Современные методы очистки сточных вод

В разделе: Вода 2022-05-27 27.05.2022

Бузин Игорь

Кандидат биологических наук

Очистка сточных вод контролируется и регламентируется нормативно-правовыми актами, в частности, Постановлением Правительства РФ от 29.07.2013 N 644 «Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации» и Постановлением Правительства РФ от 21 июня 2013 г. N 525 «Об утверждении Правил осуществления контроля состава и свойств сточных вод». Эти правила устанавливают нормативные значения показателей общих свойств отводимой воды и концентраций загрязняющих веществ. Предприятия и организации для соблюдения установленных норм должны проводить анализ сточных вод, позволяющий контролировать процессы очистки.

Чтобы обеспечить в должной мере соблюдение нормативов загрязнения, необходимо использовать специальное оборудование и технологические комплексы.

Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно методы очистки воды, давайте разберемся, что такое «сточные воды» и какие бывают их виды.

Виды сточных вод

Сточными водами называют воды, которые сбрасывают в водоемы с промышленных объектов и населенных пунктов через канализацию или самотеком. Свойства этих растворов связаны с технологическим процессом, в котором они участвовали и, как правило, негативно сказываются на природных объектах, с которыми контактируют.

Сточные воды по составу делятся на три вида, представленные на рисунке 1.

Рисунок 1 — Виды сточных вод

Отличительные характеристики этих видов сточных вод обобщены в таблице 1.

Таблица 1 — Отличительные характеристики разных видов сточных вод

Вид сточных вод	Равномерность поступления сточных вод	Степень загрязнения	Вид загрязнений	Используемые методы очистки
Производственные	Неравномерное (зависит от процессов предприятия)	Условно-чистые Нормативно очищенные Загрязненные	Органические и минеральные примеси	Механические Физико-химические Химические Биологические
Хозяйственно-бытовые сточные воды	Относительно равномерное	Сильно загрязненные	Органические вещества растительного и животного происхождения Отходы жизнедеятельности и моющие средства	Механические Биологические
Атмосферные (ливневые)	Неравномерное (зависит от атмосферных осадков)	Условно чистые Загрязненные	Минеральные загрязнения Нефтепродукты	Механические Физико-механические Химические методы

Производственные сточные воды

Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в различных технологических процессах.

Факторы, влияющие на количество, состав воды и концентрацию загрязняющих веществ показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 — Факторы загрязнения промышленных сточных вод

Типы загрязняющих веществ и их концентрация в сточных водах варьирует от предприятия к предприятию и колеблется в диапазоне от нескольких миллиграмм до десятков граммов на литр даже по отдельным подразделениям одного предприятия.

По степени загрязнения сточные воды промышленных предприятий разделяют на 3 вида:

Таблица 2 — Виды промышленных сточных вод

Вид сточных промышленных вод	Характеристика
Условно-чистые	не приводят к изменению физико-химического состава водоема и не требуют специальной очистки
Нормативно-очищенные	прошли очистку и уровень загрязнений не превышает установленные нормы
Загрязненные	не очищались, концентрация веществ выше установленных нормативов. Сбрасываются в водоемы в расчете на разбавление и самоочищение внутри водного объекта

Сточные воды производственных предприятий, содержат как минеральные, так и органические загрязнения с разной концентрацией и опасны для окружающей среды в большей степени. Поэтому перед сбросом очищаются до уровней, предусмотренных проектом допустимых сбросов, который разрабатывает предприятие и согласовывает с надзорным органом.

Хозяйственно-бытовые сточные воды

Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются в процессе жизнедеятельности человека, в том числе в результате использования санузлов, душевых, бань, прачечных, больниц и столовых.

Загрязнения таких вод делят на два типа:

1. 1.Фекальные — загрязнения, связанные с жизнедеятельностью человека как биологического организма;
2. 2.Хозяйственные — загрязнения хозяйственными отходами и моющими средствами.

Поступление и обработка таких вод относительно постоянны по времени и по объему.

Такие воды признаются сильно загрязненными, содержат более сотни видов микроорганизмов, так как загрязнение носит животное или растительное происхождение. Так как среди микроорганизмов присутствует патогенные — это опасная в эпидемиологическом отношении часть загрязнений. Поэтому обезображивание и отведение этого вида сточных вод контролируется.

В частности, МУ 2.1.5.800-99 «Организация госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод. Методические указания» устанавливает ряд нормативных показателей, обеспечивающих безопасность отведения хозяйственно-бытовых вод и подлежащих контролю. Для контроля за соблюдением установленных требований выполняют микробиологический и паразитологический анализ сточных вод.

Атмосферные (ливневые) сточные воды

Атмосферные (ливневые) сточные воды — это стоки, образующиеся в результате атмосферных осадков, и подразделяются на дождевые и талые. Также образуются в результате смыва примесей поливочной водой.

Этот вид характеризуется эпизодичностью и характеризуется неоднородностью по объему и концентрации загрязнений.

Часть загрязнений приходится на твердые (взвешенные) частицы и нефтепродукты.

Так как ливневые сточные воды с предприятий, образованные в результате загрязнения атмосферных осадков при контакте с конструкциями и территорией, содержат специфические примеси, вредные для окружающей среды — они также учитываются и контролируются. Регулярное проведение анализа вод ливневых систем — способ не нарушать установленные нормы.

На загрязненность поверхностного стока влияют факторы, показанные на рисунке.

Рисунок 3 — Факторы загрязнения ливневого стока

Ознакомившись с особенностями и различиями сточных вод, давайте рассмотрим, какие методы очистки применяют при работе с ними.

Методы механической очистки

Как правило, механическая очистка — это первый этап очистки сточных вод.

Использование механической очистки как самостоятельного метода, возможно в тех случаях, когда осветленная вода будет после использована в технологических производственных процессах или отведена в водоемы без оказания вредного воздействия.

Механическая очистка относится к грубым методам и используется для удаления из воды загрязняющих частиц больше 0,1 мм. Как правило, эта группа методов основывается на извлечении осевших или взвешенных нерастворимых частиц.

В связи с тем, что загрязняющие частицы различаются по физическим характеристикам (размер, физико-химические свойства) и концентрации, методы механической очистки подразделяются на виды, представленные на рисунке 4.

Рисунок 4 — Методы механической очистки сточных вод

Процеживание, фильтрование и отстаивание — более простые методы механической очистки, а применение дисковых фильтров и центрифугирование — более сложные.

Свойства перечисленных методов обобщены в таблице 3.

Таблица 3 — Характеристика методов механической очистки сточных вод

Метод механической очистки	Характеристика метода
Процеживание	Сточные воды пропускаются через решетки и сетки (как правило металлические) с требуемым разметом ячеек, в результате чего задерживаются механические частицы (камни, пластиковые бутылки) и биологические фрагменты (ветки, листья) соответствующего ячейкам размера.
Фильтрование	Вода пропускается через перегородки, заполненные засыпным наполнителем или пористым материалом, которые задерживают дисперсную фазу.
Отстаивание	В основе метода лежит использование силы тяжести, под воздействием которой частицы оседают на дне отстойника или безголовки. Верхний очищенный слой воды переливается в следующую камеру, оставляя в первой загрязнения. Далее процесс повторяется.
Дисковые фильтры	Дисковые фильтры представляют собой «пакет» цилиндрической формы из полимерных дисков, попадая в который сточные воды очищаются от механических примесей.
Центрифугирование (гидроциклоны)	В этом методе происходит разделение фракций твердых частиц во вращающемся потоке жидкости.

Химические и физико-химические методы очистки

Группа методов, представленная на рисунке 5, используется для очистки от растворенных и взвешенных веществ.

Рисунок 5 — Химические и физико-химические методы очистки сточных вод

Рассмотрим эти методы подробнее.

Физико—химические методы очистки сточных вод

К физико—химическим методам очистки сточных вод относятся сорбция, аэрация, коагуляция, экстракция, эвапорация, флотация, электролиз, ионный обмен, кристаллизация. К химическим методам — нейтрализация, окисление и восстановление.

Рассмотрим методы первой группы:

Таблица 4 — Физико—химические методы очистки

Методы очистки	Характеристика метода
Сорбция	Сорбент (твердое тело) погружается в воду с растворенными загрязняющими веществами и поглощает их.
Экстрация	В основе метода лежит способность отдельных видов загрязнений растворятся в жидкости, не смешивающейся со сточными водами (например, гексан). При добавлении такой жидкости в сточные воды, загрязнения переходят в нее. При последующем удалении последней из сточных вод, загрязненность стоков уменьшается. Этим методом удаляют фенолы и жирные кислоты.
Аэрация	Метод удаляет летучие вещества, такие как сульфиды, сероводород, а также поверхностно—активные вещества (ПАВ) за счет окисления кислородом и перевода поллютантов в газовую фазу.
Флотация	Загрязнения удаляются за счет насыщения воды крошечными пузырьками воздуха, к которым прилипают частицы-загрязнители (нефтепродукты, жиры, волокна) и вместе с пузырьками всплывают на поверхность.
Коагуляция	Коагулянты (сернокислое, сернистокислое, хлорное железо, сернокислый алюминий, алюминат натрия) при добавлении в воду образуют гелеобразные хлопья гидроокиси железа и алюминия которые захватывают коллоидные взвешенные частицы в сточной воде и оседают на дно. Для ускорения коагуляция в воду добавляются флокулянты (например, полиакриламид, активированная кремниевая кислота) за счет которых хлопья укрупняются и упрочняются. Для удаления органических примесей используют активный ил, а сам процесс носит название биокоагуляции.
Ионный обмен	Очистка воды производится за счет процесса обмена между ионами, находящимися в сточной воде, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы—ионита. С помощью этого метода извлекаются ценные примеси, такие как цинк, хром, медь, свинец, ртуть и другие металлы, а также соединения фосфора и мышьяка, ПАВ и радиоактивные вещества.
Эвапорация	При использовании метода загрязнения отгоняют вместе с циркулирующим водяным паром. Отделение загрязнений производят затем раствором щелочи. Метод применяется для удаления летучих веществ.
Кристаллизация	Метод построен на выделении твердой кристаллической фазы из растворов, расплавов и газов. При изменении температуры загрязненных вод получаются перенасыщенные растворы находящихся в них веществ, которые затем преобразуются в кристаллы.
Электролиз	Этим методом разрушают органические вещества за счет электрохимического окисления на аноде или регенерируют кислоты, щелочи, металлы.

Химические методы очистки сточных вод

Химическая водоочистка основана на химических реакциях реагентов с загрязняющими веществами в водном растворе и обезвреживании последних путем перевода в неопасные соединения или связывании поллютантов в нерастворимые комплексы. Химические процессы при очистке воды идут с одинаковой скоростью в произвольном объеме жидкости, потому этот метод считается производительным. Химическая очистка на предприятиях лежит в основе обеспечения оборотного водоснабжения и обезвреживания промышленных вод.

Характеристика методов химочистки представлены в таблице.

Таблица 5 — Характеристика методов химической очистки

Методы очистки сточных вод	Характеристика метода
Нейтрализация	При использовании метода оптимизируют кислотно-щелочной баланс на основе протекания реакции нейтрализации между кислой и щелочной средой с образованием солей.
Окисление	За счет действия хлора и его соединений, проявляющих сильные окислительные свойства, происходит изменение форм целевых веществ. Погибают патогенные микроорганизмы, токсичные органические вещества окисляются и переходят в менее вредные.
Восстановление	На основе метода подготавливаются окисленные формы токсичных хрома, мышьяка, ртути, металлов свинца и никеля в молекулярное состояние с целью дальнейшего отделения с помощью методов коагуляции, флотации, отстаивания и связывания на фильтрах для химической очистки воды.

Методы биологической очистки

Биоочистка основана на использовании жизнедеятельности микроорганизмов (бактерий). Бактерии очищают за счет окисления органических веществ, находящиеся в загрязненных водах в растворенном состоянии. Биохимическим методом удается освободиться от органических загрязнений, остающихся в воде после механической очистки на 90% и выше.

Сооружения (станции) для биоочистки классифицируют на два вида:

1. Биостанции, в которых биологическая очистка осуществляется в условиях, близких к естественным (например, в биопрудах, полях орошения или фильтрации). Процесс очищения происходит медленно за счет запаса кислорода в воде биологических прудов и в почве, а также в результате деятельности микроорганизмов—минерализаторов, которые окисляют органические загрязнения.
2. Очистительные сооружения, в которых очистка вод осуществляется в искусственно контролируемой среде (например, аэротенки и биологические фильтры). В этих установках создаются условия, ускоряющие процесс биоочистки.

Очищенная вода перед спуском в водоемы окончательно дезинфицируется, для того чтобы уничтожить оставшиеся патогенные микроорганизмы.

Особенности очистки сточных вод для предприятий разных отраслей

Объемы потребления и отведения сточных вод, виды загрязнений, направления анализа сточных вод, контролируемые показатели, используемые методы очистки и оборудование определяются отраслью и интенсивностью производства.

Рисунок 6 — Распределение сточных вод по отраслям

В городах с развитой промышленностью 63% потребления и загрязнения воды приходится на предприятия и организации. Рассмотрим особенности применяемых методов очистки сточных по отраслям хозяйствования.

Особенности отведения сточных вод в нефтеперерабатывающей промышленности

Нефтесодержащие сточные воды — серьезный источник долгосрочного загрязнения водоемов. Вещества, содержащиеся в нефти (углеводороды, органические кислоты), образуют на воде пленку, нарушающую газообмен между водоемом и атмосферой, что приводит к гибели водных организмов от дефицита кислорода.

Качество и состав сточных вод объектов нефтепереработки регламентируется нормативными документами, в которых приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) нефтепродуктов и сопутствующих минеральных и органических соединений.

Комплексы очистных сооружений на предприятиях нефтепеработки очищают нефтесодержащие воды в следующей последовательности:

Таблица 6 — Этапы очистки воды на нефтеперерабатывающих предприятиях

Этап очистки	Группа методов	Удаляемые загрязнения	Методы/оборудование
1	Механическая очистка	Грубодисперсные примеси и нефтеплёнки	Нефтеловушки, песколовки, гидроциклоны Отстойники дополнительного отстоя
2	Физико-химическая очистка	Коллоидные и растворенные соединения	Флотация, адсорбция, коагуляция и флокуляция
3	Биохимическая очистка	Растворенные органические соединения	Аэротенки и отстойники
4	Обеззараживание	Патогенные организмы	Озонирование, ультрафиолетовое обеззараживание

Особенности отведения сточных вод на текстильных предприятиях

Особенность сточных вод предприятий текстильной промышленности — содержание в них красителей, реагентов, примесей, соединений тяжелых металлов, СПАВ (синтетически поверхностно-активных веществ), волокон, вредных органических соединений и т. п.

Очищение сточных вод на текстильных предприятиях основывается на применении методов механической, химической и биологической очистки. В зависимости от особенностей производства, механическая и химическая очистка могут применяться как для итоговой очистки перед спуском в водоем, так и в качестве предварительной очистки. Применяется механическая очистка вод путем флотационной очистки с предварительной химической обработкой сточных вод. При этом достигается выделение 90–95% взвешенных веществ; биохимическое потребление кислорода (БПК) при этом снижается на 20–50%, а цветность до 50% и более.

Характеристика сточных вод прачечных предприятий и автомоек

В ходе работы прачечного хозяйства и автомоек образуется большое количество сточных вод. В составе содержаться ПАВ, в том числе анионные (АПАВ) и неионогенные синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) (моющие средства, детергенты, отбеливатели), взвешенные вещества (в том числе эмульгированная грязь), соли жесткости, красители, нефтепродукты, механические частицы и волокна ткани.

Концентрация загрязнений в сточных водах таких предприятий превышает в 2–3 раза загрязнения в составе вод городских канализаций.

Еще одна отличительная особенность — то, как при смешении вод, сливаемых с прачечных и автомоек с городскими канализационными стоками, появляется стойкое пенообразование. СПАВ, попадающие на городские очистные сооружения, затрудняют работу отстойников, повышают нагрузку на очистные сооружения и снижают степень очистки хозяйственно-бытовых стоков подавляя, в том числе, микробиологическую деятельность.

Методы очистки и конкретные технологии для стоков автомоек и прачечных подбираются с учетом специфики загрязняющих веществ.

Особенности отведения сточных вод на животноводческих и птицеводческих фермах

30% потребления воды и отвода стоков занимает сельское хозяйство. Водные ресурсы используются для снабжения фермерских хозяйств, орошения земель и т.  д.

Сельскохозяйственные сточные воды содержат до 10 граммов на литр химических компонентов опасных для живых организмов. Помимо этого, в них часто содержатся частицы грунта.

В составе сточных вод содержатся неорганические (калий, фосфор, азот) и органические (удобрения, пестициды, фунгициды, гербициды и инсектициды) компоненты. Эти вещества опасны и вызывают отравления вплоть до летального исхода.

Воды, отводимые животноводческими и птицеводческими комплексами, характеризуются микробным и органическим загрязнением. Для оценки степени и состава загрязнения может проводиться микробиологический и паразитологический анализ сточных вод.

При подготовке этих сточных вод к обеззараживанию должно быть предусмотрено отстаивание с последующей очисткой. Очистка воды предприятий данного направления регулируется МУ 2.1.5.800-99 «Организация госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод. Методические указания».

Вывод

Сегодня предприятиям и организациям доступен внушительный набор методов для очистки сточных вод. Для сохранения экологии, соблюдения установленных нормативов по загрязнениям, предприятия должны выбирать наиболее эффективные методы очистки и следить за показателями регулярно проводя анализ сточных вод и регулируя процессы и степень очистки исходя из требования и нагрузки на экосистемы.

Литература

1. Вайцель А.А. Механические методы очистки сточных вод // Наука, образование и культура. — 2019. — № 3(37). — С. 13-14
2. Дружинская О.И. Анализ технологий и методов очистки сточных вод текстильного производства // В сборнике: Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности (инновации-2018). Сборник материалов международной научно-технической конференции. 2018. с. 109-111.
3. Иванов Д.Б., Уралева А.И. Методы очистки нефтесодержащих сточных вод // Наукосфера — 2021. — № 71. — 175-180.
4. Роствинская В.С. Изучение методов очистки сточных вод // Трибуна ученого. — 2020. — № 7. — с. 78-84.

Очистка сточных вод: требования и нормативы, методы

Промышленные и бытовые стоки являются источником опасных химических соединений, тяжелых металлов и микроорганизмов. Сброс таких отходов без предварительной переработки наносит большой вред экологии. Физический и химический методы очистки сточных вод делают их безопасными для окружающей среды.

Чтобы не причинять ущерб окружающей среде и человеку, сточные воды необходимо очищать.

Содержание

1. Разница между очищением воды и обеззараживанием
2. Необходимость очистки сточных вод
3. Характеристики загрязняющих веществ
4. Требования и нормативы
5. Технологическая схема работы водоочистных сооружений
6. Механические методы очистки сточных вод
7. Решетки
8. Отстаивание
9. Гидроциклон
10. Песколовки
11. Центрифугирование
12. Фильтрация
13. Микрофильтрация
14. Физическая фильтрация
15. Магнитная обработка
16. Электромагнитная обработка
17. Ультразвуковая и ультрафиолетовая обработка
18. Ионизирующее облучение
19. Химические способы очистки
20. Окисление и восстановление
21. Озонирование
22. Нейтрализация
23. Осаждение
24. Другие методы очистки
25. Анаэробные
26. Аэробные
27. Гиперфильтрация
28. Электрохимическая очистка
29. Как выбрать правильный способ
30. Подробнее об очищении разных типов стоков
31. Промышленные
32. Бытовые
33. Поверхностные
34. Какие проблемы могут возникнуть

Разница между очищением воды и обеззараживанием

Очищение и обеззараживание — это разные этапы понижения класса опасности отработанных вод. Часто используют оба способа. При очистке из стоков удаляют химические и механические примеси. Обеззараживание проводится для уничтожения микроорганизмов, в т.ч.:

• бактерий;
• гельминтов, их яиц;
• вирусов;
• грибков и т.д.

Применяют физические, химические и комплексные методы обеззараживания. К первому способу относится воздействие ультразвука, ультрафиолета и т.д. Химические методы предполагают использование таких реагентов, как:

• озон;
• диоксид хлора;
• полимерные антисептики;
• гипохлорит натрия и т.д.

Комбинированное обеззараживание включает ряд физических и химических методов очистки. Такая технология обеспечивает наилучший результат.

Смотрите также: Реализованные проекты по водоочистке на различных объектах промышленности, ЖКХ, энергетике и др. от компании «КВАНТА +»

Необходимость очистки сточных вод

Комплексная очистка стоков требуется для устранения биологических, механических, химических и прочих загрязнителей. Этот комплекс мероприятий необходим, чтобы сделать воду максимально безопасной для людей.

Сброс стоков без очистки приводит к сильнейшему загрязнению почвы, воды и атмосферы. Часто это провоцирует гибель целых биотопов.

Из-за уничтожения сред обитания многие виды живых существ сейчас находятся на грани вымирания. Даже если в водоем попадают неочищенные воды из канализации, это может привести к гибели рыб, земноводных и моллюсков в водоеме.

Характеристики загрязняющих веществ

Стоки включают большое количество отравляющих веществ. В классификации они подразделены в зависимости от степени опасности. Примеси по-разному действуют на живые организмы. Характеристики наиболее опасных стоков:

1. Классификация и состав сточных вод.

   Бытовые отходы содержат много органических соединений, остатков химических моющих средств и т.д. Эти вещества губительны для рыб, но при этом являются питательной средой для зеленых бактерий. Увеличение численности этих микроорганизмов приводит к большему прогреву воды и уменьшению в ней содержания кислорода. Кроме того, сброс таких отходов без предварительной очистки способствует росту количества вредных соединений в водоемах и почве.

2. Отработанная вода с целлюлозно-бумажных комбинатов, не прошедшая комплексной очистки, содержит красители, фенолы, остатки лака, древесные компоненты и т.д. Разлагаясь, эти вещества провоцируют выброс сероводорода, метана, диоксида углерода и других опасных газов. В то же время такие отходы становятся причиной роста числа цианобактерий в водоемах.
3. Отходы химической и нефтяной промышленности способны увеличивать уровень вязкости воды и снижать содержание в ней кислорода. В таких стоках определяется присутствие опасных токсинов, способных уничтожить всех рыб и земноводных, обитающих в водоеме, и приводить к гибели диких и домашних животных, приходящих утолить жажду. Кроме того, такие отходы могут сделать почву непригодной для хозяйственной деятельности на долгие годы.
4. Отходы предприятий мясомолочной промышленности сбрасывают стоки, содержащие фрагменты шерсти, жир, кровь, сырную крошку и т. д. Эти вещества делают водную среду более щелочной. К тому же такие стоки являются питательной средой для вирусов, бактерий и грибов. Рыбы, дикие наземные животные, водоплавающие птицы и водяные растения заражаются патогенной микрофлорой и погибают, что приводит к нарушению природного баланса.
5. Отходы предприятий текстильной промышленности содержат остатки синтетических и натуральных волокон, молекулы тяжелых металлов и т.д. Эти загрязнения забивают пищеварительную систему рыб и моллюсков. Кроме того, стоки изменяют ферментативную реакцию воды.
6. Стоки предприятий, выпускающих продукты питания, содержат много нитратов и фосфатов, являющихся питательной средой для цианобактерий. Размножение зеленых водорослей приводит к уменьшению содержания кислорода в воде и гибели рыбы.

Требования и нормативы

Каждое предприятие должно выполнять очистку отработанных вод согласно федеральному закону от 2011 г. «О водоснабжении и водоотведении».

Со стоков должны быть устранены все виды загрязнений перед их возвращением в природные или рыбохозяйственные объекты. Это требование описано в СанПиН 2.1.5.980-00 — «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

Технологическая схема работы водоочистных сооружений

Отработанная жидкость должна пройти долгий путь для избавления от всех вредных химических, органических, механических, биологических и других примесей. Технологическая схема системы очистки сточных вод достаточно сложная. Сначала проводятся подготовительные мероприятия, включающие:

1. Процесс усреднения, занимающий 18-24 часов, при котором смешиваются воды, содержащие разное количество загрязнителей.
2. Нейтрализацию — добавление в стоки сульфатной кислоты, известкового молока, углекислого газа и других реагентов для устранения растворенных кислот и щелочей.
3. Охлаждение горячих стоков для удаления взрывоопасных газов.

Технологическая схема работы очистных сооружений.

Следующим этапом становится механическое устранение примесей. Основные стадии очистки:

• помещение в отстойники;
• обработка в центрифуге;
• удаление нефтепродуктов, жира и масел;
• фильтрация;
• коагуляция стоков;
• аэрация;
• мембранная фильтрация.

Затем выполняется деструктивная очистка, которая предполагает окисление органических веществ аэробными и анаэробными микроорганизмами, а также химическими реактивами или термической обработкой. Далее проводится глубокая очистка вод. Она включает следующие методы:

• осветление;
• фильтрацию;
• дезинфекцию.

После такого очищения стоки могут быть возвращены в природный водоем или же повторно использованы в производственном цикле.

Механические методы очистки сточных вод

Существует немало механических методов очистки стоков, которые помогают удалить мусор разной фракции. Это первичная стадия устранения загрязнений.

Решетки

Решетки — достаточно простое оборудование, на которое попадают стоки при водоотведении. В зависимости от конструкционных особенностей, такие устройства бывают радиальными, вертикальными и горизонтальными. Аппарат захватывает крупные твердые элементы.

Механизированные решетки необходимы для устранения крупных частиц в сточных водах.

Такие установки перемещают мусор в специальный сборник. Часто решетки оснащены особыми отстойниками, задерживающими взвешенные частицы, опускающиеся под действием силы тяжести. Это обеспечивает более глубокую первичную очистку стоков.

Отстаивание

На большинстве очистных станций присутствуют специальные отстойники. В процессе переработки наблюдается расслоение отработанной воды. Вниз опускаются тяжелые примеси, на поверхности появляется пленка легких соединений, а в середине резервуара формируется прослойка относительно чистой водной среды с содержанием загрязнителей в виде взвеси. После отстаивания удается устранить твердый мусор и пленку. В дальнейшем стоки перемещаются на более глубокую очистку.

Гидроциклон

Устранение загрязнений в этой установке основано на физических свойствах центробежной силы. Вода поступает в аппарат и начинает двигаться по спирали. В результате этого механические частицы отделяются от основного потока и оседают в накопителе шлама. Чистая жидкость отводится через трубу. В нижней части гидроциклона накапливаются твердые отходы, которые нужно периодически устранять.

Схема очистки сточных вод с помощью гидроциклона.

Песколовки

Такие приборы используются для устранения мелких загрязнителей, взвеси и минеральных соединений. Чаще на очистных сооружениях применяют тангенциальные песколовки, оснащенные касательным подводом воды. В периферической части стоки двигаются вниз, а в центре — вверх. Вращение медленное, поэтому песок осаждается в конусовидной конструкции. Периодически прибор очищают. Отфильтрованный песок вывозят на специальную площадку или утилизируют.

Центрифугирование

Этот метод устранения примесей основан на действии центробежной силы. Сток помещают в специальный аппарат, обеспечивающий вращение жидкости. Из одной трубы после переработки вытекает предварительно очищенная от твердых частиц вода, а из другой отводится мусор. Такой метод обеспечивает высокую степень устранения механических загрязнителей.

Фильтрация

Для проведения фильтрации в отдельной емкости устанавливается система перфорированных перегородок, на которых размещают материал, задерживающий твердые частицы. В зависимости от конструкции такие приборы могут быть с нисходящим или восходящим потоком. Первые являются более надежными, обеспечивают максимальное удаление твердых примесей.

Схема очистки с помощью фильтрации.

Микрофильтрация

Этот метод удаления примесей предполагает использование специальных мембран, выполненных из керамики, полимера, стекла и т.д. При прохождении через такой фильтр задерживаются частицы до 0,1-1 мкм. Такой способ обработки дает высокие результаты, однако его чаще применяют для финальной очистки, когда в воде присутствует мало нерастворенных примесей. Это связано с тем, что поры фильтра могут быстро забиться при попытке пропустить через него сильно загрязненные стоки.

Физическая фильтрация

Физические способы фильтрации помогают удалить из стоков большинство видов химических загрязнителей и патогенных микроорганизмов.

Магнитная обработка

Магнитное воздействие активизирует процессы кристаллизации солей, образующих накипь. При такой обработке в стоках снижается уровень ионов магния и кальция. Эти вещества выпадают в осадок. В прошедших такую очистку стоках уменьшено содержание органических соединений, в т.ч. парафинов.

Схема очистки стоков с помощью магнитного воздействия.

Электромагнитная обработка

При простой магнитной обработке примеси из воды оседают примерно сутки. Затем этот процесс прекращается. При электромагнитной фильтрации очистка продолжается до 3-5 суток.

Ультразвуковая и ультрафиолетовая обработка

Эти методы помогают устранить бактерии, грибки и других вредоносных микроорганизмов.

Под воздействием ультразвука в стоках образуется много маленьких пузырей, в которых находится разогретый газ. Когда эти элементы лопаются, возникает сильнейший перепад давления, уничтожающий клеточную оболочку микробов.

Воздействие ультрафиолета хорошо обеззараживает воду. Интенсивные лучи проникают внутрь оболочки микроорганизмов, разрушая ДНК. После такого воздействия патогенная микрофлора перестает размножаться и быстро погибает.

Метод обработки сточных вод с помощью ультразвука и ультрафиолета.

Ионизирующее облучение

Воздействие на стоки ионами нейтрализует большинство разновидностей токсинов и ядов. Кроме того, этот метод помогает подавить активность патогенных микроорганизмов. При такой обработке удается устранить до 99% ядовитых примесей.

Химические способы очистки

Реагенты используют для связывания и выведения из стоков растворенных химических веществ, которые могут негативно влиять на общий экологический фон.

Окисление и восстановление

Использование окислительных реагентов показано для удаления из жидкости ионов цинка, меди, цианидов, сероводорода и сульфидов. Наиболее часто задействуют фтор, хлор, перманганат калия, пероксид водорода и др. Такой вариант очистки используют далеко не на всех станциях, т.к. он является дорогостоящим.

Озонирование

Озонирование применяется для удаления таких опасных примесей, как мышьяк, хром, ртуть и т.д. Вода в специальной установке насыщается молекулами озона, связывающимися с опасными соединениями, провоцируя их выпадение в осадок. Это крайне эффективный метод удаления примесей.

Очистка сточных вод озонированием.

Нейтрализация

Этот способ применяют для устранения из вод щелочей и кислот. Нередко для удаления примесей используют особые реагенты, в т.ч. соду, доломит, известковое молоко и т.д.

Осаждение

При проведении осаждения в стоки вводят специальные реагенты, которые, оседая на дно, захватывают в свою кристаллическую структуру загрязнители. Метод применяют все реже, т.к. в результате его использования образуется много шлама. К тому же увеличивается содержание солей и токсинов в воде.

Другие методы очистки

Сейчас для устранения загрязнений из стоков активно применяют аэробных и анаэробных микробов. Кроме того, все чаще используется гиперфильтрация и электрохимическая очистка.

Анаэробные

При такой обработке используют анаэробные бактерии, которым не нужен кислород для жизнедеятельности. Метод является наименее затратным, т.к. не требуется нагнетания воздуха в емкость. Это уменьшает затраты на устранение загрязнителей из стоков. Применение таких микроорганизмов помогает удалить до 85% примесей.

Метод очистки с помощью анаэробных микроорганизмов.

Аэробные

При этом методе очистки используют специальных бактерий, которые питаются загрязнителями. Часто устанавливают 2-ступенчатые системы. В первую фазу в емкости цилиндрической формы происходит рецикл иловой смеси и увеличение биоценоза. Здесь установлены мешалки и приборы для нагнетания воздуха. На следующей фазе осадок накапливается в днище, имеющем форму конуса. Здесь доокисляются органические соединения.

Применение аэробных бактерий помогает устранить до 99% примесей.

Гиперфильтрация

Гиперфильтрацию еще называют обратным осмосом. Это высокоэффективный способ очистки. В этом случае стоки под высоким давлением пропускаются через мембрану, содержащую микропоры. Через фильтр проходят только молекулы воды. Полученная жидкость сходна свойствами с дистиллятом.

Технология очистки вод с применением гиперфильтрации.

Электрохимическая очистка

Этот метод предполагает пропускание электрического тока через отработанную воду. Могут задействоваться как нерастворимые, так и растворимые электроды. Под воздействием тока происходит кристаллизация многих видов примесей. Затем они выпадают в осадок. Путем электролиза могут быть устранены остатки нефтепродуктов, жиры и т.д.

Как выбрать правильный способ

Чтобы выбрать лучший способ очистки, нужно провести анализы для определения характеристик примесей. Нередко требуется использовать сразу несколько методов очистки для достижения хорошего результата.

Подробнее об очищении разных типов стоков

Есть рекомендации, касающиеся очищения бытовых, поверхностных и промышленных стоков. Отработанные воды этих видов имеют разный состав химических загрязнителей. Посмотреть реализованные проекты по очистке воды на предприятиях от компании КВАНТА+ можно тут.

Промышленные

Производственные стоки требуется обязательно очищать отдельно, т.к. их сброс в общую систему приведет к перегрузке городских сооружений. Технологическая схема устранения загрязнений с отработанной воды зависит от особенностей примесей. В одних стоках может присутствовать повышенное содержание органических соединений, а в других — тяжелые металлы. Технология очистки жидкости до рекомендованных показателей подбирается с учетом состава загрязнений.

Технология промышленной очистки сточных вод отличается в зависимости от состава стоков.

Бытовые

В бытовых стоках высоко присутствие минеральных и органических соединений.

Чаще для устранения загрязнителей применяют биологические методы очистки, а также специальные реагенты.

Поверхностные

К поверхностным водам относится жидкость, попадающая в ливневую канализацию. Такими стоками считают осадки, талый снег и т.д. Вода должна поступать в отстойник. Смытые атмосферными осадками твердые частицы выпадут в осадок. После этого стоки должны быть обработаны во флотаторе для устранения следов нефтепродуктов. В последнюю очередь выполняется финальная очистка за счет сорбционных фильтров. Только после этого стоки могут быть возвращены в природный водоем.

Какие проблемы могут возникнуть

Наиболее часто после прохождения всех ступеней фильтрации вода остается достаточно сильно загрязненной. Такая проблема особенно остро стоит в России. Это связано с износом и устареванием оборудования, предназначенного для устранения примесей.

Кроме того, аппараты для профессиональной очистки являются крайне дорогостоящими, поэтому большинство регионов не могут их приобрести. Так, ультрафиолетовые обеззараживатели установлены только в нескольких крупных городах России. Некоторые очистные сооружения недостаточно финансируются, поэтому в целях экономии электроэнергии и реагентов они не проводят всех необходимых этапов обработки отходов.

Многие предприятия оснащены устаревшей очистительной техникой, поэтому сбрасывают достаточно загрязненные стоки в реки и озера. Часто производители не хотят вкладывать деньги в установку необходимого оборудования или оплачивать утилизацию на специальных предприятиях, поэтому сбрасывают свои отходы в реки. Штрафы за вред, нанесенный окружающей среде, относительно невысоки, поэтому не пугают нарушителей.

Процесс очистки сточных вод — DEP

Каждый день сточные воды сбрасываются в канализацию из домов, школ, предприятий и заводов и попадают в канализационную систему города Нью-Йорка. В большинстве районов города комбинированная канализационная система собирает и отводит сточные воды и ливневые стоки с улиц, тротуаров и крыш вместе на предприятие по утилизации ресурсов сточных вод.

На наших 14 объектах по восстановлению ресурсов сточных вод сточные воды проходят пять основных процессов очистки, которые точно имитируют естественную очистку воды водно-болотных угодьях, реках, ручьях и озерах. Примерно через 8–10 часов наши предприятия удаляют загрязняющие вещества из сточных вод и выпускают чистую воду в водные пути города Нью-Йорка. Сегодня наши установки по переработке сточных вод также извлекают энергию, питательные вещества и другие ресурсы в процессе очистки.

Для получения дополнительной информации загрузите нашу иллюстрацию процесса очистки сточных вод и ознакомьтесь с нашими образовательными ресурсами по очистке сточных вод.

Предварительная очистка

Фильтрация и откачка

Несколько подземных этажей, поступающие сточные воды, называемые притоком, попадают в объект из канализационной системы. По мере того как сточные воды поступают на объект, они проходят через сетчатые решетки для удаления листьев, веток и мусора, такого как пластиковые пакеты, обертки от пищевых продуктов, бутылки и влажные гигиенические салфетки. Мы собираем мусор и мусор, а затем вывозим его на свалки. Затем магистральные канализационные насосы перекачивают сточные воды с экранов на уровень поверхности объекта.

Первичная очистка

Далее сточные воды поступают в первичные отстойники, где поток воды замедляется. Мы счищаем более легкие твердые частицы, которые всплывают на поверхность, такие как жир и мелкий пластиковый материал, с поверхности резервуаров. Тем временем ил или более тяжелые органические твердые вещества (фекалии, пища и бумажные волокна) начинают тонуть. Мы удаляем этот первичный ил со дна отстойников для сгущения и сбраживания.

Вторичная обработка

Аэрация и окончательное отстаивание

Во время вторичной очистки мы добавляем воздух в аэротенки, чтобы создать здоровую среду для любящих кислород микроорганизмов, которые естественным образом присутствуют в сточных водах. Эти полезные микроорганизмы потребляют большую часть органического материала в сточных водах, что приводит к образованию более тяжелых частиц, которые легче удалить.

Аэрированные сточные воды затем поступают в окончательные отстойники, где более тяжелые твердые частицы оседают на дно. Мы удаляем большую часть этого вторичного ила и объединяем его с первичным шламом для сгущения и переваривания. Мы возвращаем часть вторичного ила в аэротенки, чтобы поддерживать правильный состав полезных микроорганизмов и перерабатывать поступающие сточные воды.

Дезинфекция

Мы добавляем гипохлорит натрия, то же химическое вещество, что и бытовой отбеливатель, для дезинфекции сточных вод и удаления всех оставшихся болезнетворных микроорганизмов. Затем мы выпускаем очищенные сточные воды или стоки в виде чистой воды в местные водоемы.

Обработка осадка

Мы сгущаем осадок, собранный во время первичной и вторичной обработки, для дальнейшего отделения воды от твердого материала. Мы помещаем сгущенный ил в резервуары, называемые варочными котлами, в которых поддерживается среда с низким содержанием кислорода, нагретая примерно до 9°С. 8°F. Микроорганизмы, которые размножаются в этой анаэробной среде, переваривают осадок, и большая часть материала превращается в газообразный метан, также называемый биогазом.

Примерно через 15 дней обработанный шлам подвергается обезвоживанию, при котором вода удаляется из твердых частиц с помощью больших центрифуг (подобно циклу отжима стиральной машины). Мы можем обезвоживать шесть из наших 14 объектов по переработке сточных вод. На остальных восьми объектах мы используем морские суда для перевозки обработанных твердых частиц для обезвоживания. Оставшиеся твердые вещества, называемые твердыми биологическими веществами, можно компостировать, добавлять в сельскохозяйственные почвы или дополнительно перерабатывать для других полезных целей.

Преобразование отходов в энергию

Биогаз, выделяющийся при сбраживании осадка, можно использовать для производства тепла и электроэнергии для установок по переработке сточных вод. После очистки его можно использовать в качестве возобновляемого природного газа для населения. Восстановление и повторное использование биогаза улучшает операции по очистке воздуха и значительно снижает выбросы парниковых газов в результате наших операций по восстановлению ресурсов сточных вод.

В настоящее время мы работаем с другими городскими агентствами и промышленными партнерами над извлечением органических твердых веществ из городских отходов. Пищевые отходы собираются в продуктовых магазинах, ресторанах, школах и на предприятиях и перерабатываются за пределами площадки в богатую питательными веществами смесь, называемую биожидкостью. Этот материал смешивается с илом на нашем объекте восстановления сточных вод в Ньютаун-Крик, чтобы помочь производить больше биогаза.

Узнайте больше о восстановлении ресурсов.

Очистка сточных вод | Процесс, история, важность, системы и технологии

Cloaca Maxima

См. все материалы

Связанные темы:

отстойник капельный фильтр метод активного ила ил первичная обработка

Просмотреть весь связанный контент →

Последние новости

2 марта 2023 г. , 20:02 по восточноевропейскому времени (AP)

Токсичные «вечные химикаты» скоро получат свои первые ограничения в США

Ожидается, что Агентство по охране окружающей среды предложит ограничения на вредные «вечные химикаты» в питьевой воде после обнаружив, что они опасны в настолько малых количествах, что их невозможно обнаружить

Основные вопросы

Что такое сточные воды?

Сточные воды представляют собой загрязненную форму воды, образующуюся в результате дождевых стоков и деятельности человека. Его еще называют канализацией. Обычно его классифицируют по способу образования, в частности, как бытовые сточные воды, промышленные сточные воды или ливневые сточные воды (ливневые воды).

Как образуются сточные воды?

• Бытовые сточные воды образуются в результате использования воды в жилых домах, на предприятиях и в ресторанах.
• Промышленные сточные воды образуются в результате сбросов производственных и химических производств.
• Дождевая вода в городских и сельскохозяйственных районах собирает мусор, песок, питательные вещества и различные химические вещества, тем самым загрязняя поверхностные стоки.

Подробнее ниже: Источники загрязнения воды

Какие загрязняющие вещества обычно присутствуют в сточных водах?

Сточные воды содержат широкий спектр загрязнителей. Количество и концентрация этих веществ зависят от их источника. Загрязнители обычно подразделяют на физические, химические и биологические. Обычные загрязнители включают сложные органические материалы, соединения, богатые азотом и фосфором, и патогенные организмы (бактерии, вирусы и простейшие). Синтетические органические химикаты, неорганические химикаты, микропластик, отложения, радиоактивные вещества, масло, тепло и многие другие загрязнители также могут присутствовать в сточных водах.

Подробнее читайте ниже: Характеристики сточных вод: Основные загрязнители

загрязнение

Узнайте больше о различных видах загрязнения.

Как обрабатываются сточные воды на очистных сооружениях?

Очистные сооружения используют физические, химические и биологические процессы для очистки воды. Процессы, используемые на этих объектах, также подразделяются на предварительные, первичные, вторичные и третичные. Предварительный и первичный этапы удаляют ветошь и взвешенные вещества. Вторичные процессы в основном удаляют взвешенные и растворенные органические вещества. Третичные методы обеспечивают удаление питательных веществ и дальнейшую очистку сточных вод. Дезинфекция, последний этап, уничтожает оставшиеся патогены. Осадок отходов, образующийся при очистке, отдельно стабилизируется, обезвоживается и отправляется на свалки или используется в наземных целях.

Подробнее читайте ниже: Очистка и удаление сточных вод

Почему восстановление ресурсов сточных вод важно?

Сточные воды представляют собой сложную смесь металлов, питательных веществ и специальных химических веществ. Восстановление этих ценных материалов может помочь компенсировать растущие потребности сообщества в природных ресурсах. Концепции восстановления ресурсов развиваются, и исследователи изучают и разрабатывают многочисленные технологии. Особое внимание уделяется рекультивации и повторному использованию очищенной воды для орошения, пополнения запасов грунтовых вод или в рекреационных целях.

Подробнее читайте ниже: Очистка и удаление сточных вод: повторное использование сточных вод

управление природными ресурсами

Узнайте больше о том, как сообщества обеспечивают доступ к природным ресурсам.

Узнайте, как сточные воды снова превращаются в питьевую путем прохождения различных процессов на очистных сооружениях

Посмотреть все видео к этой статье

очистка сточных вод , также называемая очистка сточных вод он достигает водоносных горизонтов или естественных водоемов, таких как реки, озера, устья рек и океаны. Поскольку чистая вода не встречается в природе (т. е. за пределами химических лабораторий), любое различие между чистой водой и загрязненной водой зависит от типа и концентрации примесей, обнаруженных в воде, а также от ее предполагаемого использования. В широком смысле вода считается загрязненной, если она содержит достаточно примесей, которые делают ее непригодной для определенного использования, например, для питья, плавания или рыбной ловли. Хотя на качество воды влияют природные условия, слово загрязнение обычно подразумевает деятельность человека как источника загрязнения. Таким образом, загрязнение воды в первую очередь вызвано сбросом загрязненных сточных вод в поверхностные или подземные воды, и очистка сточных вод является основным элементом борьбы с загрязнением воды.

Историческая справка

Прямой сброс сточных вод

Во многих древних городах были дренажные системы, но в основном они предназначались для отвода дождевой воды с крыш и тротуаров. Ярким примером является дренажная система Древнего Рима. Он включал в себя множество поверхностных водоводов, которые были соединены с большим сводчатым каналом, называемым Cloaca Maxima («Великая канализация»), по которому дренажные воды поступали в реку Тибр. Построенная из камня и в большом масштабе, Cloaca Maxima является одним из старейших существующих памятников римской инженерии.

В Средние века городские дренажные и канализационные системы были мало усовершенствованы. Использовались тайные подвалы и выгребные ямы, но большинство отходов просто сбрасывали в желоба, чтобы смыть их через канализацию наводнениями. Туалеты (уборные) устанавливали в домах еще в начале 19 века, но подключали их, как правило, к выгребным ямам, а не к канализации. В густонаселенных районах местные условия вскоре стали невыносимыми, поскольку выгребные ямы редко опорожнялись и часто переполнялись. Угроза общественному здоровью стала очевидной. В Англии в середине 19 в.Вспышки холеры были связаны непосредственно с колодезной водой, загрязненной человеческими отходами из подвалов и выгребных ям. Вскоре стало необходимо, чтобы все туалеты в крупных городах были подключены непосредственно к ливневой канализации. Это переносило сточные воды с земли возле домов в близлежащие водоемы. Таким образом, возникла новая проблема: загрязнение поверхностных вод.

Раньше говорили, что «решение проблемы загрязнения — разбавление». При сбросе небольшого количества сточных вод в проточный водоем происходит естественный процесс самоочищения ручья. Однако густонаселенные сообщества производят такое большое количество сточных вод, что одно только разбавление не может предотвратить загрязнение. Это делает необходимым обрабатывать или очищать сточные воды до некоторой степени перед удалением.

Строительство централизованных очистных сооружений началось в конце 19-начале 20 веков, в основном в Великобритании и США. Вместо того, чтобы сбрасывать сточные воды непосредственно в близлежащий водоем, они сначала подвергались сочетанию физических, биологических и химических процессов, которые удаляли часть или большую часть загрязняющих веществ. Также начиная с 1900-х годов были разработаны новые системы сбора сточных вод для отделения ливневых стоков от бытовых сточных вод, чтобы очистные сооружения не перегружались в периоды дождливой погоды.

После середины 20-го века растущая забота общества о качестве окружающей среды привела к более широкому и более строгому регулированию методов удаления сточных вод. Требовался более высокий уровень лечения. Например, предварительная очистка промышленных сточных вод с целью предотвращения воздействия токсичных химических веществ на биологические процессы, используемые на очистных сооружениях, часто становилась необходимостью. Фактически технология очистки сточных вод продвинулась до такой степени, что стало возможным удалять из сточных вод практически все загрязняющие вещества. Однако это было настолько дорого, что такие высокие уровни лечения обычно не оправдывались.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Станции очистки сточных вод превратились в большие сложные сооружения, для работы которых требовалось значительное количество энергии.