Методы очистки сточных вод 18.09.2019 – Расположен в: Без рубрики

Бытовые сточные воды — образуются путём естественных потребностей человека (использование санитарно-технических приборов). Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных зданий (бани, прачечные, дома отдыха и т.д.)

Производственные сточные воды — образуются в процессе производства (технические растворы, технологические и промывные воды, воды от мытья оборудования, охлаждения и т.д.)

Атмосферные сточные воды (дождевые, ливневые) образуются в процессе выпадения дождя и таянья снега.

Основными характеристиками сточных вод являются — количество сточных вод (л/сек, м3 /сут, м3 /смену, и т.д.), концентрации загрязнений (мг/л, г/м3 ), неравномерность поступления сточных вод. Отметим, что все эти характеристики необходимы для проектирования систем водоотведения (водоотводящие сети, очистные сооружения).

Содержание органических загрязнений оценивается химической потребностью в кислороде (ХПК) и биологической потребностью в кислороде (БПК). БПК измеряется количеством кислорода, которое расходуется микроорганизмами при аэробном биологическом разложении веществ, содержащихся в сточных водах, при стандартных условиях за определённый интервал времени.

В городские сточные воды поступают хозяйственно–бытовые воды и стоки некоторых промышленных предприятий, расположенных в черте города. К хозяйственно–бытовым относятся сточные воды, поступающие из квартир, больниц, школ, гостиниц и других мест пребывания людей; воды из прачечных, бань, столовых и других коммунальных предприятий.

Хозяйственно – бытовые воды без примеси промышленных в настоящее время практически отсутствуют. Исключение составляют сточные воды некоторых курортных поселков, но и в них поступают стоки от гаражей, содержащие нефтепродукты и другие загрязнения, характерные для производственных сточных вод.

Особенность бытовых и, следовательно, городских сточных вод состоит в том, что в них содержится много микроорганизмов, среди которых могут присутствовать патогенные бактерии, возбудители кишечных инфекций. Бактерии составляют значительную часть органического вещества бытовых сточных вод. В 1 мл сточной жидкости миллионы и десятки миллионов бактерий. Хозяйственно – бытовые сточные воды также содержат большое количество яиц гельминтов [10].

Для очистки сточных вод используются различные методы:

-механические,

-биологические (или биохимические),

-химические и физико — химические,

-электрохимические,

-глубокая очистка (доочистка после полной биологической очистки),

-термического обезвреживания,

Весь комплекс сооружений очистки сточной воды можно разделить на пять групп:

1) механической очистки;

2) биологической очистки;

3) доочистки воды;

4) дезинфекция воды;

5) обработка осадков.

Механическая очистка производится для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования. Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различного рода решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, частицы которых имеют большую или меньшую плотность, чем плотность воды, применяют отстаивание. При этом тяжелые частицы осаждаются на дно под действием силы тяжести, а легкие всплывают на поверхность. Взвешенные частицы минерального происхождения, главным образом песка, выделяют из сточных вод путем осаждения в сооружениях, называемых песколовками. Основную массу более мелкой взвеси, преимущественно органического характера, выделяют из сточных вод в отстойниках.

Биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворе и являющихся для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от органических загрязнений.

Интенсивностью процесса очистки сточных вод в сооружениях биологической очистки определяется окислительной мощностью сооружения, под которой понимается число граммов кислорода, получаемое с 1 м3сооружения в сутки и используемое для снижения биологической потребности в кислороде сточных вод, окисления аммонийных солей до нитритов и нитратов, а также для повышения содержания в сточных водах растворенного кислорода. Окислительная мощность для различных сооружений колеблется в широких пределах [13].

Существующие очистные сооружения в основном не обеспечивают нормативные требования к сбросу сточных вод, поэтому требуется их доочистка [23]. Наиболее широкое распространение в качестве сооружений для доочистки получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители; микрофильтры применяются реже. Снижение концентрации трудноокисляемых веществ, фиксируемое значением ХПК очищенных вод, возможно методом сорбции, например активированным углем, и химическим окислением, например путем озонирования. Снижение концентрации солей возможно методами обессоливания, применяемыми в практике водоподготовки [13].

Из практики очистки сточных вод известно, что при первичном отстаивании количество бактерий группы кишечной палочки сокращается на 30 – 40%, а после вторичных отстойников на 90 – 95% [8]. Следовательно, для полного освобождения сточных вод от патогенных бактерий и вирусов необходимо применение специальных методов обеззараживания.

Для дезинфекции сточных вод применяется хлорирование, озонирование, ультрафиолетовое излучение. В настоящее время большое внимание уделяется обеззараживанию воды ультрафиолетовым облучением. Этот способ не требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды и действует не только на бактерицидную флору, но и бактериальные споры. Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать непосредственно в систему оборотного водоснабжения или в водоем [6].

Методы обработки осадка. При очистке сточных вод любым из описанных выше методов образуется осадок вследствие выпадения нерастворенных веществ в первичных отстойниках. Кроме того, в результате биологической очистки образуется большое количество осадка, который выделяется во вторичных отстойниках. Осадок состоит из твердых веществ, сильно разбавленных водой. В сыром состоянии при очистке бытовых и некоторых производственных вод этот осадок имеет неприятный запах и является опасным в санитарном отношении, так как содержит огромное количество бактерий (в том числе могут быть и болезнетворные) и яиц гельминтов. Для уменьшения количества органических веществ в осадке и придания ему лучших санитарных показателей осадок подвергают воздействию анаэробных микроорганизмов (сбраживанию) и аэробной стабилизации ила в соответствующих сооружениях. К анаэробным сооружениям относятся септики, двухъярусные отстойники, метантенки.

Норма водоотведения бытовых вод в малых населенных пунктах при наличии благоустроенных домов не превышает 200 л/сутки на одного жителя. Проектирование, строительство и эксплуатация малой канализации производятся с соблюдением общих основных положений. Очистные сооружения этой системы канализации размещают на территории объекта при канализовании отдельных зданий или вне его при канализовании населенных пунктов; в обоих случаях соблюдаются установленные санитарно-защитные зоны — разрывы.

Выбор способа очистки небольших количеств сточных вод, комплекса очистных сооружений, их типов и конструкций в значительной степени зависит от местных условий: возможности выделения площади земли под очистные сооружения, удаленности этой площади от жилья, топографии местности, грунтовых, гидрологических и климатических условий, характера и места расположения водоема, в который могут быть спущены очищенные воды.

Для канализации в малых населенных пунктах создаются групповые системы водоотведения, обслуживающие группы населенных мест, с крупными сооружениями для очистки и обеззараживания сточной воды или устраиваются локальные системы водоотведения малой производительности, обслуживающие отдельные населенные пункты, группы зданий, отдельные коммунальные сооружения, с малыми установками для очистки и обеззараживания воды. Групповые системы водоотведения сооружают в районах с высокой плотностью населения и близко расположенными населенными пунктами; локальные системы — в районах со сравнительно низкой плотностью населения при территориальной отдаленности населенных пунктов, а также для пионерских лагерей, домов отдыха, санаториев и кемпингов. Установки для очистки и обеззараживания воды должны быть просты в изготовлении и эксплуатации и обслуживаться минимальным количеством персонала. Установки должны обеспечить высокую надежность технологических процессов очистки и обеззараживания воды при использовании доступных реагентов, доставка и хранение которых не связаны с трудностями [13].

Биологические методы очистки сточных вод основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы, как известно, обладают целым рядом особых свойств, из которых следует выделить три основных, широко используемых для целей очистки:

1. Способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии обеспечения своего функционирования.

2. Во-вторых, это свойство быстро размножаться. В среднем число бактериальных клеток удваивается каждые 30 минут.

3. Способность образовывать колонии и скопления, которые сравнительно легко можно отделить от очищенной воды после завершения процессов изъятия содержавшихся в них загрязнений. [24]

В живой микробиальной клетке непрерывно и одновременно протекают два процесса — распад молекул (катаболизм) и их синтез (анаболизм), составляющие в целом процесс обмена веществ — метаболизм. Иными словами, процессы деструкции потребляемых микроорганизмами органических соединений неразрывно связаны с процессами биосинтеза новых микробиальных клеток, различных промежуточных или конечных продуктов, на проведение которых расходуется энергия, получаемая микробиальной клеткой в результате потребления питательных веществ. Значительная часть продуктов микробной трансформации может выделяться клеткой в окружающую среду или накапливаться в ней. Некоторые промежуточные продукты служат питательным резервом, который клетка использует после истощения основного питания.[13]

Процессы биохимического окисления у гетеротрофных микроорганизмов делят на три группы в зависимости от того, что является конечным акцептором водородных атомов или электронов, отщепляемых от окисляемого субстрата. Если акцептором является кислород, то этот процесс называют клеточным дыханием или просто дыханием; если акцептор водорода органическое вещество, то процесс окисления называют брожением; наконец, если акцептором водорода является неорганическое вещество типа нитратов, сульфатов и других, то процесс называют анаэробным дыханием, или просто анаэробным [24].

Наиболее полным является процесс аэробного окисления, т.к. его продукты — вещества, не способные к дальнейшему разложению в микробиальной клетке и не содержащие запаса энергии, которая могла бы быть высвобождена обычными химическими реакциями. Аэробную биологическую очистку можно условно разделить на два вида: с очисткой в условиях, близких к естественным; с очисткой в искусственно созданных условиях.

К первому виду относятся поля фильтрации и орошения (земельные участки, в которых очистка происходит за счет фильтрации через слой грунта), а также биологические пруды (неглубокие водоемы, в которых происходит очистка, основанная на самоочищении водоемов).

Второй вид составляют такие сооружения, как биофильтры и аэротенки. Биофильтр – резервуар с фильтрующим материалом, поверхность которого покрыта биологической пленкой (колония микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества из сточных вод). Аэротенк – резервуар, в котором очищаемые стоки смешиваются с активным илом (биоценоз микроорганизмов, также способных поглощать органику из стоков) [23].

В процессе биологической очистки сточных вод в аэротенках растворенные органические вещества, а также неосаждающиеся тонкодиспергированные и коллоидные вещества переходят в активный ил, обуславливая прирост исходной биомассы. Чтобы не допустить повышения дозы ила против оптимальных значений, что привело бы к повышенному выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников, в аэротенк возвращается лишь то количество ила, которое поддерживает его расчетную рабочую дозу в нем. Остальной ил в виде избыточного, т.е. не требующегося для целей биологической очистки, удаляется из системы аэротенк — илоотделитель на обработку и ликвидацию. Схема реализации биологического процесса очистки сточной воды в проточном режиме в аэротенках с возвратом ила из вторичных отстойников и выведением избыточного ила на обработку получила название классической аэрации.

Эта схема включает аэрационные и отстойные сооружения, оборудование и коммуникации для подачи и распределения сточных вод по аэротенкам, сбора и подачи иловой смеси на илоотделение, отведения очищенной воды, обеспечения возврата в аэротенки циркуляционного активного ила и удаления избыточного ила, подачи и распределения воздуха в аэротенках (рисунок 3).

По этой схеме активный ил подается сосредоточенно на вход в аэротенк, туда же подается и подлежащая биологической очистке сточная вода после первичного отстаивания. В результате смешения воды и активного ила образуется иловая смесь. В процессе ее движения к выходу из аэротенка обеспечивается необходимая для протекания биохимических реакций длительность контакта активного ила с загрязнениями. Пребывание иловой смеси в отстойных сооружениях приводит к ее разделению под действием гравитационных сил на биологически очищенную воду и активный ил, оседающий и уплотняющийся в нижней иловой части отстойного сооружения. Концентрация ила в ней за время разделения иловой смеси может достигать 6-10 г/л по сухому веществу в зависимости от концентрации ила в поступающей иловой смеси, условий отстаивания и конструктивных особенностей отстойного сооружения [23]. Избыточный активный ил, образовавшийся в результате роста микроорганизмов, поступает на иловые площадки с последующим сжиганием его после обезвоживания.

.6 Принципы очистки сточных вод в аэртенках

В аэрационных сооружениях микробиальная масса пребывает во взвешенном в жидкости состоянии в виде отдельных хлопьев, представляющих собой зооглейные скопления микроорганизмов, простейших и более высокоорганизованных представителей фауны (коловратки, черви, личинки насекомых), а также водных грибов и дрожжей. Этот биоценоз организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде, получил название активного ила. Доминирующая роль в нем принадлежит различным группам бактерий — одноклеточным подвижным микроорганизмам с достаточно прочной внешней мембраной, способным не только извлекать из воды растворенные и взвешенные в ней органические вещества, но и самоорганизовываться в колонии — хлопья, сравнительно легко отделимые затем от очищенной воды отстаиванием или флотацией [15].

Хлопьеобразующая способность активного ила зависит главным образом от наличия питательных веществ: при слишком высоком их содержании происходят рассеивание колоний и появление нитчатых форм микроорганизмов; при их недостатке, хотя нитчатые формы микроорганизмов практически отсутствуют, размеры хлопьев ила уменьшаются и ухудшаются его седиментационные свойства. Бактерии имеют такую высокую скорость воспроизводства, что в условиях избыточного питания и отсутствия внешних сдерживающих их рост факторов 1 мг бактерий за 1 сут может привести к образованию десятков тонн живой микробиальной массы. Собственно на этой способности к быстрому размножению и, следовательно, высокой скорости потребления питательных веществ и основано использование биологических методов очистки сточных вод.

Роль других микроорганизмов и простейших в активном иле заключается в поддержании определенного равновесия видового и количественного состава ила, хорошо приспособленного к тем или иным условиям, господствующим в аэрационном сооружении, а также полноты протекания биохимических превращений, которым подвергаются органические соединения.

По современным представлениям, активный ил — это скопление микроорганизмов, в которых клетки окутаны густой «паутиной» растворимых или слаборастворимых внеклеточных полимерных образований, состоящих из полисахаридов, протеинов, рибонуклеиновых и дезоксинуклеиновых кислот (РНК, ДНК), которые содержат много «ключевых» функциональных групп (карбоксильные, гидроксильные, сульфогидрильные и др.), ведущих себя как анионные связующие площадки. Биохимическое и биофизическое взаимодействие между хлопьями ила и загрязнениями позволяет довольно быстро извлекать из воды и нерастворенные загрязнения за счет сорбции их активном илом, хотя они и не успевают гидролизоваться клеточным веществом. Следует отметить, что суммарная поверхность микроорганизмов достигает 100 м2 на 1 г сухого вещества ила, что в свою очередь объясняет огромную сорбционную способность ила и потребность в эффективном перемешивании содержимого бассейна. Однако основная масса изъятых таким образом мелкодисперсных и коллоидных загрязнений, не задержанных в первичных отстойниках, не гидролизуется и, следовательно, не окисляется активным илом, что приводит лишь к весовому увеличению массы ила в аэрационном сооружении [17].

С инженерной точки зрения определяющими для технологического и конструктивного оформления процесса биологической очистки будут являться скорости изъятия загрязнений из очищаемой воды, т.е. собственно процесса очистки воды и скорости биохимического разложения изымаемых

загрязнений. В этой связи представляют интерес основные закономерности развития колонии микроорганизмов, вводимой в контакт с жидкостью, содержащей питательные вещества, при достаточном обеспечении ее растворенным кислородом. В этом развитии можно выделить следующие фазы:

I — лаг-фазу, или фазу адаптации, которая наблюдается сразу после введения микробиальной культуры в контакт с питательной средой, и в которой практически не происходит прироста биомассы. Длительность этой фазы зависит как от природы органических веществ и степени адаптированности микроорганизмов к ним, так и от условий, в которые вносится микробиальная масса;

II — фазу экспоненциального роста микроорганизмов, в которой избыток питательных веществ и отсутствие продуктов обмена веществ способствуют поддержанию максимально возможной в данных условиях скорости размножения клеток, определяемой лишь биологической сущностью процесса их воспроизводства;

III — фазу замедленного роста, в которой скорость роста биомассы начинает все более сдерживаться по мере истощения питательных веществ и накопления продуктов метаболизма в культуральной среде;

IV — фазу прекращения роста, в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы, свидетельствующее о равновесии между наличием питательных веществ и накопленной биологической массой;

V — фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления), в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы в биологическом реакторе.

Из рисунка 4 видно, что отмеченным фазам роста микробиальной массы соответствует и динамика изменения концентрации питательных веществ, выраженных через БПК, и, следовательно, можно сделать следующие весьма важные для технической реализации процесса заключения:

• при биологической очистке значительная часть загрязнений, содержащихся в сточных водах, трансформируется в биологическую массу или, иными словами, растворенные и инертные взвешенные органические вещества в результате метаболической активности микроорганизмов и сорбционной способности активного ила превращаются в биологическую массу, сравнительно легко отделимую от очищенной воды;

• длительность изъятия и окисления, содержащихся в сточной воде органических загрязнений будет тем короче, чем дольше масса микроорганизмов будет в контакте с ними;

• при падении содержания органических веществ в очищаемой жидкости ниже определенного предела жизнедеятельность микроорганизмов продолжается, но уже либо за счет накопленных питательных веществ, либо за счет их собственной массы, т.е. отмирания и окисления микроорганизмов со снижением общей их массы (процесс самоокисления).

В большинстве применяемых в настоящее время систем очистки в аэротенках процесс отделения активного ила осуществляется гравитационным путем, т.е. отстаиванием, при котором активный ил осаждается на дно отстойного сооружения и несколько уплотняется, после чего может быть возвращен в аэрационное сооружение. Если ил будет плохо осаждаться в отстойных сооружениях, то его вынос с очищенной водой ухудшает качество очищенной воды, а в некоторых случаях не позволяет поддерживать в аэрационном сооружении требуемую дозу активного ила. Иными словами, если попытаться установить произвольно высокую концентрацию ила в аэрационном сооружении, то при переходе иловой смеси в сооружение для отделения ила путем его осаждения последний будет постепенно выноситься вместе с очищенной водой, и в аэрационном сооружении установится концентрация активного ила, соответствующая иловому индексу для данных условий. Хорошо оседающий ил имеет иловый индекс от 60 – 90 до 120 – 150 мл/г в зависимости от технологического режима работы аэрационных сооружений и состава сточных вод. Как перегрузка, так и недогрузка активного ила по загрязнениям приводят к резкому увеличению илового индекса, названному «вспуханием» ила, и повышенному выносу его с очищенной сточной водой [15].

-обеззараживания и обработка осадка.

DELFIN ST — Жироуловители для канализации »