Методы очистки сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Виды загрязнений. Состав сточных вод
• 2. Методы очистки сточных вод
• 2.1 Механический метод очистки сточных вод
• 2.2 Физико-химический метод очистки сточных вод
• 2.3 Химический метод очистки сточных вод
• 2.4 Биологический метод очистки сточных вод
• 3. Выбор схемы очистки воды
• Заключение
• Список используемой литературы

Введение

Вода - ценнейший природный ресурс. И одна из самых актуальных проблем в настоящее время - проблема загрязнения водных объектов. Без воды человек не может прожить и трех суток, но даже понимание всей важности роли воды в его жизни, не останавливает его от беспощадной эксплуатации водных объекты, которая изменяет их естественный режим сбросами и отходами безвозвратно.

Потребность в воде у организмов очень велика. Во все времена поселения людей и размещение промышленных объектов реализовывались в непосредственной близости от пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей. Для многих живых существ вода среда обитания. И поэтому её нужно расходовать, не загрязняя.

Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал её при испарении. С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур испарение с суши увеличилось. Обмелели реки южных районов, загрязнение океанов и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы.

Кроме того, сама пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоёмы с суши, очень часто загрязнена. Практически не пригодной для питья стала вода многих рек России.

Дефицит пресной воды сейчас становится мировой проблемой. Эту проблему надо решать как можно скорее. На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов, как более полное использование и расширенное воспроизводство водных ресурсов пресной воды; разработка новых технологических процессов, позволяющих избежать загрязнения водоемов; радикальный пересмотр проблемы очистки промышленных сбросов.

Первые упоминания о системах водоотведения и очистки относятся еще к древности. О применении воды для удаления нечистот свидетельствуют археологические раскопки древних поселений Вавилонии, Ассирии, Финикии, Греции и Рима. Для отведения сточных вод в естественные проточные водоемы иногда строились крупномасштабные гидротехнические сооружения, выложенные кирпичом с обмазочной гидроизоляцией, обеспечивающие пропуск больших водных потоков. Литературные источники говорят, что каналы для отведения дождевых и бытовых вод существовали в Индии и Китае около 5-6 тыс. лет назад.

Первые водоотводящие сооружения в России были построены в Новгороде в XII в. - бревенчатый каналбыл перекрыт пластинами и берестой.

В 1989 г. в Москве была введена в эксплуатацию первая водоотводящая система, включавшая самотечные и напорные водоотводящие сети, насосную станцию и люблинские поля орошения.

Целью данного реферата является изучение современных способов очистки сточных вод. Необходимо:

· изучить литературу по способам очистки сточных вод

· выявить существующие источники загрязнения сточных вод

· изучить существующие на данный момент способы очистки сточных вод

1. Виды загрязнений. Состав сточных вод

В понятие «сточные воды» входят различные по природе, составу и физико-химическим свойствам воды, которые использовались для бытовыхи промышленных нужд. При этом вода получила загрязнение и ее состав изменился.

По происхождению сточные воды объединяют с следующие группы: бытовые, производственные и атмосферные.

Бытовые стоки образуются в результате деятельности человека в жилых, административных и коммунальных (прачечные, бани и т.п.) зданиях, в бытовых помещениях производственных комплексов. Это те сточные воды, которые приходят в водоотводящую сеть из санитарных приборов (раковин, унитазов, ванн и проч.).

Производственные стоки, соответственно, образуются в процессе производства различных продуктов, материалов и др. Это в том числе технологические растворы, кубовые остатки, маточники, промывные и технологические воды, воды из охлаждающих систем, воды от мытья промышленного оборудования и проч.

Атмосферные стоки - это сточные воды, которые образуются в результате выпадения различных осадков, как на территории жилой населенных пунктов, так и на производственных площадках. Чаще из называют ливневыми стоками.

Загрязнение водных ресурсов - это любые изменения химических, физических и биологических свойств воды в связи со сбросом в них жидких, газообразных и твердых веществ, которые наносят вред живым организмам и человеку. Загрязнения делят на:

· механические - загрязнения механическими примесями, в основном поверхностные загрязнения

· химические - загрязнение органическими и неорганическими веществами токсического и нетоксического действия

· биологические - загрязнение воды патогенными микроорганизмами, мелкими водорослями и грибами

· тепловые - выпуск в водоемы подогретых вод атомных и тепловых ЭС

· радиоактивные - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах

Все загрязняющие примеси в сточных водах, в независимости от их природы, объединяют в четыре группы по размеру частиц.

Первая группа - нерастворимые в воде грубодисперсные примеси. Они могут быть органическими и неорганическими. К этой же группе относят микроорганизмы, бактерии и яйца гельминтов. Большая часть примесей данной группы может быть обезврежена гравитационным осаждением.

Ко второй группе относятся загрязняющие вещества коллоидной степени дисперсности, размером порядка 10^-6 см. Гидрофобные и гидрофильные примеси этой группы образуют с водой системы с особенными молекулярно-кинетическими свойствами. Эта группа включает высокомолекулярные соединения. Маленький размер частичек затрудняет их осаждение под действием силы тяжести, они выпадают в осадок только после разрушения агрегативной устойчивости.

Третья группа - это примеси размерами меньше 10^-7 см. Они имеют молекулярную степень дисперсности. В воде они растворяются, образуя растворы. Для очистки от этих примесей необходимо использовать биологические или физико-химические способы обезвреживания.

Четвертую группу составляют примеси размером менее 10^-8 см, что соответствует ионной степени дисперсности. Это растворы солей, кислот и оснований. Часть этих загрязнений, таких как фосфаты и аммонийные соли, могут удаляться из стоков биологической очисткой. Однако полностью данный способ не эффективен. Для снижения концентрации солей следует использовать физико-химические методы: электродиализ, ионный обмен и др.

Производственные сточные воды загрязнены главным образом отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их очень разнообразен и зависит от отрасли промышленности, исходного сырья и 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 сульфатных, содовых, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, никелевых, цинковых руд и т.д., которые содержат кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтехимические, нефтеперерабатывающие заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, альдегиды, аммиак, фенолы, смолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается в окислительных процессах, в результате которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей на современном этапе являются нефть и нефтепродукты. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, тяжелые фракции осевшие на дно 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 для человека и не только.

Фенол является довольно вредным загрязнителем промышленных вод. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При попадании фенола резко снижаются биологические процессы водоемов, процессы их самоочищения, а вода приобретает специфический запах карболки.

Также на жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением большого количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду, ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы.

Атомные электростанции своими радиоактивными отходами загрязняют водоемы. Радиоактивные вещества концентрируются планктонными микроорганизмами и рыбой, а затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз больше, чем воды, в которой они живут.

2. Методы очистки сточных вод

Вообще в водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает очень медленно. Когда промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. Но в наш индустриальный век в связи с резким ростом отходов водоемы уже перестали справляться со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость искусственно обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Часто предприятия сбрасывают свои стоки в городскую водоотводящую сеть. Для того, чтобы технологический режим биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод не был нарушен, спускаемые воды должны соответствовать ряду требований:

· промышленные стоки должны быть не агрессивными к материалам водоотводящих сетей и не должны иметь настолько крупных примесей, чтоб засорить ее

· в них не должно быть горючих примесей, таких как бензин, эфиры, нефтепродукты, а также газов, которые могут образовывать взрывоопасные смеси

· среднее pH должно быть 6,5-7

Если промышленные стоки не отвечают этим требованиям, то они должны очищаться на предприятие, где они образуются.

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения достаточно сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве, имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода)

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. Если они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным.

2.1 Механический метод очистки сточных вод

Сущность метода в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, песколовками, ситами, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - бензомаслоуловителями, нефтеловушками, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%.

Взвешенные примеси подразделяются на твердые и жидкие, они образуют с водой дисперсные системы, которые можно классифицировать на грубодисперсные с размерами частиц более 0,1 мкм (суспензии, эмульсии); коллоидные системы с частицами размером 0,1 мм; и растворы с частицами соизмеримыми с отдельными молекулами и ионами.

Рассмотрим некоторые способы механической очистки.

Фильтры состоят из корпуса, наполненного фильтрующей загрузкой, и блока управления, благодаря которому производится контроль процесса очистки воды. Такие системы применяются в бытовых системах очистки воды и при механической очистке на предприятиях.

Выбор корректного фильтра осветления, который может работать в каждой определенной квартире или коттедже, обуславливается химическим составом воды, поэтому важно доверить проведение экспертизы специалистам.

Также при механической очистке воды важными характеристиками 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.

В методе процеживания сточные воды процеживают через решетки и сита с целью извлечения из них крупных примесей: отбросы, являющиеся отходами хозяйственной и производственной деятельности, представляющие собой упаковочные материалы, остатки пищи, бумагу, тряпье и т.д. Решетки бывают неподвижные и подвижные. Наиболее распространены подвижные решетки. Они выполнены из металлических стержней, устанавливаемых на пути движения сточных вод под углом 60-750. Размер решеток определяется из условий обеспечения в прозорах скорости движения сточной воды 0,8-1,0 м/с при максимальном притоке на очистные сооружения. При скорости более 1,0 м/с уловленные примеси продавливаются через решетку. При скорости меньше 0,8 м/с в уширенной части канала перед решеткой начинает выпадать в осадок крупные фракции песка и возникает необходимость его удаления.

Песок, который проходит через песколовки на крупных органических загрязнителях, падает в осадок в первичных отстойниках, что сильно затрудняет выгрузку осадка, который уже осел, а также его прохождение по илопроводам и выгрузку из метантенков.

Поэтому, эффективная работа решеток, на которых удаляются крупные загрязнения, позволит бесперебойно работать песколовушкам, нормально эксплуатировать первичные отстойники, метантенки, не забивать трубопроводы и повысит качество обезвреживания сточных вод.

В очистных сооружениях обычно после решеток проектируют песколовки. Они нужны для удаления из сточных вод нерастворимые минеральные примеси (песка, боя стекла, шлака). Отделение песка происходит под действием силы тяжести. Песколовки бывают вертикальные, горизонтальные или с вращательным движением жидкости, которые в свою очередь делятся на тангенциальные и аэрируемые.

Сита используются для удаления более мелких взвешенных частиц и могут быть двух типов:

· Барабанные, представляющие собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1,0мм. При вращении этого барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность, в зависимости от подвода воды. Примеси смываются с сетки водой, а затем отводятся в желоб. Производительность сита зависит от диаметра барабана и его длины, а так же от характеристик примесей. Сита обычно используются для очистки воды в текстильной, целлюлозно- бумажной промышленности.

· Дисковые.

Для разделения взвешенных веществ на фракции используются фракционаторы, которые состоят главным образом из вертикальной сетки, разделяющей емкость оборудования на две части. Диаметр отверстий сетки порядка 60-100мкм. Сточная вода заходит внутрь фракционатора через сопло и разделяется на грубую и тонкую фракции. Примерно 50-80% взвешенных частиц остается в грубой фракции при разделении.

Метод отстаивания обычно применяется для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Отстаивание является самым простым, наименее энергозатратным и наиболее дешевым способом очистки стоков от грубодисперсных примесей, плотностью отличной от воды. Разделение (осаждение или всплывание) происходит под действием силы тяжести. В зависимости от назначения и расположения в технологической цепочке очистки сточных вод отстойные сооружения делят на следующие: отстойники - первичные, вторичные и третичные (контактные резервуары); осадкоуплотнители, илоуплотнители.

Еще одним методом механической очистки воды являются гидроциклоны или центрифуги, в которых под воздействием центробежных сил, частицы отбрасываются к периферии потока.

Гидроциклоны, применяемые при промышленной очистке воды, бывают напорными и безнапорными гидроциклоны

2.2 Физико-химический метод очистки сточных вод

Сточные воды, как термодинамические системы, обладают запасом внешней (механической энергией, создаваемой движением потока) и внутренней энергии (энергией связей молекул и атомов в структуре примесей, а также энергией связей веществ с водой). Структура загрязнений сточных вод, которая обладает определенной внутренней энергией, абсолютно не доступна для биоценозов (биологическая очистка), не может она быть разрушена также и механическими способами. Сточные воды с такой структурой загрязнений называют трудноокисляемыми или стабильными. Такие стоки обезвреживаются только с помощью физико-химических методов.

Для физико-химической очистки стоков обязательно необходима внешняя энергия. Это может быть электрическая, тепловая, химическая или механическая энергии.

Этот метод в основном используются для очистки производственных сточных вод, для очистки городских сточных вод применяются чрезвычайно редко.

Очистные сооружения, на базе физико-химических процессов обезвреживания, можно объединить в разделительные и деструктивные. Сооружения первой группы используют для извлечения загрязнений из сточной воды в виде концентрированных растворов. В сооружениях-деструкторах же примеси разрушаются прямо в обрабатываемой воде и продукты деструкции не выделяются, а остаются там же. Соответственно, не образуется никаких вторичных отходов от очистки стоков.

Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, так как обычно стоки на 50-60% состоят из загрязнений, относящихся по своей природе к коллоидным. Коллоидные дисперсные частицы не могут быть осаждены и не задержаны обычными фильтрами, так как их размер примерно 1-100 нм. Чтобы повысить эффективности очистки стоков от коллоидных веществ используют процесс коагуляции. Коагуляция - процесс слипание частиц при их столкновениях вследствие теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются различные агрегаты: от более мелких (первичных) частиц до более крупных (вторичных), состоящих из скопления мелких.

В качестве коагулянтов чаще используют такие вещества, как алюминат натрия NaAlO₂, гидрат сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃·18H₂O, реже - тетраоксосульфаты алюминия-калия и алюминия-аммония.

Железосодержание коагуляторы, главным образом сульфаты трех- и двухвалентного железа и хлорид железа могут использоваться не только для коагуляции, но и также для окислительно-восстановительных процессов.

Одной из разновидностей коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.

Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, текстильной, легкой и других отраслей промышленности.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения их применение сильно увеличилось. Основными физико-химическими методами являются флотация, сорбция, гиперфильтрация, экстракция, эвапорация, выпаривание, испарение и кристаллизация.

Широкое применение в качестве метода очистки находит также электролиз. Этот процесс заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и выделении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза достаточно эффективна на медных и свинцовых предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды могут очищать также с помощью ультразвука, ионообменных смол и высокого давления.

Рассмотрим некоторые способы физико-химической очистки подробнее.

Сорбцию главным образом применяют для очистки от растворимых примесей. Это динамический равновесный процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом, газом или жидкостью. Тело, которое поглощает вещество, называется сорбентом, а поглощаемое вещество - сорбатом. Наиболее эффективны сорбционные методы для глубокой очистки стоков от растворенных органических веществ.

Процессы сорбции могут протекать:

на поверхности (адсорбция);

в объеме (абсорбция).

Адсорбцией называется процесс перехода молекул растворенного вещества из раствора на поверхность твердого материала - адсорбента. Адсорбционные методы достаточно эффективны для очистки от примесей, которые находятся в сточной воде в малых концентрациях, при значительных расходах перерабатываемых объемов стоков.

Селективное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.

Различают два вида адсорбции:

химическая адсорбция, протекает за счет вступления в химическую реакцию молекулы поглощаемого вещества с молекулами адсорбента

физическая адсорбция, протекает за счет сил молекулярного взаимодействия

Процесс физической адсорбции обратим, поэтому обычно после стадии адсорбции проводят обратный процесс - десорбции. Десорбция необходима с одной стороны потому, что адсорбент необходимо регенерировать, чтобы можно было его использовать повторно. А с другой стороны с помощью десорбции есть возможность выделить целевой компонент в чистом или концентрированном виде. В качестве адсорбентов часто используют природные мелкодисперсные материалы, а также отходы некоторых производств: цеолиты, золу, торф, силикагели, шлаки и глину. Одпим из самых эффективных сорбентов является активированный уголь.

К настоящему времени было синтезировано немало различных пролимерных пористых материалов. Так, например, для адсорбционных процессов в водной среде синтезированы материалы на основе дивилбензола и стирола - полисорбы. Полисорбы от активированных углей обладают меньшей энергией связей извлекаемых примесей с поверхностью адсорбента, но зато благодаря этому они легче подвергаются регенерации.

Абсорбция - процесс извлечения компонента из одной фазы и растворение его в другой фазе--в поглотителе.

Требования, предъявляемые к поглотителю:

высокая поглотительная способность (когда давление насыщенных паров компонента над его раствором в поглотителе при температуре абсорбции мало);

поглотитель должен легко десорбироваться (регенерироваться);

должен обладать селективностью (поглощать только определенные компоненты);

должен обладать низкой летучестью (низким давлением паров);

не должен оказывать коррозионного действия;

обладать высоким коэффициентом массопередачи.

должен быть доступным и дешевым;

Метод флотации - один из видов адсорбционно-пузырькового разделения, основанный на формировании всплывающих агломератов (флотокомплексов) примесей с диспергированной фазой и дальнейшим их отделением в виде пены (флотошлама). Слипание пузырьков воздуха происходит только с гидрофобными частицами (несмачиваемыми водой) или частицами, которые имеют гидрофобные участки поверхности. Для интенсификации флотационного процесса необходимо использовать реагенты, которые, сорбируются на поверхности частиц, понижая их смачиваемость, а значит, повышают гидрофобизацию загрязнений. Также следует отметить, что понижение поверхностного натяжения повышает эффект флотационной очистки воды. Образование флотокомплексов («частица -- пузырьки газа») зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, от химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, а также от избыточного давления газа в сточной воде и т. п.

Классифицируются флотационные сооружения на основании метода получения диспергированной газовой фазы. Все способы можно объединить в следующие группы: диспергирование газовой фазы в толще жидкой фазы; выделение из обрабатываемой воды.

2.3 Химический метод очистки сточных вод

Метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

К химическим методам очистки относят окисление, восстановление и нейтрализацию. К окислительным методам относится также электрохимическая обработка. Их обычно применяют в замкнутых системах водоснабжения для того, чтобы удалить растворимые вещества. Химическую очистку иногда используют как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод.

Сточные воды, которые содержащие минеральные щелочи или кислоты, перед сбросом в водоемы или перед использованием в технологических процессах необходимо нейтрализовать. Практически нейтральными считаются воды с pH в диапазоне 6,5-8,5.

Нейтрализацию проводят различными способами: смешением кислых и щелочных сточных вод, фильтрацией кислых вод через нейтрализующие материалы, добавлением различных реагентов, абсорбцией кислых газов щелочными растворами или абсорбцией аммиака кислыми растворами. В результате процесса нейтрализации часто могут образовываться осадки.

Окислительный метод применяют для очистки производственных сточных вод, которые могут содержать такие токсичные примеси, как цианиды, комплексные цианиды меди и цинка, или соединения, которые совершенно нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (H₂S, сульфиды).

Для очистки сточных вод используют такие окислители как газообразный и сжиженный хлор, хлорат кальция, диоксид хлора, гипохлориты кальция и натрия, бихромат калия, перманганат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон и др.

В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, переходят в менее токсичные, которые потом удаляют из воды.

Озонирование является одним из универсальных методов очистки, позволяющим эффективно обезвреживать стоки от различных видов загрязнений. Озон имеет ряд преимуществ по сравнению с другими окислителями. Благодаря его высокой окислительной способности озон применяют как для обеззараживания, так и для деструкции трудноокисляемых примесей. Обычно в стоках это красители, ПАВы, пестициды и др. Озон также крайне эффективен и для окисления таких неорганических загрязнителей, как цианиды, хроматы и др.

2.4 Биологический метод очистки сточных вод

Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологический метод, основанный на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы обладают рядом свойств, из которых следует отметить следующие:

· Способность потреблять в качестве источников питания самые разные органические (и некоторые неорганические) соединения

· Способность быстро размножаться

· Способность образовывать колонии и скопления, которые сравнительно легко отделить от очищенной воды после очистки

В живой микробиальной клетке происходят одновременно два процесса - распад молекул(катаболизм) и их синтез (аноболизм), составляющие в целом процесс обмена веществ-метаболизм. То есть, процессы деструкции потребляемых микроорганизмами органических веществ связаны с процессами синтеза новых клеток.

Механизм поглощения из раствора субстрата и его последующее разложение носит очень сложный, многоступенчатый характер. Это последовательные, взаимосвязанные биохимические реакции, которые определяются типом дыхания и питания микроорганизмов. До сих пор многие аспекты этого механизма не изучены и не ясны, хотя он широко используется на практике, как в биотехнологии, так и при биологическом обезвреживании сточных вод, имея не одну разработанную технологическую схему.

Процессы биохимического окисления для гетеротрофных микроорганизмов объединяют в три группы. Деление зависит от того, что является акцептором электронов, которые отщепляются от окисляемого субстрата, и акцептором водородных атомов. Если акцептор кислород, то тогда процесс является клеточным дыханием. Если акцептором водорода является органическое вещество, то процесс называют брожением и, наконец, если акцептор водорода неорганическое вещество, например, нитраты, сульфаты и проч., тогда процесс называют анаэробным дыханием.

Продукты процесса аэробного дыхания, окисления, не способны к дальнейшему разложению в микробиологическом организме, и не содержат запаса энергии, которая могла бы быть выделена в результате обычных химических реакций. Эти вещества - диоксид углерода и вода. И хотя в них содержится кислород, путь образования этих в клетке может отличаться. Так как СО₂ может образовываться в результате биохимических процессов, проходящих в среде, в которой нет кислорода, под действием ферментов. А вот вода в процессе жизнедеятельности клетки всегда образуется путем соединения кислорода воздуха с водородом органических веществ.

Брожение - процесс неполного распада органических веществ, главным образом углеводов в бескислородных условиях. В результате этого процесса разные частично окисленные полупродукты, такие как спирт, глицерин, молочная, пропионовая, муравьиная кислоты, ацетон и др.

Ферментативное анаэробное расщепление аминокислот и белков является гниением.

Биологическая очистка может осуществляться как в естественных, так и в искусственных условиях.

К сооружениям естественной очистки относятся можно отнести фильтрующие колодцы (используют при расходе 1 куб.м в сутки и менее, и фильтрующие кассеты - при расходе 0,5-6 куб.м в сутки), поля подземной фильтрации (расход до 15 куб.м в сутки и более), поля фильтрации (расход 1400 куб.м в сутки и менее, в этих сооружениях, фильтрующей загрузкой являются естественные грунты, которые используются на месте), фильтрующие кассеты с пропускной способностью 0,5-6 куб.м в сутки применяют в слабофильтрующих грунтах (суглинках) при коэффициенте фильтрации не менее 0,1 куб.м в сутки и др.

К сооружениям, где биологическая очистка протекает в искусственно созданных условиях, относятся биодисковые фильтры, биореакторы с биобарабанами, биофильтраторы, аэрационные установки, которые работают по методу полного окисления (продленной аэрации), аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила.

Биофильтра - сооружения, где сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой биологической пленкой, которая образована микроорганизмами. Благодаря пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. И именно она служит действующим началом в биофильтрах.

Толщина пленки зависит от гидравлической нагрузки, от концентрации органических веществ, от удельной поверхности и пористости загрузочного материала, от внешней среды и много другого. До сих пор не до конца ясны процессы, которые протекают в разных слоях биопленки, как влияют друг на друга анаэробный и аэробный слои в рамках эффективности функционирования сооружения.

Процессы сорбции и разложения загрязняющих примесей в биологических фильтрах схожи с процессами очистки сточных вод на других сооружениях, на которых применяется биологическая очистка. Процессы биологического окисления протекают гораздо интенсивнее благодаря увеличенной пористости загрузочного материала.

Аэротенки - это огромные резервуары из железобетона. В них микробиологическая масса пребывает во взвешенном состоянии в виде отдельных хлопьев, которые представляют собой зооглейные скопления микроорганизмов, простейших и более высокоорганизованных представителей фауны (коловратки, черви, личинки насекомых), а также грибов и дрожжей. Этот биоценоз называется илом. Доминирующую роль в нем играют различные группы бактерий, способные не только извлекать из воды растворенные и взвешенные в ней органические вещества, но и самоорганизовываться в колонии - хлопья, сравнительно легко отделимые потом флотацией.

В период стационарной работы очистных установок с аэрацией обычно различают несколько фаз работы активного ила. В первой фазе, фазе адаптации, которая начинается сразу после введения микробиальной культуры в контакт с питательной средой практически не происходит прироста биомассы. Длительность этой фазы зависит от природы органических веществ и степениадаптированности микроорганизмов к ней. Во второй фазе происходит биосорбция органических веществ сточных вод хлопьями активного ила. На этой стадии идет интенсивный прирост биомассы активного ила и резкое снижение концентрации органических загрязнений. Продолжительность фазы биосорбции обычно не превышает 30 минут. Во третьей фазе происходит биохимическое окисление хлопьями активного ила органических веществ. На этой стадии продолжается дальнейший прирост биомассы активного ила и снижение концентрации органических загрязнений за счет декарбонизации. Продолжительность фазы биохимического окисления примерно 1 час. В четвертой фазе идет синтез клеточного вещества активного ила из оставшихся органических веществ сточной воды за счет энергии, высвободившейся во второй фазе. Количество органического субстрата, который переходит в новые клетки, составляет приблизительно 65 %. Эта фаза отличается от предыдущих фаз тем, что массы активного ила относительно не меняется. Она протекает до тех пор, пока не закончатся все органические вещества, предварительно накопленные клетками микроорганизмов ила. Суммарная продолжительность этой фазы в аэротенке и регенераторе составляет в стационарном процессе порядка 20 часов. В пятой фазе происходит эндогенное дыхание, или самоокисление клеточного вещества активного ила. Эта фаза характеризуется уменьшением биомассы активного ила. Органические вещества клеток биомассы подвергаются эндогенному окислению до конечных продуктов NН₃, СО₂, Н₂O, что приводит к уменьшению общей массы ила. Эта фаза начинается после 20-24 часов аэрации активного ила и заканчивается через 2-3 суток. В результате полного окисления органических загрязнений прирост активного ила настолько мал, что его можно удалять из сооружений не чаще 1-4 месяцев.

В биологическом реакторе важнейшей характеристикой является соотношение между количеством питания и массой микроорганизмов, определяющей условия протекания в нем биохимических процессов. Для аэрационных сооружений эта характеристика получила название «нагрузка загрязнений на ил». Под ней понимают количество поступающих загрязнений вместо со стоками, приходящихся на единицу массы ила в единицу времени. Выражают эту величину обычно в мг или г загрязнения (ХПК, БПК или любого другого) на 1 г сухого вещества ила в 1час или 1сутки.

Схема реализации биологической очистки сточной воды в проточном режиме в аэротенках с возвратом ила из вторичных отстойников и выделением избыточного ила на обработку называется классической аэрацией.

Обычно сточные воды перед биологическим обезвреживанием подвергают механической очистке, а после него для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию хлорной известью или жидким хлором. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы.

Дезинфекция - это заключительный этап обработки сточных вод перед спуском их в водоем. Ее целью является уничтожение патогенной микрофлоры, которая находится в стоках. Самый распространенный метод дезинфекции хлорирование газообразным хлором. Кроме того можно произвести обеззараживание озонированием, а также используя бактерицидные ультрафиолетовые лампы.

Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна

очистка сточная вода

3. Выбор схемы очистки воды

Для приготовления из сточных вод технической воды или обеспечения условий сброса очищенных сточных вод в водоемы огромное значение имеет технико-экономическая оценка способов подготовки воды. Экономическое преимущество обычно имеют замкнутые системы водоиспользования. Однако процесс замены современных производств безотходными, в том числе и с замкнутой системой водоиспользования, достаточно длительный. Поэтому все-таки часть очищенных стоков сбрасывают в водоемы. И тут необходимо соблюдать имеющиеся нормативы для концентрации вредных веществ в очищенных сточных водах.

Степень очистки стоков при отведении их в водоемы определяется нормативами качества воды водоема в расчетном створе и в значительное мере зависит от фоновых загрязнений. Для снижения концентраций вредных примесей до требуемых норм нужна достаточно глубокая очистка. Поэтому надежный контроль степени очистки сточных вод имеет большое значение, так как с ужесточением требований к качеству очищенных вод значение ПДК для большинства вредных веществ понижается и определить их становится труднее. Кроме того, сложно определить и концентраций вредных веществ в сильно разбавленных сточных водах.

Сточные воды считаются чистыми, если их попадание в водные объекты не приводит к нарушению норм качества воды в контролируемом створе или пункте водоиспользования.

Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - сложная технико-экономическая задача, которая зависит от многих факторов: расхода стоков и мощности водоема, расчета необходимой степени очистки, энергетических затрат, рельефа местности и характера грунта. При выборе способа очистки примесей учитывают требования, которым должны соответствовать очищенные воды: при сбросе в водоем - ПДС (предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ), а при использовании очищенных сточных вод в производстве - требования, которые необходимы для осуществления тех или иных технологических процессов.

Расчет необходимой степени очистки напрямую зависит от того, какой эффект удаления загрязняющих веществ необходимо достичь на очистных сооружениях.

Так, на сооружениях с механическим способом очистки эффект понижения концентрации взвешенных частиц составляет порядка 40-60%, что приводит к уменьшению величины БПК_полн на 20-40%.

Сооружения биологической очистки обеспечивает понижение показателей загрязнений (после биофильтров, аэротенков и вторичных отстойников) по взвешенным веществам и по БПК₅ до 15-20 мг/л.

Если необходима более высокая очистка стоков, чем могут обеспечить биологические очистные сооружения, то возникает необходимость более глубокой очистки сточных вод. Сооружения глубокой очистки должны соответствовать природе загрязнений, которые необходимо удалить. Так например, при глубокой очистке от растворенных органических веществ доочистка может происходить либо сорбционными методами, либо деструктивными - окислением озоном.

После введения в сточную воду минеральных коагулянтов, фильтрования, отстаивания и аэрации, может достигаться эффективность по ХПК -78,8%, по БПК - 91,3%, по взвешенным веществам - 98,8%.

Анализируя все выше описанные способы очистки, можно сделать вывод о высокой эффективности физико-химической очистки. Но не нужно забывать о целесообразности выбора способа очистки. Иногда, для достижения требуемой степени очистки достаточно более дешевого механического способа очистки. Так, например, если необходимый уровень очистки стоков по взвешенным веществам должен быть 40-50%, а показатель БПК_полн снижен на 20-30%, то вполне можно ограничиться механической очисткой.

Заключение

Не смотря на существование обширных методов и технологий по очистке сточных вод для разного рода объектов, проблема их загрязнения все еще стоит очень остро. Проанализируем данные «Русского географического общества». В РФ в настоящее время в водоемы ежегодно сбрасывается более 70км³ сточных вод, или 70% от 100 км³ всей воды, используемой для хозяйственных и бытовых целей (остальное - главным образом, вода, используемая для полива в сельском хозяйстве). Из этих 70 км³ стоков 30%, или 21 км³, не очищены или очищены недостаточно. Большая часть стоков приходится в основном на городские водохозяйственные комплексы.

Основными химическими загрязнителями воды в России остаются:

а) органические - нефть, нефтепродукты и отходы нефтепереработки, удобрения, навозная жижа, моча, фенолы

б) неорганические - тяжелые металлы, поваренная соль

В целом, и сама очистка может иметь побочные эффекты. Опасность того или иного вещества для живых организмов устанавливается, как правило, путем наблюдений и опытов. То же можно сказать и о применении различных технологий очистки, которые также связаны с попаданием в окружающую среду веществ и энергии в количествах, превышающих фоновый уровень.

Поэтому для решения проблемы загрязнения воды, кроме непосредственно очистки стоков, необходимо сократить и водопотребление в целом, за счет совершенствования и модернизации технологий. За счет этого сократится и объем сточных вод. Кроме того важно развивать безотходные технологии.

Список используемой литературы

1. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учеб. пособие для вузов - М.: Издательство ассоциации стоительных вузов, 2006. - 704 с.

2. Вода России. Экосистемное управление водопользованием / Под науч. ред. А.М. Черняева; ФГУП РосНИИВХ. - Екатеринбург: Изд-во «АКВАПРЕСС», 2000. - 356 с.

3. Лукиных Н.А., Липман Б.Л., Криштул В.П. «Методы доочистки сточных вод». - М. Строииздат, 1978 г.- 96с.

4. Лосев К.С. Вода. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989 г. - 272с.

5. Химические методы очистки сточных вод

Размещено на Allbest.ru