Производственные сточные воды, как правило, проходят очистку на самом предприятии и в дальнейшем могут быть использованы этим же предприятием, переданы для использования другому предприятию, сброшены в водный объект или по системе водоотведения направлены на общегородские очистные сооружения. Необходимая степень очистки городских сточных вод определяется условиями сброса сточных вод в водные объекты. Однако очистительные возможности общегородских очистных сооружений, основным звеном которых является комплекс биологической очистки, довольно ограничены. На сооружениях биологической очистки из сточных вод практически не извлекаются ионы тяжелых металлов, не подвергаются деструкции искусственно синтезированные органические вещества. Поэтому в составе производственных сточных вод, подаваемых на общегородские очистные сооружения, содержание веществ, неподдающихся или плохо поддающихся биохимическому окислению, должно быть ограниченно или они должны отсутствовать вовсе.
Активный ил, представляющий собой определенным образом сформировавшееся сообщество микроорганизмов и который является главным "рабочим" инструментом биологической очистки, может быть уничтожен или в значительной мере поврежден под воздействием кислот, щелочей, токсичных веществ или высокой температуры. Поэтому подаваемые на биологическую очистку производственные сточные воды не должны губительно действовать на активный ил.
Кроме того, сточные воды, подаваемые в систему водоотведения, не должны вызывать разрушение и засорение канализационных коллекторов.
Исходя из этого, запрещается сбрасывать в городские системы водоотведения производственные сточные воды:
• имеющие рН менее 4,0 и более 9,0;
• при показателях ХПК, более чем в 2,5 раза превышающих БПК5 или
более чем в 1,5 раза превышающих БПКполн, что свидетельствует о значительных концентрациях в сточных водах органических соединений,
неподдающихся биохимическому окислению;
• содержащие токсичные и радиоактивные вещества, возбудителей инфекционных заболеваний, а также вещества, для которых не установлены ПДК;
• с содержанием взвешенных и всплывающих веществ свыше 500 мг/л;
с температурой выше 40° С.
В городские системы водоотведения запрещается сбрасывать:
• концентрированные маточные и кубовые растворы;
• осадки после локальных очистных сооружений, грунт, строительный и
бытовой мусор, производственные отходы;
• кислоты, щелочи, растворители, смолы, бензин, мазут и другие нефтепродукты;
• растворы, содержащие сероводород, сероуглерод, легколетучие углеводороды;
• вещества, способные засорять трубы, колодцы, решетки или отлагаться
на стенках труб;
• горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные
образовывать взрывоопасные смеси, агрессивные газы с разрушающим
коррозионным воздействием на канализационные сети и сооружения.
Сброс сточных вод промышленных предприятий в городскую систему водоотведения должен производиться равномерно в течение суток. Залповые сбросы не допускаются.
Сброс сточных вод в водные объекты после очистки на общегородских
очистных сооружениях регламентируется нормативами предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ (ПДС). Учитывая ограниченные очистительные возможности общегородских очистных сооружений, управление по эксплуатации этих сооружений устанавливает для своих абонентов-предприятий, сбрасывающих сточные воды в городскую систему канализации, лимиты приема по количеству и составу промстоков. Лимиты устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить нормативные условия сброса очищенных на общегородских сооружениях сточных вод в водный объект. Для соблюдения установленных каждому предприятию лимитов производится локальная очистка производственных сточных вод, как правило, на самом предприятии. Иногда несколько предприятий организуют совместную очистку своих сточных вод.
Таблица
Требования к составу и свойствам воды природного водоема
(после смешения со сточными водами)
| Состав и свойства воды | Категория водопользования | |
| водоемы питьевого и культурно-бытового назначения | водоемы рыбохозяйственного назначения | |
| Взвешенные вещества | превышение по сравнению с природными не более 0,25 мг/л | превышение по сравнению с природными не более 0,75 мг/л |
| Плавающие вещества | На поверхности воды не должно быть пленок и пятен масел, нефтепродуктов, жиров и других плавающих веществ | На поверхности воды не должно быть пленок и пятен масел, нефтепродуктов, жиров и других плавающих веществ |
| Запахи, привкусы | Не должно быть (запахов и привкусов интенсивностью более 3 баллов) | Вода не должна иметь посторонних запахов и привкусов и сообщать их мясу рыб |
| окраска | Не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см | Не должна обнаруживаться в столбике высотой 10 см |
| рН | 6,5 - 8,5 | 6,5 - 8,5 |
| Растворенный кислород | Не менее 4 мг/л | Не менее 6 мг/л |
| БПК (полн.) | Не более 3,0 мг/л | Не более 6,0 мг/л |
| Возбудители заболеваний | Не должны содержаться | Не должны содержаться |
| Минеральный состав | Не более 1000 мг/л |
Температура при спуске сточных вод летом не должна повышаться более чем на 3ºС по сравнению со средней температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет. Существуют и находят практическое применение различные приближенные методы оценки качества воды, основанные на гидробиологических, бактериологических, гидрохимических и других характеристиках состава и свойств воды.
5. Для устранения загрязнения сточных вод применяют различные методы очистки, которые классифицируются следующим образом:
по типу процесса очистки:
гидромеханические (процеживание и отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование и центрифугирование);
физико-химические (коагуляция и флокуляция, флотация, адсорбция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, десорбция, электрохимические методы);
химические (нейтрализация, окисление и восстановление, удаление ионов тяжелых металлов);
биохимические (аэробные и анаэробные);
термические, (выпаривание и сжигание);
по виду изменения вредных веществ:
методы выделения примесей без изменения их химического состава и агрегатного состояния;
методы превращения примесей в другие формы и состояния;
биологические;
по видам загрязнения:
очистка от твердых частиц (процеживание, отстаивание, механическое разделение, фильтрование);
очистка от маслопродуктов (отстаивание, механическое разделение, флотация, фильтрование);
очистка от растворимых примесей (экстракция, сорбция, нейтрализация, электрокоагуляция, ионный обмен, озонирование, кондиционирование, обезвоживание);
очистка от органических примесей (применение искусственных и естественных сооружений с использованием биологических фильтров).
Ниже приводятся краткие описания методов очистки.
Гидромеханические методы. Для очистки сточных вод от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками различных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц производится с помощью специальных граблей.
Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений с частицами сравнительно больших размеров (0,2...0,25 мм).
Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.
В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного удаления песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаляют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, масла, смолы, жиры) собираются с помощью нефтеловушек, особенностью которых является удаление загрязнений не снизу, как в отстойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70 %).
Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через пористые перегородки или слой песка.
Центрофугирование как метод очистки производится за счет осаждения частиц под действием центробежной силы. С этой целью применются гидроциклоны.
|
|
Рис. 2. Гидроциклоны
А— вертикальный напорный; Б — многоярусный открытый 1—загрязненная вода; 2—очищенная вода; 3—осадок (шлам); 4—плавающие примеси (нефтепродукты, масла)
Физико-химические методы очистки обеспечивают удаление из воды, как правило, растворенных веществ, неподдающихся или плохо поддающихся биологической очистке, а также веществ, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на коллекторы или другие элементы систем водоотведения.
Наиболее простым ираспространенным методом физико-химической очистки является нейтрализация, которая заключается в подкислении щелочных вод (с рН>8,5) и подщелачивании вод с рН<6,5. При наличии на производстве кислых и щелочных вод нейтрализация достигается их смешением. При отсутствии одной из категорий вод нейтрализация осуществляется путем добавки реагента. Для нейтрализации кислых вод лучше всего использовать отходы щелочей — гидроокиси натрия или калия, не дающие осадка. При использовании гидроокиси кальция в виде известкового молока образуется шлам, который необходимо удалять, обезвреживать и утилизировать. Нейтрализация кислых вод достигается также фильтрованием их через слой известняка, доломита, магнезита, шлака или золы.
Для нейтрализации щелочных вод используется отработанная серная кислота. Высокоэффективным методом нейтрализации щелочных вод является продувка через них газовых выбросов, содержащих оксиды серы, углерода,
азота и другие кислотообразующие окислы. Таким образом, обеспечивается одновременно эффективная очистка дымовых газов.
Реагентная обработка применяется для очистки вод от цианидов, роданидов, ионов тяжелых металлов и ряда других примесей. Вид применяемого реагента определяется составом примесей, подлежащих удалению из воды. Так, разложение цианидов достигается обработкой воды жидким хлором или веществами, выделяющими активный хлор, — хлорной известью, гипохлоридом кальция или натрия.
Окислением удается добиться деструкции таких соединений, как альдегиды, фенолы, анилиновые красители, серосодержащие органические вещества и др. В качестве окислителей применяют кислород, озон, перекись водорода, пиролюзит. В процессе окисления происходит разложение вредных примесей до простых окислов или образование соединений, поддающихся биохимическому разложению.
Извлечение из воды ионов ртути, хрома, кадмия, свинца, никеля, меди, мышьяка основано на переводе их из раствора в нерастворимый осадок. С этой целью очищаемую воду обрабатывают соединениями натрия или кальция — сульфитом, бисульфитом или сульфидом, карбонатами или гидроокисью. Образующийся шлам удаляют, утилизируют или складируют.
Одним из высокоэффективных методов очистки является ионный обмен, который представляет собой процесс взаимодействия очищаемой жидкости с зернистым материалом, обладающим способностью заменять ионы, находящиеся на поверхности зерен, на ионы противоположного заряда, содержащиеся в растворе. Такие материалы называются ионитами. Ионитными свойствами обладают природные минералы — цеолиты, апатиты, полевые шпаты, слюда, различные глины. Синтезировано большое число высокоэффективных ионитов, обладающих селективными свойствами. К ним относятся силикагели, алюмогели, пермутиты, сульфоугли и ионообменные смолы — синтетические высокомолекулярные органические соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами. Иониты не растворяются в воде, обладают достаточной механической прочностью, обеспечивают возможность их регенерации с получением ценных веществ, извлекаемых из очищаемых вод. Существуют ионообменные установки периодического и непрерывного действия.Установки периодического действия работают как фильтры с зернистой загрузкой в виде гранул ионитов. При насыщении поверхности гранул ионами вещества, извлекаемого из воды, производится их регенерация слабым раствором (2—8%) щелочи или кислоты. В установках непрерывного действия гранулы ионитов и очищаемая жидкость движутся противотоком, постоянно перемешиваясь. В процессе работы часть гранул подаются на регенерацию и заменяются новыми. Благодаря высокой механической прочности и способности к регенерации гранулы ионитов имеют довольно продолжительный срок службы. Ионный обмен является, по существу, универсальным методом очистки вод. Для извлечения практически любого вещества из воды можно подобрать соответствующий ионит или группу ионитов. Эффективность ионообменной очистки достигает 95—99%.
|
|
Рис. 3. Установки ионообменной очистки:
А — периодического действия; Б — непрерывного действия.
1 — загрязненная вода; 2 — гранулы ионита; 3 — раствор для регенерации ионита; 4 — очищенная вода; 5 — добавка ионита
Другим универсальным и высокоэффективным методом очистки вод является сорбция. Сорбция применяется преимущественно для очистки сточных вод, которые содержат высокотоксичные вещества, неподдающиеся биохимическому окислению. Метод сорбционной очистки основан на адгезии (прилипании) растворенных веществ поверхностью и порами сорбента — вещества, обладающего разветвленной внешней и внутренней (поры) поверхностью. Наилучшим сорбентом является активированный уголь. Сорбционными свойствами обладают золы, шлаки, опилки, коксовая крошка, торф, керамзит и др. Конструкции установок сорбционной очистки аналогичны ионообменным.Высокая эффективность очистки достигается в установках с псевдосжиженным ("кипящим") слоем, когда в полую вертикальную колонну снизу под давлением подается очищаемая вода, проходящая через слой сорбента, который находится во взвешенном состоянии. Отработанный сорбент заменяется новым или регенерируется. При поддержании сорбента в "кипящем" слое, когда достигаются наилучшие условия контакта его внешней и внутренней поверхности с очищаемой жидкостью, эффективность очистки достигает 99%. Если псевдосжиженный слой слеживается, эффективность очистки резко снижается.
Флотационная очистка применяется для удаления из воды поверхностно-активных веществ (ПАВ), нефтепродуктов, жиров, смол и др. Процесс флотации заключается в сорбировании содержащихся в воде примесей поверхностью пузырьков воздуха, нагнетаемого в очищаемую жидкость. В практике очистки вод используются напорные, безнапорные, вакуумные и электрофлотационные установки. Наибольшее распространение получили напорные установки.В таких установках вода сначала насыщается воздухом под давлением, а затем подается в открытый резервуар, где происходит выделение пузырьков и сорбирование ими содержащихся в воде примесей. Иногда сжатый воздух подается в нижний слой жидкости, находящейся в резервуаре (флотаторе). Для повышения эффективности очистки воздух подается через пористые (фильтросные) пластины. При вакуумной флотации в флотаторе создается разряжение, способствующее образованию пузырьков воздуха. Для безнапорной флотации используются эрлифтные установки, которые позволяют существенно (в 2—4 раза) снизить затраты электроэнергии на флотационную очистку. Повышению эффективности очистки вод при флотации способствует наличие синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). Образуемая ими густая стойкая пена повышает степень извлечения из воды эмульгированных и диспергированных примесей. При флотации одновременно достигается дегазация очищаемых вод и насыщение их кислородом.
Рис. 4. Установки флотационной очистки:
1 — загрязненная вода; 2 — сжатый воздух; 3 — газгольдер; 4 — флотатор; 5 — очищенная вода; 6 — пенный шлам
При электрофлотации образование пузырьков газа происходит вследствие электролиза воды. На аноде выделяется кислород, на катоде — водород. Однако этот метод очистки из-за больших затрат электроэнергии и роста ее стоимости практически не используют. По этим же причинам все реже применяют некогда широко распространенные электрохимические методы очистки вод: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электродиализ. Электрохимические методы очистки основаны на пропускании постоянного электрического тока через очищаемую жидкость. Кислород, выделяемый на аноде, окисляет органические примеси. В качестве анодов используют электролитические неразлагаемые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца или рутения, наносимые на титановую основу. На катодах происходит выделение водорода и оседание ионов металлов с образованием нерастворимых гидроксидов.
Контрольные вопросы:
1. Городские системы водоотведения.
2. Характеристика зон санитарной охраны поверхностных и подземных источников питьевого водоснабжения.
3. Принцип работы и состав городских очистных сооружений.
4. Виды очистных сооружений для небольших населенных пунктов.
5. Классификация методов очистки сточных вод.
6. Основные методы физико-химической очистки производственных сточных вод.
7. Требования к производственным сточным водам, сбрасываемым в городскую систему водоотведения.
Лабораторная работа № 2
