Очистка сточных вод
Определение основных источников загрязнения воды. Производственные и бытовые сточные воды. Механическая очистка сточных вод песколовками, отстойниками, центрифугами, коагуляцией, загрузочными материалами. Биологическая и химическая очистка воды.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.12.2017 |
| Размер файла | 97,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
очистка сточный вода загрязнение
Около 71 % поверхности Земли покрыто водой Вода (оксид водорода) -- бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н20.
Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного -кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. (океаны, моря, озёра, реки, льды) - 361,13 млн. кмВ твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном - водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (нагидрофильных поверхностях). . На Земле примерно 96,5% воды приходится на океаны, 1,7% мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7% на ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть в реках, озёрах и болотах, и 0,001% в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды).
Большая часть земной воды - солёная, и она непригодна для сельского хозяйства и питья. Доля пресной воды составляет около 2,5%, причём 98,8% этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3% всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003%) находится в живых организмах.
Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете.
Вода играет существенную роль в жизни людей. И её нельзя сводить только к ее потреблению. По водным путям перевозятся пассажиры и грузы. Энергия рек движет турбины гидроэлектростанций. В реках и озерах разводят и вылавливают рыбу. На их берегах люди отдыхают.
Для России, основной источник водных ресурсов - речной сток. Его главная ценность - в постоянном возобновлении. Кроме того, большое значение имеют вековые запасы воды в озерах, а также подземные воды. Использовать другие запасы пресной воды, например законсервированной в ледниках или слоях вечной мерзлоты, сейчас технически очень сложно.
В расчете на единицу площади обеспеченность территории России водными ресурсами оказывается ниже среднемировой почти в 2 раза. Проблемы, связанные с использованием водных ресурсов в России, обусловлены и природными особенностями, и деятельностью человека.
Большая часть водных ресурсов России (более 90%) сосредоточена в бассейнах Северного Ледовитого и Тихого океанов, где проживает менее 1/5 населения страны. Подавляющая часть жителей России (80%), ее промышленного и сельскохозяйственного потенциала размещена в бассейнах Каспийского, Азовского и Черного морей. Однако на них приходится всего около 8% водных ресурсов. Поэтому здесь результаты хозяйственной деятельности особенно сказываются на качестве воды.
В многоводные годы сток крупнейших рек России в 1,5--2 раза выше, а в маловодные годы -- на столько же ниже нормы. Ещё значительнее сезонные колебания стока. На большинстве рек страны 2/3 их стока проходит за короткое время их половодья.
Например, у Волги и Дона (в естественных условиях) на весну приходится 65--75% годового стока, а на зимнюю - только 10%. Величина перепадов в водности российских рек больше, чем во многих странах мира. Это и хорошо, и плохо. Половодья промывают русла рек, питают грунтовые воды, создают благоприятные условия для нереста рыб. Но одновременно колебания речного стока затрудняют использование рек как транспортных магистралей для нужд энергетики, снабжения водой населения, промышленности и сельского хозяйства.
Чтобы преодолеть неравномерность стока рек, его необходимо регулировать. Для этого на реках строятся плотины и создаются водохранилища.
Ежегодно из всех водных источников изымается большое количество воды. Её забор из некоторых рек составляет 25% от их стока. Это особенно чувствительно для рек в маловодные годы. Возвращается же в поверхностные источники гораздо меньше воды, значительное ее количество теряется. Отчасти это происходит из-за утечек в водопроводных сетях. Значительны ее потери в промышленности, связанные с несовершенными технологиями. Много излишней воды расходуется и в отечественном орошаемом земледелии. Помимо потерь воды, связанных с ее использованием в хозяйстве, огромное количество влаги теряется за счет ее испарения с поверхности водохранилищ.
Загрязнение воды происходит вследствие различных причин. Во - первых, значительная часть загрязняющих веществ поступает в реки и озера с атмосферными осадками и талыми водами. Они несут из атмосферы, с полей и улиц городов пыль и частички почвы, ядохимикаты и минеральные удобрения, соли и продукты нефтепереработки.
Во-вторых, ежегодно в поверхностные водоемы страны сбрасываются сточные воды предприятий и жилищ, 40% этих вод - загрязненные. В них содержится огромное количество вредных веществ. Основную часть сточных вод дают жилищно-коммунальное хозяйство (55%) и промышленность (31%).
Вода во всех крупнейших реках России - Волге, Доне, Оби, Енисее, Лене оценивается как «загрязненная». А в их крупнейших притоках - как «очень загрязненная».
Ухудшается качество и подземных вод, хотя по сравнению с поверхностными водами они лучше защищены от загрязнения. Главные виновники их загрязнения - промышленные (около 40%) и сельскохозяйственные предприятия (15%), жилищно-коммунальное хозяйство (10%). Пока что загрязнение подземных вод встречается на сравнительно небольших, обособленных площадях, по размерам не превышающих 10 км2. Основное число (75%) подобных очагов загрязнения расположено в европейской части.
Для некоторых пользователей воды (транспорта, гидроэлектроэнергетики) ее качество не имеет большого значения. Но в большинстве случаев именно качество воды ограничивает ее использование.
Особую тревогу вызывает то, что более 50% населения России вынуждено пить загрязненную воду. Из-за последствий хозяйственной деятельности человека качество питьевой воды ухудшилось в таких крупных городах, как Екатеринбург, Калуга, Комсомольск-на-Амуре, Оренбург, Пятигорск, Хабаровск, и др.
Значение рек в развитии хозяйства России и природы исключительно велико и многосторонне. Русский историк В. О. Ключевский отмечал особую роль рек в жизни народов Руси и указывал, что реки приносили русскому человеку только добро. По берегам рек возникали древние поселения, где люди занимались разнообразной хозяйственной деятельностью. Поэтому именно реки и родники почитались как природные святыни и потому так важно следить за их чистотой и проводить очистку после использования в человеческой деятельности.
1. Типы сточных вод
Сточные воды - любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека.
В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории:
- бытовые (поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий);
- производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых);
- атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей).
В практике используется также понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.
Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном коллоидном и растворенном состоянии.
Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единицу объема мг/л или г/куб.м. Состав сточных вод регулярно анализируется. Проводятся санитарно-химические анализы по определению: величины ХПК (общая концентрация органических веществ); БПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем); концентрация взвешенных веществ; активной реакции среды; интенсивности окраски; степени минерализации; концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др. Наиболее сложны по составы сточные воды промышленных предприятий.
2. Основные источники загрязнения
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения. Главными загрязняющими поверхностные воды веществами являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный азот.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.
К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г. нефти делают непригодной для употребления тонну воды.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.
Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1 л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом. В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов. В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий. Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют «тепловое загрязнение», которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого «цветения воды» Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.
3. Производственные сточные воды
На формирование производственных сточных вод влияет:
- вид перерабатываемого сырья,
- технологический процесс производства,
- применяемые реагенты,
- промежуточные изделия и продукты,
- состав исходной воды,
- местные условия и др.
Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов, особенно если в них могут содержаться токсичные вещества или биологические ингибиторы. Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых веществ. Поскольку производственные сточные воды представляют собой наибольшую опасность для водоемов, рассмотрим их более подробно.
Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные производственные сточные воды подразделяются на три группы:
а) загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо - и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.).
б) загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности).
в) загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности).
Кроме вышеуказанных трёх групп загрязненных производственных сточных вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений.
Производственные сточные воды могут различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности и т.д. Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных научных исследований, как в лабораторных, так и полупроизводственных условиях.
Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности.
Норма водопотребления - это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии.
В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как правило, имеется несколько водоотводящих сетей. Незагрязненные нагретые сточные воды поступают на охладительные установки (градирни, охладительные пруды), а затем возвращаются в систему оборотного водообеспечения. Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям.
Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом ее использования и процентом ее потерь.
Для промышленных предприятий составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды потерь, и добавление компенсирующих расходов воды в систему.
Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения населенных пунктов и промышленных предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли народного хозяйства, отраслей промышленности и схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам. При выборе систем и схем водоотведения должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации их работы.
При выборе системы и схемы водоотведения промышленных предприятий необходимо учитывать:
1. требования к качеству воды, используемой в различных технологических процессах;
2. количество, состав и свойства сточных вод отдельных производственных цехов и предприятия в целом, а также режимы водоотведения;
3. возможность сокращения количества загрязненных производственных сточных вод путем рационализации технологических процессов производства;
4. возможность повторного использования производственных сточных вод в системе оборотного водообеспечения или для технологических нужд другого производства, где допустимо применять воды более низкого качества;
5. целесообразность извлечения и использования веществ, содержащихся в сточных водах;
6. возможность и целесообразность совместного отведения и очистки сточных вод нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также возможность комплексного решения очистки сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов;
7. возможность использования в технологическом процессе очищенных бытовых сточных вод;
8. возможность и целесообразность использования бытовых и производственных сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур;
9. целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных цехов предприятия;
10. самоочищающую способность водоема, условия сброса в него сточных вод и необходимую степень их очистки;
11. целесообразность применения того или иного метода очистки.
При вариантном проектировании водоотводящих систем и очистных сооружений на основании технико-экономических показателей принимается оптимальный вариант.
4. Бытовые сточные воды
Загрязнения, содержащиеся в бытовых сточных водах, состоят из неорганических и органических веществ, находящихся в жидкости в растворенной форме и в виде взвешенных веществ (оседающих, всплывающих и коллоидных). Кроме того, в сточной воде присутствуют микроорганизмы, способствующие разложению органических веществ и вызывающие их анаэробную ферментацию2.
Одной из основных характеристик бытовых сточных вод является биоразлагаемость (биодеградация или подверженность биологической очистке), которая зависит от имеющегося баланса питательных для бактерий веществ (азота и фосфора).
Содержание общего азота в бытовых сточных водах составляет до 15--20% от БПК5. Более высокое содержание азота свидетельствует о присутствии производственных сточных вод.
Так же, сточные воды содержат бытовые отходы в измельченном виде. Попадая в кухонные раковины, они сбрасываются в канализацию (что запрещено во Франции). Такие отходы не задерживаются решетками, и Процесс при котором сложные органические вещества разлагаются до С02 и СН4, причем на метан приходится примерно 90% энергии, содержащейся в субстрате.
Микробиологические процессы анаэробного превращения углеводородов (брожение) и белков (гниение) имеют важное значение в круговороте веществ в природе и давно используются для стабилизации сточных вод. Возможность получения высококалорийного топливного газа (СН4) путем биохимической переработки биомассы, в частности экскрементов крупного рогатого скота, была реализована сравнительно недавно.
В процессе анаэробной ферментации участвуют многие виды микроорганизмов, однако основными биологическими агентами, способствующими разрушению органических веществ (субстрата) до СН4, являются бактерии. В ряде экосистем важную роль могут играть также ресничные инфузории, простейшие жгутиковые и некоторые грибы. Ферментация субстрата с образованием метана происходит в анаэробных системах, таких, как сточные воды, донные отложения, торфяные болота, гниющие органические отходы, т.е. отходы, в которых при разложении органического субстрата образуется акцептор электрона и С02. В среде, в которой легко образуются или имеются другие акцепторы электрона (кислород, сера, сульфаты или нитраты), ферментации не происходит. нагрузка на очистные сооружения значительно возрастает (в некоторых городах США БПК5 и содержание взвешенных веществ в сточных водах возрастают практически вдвое).
Если присутствуют органические вещества, биологически слабо разлагаемые, химические восстановители или биологические ингибиторы, то это ведет к увеличению соотношения ХПК Химическое потребление кислорода - важный показатель загрязнённости при анализе воды. Количество кислорода, потребляемое при химическом окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ под действием различных окислителей ( ГОСТ 27065-86. )./БПК Биологическое потребление кислорода (БПК) - количество кислорода, израсходованное на аэробное биохимическое окисление под действием микроорганизмов и разложение нестойких органических соединений, содержащихся в исследуемой воде.
БПК является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема органическими веществами, он определяет количество легкоокисляющихся органических загрязняющих веществ в воде.
При анализе определяется количество кислорода, ушедшее за установленное время (обычно 5 суток - БПК5 ) без доступа света при 20°С на окисление загрязняющих веществ, содержащихся в единице объема воды. Вычисляется разница между концентрациями растворённого кислорода в пробе воды непосредственно после отбора и после инкубации пробы.
Как правило, в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление ~ 70% легкоокисляющихся органических веществ. Практически полное окисление (БПКполн или БПК2о) достигается в течение 20 суток.
Для источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (ГОСТ 17.1.3.03-77) и водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, БПК полнне должно превышать 3 мг О2/л, для водоемов культурно-бытового водопользования -- 6 мг/л. Соответственно, предельно-допустимые значения БПК5 для тех же водоемов равны примерно 2 мг/л и 4 мг/л.(теоретически) и ХПК/БПК (практически), что указывает на присутствие производственных сточных вод.
Чтобы процесс очистки протекал нормально, сточная вода должна поступать на очистные сооружения в достаточно “свежем” состоянии. Загнившая сточная вода токсична для процесса, и перед первичным отстаиванием ее следует подвергать предварительной аэрации или предварительному хлорированию.
Бытовые сточные воды характеризуются расходом, содержанием взвешенных веществ и биохимической потребностью в кислороде.
Стоит отметить, что если сырая сточная вода содержит значительное количество производственных стоков (от скотобоен, молокозаводов и т. п.), то изменения концентрации загрязнений могут быть более резкими, чем при наличии только бытовых стоков. Это следует учитывать при проектировании сооружений.
Токсичность и ингибирование. Наличие ионов тяжелых металлов, таких как Cu2+, Cr6+, Cd2+ и др., даже в небольших концентрациях (0,1 мг/л), может подавлять активность бактерий.
Кроме того, многие соединения токсичны, и их спуск в канализацию и особенно в природные водоемы запрещен законом (например, цианиды, цикличные гидроксильные соединения и т. д.).
Некоторые фармацевтические вещества могут быть также вредны для жизнедеятельности бактерий (например, антибиотики).
Что касается равновесия питательных веществ в сточных водах, то зачастую может наблюдаться дефицит азота и фосфора. В некоторых случаях следует добавлять биогенные элементы (питательные вещества) для восстановления соотношений БПК5/ЛГ ж 20 и БПКУР ~ 100, необходимых для биологической очистки.
Отсутствие такого баланса может вызвать нарушение биологического процесса, сопровождающегося вспуханием активного ила и снижением эффективности очистки.
Высокое солесодержание может снизить эффективность очистки; резкое его повышение более вредно, чем медленное изменение.
Температурные колебания также оказывают влияние на процесс очистки бытовых сточных вод. Основные методы очистки сточных вод
Методы, применяемые для очистки производственных и бытовых сточных вод, можно разделить на три группы: механические; физико- химические, биологические.
В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки они могут дополняться сооружениями биологической либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях в состав очистных сооружений
включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться.
4.1 Механическая очистка
Применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. В результате механической очистки обеспечивается снижение взвешенных веществ до 90%, а органических веществ до 20%. В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Механическая очистка является самым дешевым способом очистки питьевой воды.
Фильтры. Состоят из корпуса, наполненного фильтрующей загрузкой, и блока управления, через который производится контроль процесса очистки воды. Такие системы могут применяться как в бытовых системах очистки воды, так и при механической очистке на предпритиях.
Выбор фильтра осветления, который сможет корректно работать в каждой определенной квартире или коттедже, обуславливается химическим составом воды, поэтому очень важно доверить проведение экспертизы специалистам.
Не менее важными характеристиками при механической очистке воды являются размер и тип загрузочного материала фильтра. Подобрать необходимый фильтр можно основываясь на показателях мутности воды.
Всего в механической очистке воды существует два вида фильтрации: процеживание и очистка через пленочное фильтрование.
Если процеживание основывается на способности фильтровального материала задерживать частицы, которые обладают меньшим размером, чем его поры, то метод пленочного фильтрования позволяет добиться более высоких показателей очистки за счет того, что фильтрующий материал покрывается пленкой, способной задерживать более мелкие частицы.
Суть метода механической очистки воды заключается в процеживании, отстаивании и фильтровании, благодаря которым тяжелые примеси оседают и задерживаются фильтровальным материалом, а легкие, напротив, всплывают на поверхность, оставляя в середине более или менее чистую воду.
Механическую очистку воды с рециркуляцией посредством фильтрации как самостоятельный метод применяют тогда, когда осветленная вода после этого способа очистки может быть использована в технологических процессах производства или спущена в водоемы без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных вод. Однако сегодня, например, на нефтебазах, существует гораздо более эффективные методы механической очистки воды, которые позволяют удалять из воды большую часть примесей.
Остановимся подробнее на сооружениях, которые позволяют производить эффективную механическую очистку воды.
Разделяют несколько типов сооружений, использующих различные методы очистки сточных вод на нефтебазах. Из названий становится ясна их суть: песколовки, жироловки, маслоуловители, нефтеловушки и прочие.
4.1.1 Механическая очистка - песколовки
Главной задачей, так называемой песколовки, используемом в ходе очистки и умягчения воды, является выделение крупных и тяжелых частиц (от 200 до 250 мкм). По сути, песколовки являются первым этапом механической очистки воды. Как и следует из названия, песколовки предназначены для удаления из воды крупного мусора вроде песка, глины и окалины. Необходимость применения песколовок в механическом способе очистки воды обуславливается тем, что не прошедшие предварительную фильтрацию воды, попав в следующие очистные сооружения, затруднят работу последних.
Принцип действия песколовок очень прост -- он основан на изменении скорости движения крупных частиц в воде.
Песколовки, в свою очередь, делятся на несколько различных типов в зависимости от направления движения в них воды:
- горизонтальные,
- прямолинейные,
- круговые,
- вертикальные,
- возвратно-поступательные (винтовые),
- прочее.
Особое внимание следует уделить винтовым, которые делятся на тангенциальные и аэрируемые, в зависимости от способа создания винтового движения.
Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапециевидным поперечным сечением. Чаще всего песколовки, являющиеся первым этапом механической очистки воды, не обладают большой глубиной (0,25 -- 1 м.). Также невысокой скоростью движения обладает вода, прогоняемая через - не более 0,3 м/с. В зависимости от типа движения воды в песколовке меняется и ее форма. К примеру, песколовки, использующие круговое движение, имеют коническую форму днища с лотком для протекания сточной воды. Осадок, выпадающий при движении воды в ходе очистки, собирается в коническом дне, откуда передается либо на переработку, либо на отвал.
Иначе обстоят дела с вертикальными песколовками в системах очистки сточных вод. При механическом способе очистке воды в вертикальных песколовках направление воды движется с вертикальным восходящим потоком, не превышая скорости в 0,05 м/с, а сама песколовка имеет прямоугольную или круглую формы.
Условием выбора конструкции песколовки, в которой будет производиться начальная стадия механической очистки воды, зависит от количества сточных вод и степени ее загрязненности. Наиболее часто используемыми являются горизонтальные песколовки, которые требуют не менее одного очищения раз в двое-трое суток.
4.1.2 Механическая очистка - отстойники
Еще более простым способом механической очистки вод является отстаивание, которое производится в специальных отстойниках. В этом случае используется лишь гравитационные силы, которые вынуждают оседать частицы примесей на дно без малейших сторонних затрат.
Статические отстойники. К ним относят отстойники, которые представляют собой стандартные стальные железобетонные резервуары. Плюсом подобных отстойников, является их многофункциональность. Иными словами, они могут как послужить как для выполнения своего прямого предназначения, так и для работ иного рода вроде резервуара - накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара.
Динамические резервуары. Отличаются от статических тем, что отделение примесей в них происходит при постоянной движении воды. В динамических отстойниках в ходе очистки водыжидкость находится в постоянном движении в горизонтальном и вертикальном направлениях. Отсюда и идет подразделение динамических отстойников на горизонтальные и вертикальные.
Вертикальные отстойники представляют собой квадратные или цилиндрические резервуары с коническим днищем. Движение в резервуаре происходит снизу вверх. Благодаря коническому днищу, в вертикальном динамическом отстойнике облегчается оседание и последующее очищение воды от частиц.
Горизонтальные отстойники -- это прямоугольные резервуары шириной от 3 до 6 метров, глубиной до 4 и длиной до 48 метров. Осевшие частицы удаляются при помощи специальных скребков и поперечных лотков, которые устанавливаются на определенном уровне. Горизонтальные отстойники, делятся на несколько типов в зависимости от вылавливаемых частиц: нефтеловушки, бензоловки, мазутоловки, жироловки и другое.
Тонкослойные отстойники служат для отделения частиц, всплывающих на поверхность в ходе механической очистки воды. Скорость очищения напрямую зависит от глубины и длины такого рода отстойников, поэтому само название наилучшим образом иллюстрирует конструкцию данного типа отстойников.
Тонкослойные отстойники делятся, в свою очередь, на два типа: трубчатые и пластинчатые.
Трубчатые отстойники, как следует из названия, представляют собой трубы диаметром от 2,5 до 5 см и длиной около одного метра. Углы наклоны труб, различаются (от 10 до 60 градусов). В трубах с крутым наклоном осадок сползает вниз, что позволяет сэкономить на промывки, трубы же с малым наклоном следует по одному циклу: осветление -- промывка труб.
Наиболее популярный материал, который используется для создания трубчатых отстойников, это поливиниловый или полистирольный пластик. Используются также схемы очистки воды с пластинчатыми отстойниками. Пластинчатые отстойники представляют собой ряды параллельно установленных пластин, между которыми движется вода и выпадающий из нее осадок. Пластинчатые отстойники, применяемые при очистке воды, делятся на несколько типов в зависимости от направления движения воды и остатка: прямоточные, противоточные и перекрестные.
Как и любые другие отстойники, тонкослойные отстойники имеют как свои преимущества, так и недостатки.
Преимущества тонкослойных отстойников заключается в их экономичности, следующей из небольшого объема строительного материала, и возможность использования пластмасс, устойчивых в агрессивных средах.
Недостатком же можно назвать необходимость предварительной механической очистки воды в других отстойниках, так как крупные и неоседающие частицы с легкостью способны вывести из строя тонкослойные отстойники.
4.1.3 Механическая очистка - центрифуги
Еще одним методом, позволяющим использовать механический способ очистки воды, являются гидроциклоны или центрифуги, в которых под воздействием центробежных сил, частицы отбрасываются к периферии потока.
Гидроциклоны, применяемые при промышленной очистке воды, делятся на напорные и безнапорные гидроциклоны.
Напорные гидроциклоны действуют по следующему принципу: вода подается тангценциально направленный патрубок в цилиндрическую часть аппарата. В гидроциклоне вода движется по винтовой спирали вдоль наружной стенки аппарата, направляясь в его коническую часть, где поток меняет свое направление. В результате механическая очищенная вода попадает в центральную часть, откуда выводится по трубе, а примеси по конусу перемещаются вниз и выводятся через специальный патрубок шлама.
Принципом, по которому осуществляется очистка воды в безнапорных циклонах, является отсос ранее собранной в гидроциклон воды через патрубок, расположенный по касательный внизу конической части гидроциклорна. Подобное расположение патрубка создает необходимое вращение жидкости внутри гидроциклона, в результате которого легкие примеси оказываются в центре, а очищенная благодаря механической очистке вода выводится из гидроциклона.
Вышеназванные сооружения, как правило, применяются при таком типе механической очистки воды, как отстаивание. Простейшая же фильтрация заключается в пропускании воды через фильтры, которые задерживают мелкие частицы.
4.1.4 Механическая очистка - коагуляция
В осветлительных фильтрах, как правило, фильтровальные материалы имеют вид тканей, сеток. Это позволяет применять зернистую структуру загрузочного материала или же имеющих пористую поверхность. Частицы, проходящей через подобные фильтры воды, либо остаются на поверхности фильтра, либо задерживаются в его недрах. Осветлительные фильтры позволяют проводить частичную очистку воды от железа, песка, глины и пр.
Единственная ситуация, позволяющая применять только механическую очистку воду, это та ситуация, в которой очищенная вода используется в технологических процессах производства, либо же спускается в водоем без угрозы нарушения его экосистемы.
Мелкие частицы могут стать проблемой для механической очистки воды, если в ходе процесса очищения и обезжелезивания воды не были использованы коагулянты.
Коагулянтами называют специальные вещества, позволяющие группировать мелкие частицы, что в свою очередь делает возможным задерживание частиц фильтровальным материалом.
Вода движется с замедленной скоростью, что влияет на скорость оседания частиц. Коагулянты, прежде всего, добавляются из расчета на малые частицы, которые могут зависать на бесконечное время в воде, минуя оседание. В качестве коагулянта при механической очистке воды очень часто используют такие вещества как сернокислый алюминий, железный купорос и хлорное железо. Коагулянты, вступая в реакцию с мельчайшими частицами, находящимися в воде, собирают последних в хлопья, которые и оседают на фильтрационный материал. В каком то смысле коагуляция родственна химической очистке воды.
Коагулянты, добавляемые в воду, группируют мелкие частицы посредством их взаимного слипания, происходящего под воздействием молекулярного притяжения.
Благодаря двум типам механической очистки воды - процеживанию и биологической пленке - из воды удаляются нежелательные частицы, сам коагулянт и большая часть бактерий. Коагуляция позволяет удалять растворенные в воде частицы нефтепродуктов в ходе очистки воды на автомойках и НПЗ.
Через насос дозатора вода с добавленным в нее коагулянтом поступает на фильтр осветления воды, где и происходит их последующее задержание в загрузке. Следует принимать во внимание, что осветительные фильтры, благополучно функционируют, если размер задерживаемых частиц не менее 10 мкм.
Как становится ясно из вышеизложенного материала, механическая очистка воды посредством осветительных фильтров далека от совершенства. Лучших результатов можно добиться, если применять системы ультрафильтрации или очистки воды обратным осмосом.
4.1.5 Механическая очистка - загрузочные материалы
В прошлом в качестве загрузочных материалов использовались кварцевый песок и сульфоуголь, однако на сегодня широкий ассортимент синтетических загрузочных материалов позволяет подобрать гораздо более легкие и более грязеёмкие загрузки. Благодаря использованию подобных загрузок в механической очистке воды, осветительные фильтры уже не требуют столь тщательной промывки водой, что сокращает общие затраты при использовании систем очистки.
Одним из наиболее важных показателей, определяющих пригодность станции очистки воды, является скорость очистки. На столь немаловажный аспект влияет множество факторов вроде температуры воды, состава фильтрующего материала, характер и степень загрязнения воды.
Фильтры, предназначенные для механической очистки воды, устроены таким образом, что сначала вода проходит через верхние слои загрузки, постепенно проникая и в нижние. Это позволяет обеспечить равномерное задержание нежелательных частиц. Загрузочный материал, используемый, имеет свойство постепенно стираться, уменьшая общий объем фильтрующего материал. Поэтому так важно следить за количеством и состоянием загрузки, чтобы при необходимости заменить ее.
4.1.6 Механическая очистка - обеззараживание
Под обеззараживанием при механической очистке воды следует понимать полное извлечение потенциально опасных микробов. Для дезинфекции воды используется несколько способов. Однако не следует забывать, что вышеперечисленные сооружения, используемые в механической очистке воды, являются во многом методами, которые пригодны для промышленности и считаются достаточно узкоспециализированными, что, конечно, позволяет повысить эффективность очистки, но при этом и обладает гораздо более высокой стоимостью.
Очистка воды, производящаяся на муниципальных очистных сооружениях и используемая в некрупных бытовых очистных системах, строится по гораздо более простым схемам, которые стоят гораздо дешевле.
В свою очередь, это отражается на качестве очистки воды. Без всякого сомнения, в быту механическая очистка воды не является достаточной, и поэтому возникает необходимость применения иных способов очистки, кроме механической, например, систем биологической очистки воды.
5. Биологическая очистка воды
Биологическая очистка - широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод. В его основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов - водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
5.1 Сооружения и аппараты биологической очистки
Биологическая очистка может осуществляться как в естественных так и в искусственных условиях. К сооружениям естественной очистки относятся:
а) фильтрующие колодцы, используемые при расходе 1 куб.м в сутки и менее, и фильтрующие кассеты - при расходе 0,5-6 куб.м в сутки;
б) поля подземной фильтрации - при расходе до 15 куб.м в сутки и более;
в) поля фильтрации - при расходе 1400 куб.м в сутки и менее. В этих сооружениях, фильтрующей загрузкой являются естественные грунты, используемые непосредственно на месте (пески, супеси, легкие суглинки);
г) фильтрующие траншеи, песчано-гравийные фильтры, применяемые при расходе 15 куб.м в сутки и более. Оросительная и дренажная сеть этих сооружений положена в слое искусственной фильтрующей загрузки из привозного грунта. Их устраивают при наличии водонепроницаемых или слабофильтрующих грунтов;
д) фильтрующие кассеты с пропускной способностью 0,5-6 куб.м в сутки, применяемые в слабофильтрующих грунтах (суглинках) при коэффициенте фильтрации не менее 0,1 куб.м в сутки;
е) циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) - при расходе 1001400 куб.м в сутки;
ж) биологические пруды с естественной или искусственной аэрацией - при расходе 1400 куб.м в сутки.
При круглогодичной работе сооружения естественной очистки рекомендуется использовать, если удовлетворяются следующие условия:
- среднегодовая температура воздуха в районе расположения очистной станции не менее 10 град.С°,
- глубина грунтовых вод не менее 1 м от поверхности земли,
- наличие свободных площадей в близи малых объектов.
При сезонной работе станции (только в летний период) первое условие, касающееся среднегодовой температуры, исключается. Однако почвенные методы не всегда приемлемы из-за неблагоприятных санитарных, почвенногрунтовых, климатических, гидрогеологических условий. В связи с этим возникает необходимость в применении сооружений искусственной биологической очистки. К сооружениям, в которых биологическая очистка протекает в искусственно созданных условиях, относятся:
- биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы;
- биодисковые фильтры;
- биофильтраторы;
- биореакторы с биобарабанами;
- блок биореакторов с затопленной ершовой загрузкой;
- аэрационные установки, работающие по методу полного окисления (продленной аэрации);
- аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.
5.1.1 Биофильтры с загрузкой из пеностекла или пластмассы
Сооружения биологической фильтрации, особенно с прикрепленным биоценозом, хорошо себя зарекомендовали в работе с малыми расходами и пиковыми нагрузками по органике. Они просты, удобны, в них за короткое время (до 30 минут) происходит скоростное изъятие загрязнений. На традиционных биофильтрах в качестве фильтрующей массы применяют объемный материал: щебень, гравий, керамзит. Блочные загрузки из блоков пеностекла имеют преимущества в технологическом, конструктивном и эксплуатационном отношениях по сравнению с другими материалами.
Пеностекло - это теплоизоляционный строительный материал. Он отличается механической прочностью, влаго-, паро- и газонепроницаемостью, огнестойкостью, морозостойкостью, долговечностью, устойчивостью к воздействию кислот и продуктов разложения. Площадь адсорбционной поверхности пеностекла в зависимости от величины перфорации с учетом малых и больших пор- 200 кв.м/куб.м. Пеностекло имеет чрезмерно развитую поверхность, удерживает в единице объема большое количество биопленки, чем какой-либо другой вид загрузочного материала, что способствует интенсивному изъятию загрязнений из сточных вод. Распределение сточной воды по поверхности биофильтра осуществляется с помощью реактивного оросителя.
Пластмассовые загрузки используются в виде жесткой (кольца, обрезки труб и т.д.), жестко-блочной (из плоских и гофрированных листов), а также мягкой (из пластмассовых пленок) засыпки. Таким образом, загрузка обладает высокой пустотностью, большой сорбционной поверхностью и относительно малым коэффициентом сцепления биопленки с поверхностью загрузки, что создает условия для образования тонкого слоя биопленки.
Подобные документы
Исследование особенностей гидросферы, совокупности в ней океанов и морей. Изучение воды как самого распространенного вещества в биосфере. Показатели качества и виды загрязнения воды. Механическая, физико-химическая и биологическая очистка сточных вод.
презентация [5,1 M], добавлен 23.10.2014Общие сведения о механической очистке сточных вод. Механическая очистка, фильтрование и отстаивание воды. Основные параметры каркасно-засыпных фильтров. Основные загрязнения сточных вод. Разделение суспензий и эмульсий в поле гравитационных сил.
реферат [1,8 M], добавлен 24.04.2015Состав и свойства, методы очистки, механическая, химическая, физико-химическая, биологическая очистка производственных сточных вод. Методы исследований стоков. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях. Контроль очистки на каждом этапе.
дипломная работа [83,8 K], добавлен 29.09.2008Особенности использования подземной воды и способы ее подготовки. Источники загрязнения питьевых вод летучими хлорорганическими соединениями. Предварительная очистка воды коагуляцией. Сорбционная очистка воды. Заболевания, вызываемые зараженной водой.
курсовая работа [240,2 K], добавлен 24.09.2013Состав и классификация пластических масс. Сточные воды производств суспензионных полистиролов и сополимеров стирола. Сточные воды производства фенолоформальдегидных смол. Классификация методов их очистки. Очистка сточных вод после производства каучуков.
курсовая работа [611,0 K], добавлен 27.12.2009Сточные воды как ресурс промышленного водоснабжения, их классификация в зависимости от экономичности использования для водоподготовки, типы и разновидности. Этапы проведения мероприятий по подготовке сточных вод, применяемые сооружения и инструменты.
реферат [38,8 K], добавлен 03.01.2011Вода в атмосфере, на поверхности и в глубине земли, ее физическое состояние: испарение, конденсация и экологическая очистка. Зависимость человека от круговорота воды и его влияние на этот процесс. Этапы стандартной очистки и дезинфекции сточных вод.
курсовая работа [5,7 M], добавлен 29.08.2014Характеристика сточной воды предприятия и условия сброса очищенной воды. Предельно допустимые концентрации веществ, входящих в состав сточных вод. Выбор технологической схемы очистки. Анализ эффективности очистки сточных вод по технологической схеме.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.11.2011Водоснабжение и требования к качеству воды. Канализация и характеристика сточных вод. Выбор метода очистки. Расчет тонкослойного отстойника, вторичного радиального отстойника. Физико–химическая очистка сточных вод. Песковые площадки и шламонакопитель.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 21.03.2011Санитарно-гигиеническое значение воды. Характеристика технологических процессов очистки сточных вод. Загрязнение поверхностных вод. Сточные воды и санитарные условия их спуска. Виды их очистки. Органолептические и гидрохимические показатели речной воды.
дипломная работа [88,8 K], добавлен 10.06.2010
