Размещено на http://allbest.ru

Очистка бытовых сточных вод

Ведение

сточный вода очистка дезинфекция

В условиях активно развивающейся городской инфраструктуры и роста городского населения растет потребность в доступных ресурсах пресной качественной воды. В среднем житель современного мегаполиса расходует 1000 литров воды в день. При этом в канализацию поступает огромное количество загрязненных бытовых стоков, которые либо подвергаются очистке, либо сбрасываются в природные объекты вместе с содержащимися в них загрязняющими веществами. Второй вариант водопользования приводит к глобальным загрязнениям водных экосистем, а, как следствие, ухудшению качества источников пресных вод.

Данная работа посвящена методам очистки бытовых сточных вод, поступающих на городские очистные сооружения. Для раскрытия этой тема, автор счел уместной следующую структуру реферата.

В первых трех главах будут рассмотрены общие вопросы, касающиеся понятия и классификации сточных вод, составу и основным загрязнителям, присутствующим в бытовых сточных водах, общей системе нормирования качества вод ,принятой в РФ.

Четвертая глава будет посвящена первому этапу очистки бытовых вод, а именно механической очистке. В рамках главы будут рассмотрены различные виды очистных сооружений, использующиеся для очистки воды от грубых и тяжелых примесей.

В пятой главе рассмотрены биологические методы очистки бытовых вод. В заключающей шестой главе представлена информация о последнем этапе очистке - обеззараживании вод, прошедших биологическую очистку.

1. Классификация сточных вод

Воды и атмосферные осадки, которые поступают в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод данных вод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Сточные воды это в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые, промысловые и производственные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающиеся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами.

Загрязнение бытовых сточных вод (как и любых других вод) можно разделить на следующие виды[1]:

1. Физическое (тепловое, электромагнитное, радиоактивное);

2. Химическое (ионы тяжелых металлов, пестициды, синтетические поверхностно

активные вещества);

3. Биологическое (патогенные микроорганизмы, продукты генной инженерии).

По генезису различают следующие виды сточных вод [2]:

1. Промышленные сточные воды. Основной загрязнитель -- объекты промышленности и предприятия различного рода деятельности. Отведение происходит посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей характеризуется видом промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы. Наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

2. Поверхностные сточные воды. Основное поступление из дождевых и талых вод, формирующихся из атмосферных осадков, проникающих в почву и стекающих в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории и видом антропогенной деятельности, преобладающей в районе стока.

3. Этот тип стоков в основном поступает из жилых домов, а так же объектов социального пользования(больницы, образовательные учреждения, торговые центры и т. д.). Отведение происходит посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Особенность -- высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

В рамках обозначенной темы будут подробно рассмотрены особенности и способы очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.

2. Бытовые сточные воды

Бытовые сточные воды (БСВ) по своей природе загрязнения подразделяются на [3]:

· органические (примеси растительного и животного происхождения - белки, жиры, углеводы и продукты их разложения) - 45-58%;

· минеральные (кварцевый песок, глина, щелочи, минеральные масла, минеральные кислоты и их соли - фосфаты, гидрокарбонаты, аммонийные соли и т.п.) - 42-55%;

· биологические и бактериальные (различные микроорганизмы - дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в т.ч. болезнетворные).

Все примеси БСВ, независимо от их происхождения, делятся на 4 группы в соответствии с размером частиц [4]:

1. нерастворимые в воде грубодисперсные примеси, как органические, так и неорганические (микроорганизмы - простейшие, водоросли, грибы; бактерии и яйца гельминтов). При определенных условиях могут выпадать в осадок или всплывать на поверхность воды. Большая часть может быть выделена из воды посредством гравитационного осаждения;

2. вещества коллоидной степени дисперсности с размером частиц менее 10-6 см (гидрофильные и гидрофобные коллоидные примеси, высокомолекулярные соединения). Малый размер частиц затрудняет их осаждение под действием силы тяжести. В зависимости от физических условий примеси могут изменять свое агрегатное состояние и выпадать в осадок;

3. примеси молекулярной степени дисперсности с размером частиц менее 10-7 см, образующие при взаимодействии с водой растворы. Для очистки бытовых сточных вод от этих примесей необходимо применять биологические и физико-химические методы;

4. примеси ионной степени дисперсности с размером частиц менее 10-8 см - растворы кислот, солей и оснований. Некоторые из них (аммонийные соли и фосфаты) удаляются из бытовых сточных вод в процессе биологической очистки, однако она не позволяет изменить солесодержание воды (для снижения их концентрации используются физико-химические методы очистки).

Многочисленные данные показывают, что грубодисперсные вещества от общей массы загрязнений в среднем составляют 35,4%, коллоиды - 14,3%, растворенные вещества - 50,3%. Органических веществ в сточных водах содержится 53,7%, минеральных - 46,3 %. Принято считать, что в бытовых сточных водах органические вещества составляют 58%, а минеральные - 42% [4].

3. Нормирование качества вод

Нормирование качества воды рек, озер и водохранилищ проводят в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения». Эти правила устанавливают три категории водоемов (или их участков):

1. Водоемы хозяйственно-питьевого назначения.

2. Культурно-бытового назначения.

3. Водоемы рыбохозяйственного назначения.

Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нормам в створах, расположенных в водотоках на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению, а в не проточных водоемах -- в радиусе одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в рыбохозяйственных водоемах должен соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (наличие течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска -- не далее, чем в 500 м от места выпуска. Вредные и ядовитые вещества нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие каждого вещества.

При нормировании качества воды в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения используют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный, органолептический. Для водоемов рыбохозяйственного назначения наряду с указанными используют еще два вида ЛПВ: токсикологический, рыбохозяйственный.

В таблице 1 приведены нормативные значения некоторых показателей и концентраций веществ, характерных для бытовых сточных вод.

Таблица 1 - параметры очищенных (до нормативных значений) бытовых сточных вод

Параметры	Очищенные БСВ	Степень очистки, %
	водоем культурно-бытового использования	водоем рыбохозяйственного значения
БПКполн	6	3	98 / 99
БПК5	8	4	97 / 99
Взвешенные вещества	10	прирост менее 0,25	97 / 98
Азот аммонийный	2	0,4	75 / 95
Нитриты	3,3	0,02	-
Нитраты	45	9	-
Фосфаты	3,5	0,5	79 / 97
ПАВ	0,5	0,1	96 / 99
Яйца гельминтов и вирусы	Не допускаются	Не допускаются	-

4. Механическая очистка сточных вод

Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод предусматривает 3 основных этапа: механическую (первичную) обработку -- освобождение сточных вод от грубых и тяжелых примесей, взвешенных веществ; биологическую (вторичную) очистку -- освобождение осветленных сточных вод от растворенных органических веществ, находящихся в растворенном и коллоидном состоянии, в результате процессов биологического окисления микроорганизмами активного ила; обеззараживание (освобождение сточных вод после механической и биологической очистки) от патогенных и условно-патогенных микроорганизмов [5].

В настоящей главе будет подробно рассмотрены методы и этапы механической очистки.

В городских сточных водах содержится большое количество нерастворимых и малорастворимых веществ с размером частиц более 0,1 мкм, которые образуют с водой дисперсные системы - суспензии и эмульсии. Такие системы являются кинетически неустойчивыми и в определенных условиях способны разрушаться - выпадать в осадок или всплывать на поверхность воды [6].

Механическая очистка - это выделение из сточных вод находящихся в них нерастворенных грубодисперсных примесей, имеющих минеральную и органическую природу. Для этого применяются следующие методы:

1. Процеживание - задержание наиболее крупных загрязнений и частично взвешенных веществ на решетках и ситах.

2. Отстаивание - выделение из сточных вод взвешенных веществ под действием силы тяжести на песколовках (для выделения минеральных примесей), отстойниках (для задержания более мелких оседающих и всплывающих примесей), а также нефтеловушках, масло- и смолоуловителях. Разновидностью этого метода является центробежное отстаивание, используемое в гидроциклонах и центрифугах.

3. Филътрование - задержание очень мелкой суспензии во взвешенном состоянии на сетчатых и зернистых фильтрах.

Метод отстаивания вместе со сбраживанием осадков используется в комбинированных сооружениях для очистки небольших количеств сточной воды - септиках, двухъярусных отстойниках и осветлителях-перегнивателях.

В настоящее время как самостоятельный метод механическую очистку применяют редко. Такая возможность существует, если при использовании только механической очистки по условиям сброса в водоем обеспечивается необходимое качество воды (для производственных сточных вод - повторный возврат в технологический процесс). В основном же механическую очистку используют как предварительный этап перед биологической очисткой или в качестве доочистки стоков [6].

4.1 Решетки

Предварительная механическая очистка сточных вод предназначена для освобождения сточных вод от грубых примесей, песка, пленок нефти, бензина, масел и пр.

Первым представителем сооружений механической очистки сточных вод являются решетки. Они предназначены для освобождения сточных вод от грубых частиц размером свыше 16 мм. Если их не удалить из сточных вод на этапе предварительной механической обработки, то они выпадут в осадок в сооружениях окончательной механической очистки -- отстойниках. Такой осадок будет неоднородным, что ухудшит процесс его обезвреживания. То есть использование решеток дает возможность в отстойниках получить однородный осадок и этим облегчить технологический процесс его обработки и обезвреживания. Кроме того, решетки предназначены для предупреждения засорения насосов и труб при перекачивании сточных вод и их осадка[5].

Существенное значение имеет улавливание волокнистых материалов -- ниток, бечевок, тряпья, искусственного волокна, которые являются причиной образования плотных тромбов, формирующихся путем фильтрования воды через проницаемый первичный сгусток отбросов. Опыт работы решеток, установленных последовательно друг за другом, показывает, что на второй решетке задерживается до 50 % по объему отбросов, проскочивших через первую решетку. Количество задерживаемых отбросов увеличивается при повышении их содержания в сточных водах[7].

4.2 Песколовки

Песколовки предназначены для освобождения сточных вод от тяжелых минеральных примесей (минерального балласта, не требующего обезвреживания), главным образом песка, перед тем, как они попадут в отстойники. Песколовки применяются на очистных канализационных станциях мощностью свыше 100 м3/сут. Для того чтобы в песколовках задерживался лишь минеральный балласт (песок) и не выпадали органические вещества, скорость движения сточной воды через песколовку должна составлять 0,15--0,3 м/с [5].

Песок в сточных водах может находиться в свободном состоянии и в механически связанном виде, когда он является составной частью агрегата, состоящего из смеси твердых органических примесей и песка. Агрегатно не связанный песок задерживается в песколовках, рассчитанных на осаждение чистого песка под действием сил гравитации. Механически связанный песок осаждается вместе с окружающей его массой агрегата и вследствие этого имеет более низкую гидравлическую крупность.

Песколовки рассчитываются на максимальный расход сточных вод и проверяются на минимальный приток. Тип песколовки необходимо выбирать с учетом пропускной способности очистной станции, состава очищаемых производственных сточных вод и местных условий строительства. Число отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, при этом все отделения должны быть рабочими.

В системах очистки наибольшее применение нашли песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением воды, круглой формы с тангенциальным подводом воды и аэрируемые. Конструкцию сооружения выбирают в зависимости от количества сточных вод и концентрации твердых примесей [7].

4.3 Отстойники

Сточные воды, освобожденные в песколовках от песка и крупных минеральных взвешенных частиц, направляются в первичные отстойники, которые предназначены для задержания гораздо более мелких взвесей. Отстаивание основано на способности грубодисперсных растворенных примесей оседать на дно отстойника под действием гравитационной силы и всплывать на его поверхность под действием архимедовой силы.

В зависимости от назначения отстойников, в технологической схеме очистных сооружений они подразделяются на первичные и вторичные. Первичными называются отстойники, входящие в состав сооружений механической очистки, а вторичными -- отстойники, устраиваемые в составе сооружений биологической очистки для отделения активного ила от биологически очищенных сточных вод [7].

По направлению движения в сооружении подразделяются:

1. Горизонтальный отстойник (рисунок 1) представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Горизонтальные отстойники широко распространены на очистных сооружениях различной производительности, их рекомендуется применять для осветления сточных вод объемом свыше 15 тыс. м3/сутки и они хорошо зарекомендовали себя на сооружениях большой производительности. Их преимущество в том, что они обеспечивают высокий эффект осветления (до 50%) и стабильность в работе[5].

Рисунок 1. Схема горизонтального отстойника и направление движения в нем потока сточных вод

2. Вертикальные отстойники (рисунок 2) представляют собой круглые или квадратные в плане резервуары с конусным или пирамидальным дном. Имеют диаметр до 10 м. Сточная вода в сооружение поступает по лотку к центральной трубе. Достигнув отражательного щита, поток сточной воды меняет направление с нисходящего на горизонтальный, а затем на вертикальный восходящий. Во время вертикального восходящего потока происходит оседание взвешенных веществ. В осадок выпадают взвешенные вещества, имеющие большую гидравлическую характеристику, чем скорость восходящего потока сточной воды.

Рисунок 2. Схема вертикального отстойника и изменение направления движения сточных вод с нисходящего на восходящее

Вертикальные отстойники проще по конструкции и в эксплуатации, чем горизонтальные (правда, требуют много ручного труда). Однако эффект осветления воды в них на 25-30 % ниже, чем в горизонтальных и на 10-15 % ниже, чем в радиальных. При удовлетворительной работе вертикальных отстойников удаляется не более 40 % взвешенных веществ [7].

Радиальные отстойники (рисунок 3) являются разновидностью горизонтальных. Это круглые неглубокие резервуары диаметром от 18 до 54 м. Радиальные отстойники предусматривают на очистных канализационных станциях мощностью свыше 20 00 м3/сут. Компонуют сооружения обычно в блоки из четырех отстойников. Сточная вода в радиальном отстойнике движется от центра к периферии. Она подается в сооружение по центральной трубе. Осветленная вода сливается в круговой желоб, откуда отводится по трубам или лоткам. Удаляется осветленная сточная вода с отстойника внизу или вверху.

Рисунок 3. Схема вертикального отстойника и изменение направления движения сточных вод с нисходящего на восходящее

На практике эффективность первичных отстойников не превышает 60%, а эффективность осветления в них сточной воды составляет обычно 30-50%. Повысить эффективность работы первичных отстойников можно за счет устройства перед ними преаэраторов, благодаря которым их эффективность возрастет на 5-8%. В преаэраторах сточная вода продувается воздухом, вследствие чего происходит флокуляция коллоидных частиц, что способствует их более плотному оседанию в отстойниках. Однако во время движения сточной воды из преаэратора до отстойника часть хлопьев разрушается [6].

Вторичные отстойники служат для задержания активного ила, поступающего вместе с очищенной водой из аэротенков, или для задержания биологической пленки, поступающей с водой из биофильтров, то есть применяются уже после стадии биологической очистки. Они бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Для очистных станций небольшой пропускной способности обычно применяют вертикальные, а для больших и средних станций -- горизонтальные и радиальные вторичные отстойники.

Вертикальные вторичные отстойники конструктивно не отличаются от первичных отстойников, но имеют меньшую высоту [7].

4.4 Комбинированные сооружения

Такие сооружения, как септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели являются комбинированными устройствами и предназначены для механической очистки сточной воды с одновременным анаэробным сбраживанием образующегося осадка. Область применения подобных сооружений ограничивается небольшим расходом сточной воды.

Двухъярусные отстойники (колодцы Имгофа) -- отстойники со сбраживанием осадка. Их применяют для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод при мощности канализационных станций до 10 000 м3/сут. Это цилиндрической формы сооружение с коническим дном. В верхней части сооружения расположены осадочные желоба со щелью в нижней части по всей длине. Желоба фактически исполняют функцию горизонтального отстойника. По ним движется сточная вода и происходит осаждение взвешенных веществ, которые через щель попадают в нижнюю часть отстойника -- иловую (гнилостную или септическую) камеру. Сточная вода попадает в осадочный желоб и отводится из него, как в горизонтальном отстойнике, при помощи водосливных лотков и полупогружных досок [5].

Преимущество двухъярусного отстойника в том, что сбраживание в нем осадка происходит без выделения газов, которые неприятно пахнут, с образованием более благоприятных продуктов. Осадок, выпавший в иловую камеру, сначала сбраживается под влиянием анаэробных бактерий, расщепляющих сложные органические вещества (углеводы, жиры, белки) до кислот жирного ряда. Затем на последующей стадии процесса сбраживания реакция среды меняется в сторону щелочной (pH 7--8), и уже другие бактерии разрушают органические вещества до конечных, более простых продуктов: метана, углекислоты и частично сероводорода.

Осветлитель-перегниватель - разновидность двухъярусных отстойников. Это комбинированные сооружения, предназначенные для осветления бытовых и производственных сточных вод и сбраживания осадка, выпавшего из сточных вод, в специально выделенном объеме - перегнивателе. В состав сооружения входит осветлитель с природной аэрацией, концентрично расположенный вокруг перегнивателя [5].

Осадок, выпавший на дно осветлителя, при помощи трубы 10 направляется в приемный резервуар насосной станции, откуда при помощи насоса по напорному водоводу подается в верхнюю зону перегнивателя. Там этот осадок сбраживается. Примеси, всплывшие на поверхность осветлителя, также направляются в камеру перегнивателя. Для предотвращения образования корки в иловой камере осадок периодически перемешивается. Осветлитель-перегниватель обеспечивает более высокий эффект осветления сточных вод, чем двухъярусный отстойник, а сбраживание осадка в сооружении происходит интенсивнее.

Септики -- отстойники со сбраживанием осадка. Их используют в канализационных системах с местными очистными сооружениями малой канализации. Чаще всего в этих условиях для биологической очистки сточных вод применяют различные сооружения подземной фильтрации, поэтому указанные канализационные системы называют системами с подземной фильтрацией сточных вод; с учетом основного очистного сооружения их разделяют на системы: с площадками подземной фильтрации; фильтрующими колодцами; фильтрующими траншеями и пр. В указанных канализационных системах с подземной фильтрацией сточных вод обязательно должен быть септик. Он предназначен для предварительной обработки сточных вод перед их поступлением в фильтрующий слой почвы. В септике преимущественно механически очищаются сточные воды, то есть удаляются из них в осадок нерастворимые органические примеси и коллоидные частицы илового осадка. Кроме того, в септике происходят полная дегельминтизация сточных вод, разрушение значительной части растворенных органических веществ, гибнет патогенная микрофлора. Поэтому септик нужно рассматривать не только как сооружение для механической очистки сточных вод, но и такое, в котором происходят сложные биохимические процессы.

В септике, кроме механической очистки сточных вод от взвешенных веществ, происходят сложные биохимические процессы распада не только осадка, но и растворенных и коллоидных органических компонентов сточной воды. Процесс распада органических веществ в септике осуществляется в две фазы. В первую фазу (фазу кислого брожения) распадаются азотсодержащие органические соединения, образуя в конечном счете аммонийный азот и жирные кислоты (уксусную, масляную и др.). Кроме того, в эту фазу выделяются газообразные вещества с очень неприятным запахом -- индол, скатол, меркаптан и пр. Вторая фаза (фаза щелочного, или метанового, брожения) характеризуется дальнейшим распадом жирных кислот до метана, углекислоты и воды. Нормальная жизнедеятельность микроорганизмов в эту фазу происходит при нейтральной или слабощелочной реакции[8].

Таким образом, в септике в анаэробных благоприятных условиях под влиянием гнилостных микроорганизмов и их ферментов разрушаются сложные органические вещества до таких соединений минерализации, как С02, Н20, NH3 и др.

5. Биологическая очистка сточных вод

Главная цель биологической (или биохимической) очистки сточных вод состоит в освобождении их от органических веществ за счет аэробного окисления сапрофитными водными или почвенными микроорганизмами. Микроорганизмы не имеют специальных органов пищеварения, поэтому все питательные вещества проникают в клетку путем осмотического всасывания через мельчайшие поры клеточной оболочки.

Процесс удаления органических веществ из сточных вод сверхсложный. При этом осуществляется одновременно минерализация органических веществ сточных вод и синтез нового органического вещества клеток микроорганизмов [5].

Органические вещества животного и растительного происхождения попадают в сточную воду в виде углеводов, жиров и белков, а также продуктов их обмена. Углеводы (полисахариды) в аэробных условиях под действием экзо-ферментов типа карбогидраз расщепляются до моносахаридов (глюкозы, мальтозы и т. п.), углерода диоксида (С02) и воды (Н20).

В следующих подразделах будут рассмотрены различные методы биологической очистки бытовых сточных вод.

5.1Очистка сточных вод в почве

В большой части сооружений, моделирующих процессы самоочищения в почве, биологическая очистка сточных вод происходит в слое естественной почвы. В поверхностном слое почвы происходит биологическая очистка сточных вод на полях фильтрации и орошения.

Основными задачами таких сооружений по очистке бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод являются:

-- обеспечение быстрого и эффективного разрушения органических соединений путем их минерализации и гумификации;

-- освобождение сточных вод от патогенных бактерий, энтеровирусов, яиц гельминтов путем их поглощения (сорбции) и дальнейшего отмирания под влиянием естественных факторов самоочищения фильтрующего слоя почвы;

-- предотвращение загрязнения грунтовых вод патогенными микроорганизмами и химическими веществами;

-- предотвращение накопления химических веществ в почве в концентрациях, влияющих на процессы самоочищения или опасных с точки зрения накопления их в растениях;

--предотвращение загрязнения почвенного и атмосферного воздуха.

Поля орошения - это спланированные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод и для выращивания на них сельскохозяйственных культур. Поля фильтрации предназначены только для очистки сточных вод. Применение почвенных методов очистки рекомендуется при расходах сточных вод до 10000 м3/сут. Поля орошения рекомендуется располагать вниз по течению грунтовых вод и водозаборных сооружений на расстоянии не мене 200-500 метров. Лучшим для устройства полей являются песчаные и суспесчатые грунты, однако можно использовать также суглинистые и черноземные почвы [8].

5.2 Биологические фильтры

Биологический фильтр - сооружение для очистки сточных вод, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка [7].

Биологический фильтр - это сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов

На рисунке 4 изображен разрез биофильтра и обозначены его структурные компоненты.

Рисунок 4.Разрез биофильтра 1 - подача сточных вод; 2- водораспределительное устройство; З - фильтрующая загрузка; 4 - дренажное устройство; 5 -очищенная сточная вода; 6 - воздухораспределительного устройство

Биофильтр состоит из следующих частей [8]:

* фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар круглой или прямоугольной формы в плане (тело биофильтра);

* Водораспределительного устройства для равномерного орошения сточной водой поверхности загрузки;

* дренажного устройства для удалении профильтрованной жидкости;

* воздухораспределительного устройства для поступления воздуха внутрь биофильтра.

Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и органические вещества, сорбируемые биопленкой. Часть органики микроорганизмы используют на увеличение своей биомассы, поэтому масса активной биопленки все время увеличивается. Отработанная и омертвевшая биопленка смывается сточной водой и вы носится из тела биофильтра, после чего отделяется от очищенной воды во вторичных отстойниках. Необходимый кислород может поступать в толщу загрузки естественной и искусственной вентиляцией.

5.3 Аэротенки

Очистка сточных вод в аэротенках происходит с помощью активного ила - биоценоза организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде. Механизм изъятия органических веществ из сточной воды и их потребление микроорганизмами схематично может быть представлен тремя этапами [8]:

1 этап - массопередача органического вещества из жидкости к поверхности клетки. Скорость протекания этого процесса определяется законами молекулярной и конвективной диффузии веществ и зависит от гидродинамических условий в аэротенке. Оптимальные условия для подведения загрязнений и кислорода создаются посредством эффективного и постоянного перемешивания содержимого аэротенка. Первый этап протекает быстрее последующего процесса биохимического окисления загрязнений.

2 этап - диффузии через полупроницаемые мембраны в клетке или самого вещества или продуктов распада этого вещества. Большак часть вещества попадает внутрь клеток при помощи специфического белка переносчика, который образует комплекс, диффундирующий через мембрану. Затем комплекс распадается и белок-переносчик возвращается в новый цикл переноса.

З этап - метаболизм органического вещества с выделением энергии и образованием нового клеточного вещества. Превращение органических соединений носит ферментативный характер. Конечными продуктами распада являются такие вещества, как нитраты, сульфаты, двуокись углерода, вода.

Определяющими процессами для технологического оформления очистки воды ив.гвютси скорости изъятия загрязнений и скорость разложения этих загрязнений. Активный ил в контакте с загрязненной жидкостью в условиях аэрации проходит следующие фазы развития :

1. Лаг-фазу, или фазу адаптации ила к составу сточной воды. Прироста биомассы практически не происходит.

2. Фазу экспоненциального роста, в которой избыток питательных веществ и отсутствие продуктов обмена способствуют максимальной скорости размножения клеток.

З. Фазу замедленного роста, в которой скорость роста биомассы начинает сдерживаться недостатком питании и накоплением продуктов метаболизма.

4. Фазу нулевого роста, в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы.

5. Фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления), в которой из-за недостатка питании начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы.

На рисунке 5 отображены вышеназванные фазы ( указаны римскими цифрами).

Рисунок 5. Зависимость прироста биомассы и снижения БПК от продолжительности аэрации

В фазах 2 и 3 идет бурный рост биомассы и культура «омолаживается», в ней преобладают новые клетки, в фазе 4 наблюдается равновесие между ростом живых и распадом отмерших клеток, а в фазе 5 наблюдается преобладание отмирания клеток над их ростом.

Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии и обеспечения микрофлоры кислородом, необходимым для их жизнедеятельности, в аэротенки непрерывно подается воздух при помощи пневматической (диффузоры) или механической (поверхностной) аэрации. Аэротенки с механической аэрацией применяются лишь для небольших установок.

5.4 Окситенки

Один из путей увеличения интенсивности биологической очистки сточной воды - повышение скорости окислении загрязнений - достигается подачей в аэротенк технического кислорода вместо атмосферного воздуха. Преимуществами такого способа являются:

* увеличение концентрации кислорода в воде до 6-12 мг/л (вместо обычной для аэротенков 2 мг/л), что существенно повышает устойчивость при резких колебаниях состава и расходов сточной воды;

* высокая окислительная мощность, в 5-6 раз выше, чем в аэротенках;

* прирост активного ила меньше на 25+35%, ил значительно лучше отделяется и уплтниегся;

* очень интенсивно протекают процессы нитрификации аммонийного азота. Сооружения, осуществляющие биологическую очистку сточной воды с использованием кислорода вместо воздуха, называются окситенками.

Окситенки могут использоваться как самостоятельные сооружения биологической очистки или в двухступенчатой схеме совместно саэротенками. Последняя схема применяется для очистки высококонцентрированных сточных вод (БПК > 1000 мг/л).

5.5 Биологические пруды

Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 2-5 последовательных ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная вода (рисунок 6).

Рисунок 6. Биологический пруд из пяти ступеней ступеней. 1 - подача сточной воды; 2 - распределительные перегородки; З - разделительные валики, 4 - перепускные лотки, 5 -запасные выпуски; б - отводные каналы

Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией, которые могут быть использованы:

* как самостоятельные сооружения биологической очистки. В этом случае производи-тельность очистной станции не должна превышать 15000 м3/сут для прудов с искусственной аэрацией и 5000 м3/сут для прудов с естесгвенной аэрацией. Сточная вода предварительно должна быть пропущена через решетки и первичные отстойники;

* как пруды глубокой очистки. Пропускная способность прудов с естественной аэрацией не превышает 10000 м3/сут, при искусственной аэрации пропускная способность неограниченна.

Бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют диоксид углерода, фосфаты и аммонийный азот, выделяемые при биохимическом разложении органических веществ. Поэтому биологические пруды обеспечивают более глубокую очистку сточных вод, чем сооружения искусственной биологической очистки.

Биологические пруды должны располагаться на нефидьтруюших или слабо-фильтрующих грунтах. По отношению к жилым массивам пруды необходимо располагать с подветренной стороны, направление движения воды в прудах должно быть перпендикулярно направлению ветра. Искусственная аэрация прудов может быть механической или пневматической. В первом случае на биологических прудах устанавливают механические аэраторы на понтонах, во втором - по дну прокладываются перфорированные полиэтиленовые трубы.

5.6 Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК)

Циркуляционные окислительные каналы используются для биологической очистки сточных вод в районах с расчетной зимней температурой наиболее холодного периода не ниже -25 градусов целься. ЦОК представляет собой замкнутый канал трапецеидального или прямоугольного сечения О-образной формы в плане, по которому циркулирует иловая смесь со скоростью 0,25--0,45 м/с. Движение иловой смеси и ее аэрацию обеспечивает горизонтальный цилиндрический аэратор (рисунок 7).



Рисунок 7. Схема работы циркуляционного окислительного канала непрерывного действия. 1 - поступление сточных вод; 2-отвод очищенной воды; З - механический аэратор; 4- канал ; 5 -вторичный отстойник; б - иловые площадки 7- циркуляционный активный ил

ЦОК работают по принципу аэротенков продленной аэрации, как правило, без первичного отстаивании, с продолжительностью пребывании ила в нем около 40 сут. ЦОК бывают непрерывного и периодического действия производительностью до 1400 м3/сут. В ЦОК периодического действия разделение иловой смеси происходит непосредственно в самом канале при выключенных аэраторах, в каналах непрерывного действия для этого применяются вторичные отстойники.

Чаще всего на очистных сооружениях строят по два ЦОК периодического действия, с поочередным выключением механического аэратора и осаждением активного ила. Перед поступлением в ЦОК сточная вода проходит решетку, из ЦОК иловая смесь направляется в вертикальный отстойник со средней продолжительностью отстаивании l,5 ч, откуда избыточный активный ил подается на иловые площадки, а циркуляционный ил - снова в ЦОК.

6. Обеззараживание сточных вод

Обеззараживание (дезинфекция) сточных вод производится для уничтожения содержащихся в них патогенных микробов и устранения опасности заражения водоема этими микробами при спуске в него очищенных сточных вод.

Патогенные микробы не могут быть полностью удалены ни при отстаивании, ни при искусственной биологической очистке сточных вод. Патогенные бактерии кишечной группы обнаруживаются в очищенной воде даже тогда, когда содержание кишечных палочек уменьшается на 99%. В сооружениях искусственной биологической очистки (в биофильтрах и аэротенках) устраняется от 91 до 98% таких бактерий. Поэтому после механической и искусственной биологической очистки до спуска в водоем требуется обеззараживание сточной воды. Оно может быть эффективно только в том случае, когда в воде не содержатся взвешенные вещества [7].

Обеззараживание должны подвергаться сточные воды после их механического или искусственного биологической очистки. Что касается сточных вод, очищаемых на полях фильтрации, а также на биологических прудах, то дезинфекции они не подлежат. Обеззараживание сточных вод может производиться различными способами: хлорированием, ультрафиолетовыми лучами, электролизом, озонированием и ультразвуком.

6.1 Окислительные методы. Хлорирование и озонирование

Наиболее распространенным в нашей стране в настоящее время способом является хлорирование водным раствором газообразного хлора или хлорной известью.

Взаимодействие хлора с водой приводит к выделению соляной (НСl) и хлорноватистой (HOCl) кислот. Неустойчивая хлорноватистая кислота легко распадается на соляную кислоту и атом кислорода. Атомарный кислород окисляет вещества, входящие в состав клеток (протоплазмы) бактерий, кроме того на них действует сам хлор. Это и приводит к гибели бактерий.

Бактерицидный эффект хлора в значительной степени зависит от начального его количества в воде и продолжительности контакта с водой. Количество активного хлора, вводимого при дезинфекции на единицу объема сточных вод, называют дозой хлора, выражаемой в мг/л или г/м3. Жидкий хлор в воде растворяется плохо, поэтому применяют хлор-газ либо смесь гипохлорита, хлорида и гидроксида кальция (хлорная известь с общей формулой Ca(Cl)OCl)[5].

Для эффективного обеззараживания хлор должен быть хорошо перемешан с дезинфицируемой водой и находиться определенное время в контакте с ней. Контакт хлора со сточной водой осуществляется в сооружениях, называемых контактными (дезинфекционными) резервуарами, и должен продолжаться не менее 30 мин (с учетом времени движения хлорированных вод в лотках и трубах до спуска в водоем). Состав очищенной сточной воды непостоянен, поэтому нужно регулярно следить за содержанием избыточного хлора и поддерживать его в пределах заданной величины.

Обеззараживание сточных вод возможно методом озонирования. Озон энергично взаимодействует с минеральными и органическими веществами. После озонирования количество бактерий уменьшается на 99,8%. Озон получают непосредственно на месте потребления путем электрического разряда в воздухе. Элементарный генератор озона состоит из двух электродов, разделенных диэлектриком.

Озон в воде распадается, образуя атомарный кислород. Доказано, что механизм распада озона в воде сложен. При этом происходит ряд промежуточных реакций с образованием свободных радикалов (например, НО), которые также являются окислителями. Более сильное окислительное и бактерицидное действие озона по сравнению с хлором объясняется тем, что его окислительный потенциал больше, чем у хлора [5].

Некоторые преимущества метода озонирования: при озонировании в воду не вносится ничего постороннего и не происходит сколько-нибудь заметных изменений минерального состава воды и pH; избыток озона через несколько минут превращается в кислород, и поэтому не влияет на организм и не ухудшает органолептические свойства воды; озон обесцвечивает и дезодорирует воду, содержащую органические вещества природного и промышленного происхождения, придающие ей запах, привкус и окраску;

Недостаток этого метода - относительная сложность оборудования и высокая стоимость обеззараживания.

6.2 Обеззараживание сточных вод ультрафиолетовым излучением

Неудовлетворенность традиционной технологией хлорирования привела к тому, что в конце 60-х и 70-х годах начались активные работы, направленные на поиски новых методов обеззараживания сточных вод.

Метод УФ обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование, озонирование)[9]:

* УФ облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор и протозоа. Оно уничтожает возбудителей таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение УФ позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;

* обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами. В частности, на воздействие УФ излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;

* в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;

* в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определение содержания в водеостаточной концентрации дезинфектанта;

* время обеззараживания при УФ облучении составляет 1-10 секунд в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей;

* для обеззараживания УФ излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и, тем более, озонировании эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими затратами электроэнергии (в 3-5 раз меньшими, чем при озонировании); отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах: жидком хлоре, гипохлорите натрия или кальция, а также отсутствием необходимости в реагентах для дехлорирования.

6.3 Другие методы обеззараживания

Существуют и некоторые другие, не столь распространенные, методы обеззараживания вод:

1. Обеззараживание воды ультразвуком. Бактерицидное действие ультразвука объясняется главным образом механическим разрушением бактерий в ультразвуковом поле. Данные электронной микроскопии свидетельствуют о разрушении клеточной оболочки бактерий. Бактерицидный эффект ультразвука не зависит от мутности (в пределах до 50 мг/л) и цветности воды. Он распространяется как на вегетативные, так и на споровые формы микроорганизмов и зависит лишь от интенсивности колебаний.

Ультразвуковые колебания, которые могут быть использованы для обеззараживания воды, получают пьезоэлектрическим или магнитострикционным путем. Чтобы получить воду, отвечающую требованиям ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством", интенсивность ультразвука должна составлять около 2 Вт/см2, частота колебаний -- 48 кГц в 1 с. Ультразвук частотой 20--30 кГц уничтожает бактерии за 2--5 с.

2. Обеззараживание рентгеновским излучением. Метод предусматривает облучение воды коротковолновым рентгеновским излучением длиной волны 60--100 нм. Коротковолновое излучение глубоко проникает в бактериальные клетки, обусловливает их значительные изменения и ионизацию. Метод изучен недостаточно.

3. Обеззараживание вакуумированием. Метод предусматривает инактивацию бактерий и вирусов при пониженном давлении. Полный бактерицидный эффект достигается в течение 15--20 мин. Оптимальный режим обработки -- при температуре 20--60 °С и давлении 2,2--13,3 кПа.

Другие физические методы обеззараживания, такие как обработка г-облучением, высоковольтными разрядами, электрическими разрядами малой мощности, переменным электрическим током, используют ограничено вследствие их высокой энергоемкости, сложности аппаратуры, а также из-за их недостаточной изученности и отсутствия информации о возможности образования вредных побочных соединений [5].

Заключение

После ознакомления с литературными трудами различных авторов, можно заключить, что наиболее применяемой схемой очистки бытовых сточных вод является трехэтапная схема, включающая этап механической очистки, биологической очистки и этап обеззараживания вод.

Механическая очистка сточных вод осуществляется в различных сооружениях: решетках, песколовках, первичных (до биологической очистки) и вторичных (очистка от активного ила) отстойниках. Основной задачей этого механической очистки является выделение из вод грубодисперсных примесей минерального или органического происхождения. Существуют некоторые комбинированные сооружения, в которых происходит параллельно с механической очисткой происходит сбраживание органического осадка, но их применение ограничивается малым значением расхода сточных вод, которые могут быть очищены в таких сооружениях.

Биологическая очистка может проводится как в слое естественной почвы (в полях фильтрации и орошения) так и в специальных сооружениях, создающих благоприятную среду для жизнедеятельности биотопа активного ила. Завершающая стадия очистки бытовых сточных вод - обеззараживание различными методами. Чаще всего применяются окислительные методы (хлорирование, озонирование) и метод обеззараживания ультрафиолетовым излучением. Метод озонирования является энергоемким и, как следствие, дорогостоящим, относительно метода хлорирования. Метод УФ облучения имеет значительные преимущества: скорость обеззараживания, низкие расходы, высокая эффективность.

Список литературы

1. Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей, «Молодой ученый» 2013, №9.

2. Диденко Т.А. Методы очистки сточных вод, Омск, 2011.

3. Сартакова О. Ю., Горелова О.М. Чистая вода: традиции и новации, Барнаул, 2002.

4. Будыкина Т.А. Емельянов С.Г., Процессы и аппараты защиты гидросферы, М. 2010.

5. Гончарук Е. И. Коммунальная гигиена: Учебник, Киев, 2006.

6. Гудков А.. Г. Механическая очистка сточных вод: Учебное пособие, Вологда, 2003.

7. Дмитриев В.Д. и другие, Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения. Справочник, М, 2000.

8. Гудков А.Г. Биологическая очистка городских сточных вод сточных вод, Вологда, 2002.

9. Ахмадеев В.В., Волков С.В. Применение метода УФ обеззараживания сточных вод, Вода и экология, 2000, №2.

Размещено на Allbest.ru