Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии очистки сточных вод. Учебное пособие.pdf
Обезвоживание осуществляется с применением следующих типов оборудования: фильтр-прессы, вакуумфильтры; центрифуги и сепараторы.
Обезвоживание на фильтр-прессах. Применяются для
обработки осадка производственных сточных вод. Рабочий
цикл фильтровального пресса состоит из трёх основных фаз:
a) заполнение и наращивание давления (0,2…1,5 ч);
б) фильтрация при максимальном давлении (2…12 ч);
в) выброс осадка (0,1…0,5 ч).
Продолжительность фаз (а) и (б) зависит от скорости
питающего насоса и давления, типа осадка, вида и состояния фильтрующей ткани. Фаза (в) зависит от количества
пластин, типа осадка и состояния фильтровального материала, а также конструкции самого аппарата. Фаза (б)
может занимать 80% от общего цикла. Следовательно,
особое внимание следует обращать на факторы, влияющие
на стадию (б), что позволяет сократить период цикла прессования и повысить общую эффективность.
Обезвоживание на вакуум-фильтрах. Вакуумный фильтр
с вращающимся барабаном состоит из цилиндрического
барабана, покрытого средой для фильтрования, частично
погруженного в ванну с осадком. Когда жидкий осадок контактирует с поверхностью фильтрующей среды, осадок под
действием вакуума вытягивается и оседает на поверхности
барабана. Жидкость проходит через фильтрующую среду
в сегмент барабана, а твёрдые вещества сохраняются
на среде с образованием фильтровального слоя. Слой увеличивается по толщине, поскольку участок барабана проходит через жидкий осадок в ванне. В сушильной зоне воздух
проходит через осадок и вытесняет воду из межгранулярного пространства, что приводит к его постепенному высушиванию. Чаще всего, используются для обезвоживания
71
осадка сточных вод металлургических предприятий, а также
предприятий угольной промышленности.
Центрифуга представляет собой механическое устройство, которое использует центробежные силы в пределах
технологического потока, тем самым повышая скорость
осаждения частиц. Главный рабочий орган – вращающийся
ротор, в который подаётся ил. Вращение ротора вызывает
отделение твёрдых частиц и их осаждение на его периферии. Центрифуга выполняет две функции: осветление и
утолщение осадка.
Сепораторы используются для отделения осадка в поле центробежных сил. Процесс отделения организуется
при движении жидкости в зазорах между тарелками. Отличаются высокой удельной производительностью.
Когда осадок сточных вод обезвоживается механическими методами, содержание в нём влаги может быть
в диапазоне 50…80%. Поэтому применяют термическую
сушку (метод дальнейшего обезвоживания осадка путём
нагревания для получения продукта, содержащего
85…90% сухого вещества).
Структура конечного продукта сушки зависит от (а)
характера, (б) размера частиц и (в) содержания влаги в исходном осадке. Обычно сухой продукт является зернистым, и размер гранул определяется размером частиц
исходного осадка, но важно, чтобы имелась достаточная
влажность для стимулирования адгезии к поверхности
осадка для образования гранул. Таким образом, относительно сухой осадок может не образовывать гранулы, если
его поверхность не обладает способностью к адгезии.
5.8. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
72
Процесс осуществляется в сушилках барабанного типа
или со встречными струями осадка и сушильного агента
(теплоносителя). В качестве сушильного агента обычно
используются топочные газы, горячий воздух, перегретый
пар. Он является экономически оправданным в том случае,
если осадок затем используется в качестве удобрения, поскольку при этом сохраняются все органические вещества.
Сжигание осадков производят в тех случаях, когда их
утилизация технически невозможна или экономически нецелесообразна, или при отсутствии условий для складирования. Сжигание производят в печах различных конструкций.
К преимуществам метода сжигания осадков относятся
следующие:
– происходит глубокое обезвреживание осадка и
сокращение его объёма в 80 – 100 раз;
– прекращается вывоз необеззараженного осадка, поэтому не требуется новых площадей для его складирования.
Вместе с тем метод сжигания осадков сточных вод обладает существенными недостатками:
– полное уничтожение полезных компонентов отходов;
– загрязнение воздушного бассейна дымовыми газами
(для предотвращения загрязнения должна использоваться
многоступенчатая система очистки газов);
– проблемы вывоза в отвал продуктов сгорания (золы).
Пастеризация биоотходов при 70 °C в течение, по
крайней мере, 1 ч является эффективным подходом к устранению большинства патогенов. Например, сальмонелла
погибает в течение 30 мин в осадке, нагретом до 70 °C.
В идеале пастеризация должна проводиться либо до, либо
после обычной процедуры стабилизации для получения
5.9. ПАСТЕРИЗАЦИЯ
73
продукта, пригодного для использования в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур. Однако бактериальные эндоспоры, присутствующие в осадках сточных
вод (Clostridium spp. И Bacillus spp.), не разрушаются
с использованием стандартных процедур пастеризации.
Для устранения эндоспор необходимы, по крайней мере,
две отдельных стадии пастеризации. Первичное нагревание должно активировать споры в вегетативные формы,
которые в конечном итоге начинают прорастать и расти.
Вторичная стадия пастеризации должна убивать эти
термолабильные бактерии, а период инкубации между
двумя этапами должен быть достаточно коротким, чтобы
предотвратить образование новых эндоспор.
В целом, пастеризация является эффективным вариантом
дезинфекции, хотя метод не устраняет бактериальные эндоспоры. Независимо от эффективности дезинфекции, важно
знать основные свойства микроорганизмов в целях минимизации повторного бактериального заражения. Кроме того,
недостатком пастеризации является её стоимость: этап
нагревания обычно происходит с применением пара или
теплообменника и требует большого количества энергии.
5.10. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД. СТЕРИЛИЗАЦИЯ
После очистки сточных вод обязательной стадией
является стерилизация.
На сегодняшний день в промышленных объёмах применяют различные способы дезинфекции стоков, которые
способны не только снизить потенциальную опасность,
но и полностью её ликвидировать. Методы, применяемые
в разных странах, напрямую зависят от уровня жизни населения, уровня доходов и общей культуры жизни.
74
Наиболее распространёнными являются следующие
способы очистки:
1. Хлорирование стоков. Самый популярный способ,
так как является самым дешёвым, позволяет достаточно
эффективно выполнить дезинфекцию, но имеет и ряд
существенных недостатков.
2. Озонирование, сравнительно новый метод, который,
однако, достоин внимания. Основан на применении озона,
который губителен для большинства болезнетворных микроорганизмов. Установки обеззараживания сточных вод
отличаются высоким коэффициентом полезного действия.
Наиболее популярен данный метод в некоторых странах
Европы и США. Миниатюрные установки такого типа
можно встретить в дорогих душевых кабинах.
3. Обеззараживание сточных вод методом ультрафио-
летовой обработки. Физический способ обработки, который
обеспечивает достаточно высокий уровень дезинфекции.
4. Альтернативные методы очистки. К ним можно отне-
сти дезинфекцию бромом, йодом и даже серебром. Данные
способы отличаются высокой себестоимостью и поэтому мало распространены. С недавних пор начинают набирать обороты биологические методы обеззараживания сточных вод.
Самым распространённым методом стерилизации на
сегодняшний день является хлорирование. Хлор – очень
активное химическое вещество, которое обладает высокими дезинфицирующими свойствами. Отличается низкой
себестоимостью, простотой изготовления. Но на этом, наверное, положительные характеристики и заканчиваются.
Ряд недостатков применения хлора значительно больше.
Хлорирование сточных вод не даёт полной гарантии
избавления от всех болезнетворных микроорганизмов,
поэтому многие из них благополучно переживают такую
обработку. К негативным химическим свойствам хлора
75
можно отнести его способность вступать в реакцию с другими веществами, при этом происходит образование
соединений, которые потенциально опасны для человека.
К ним относятся: хлорфенол, хлороформ, четырёххлористый углерод, бромдихлорметан и многие другие. Подобные вещества, попадающие в открытые водоёмы, губительно действуют на их флору и фауну. Кроме этого, все эти
соединения имеют свойство накапливаться в донных отложениях, водных растениях. А это в свою очередь не исключает возможности их попадания в организм человека.
Необходимость больших запасов этого вещества для
того, чтобы проводить обеззараживание сточных вод хлором в промышленных масштабах, чревата возникновением
чрезвычайных ситуаций, связанных с угрозой жизни
большого количества людей. Поэтому количество хлора
в воде сторого регламентируется.
Озонирование сточных вод. Метод, который по эффективности превосходит хлорирование. Благодаря своим
свойствам озон оказывает губительное действие на все
виды вирусов, а также грибковые споры.
Хотя озонирование тоже не лишено недостатков:
1) применение озона чревато образованием токсичных
веществ;
2) сам по себе озон – взрывоопасный газ при опреде-
лённой смеси с воздухом.
Наиболее целесообразна очистка и обеззараживание
сточных вод озоном после выполнения механического
отделения твёрдых фракций стоков.
Ультрафиолетовое обеззараживание. Бактерицидное
действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями
76
в структуре молекулы ДНК и РНК, в результате чего клетка
патогенного микроорганизма теряет способность к размножению, кроме того, действие ультрафиолетового излучения
вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Основной характеристикой процесса
УФ-обеззараживания, определяющей степень снижения количества микроорганизмов в процессе облучения, является
произведение интенсивности излучения (мВт/см2) и времени облучения, называемое дозой облучения (мДж/см2). Доза
облучения определяет количество энергии ультрафиолетового излучения, сообщаемое микроорганизмам. Преимущества ультрафиолетового обеззараживания воды: экологичность и безопасность – ультрафиолетовое излучение безопасно для человека и не меняет химических и органолептических характеристик воды; высокая эффективность – после
обработки воды ультрафиолетовым излучением удаётся добиться гибели 99,9% микроорганизмов и вирусов, которые
могут нанести вред здоровью человека; минимальные расходы – приобретая установку для УФ-обеззараживания
сточных вод, нет необходимости приобретать дополнительные химические реактивы; простота и безопасность в эксплуатации – современные установки оснащены многочисленными датчиками и контроллерами, гарантирующими
безопасность работы прибора. Недостатки ультрафиолетового обеззараживания: падение эффективности при обработке плохо очищенной воды (мутная, цветная вода имеет
низкий коэффициент светопропускания); периодическая
отмывка ламп от налетов осадков, требующаяся при обработке мутной и жёсткой воды; отсутствует «последействие», т.е. возможно вторичное (после обработки излучением) заражение воды.
77
1. Зачем утилизировать осадки стоков?
2. Назовите основные принципы утилизации осадков
3. Перечислите основные методы утилизации осад-
ков сточных вод
4. В чём разница утилизации осадка стоков и обезза-
раживания сточных вод?
5. Дайте определение обеззараживанию сточных вод
6. Какие основные методы стерилизации сточных
вод?
Контрольные вопросы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном учебном пособии мы подробно разобрали
технологии, способы и методы очистки сточных вод.
Разобрали состав сточных вод их отличия, описали основные способы и методы утилизации и стерилизации
продуктов очистки сточных вод. Особое место уделили
биохимическому (биологическому) методу очистки сточных вод с помощью активного ила и микроводорослей.
78
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Очистка природных и сточных вод : сб. науч. тр. / ОАО
«НИИ ВОДГЕО» ; науч. ред. В. Н. Швецов // Водоснабжение и санитарная техника. Юбил. вып. – М. : ВСТ, 2009. – 76 с.
2. C. Vulgaris Cultivation in Sludge Extracts from 2, 4, 6-TCP
Wastewater Treatment for Toxicity Removal and Utilization / L. Wang
et al. // Of Environmental Management. – 2015. – № 187. – P.146 – 153.
3. Хабарова, Е. В. Техника промышленных и городских эколо-
гических систем Ч. I: Защита гидросферы от загрязнений : лекции
к курсу / Е. В. Хаба
техн. ун-та, 2002. – 80 с.
4. Selection and Characterization of Eight Freshwater Green Algae
Strains for Synchronous Water Purification and Lipid Production / J. Zhan
et al. // Frontiers of Environmental Science & Engineering. – 2016. – V. 10,
Is. 3. – P. 548 – 558.
5. Долгоносов, Б. М. Биоэкология: бактериологические показате-
ли качества воды Москворецкого водоисточника / Б. М. Долгоносов //
Инженерная экология. – 2006. – № 4. – С. 17 – 31.
6. Мосводоканал [Электронный ресурс] : Удаление биогенных
элементов – М. : 2017. – URL : http://www.mosvodokanal.ru/sewerage/
newtechnologies/nutr ientsremoval.php
7. Харькина, О. В. Эффективная эксплуатация и расчёт соору-
жений би
град : Панорама, 2015. – 433 с.
ческих производств / Г. В. Поруцкий. – М. : Химия, 1975. – 256 с.
on the Denitrification Process / K. Seifert, F. Domka // Polish Journal of
Environmental Studies. – 2005. – 14(1). P. 87 – 93.
нием водорослей Cladophoraaegagropila / Н. И. Фати
рова, Л. Ф. Коржова // Вестник Казанского технологического университета. – 2016. – Т. 19, № 10. – P. 152–153.
lated Raceway Pond Bioreactor by Chlorella vulgaris / W. A. Nugroho,
M. B. Hermanto, M. Lutfi, M. Fakhri // Nature Environment and Pollution
Technology. – 2015. – V. 13, № 4. – P. 859 – 863.
ологической очистки сточных вод / О. В. Харькина. – Волго-
8. Поруцкий, Г. В. Биохимическая очистка сточных вод органи-
9. Seifert, K. Inhibiting Effect of Surfactants and Heavy Metal Ions
10. Очистка сточных вод от фенольных соединений с использова-
11. Phosphorus Removal of Tofu Processing Wastewater in Recircu-
рова, А. Д. Яцков. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос.
хова, Г. Г. Ягафа-
79
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………….. 3
1. СТОЧНЫЕ ВОДЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА …………………………. 4
1.1. Определение и классификация сточных вод ………………………… 4
1.2. Виды загрязнений сточных вод ………………………………………. 6
1.3. Биологические загрязнения …………………………………………… 9
1.4. Основные нормируемые показатели для сброса сточных вод
в водоём ………………………………………………………………… 13
2. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ………………………………….. 17
2.1. Механическая очистка сточных вод ………………………………….. 17
2.2. Биохимические методы очистки сточных вод ………………………. 18
2.2.1. Биоочистка в природных условиях ……………………………. 20
2.2.2. Фазы биохимической (биологической) очи
2.2.3. Аэробные процессы биологической очистки сточных вод ….. 26
2.2.4. Факторы среды, влияющие на процесс биохимической
(биологической) очистки ……………………………………….. 29
2.2.5. Биохимические процессы, протекающие при разложении
осадка сточных вод ……………………………………………... 31
2.3. Химические методы очистки сточных вод …………………………... 33
2.4. Физико-химические методы очистки сточных вод …………………. 35
2.4.1. Сорбционная очистка сточных вод ……………………………. 35
2.4.2. Флотация, экстракция, ионный обмен ………………………… 36
3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
АКТИВНОГО ИЛА В ВОДООЧИСТКЕ НА ПРИМЕРЕ АЭРОТЕНКА 38
3.1. Технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках ……….. 38
3.2. Современные схемы очистки стоков …………………………………. 46
4. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ... 51
4.1. Биохимические реакции. Виды микроводорослей, используемых
для очистки стоков …………………………………………………….. 54
4.2. Известные технологии очистки сточных вод микроводорослями …. 55
5. УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ. СТЕРИЛИЗАЦИЯ ВОДЫ ………………… 62
5.1. Утилизация осадков …………………………………………………… 62
5.2. Стабилизация …………………………………………………………... 63
5.3. Химич
5.4. Компостирование ……………………………………………………… 67
5.5. Сушка осадков на иловых площадках ………………………………... 68
5.6. Кондиционирование …………………………………………………… 69
5.7. Обезвоживание ………………………………………………………… 70
5.8. Термическая обработка ……………………………………………….. 72
5.9. Пастеризация …………………………………………………………... 73
5.10. Обеззараживание сточных вод. Стерилизация ……………………... 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………… 78
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………... 79
еская обработка ………………………………………………… 65
стки сточных вод … 21
80