточная вода после механической очистки, куда подаётся активный, и происходит непрерывная подача воздуха. Образующиеся при этом хлопья активного ила представляют собой биоценоз аэробных микроорганизмов-минерализаторов (бактерий, простейших, червей и т.д.). Постоянная аэрация воды в аэротенке способствует нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Из аэротенка сточная вода в смеси с активным илом поступает во вторичные отстойники, где ил осаждается. Затем основную массу ила возвращают повторно в аэротенк, а очищенная вода подаётся из него в контактные резервуары для хлорирования – обеззараживания (рис.7.20).
Иногда требуется доочистка сточных вод, если по условиям отведения перед сбросом в водоём необходимо дополнительно снизить концентрацию взвешенных в ней веществ: азота, фосфора, БПК и др. Кроме того, доочистка нужна ещё при повторном использовании сточных вод в технологических процессах водоотведения.
Сточная вода
|
|
|
 | |||||
 | |||||
| |||||
Песок
Газ
|
|
Сжатый Избыточный активный ил
воздух
 |
|
|
|
осадок
Циркулирующий активный ил
 |
Сброженный осадок
 | |||||
 | |||||
| |||||
Хлорная
вода
Выпуск
Рис.7.20. Технологическая схема очистной станции биологической очистки сточных вод
Для доочистки от взвешенных веществ применяют следующее оборудование:микрофильтры, фильтры с плавающей загрузкой, установки для пенной флотации и другие.
Для снижения БПК используют коагуляционные, сорбционные и озонаторные установки в сочетании с фильтрами. Доочистку от азота и фосфора применяют для предотвращения эвтрофирования (зарастания) водоёмов и обрастания трубопроводов и аппаратов водорослями. Для удаления фосфора широко практикуют реагентный метод с использованием извести, сульфатов алюминия и железа.
Минеральные соединения азота (нитраты, нитриты и соли аммония) удаляют с помощью физико-химических методов: обдувкой аммиака, ионного обмена, адсорбции, электролиза, озонирования, обратного осмоса, электродиализа, дистилляции и т.д; используют и биологические методы – нитрификацию и денитрификацию (микроорганизмов-нитрификаторов и денитрификаторов).
Обеззараживаниеявляется заключительным этапом очистки сточных вод перед сбросом их в водоём. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции воды путём хлорирования газообразным хлором Cl2 или хлорной известью Ca Cl (OC). Применяют также электролизные установки для получения гипохлорита натрия Na ClO из поваренной соли. Возможно обеззараживание и другими бактерицидными веществами.
Обработка осадков,образующихся в процессе очистки сточных вод, проводится в целях снижения их влажности и объёма, обеззараживания и подготовки к утилизации. В первом сооружении на решётках задерживаются грубые крупные отбросы (тряпки, бумага, остатки продуктов и т.д.), которые вывозятся на свалки или после дробления их направляют в специальные сооружения. Песок из песколовок поступает на песковые площадки для обезвоживания, затем вывозится для дальнейшего использования или применяется повторно по назначению. Для обработки осадков из отстойников используют самостоятельную группу сооружений: иловые площадки, метантенки, аэробные стабилизаторы, установки для обезвоживания и сушки. В практике наиболее широкое распространение получили матантенки.
Метантенки– это герметически закрытые резервуары, где анаэробные (микроорганизмы, способные к интенсивной деятельности без свободного кислорода воздуха, кислород для своей жизнедеятельности освобождают из химических соединений) бактерии в термофильных условиях (+30– 430С) «срабатывают» сырой осадок из первичных и вторичных отстойников. В процессе брожения выделяются газы: СН4 (метан), Н2 (водород), углекислый газ (СО2), аммиак (NH3) и другие, которые затем могут использоваться для разных целей, в том числе в котельной для производства тепла.
Осадки сточных вод, выгружаемые из метантенков, имеют влажность 97 % и неудобны для утилизации. Для уменьшения их объёма применяют обезвоживание на иловых площадках или вакуум-фильтрах, центрифугах и других аппаратах и сооружениях. В результате обезвоженный осадок уменьшается в объёме в 7 –15 раз и имеет влажность 50 –60 %.
Аэробная стабилизация осадков осуществляется в резервуарах, где органическая часть длительное время минерализуется аэробными микроорганизмами при постоянной продувке тёплым воздухом.
Сжигание осадковиспользуется в том случае, если они не подлежат другим видам обработки и утилизации. Мировой опыт показывает, что 25 % образующихся на очистных сооружениях осадков используется в сельском хозяйстве для производства органических удобрений, около 50 % размещаются и хранятся на полигонах и 25 % сжигаются. В связи ужесточением санитарных требований к качественному состоянию осадков, значительно уменьшается возможность их использования в сельском хозяйстве. Специалисты всё больше обращаются к процессу сжигания осадков, который осуществляется в печи при температуре +8500С.
При внедрении установок по сжиганию осадков сточных вод решаются следующие эколого-экономические задачи:
- прекращается вывоз необеззараженного осадка на свалочные полигоны, что позволяет сократить площади под полигонами, это, в свою очередь, уменьшает вырубку лесов для новых площадей складирования осадка и занятия сельскохозяйственных угодий;
- в печах в качестве топлива используются сухие органические осадки сточных вод (природный газ необходим только для розжига печей);
- тепловая энергия, образующаяся при сжигании осадков рекуперуется (возвращается) в котлах-утилизаторах и используется для производственных нужд мусоросжигающих заводов или производства тепла, или электроэнергии;
- годовые эксплуатационные расходы на сжигание осадков сточных вод в 1,9 раза меньше, чем на обработку 10 тыс. м3 осадка на полигонах;
- для производства оборудования для мусоросжигающих заводов задействуются многие промышленные предприятия разных отраслей;
- образующаяся после сжигания зола используется при изготовлении строительных материалов (если она подходит по санитарно-гигиеническим нормам) или производства материала для дорожного покрытия и на другие цели.
Серьёзной проблемой является очистка сточных вод на атомных электростанциях, так как они загрязнены радиоактивными веществами. Для их очистки используются специальные очистные сооружения, обеспечивающие приемлемую по санитарным нормам (для данных производств) очистку вод (рис.7.21).
Рис.7.21.Схема переработки жидких радиоактивных отходов