Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии очистки сточных вод. Учебное пособие.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический университет
Д. С. ДВОРЕЦКИЙ, Е. В. ХАБАРОВА, О. В. ЗЮЗИНА,
М. С. ТЕМНОВ, И. В. МАРКИН
ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД
Утверждено Учёным советом университета
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся
по направлениям подготовки бакалавров: 19.03.01 «Биотехнология» и
19.03.02 «Продукты питания из растительного сырья»,
а также магистрантов по направлениям: 19.04.01 «Биотехнология» и
19.04.02 «Продукты питания из растительного сырья»
Учебное электронное издание
Тамбов
Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»
2018
1
УДК 661.935, 519.633.2
ББК 51.001.57
Т38
Рецензенты:
Доктор технических наук, заведующий кафедрой
«Химия и химические технологии» ФГБОУ ВО «ТГТУ»
А. В. Рухов
Доктор технических наук, профессор, заместитель директора
по научной работе ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский
институт использования техники и нефтепродуктов
в сельском хозяйстве»
С. А. Нагорнов
Т38 Технологии очистки сточных вод [Электронный ресурс] :
учебное пособие / Д. С. Дворецкий, Е. В. Хабарова, О. В. Зюзина,
М. С. Темнов, И. В. Маркин. – Тамбов : Издательский центр
ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2018. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). –
Системные требования : ПК не ниже класса Pentium II ; CD-ROMдисковод ;
с экрана
23,0 Mb ; RAM ; Windows 95/98/XP ; мышь. –
.
Загл.
ISBN 978-5-8265-1948-6
Посвящено методам очистки сточных вод. В первом разделе пред-
ставлена классификация сточных вод, состав и вид их загрязнения,
а также основные показатели, контролируемые в процессе очистки.
Во втором рассказывается о методах очистки, особое место уделяется
биохимическому методу. В третьем и четвёртом разделе описывается
работа активного ила и его практическое использование в аэротенках.
В пятом разделе – очистка стоков с помощ
В шестом разделе рассказывается о методах утилизации осадков и
способах обеззараживания очищенной сточной воды.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подго-
товки бакалавров: 19.03.01 «Биотехнология» и 19.03.02 «Продукты пита-
ния из растительного сырья», а также магистрантов по направлениям:
19.04.01 «Биотехнология» и 19.04.02 «Продукты питания из растительного
сырья».
ью микроводорослей.
УДК 661.935, 519.633.2
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
ISBN 978-5-8265-1948-6
© Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический
университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ»), 2018
ББК 51.001.57
2
ВВЕДЕНИЕ
Сточные воды образуются в результате хозяйственно-
бытовой и производственной деятельности человека. Они
тем или иным путём попадают в воды закрытых водоёмов,
рек, морей и океанов, где и сосредотачивается всё многообразие вредных веществ, производителем которых вольно
или невольно является человек.
Утилизация и обезвреживание сточных вод составляет
одну из самых важных экологических проблем настоящего
времени и в этом направлении наработано множество разнообразных технологических приёмов, в основе которых
лежат физико-химические или биохимические процессы
деградации вредных компонентов сточных вод.
Интенсивное строительство канализационных сетей
началось в Европе в XIX в., однако централизованное
отведение сточных вод привело к локальному росту
загрязнения водоёмов. Поэтому в Англии ещё в 1861 г.
был издан закон об очистке сточных вод от фекальных и
гниющих веществ перед выпуском их в реки. Самые ранние разработки по детоксикации сточных вод – методы
почвенной очистки, в России относятся к середине XIX в.
Этот метод основан на способности самоочищения почвы.
Осуществляется такая очистка на полях орошения или
полях фильтрации. На сельскохозяйственных полях орошения использование сточных вод для сельского хозяйства
и их очистка составляют один процесс. Однако для очистки сточных вод в естественных условиях требуется отчуждение значительных площадей плодородной земли.
Степень очистки сточных вод снижается в зимнее время
в силу замедления биологических процессов при низких
температурах.
3
1. СТОЧНЫЕ ВОДЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД
Сточные воды – водопроводная (речная или грунтовая)
вода, загрязнённая большим количеством посторонних
веществ органического и минерального происхождения и
населённая большим количеством микроорганизмов.
Органические соединения способны разрушаться
до конечного продукта распада, превращаясь в минеральные соли, и вызывать ухудшение санитарного состояния
водоёмов и окружающего воздуха. Так же органические
вещества являются хорошей питательной средой для различных бактерий, в том числе, патогенных, вызывающих
инфекционные заболевания.
Поэтому важнейшими вопросами охраны окружающей
среды являются водоотведение и очистка сточных вод,
позволяющие предотвратить нанесение вреда здоровью населения и экологической ситуации населённых пунктов [2].
Классификация сточных вод включает три основные
категории, в зависимости от их состава, происхождения и
качественных показателей примесей и загрязнений:
– бытовые, или хозяйственно-фекальные, к которым
относятся воды, поступающие от раковин, ванн, трапов
и пр. (хозяйственные воды); из санитарных узлов, т.е.
загрязнённые в основном физиологическими отбросами
(фекальные воды); из бань, прачечных, душевых помещений, после мытья помещений и т.д. В своём составе бытовые воды содержат крупные нерастворимые вещества –
остатки пищи, тряпки, песок, загрязнения органического и
4
минерального происхождения, а также различные бактерии,
в том числе, болезнетворные, поэтому они наиболее опасные с санитарной точки зрения. Количество загрязнений,
приходящееся на единицу объёма бытовой воды, зависит от
степени их разбавления водопроводной водой: чем больше
воды расходует один житель, пользующийся канализацией,
тем меньше концентрация загрязнений сточных вод;
– промышленные или производственные – воды,
использованные в процессах производства и загрязнённые
теми или иными примесями. По составу они могут быть
весьма разнообразными. В зависимости от вида обрабатываемого сырья и технологического процесса производства,
количество загрязнений в этих водах резко изменяется.
Производственные сточные воды подразделяются на загрязнённые (воды, образующиеся при протекании химических
реакций) и незагрезненные (воды охлаждения). Загрязнённые производственные сточные воды могут содержать
примеси органического или минерального происхождения;
незагрязнённые содержат мало примесей, поэтому их
можно без очистки сбрасывать в водоёмы или дождевую
сеть, либо использовать повторно, если позволяют условия
технологии производства;
– атмосферные сточные воды образуются вследствие
выпадения атмосферных осадков в виде дождя или таяния
снега, которые смывают загрязнения на территории населённого пункта или промышленного предприятия. Воды
после поливки улиц и зелёных насаждений по составу близки к атмосферным и поэтому удаляются вместе с ними.
В настоящее время от населённых пунктов и промышленных предприятий приходится отводить смесь бытовых
и производственных, а иногда и дождевых вод. Такие воды
называются городскими сточными водами.
5
1.2. ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД
Уровень загрязнения сточных вод рассчитывается в зависимости от концентрации в них различных примесей, выражающейся в массе на единицу объёма (г/м3 или мг/л) [3].
Отличают органические, минеральные и биологические загрязнения бытовых стоков:
– минеральные загрязнения включают в себя частицы
песка, глины и шлака, растворы солей, щёлочей, кислот и
прочие вещества;
– органические загрязнения могут быть как животного, так и растительного происхождения. Растительные
загрязнения – это остатки плодов, растений и овощей,
бумаги, растительные масла и т.д., характеризующиеся
повышенным содержанием углерода. К животным загрязнениям относят различные человеческие и животные
физиологические выделения, остатки органической ткани,
клейкие вещества и т.д., для которых характерно высокое
содержание азота.
Состав бытовых сточных вод более или менее однороден. Загрязнения бытовых сточных вод почти не зависят
от климата, бытовых условий и т.д.
Усреднённый состав бытовых сточных вод:
взвешенные вещества – 69,63;
азот аммонийный – 11,14;
хлориды – 12,53;
фосфаты – 2,52;
калий – 4,18.
Так же бытовые сточные воды содержат значительное
количество органических веществ в самых разнообразных
формах (белки, углеводы, жиры) и бактерии.
6
Главной целью очистки сточных вод является уменьшение уровня содержания азота и фосфора. Доказано, что
городские, сельскохозяйственные и промышленные сточные воды содержат в три раза больше азота и фосфора [3],
чем естественные водоёмы. Такое увеличение уровня питательных веществ приводит к эвтрофикации. Проблема
эвтрофикации заключается в дисбалансе, который он создаёт в воде экосистем. Дисбаланс начинается с увеличения
роста некоторых видов, таких как фитопланктон и водоросли. Окончательное разложение водорослей приводит
к дополнительному потреблению кислорода, что является
стрессом для других представителей фауны и флоры,
живущих в этих экосистемах. Усреднённый состав различных сточных вод представлен в табл. 1.1.
Значительная доля химических веществ присутствует
в сточных водах в составе взвешенных в воде мелких частиц, представляющих дисперсную фазу стока. Во взвешенном состоянии в воде находятся многие минеральные
загрязнители: песок, глина, шлаки и органические вещества растительного и животного происхождения: остатки
растений, плодов, злаков, овощей, бумага и т.д. Часть различных минеральных солей и органических соединений
адсорбирована на твёрдых частицах, а другая часть растворена в воде.
Особое место среди токсикантов сточных вод занимает
хлор. С одной стороны, его широко используют для обеззараживания питьевых вод, и он обычно находится в потребляемых чистых водах. С другой стороны, хлор является
ядом для растений и животных, поскольку он способен
замещать в метаболических процессах отдельные естественные компоненты, тормозя эти процессы. В связи с этим
содержание хлора в сточных водах строго регламентируется.
7
фабрика
8
красильно-
отделочная
завод
спирто-
крахмальный
Промышленные
завод
гидролизный
комбинат
металлургический
1.1. Усреднённый состав сточных вод
110 1230 500 950 470 170
мг/л Бытовые Ливневые
Плотный остаток 300 – 600 8600 1400 1200
Взвешенные
вещества
Азота аммонийный 18 2 40 150 45 12
Фосфаты 3,3 1,08 – 40 15 1
Хром 0,003 0,001 0,3 – 0,001 0,002
Железо 2,2 0,27 40 – – 1,9
Хлориды 45 207,2 198 – – 50
Сульфаты 40 84,9 290 – – 46
Нефтепродукты 1 0,1–500 40 – – –
БПК (полн.) 180 62 – 3300 580 250
ХПК 250 470 50 4900 830 600
pH 8,15 7,75 8 5,5 7,2 9
Следует отметить, что токсичность отдельных компонентов нередко возрастает в присутствии других веществ.
Ливнёвые воды содержат чрезвычайно малые количества растворённых в них веществ. Как правило, это случайные компоненты, попавшие в атмосферу вместе с газовыми выбросами крупных заводов, фабрик или теплоэлектростанций.
Вместе с тем, сравнительно чистые дождевые воды,
попадая на землю, загрязняются. Стекая по поверхности
земли, крышам домов или другим объектам, они растворяют или переводят в коллоидно-дисперсное состояние
значительные массы загрязнителей.
В числе загрязняющих веществ в ливнёвых водах
обнаруживаются: тяжёлые металлы, токсичные и нетоксичные органические вещества и микроорганизмы.
Источниками этих загрязнителей служат производственные выбросы в атмосферу, выхлопные газы автотранспорта, экскременты птиц, домашних животных, кучи строительного и бытового мусора и другие объекты жизнедеятельности человека.
Состав промышленных сточных вод и их степень
загрязнения могут варьироваться в зависимости от характера конкретного производства и различных условий применения воды в технологическом процессе. Состав промышленных сточных вод и их степень загрязнения могут
варьироваться в зависимости от характера конкретного
производства и различных условий применения воды
в технологическом процессе [4].
1.3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Сточная вода, содержащая большое количество органических веществ, является благоприятной средой для раз-
9
вития многих видов разнообразных и многочисленных
форм микроорганизмов, содержащихся в ней в огромном
количестве.
Биологические загрязнения включают в себя грибки
(плесневые и дрожжевые), микроорганизмы, водоросли и
бактерии.
Преобладающим классам микроорганизмов являются
бактерии, количество которых достигает миллионов и десятков миллионов в см3, что составляет до 0,1% от объёма
сточных вод. Основная масса бактерий – сапрофиты.
Из патогенных бактерий в сточных водах могут находиться возбудители желудочно-кишечных инфекций
(брюшной тиф, паратиф, холера, дизентерия), а также возбудители кожных инфекций, туберкулеза и многих других.
В значительном количестве в сточных водах имеются яйца
гельминтов.
Бактерии, используя органические вещества сточных
вод для своего питания, отвергают их в процессе своей жизнедеятельности, что приводит к непрерывному изменению
состава сточных вод.
Главными источниками биологических загрязнений
являются выделения из организма человека, домашних
животных, смывы с тела, одежды и других бытовых предметов, а также ливнёвые воды особенно, с площадок для
выгула домашних животных.
Биологические загрязнения могут быть характерны не
только для бытовых сточных вод, но и для части промышленных стоков, например, отходов мясокомбинатов, скотобоен.
В таблице 1.2 представлены основные представители
биологического загрязнения.
10