Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологизация природопользования в г. Волжском и регионе
.pdf
сброса сточных вод в водоемы и не предусматривали их очистку.
Последовавшее резкое загрязнение водоемов привело к необходимости
строительства очистных сооружений, где эти стоки очищались.
В России первые канализационные каналы были построены в Москве и
Новгороде в 14 веке. В начале 20 века в России было канализировано всего
18 городов.
4.2. Классификация сточных вод.
В зависимости от происхождения сточные воды разделяют на бытовые,
производственные и атмосферные.
Бытовые сточные воды по природе загрязнения делятся на фекальные –
загрязненные в основном физиологическими отбросами и хозяйственные
поступающие из раковин, ванн, бань и др.
Состав бытовых сточных вод более или менее однообразен. Он
характеризуется в основном содержанием органических загрязнений в
нерастворенном и растворенном состоянии. Концентрация загрязнений
зависит от степени разбавления их водопроводной водой.
Производственные сточные воды образуются в результате загрязнения
водопроводной воды в процессе использования ее в производстве.
Производственные сточные воды делятся на загрязненные и условно-чистые.
Состав и концентрация загрязнений производственных сточных вод
весьма разнообразны, так как они зависят от характера производства,
выпускаемой продукции и особенностей технологического процесса.
Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения дождей и
таяния снегов и делятся соответственно на дождевые и талые.
По физическому состоянию загрязнения сточных вод делятся на
растворенные и нерастворенные.
Степень загрязнения сточных вод характеризуется содержанием в них
взвешенных и оседающих веществ, их биохимической и химической
потребностью в кислороде, содержанием в них отдельных химических
элементов и соединений, их активной реакцией.
4.2.1. Способы очистки сточных вод.
Сточные воды подвергаются очистке различными способами:
механический, химический, механохимический, физико-химический и
биологический.
Механическую очистку применяют для удаления из сточных вод
взвешенных веществ и частично загрязнений, находящихся в коллоидном
состоянии. Для механической очистки используют решетки, песколовки,
отстойники, жироловки, нефтеловушки, фильтры.
Химическая очистка заключается в выделении из сточных вод
загрязнений путем проведения реакций между ними и вводимыми в воду
реагентами. Такими реакциями являются реакции окисления и
51
восстановления, реакции образования соединений, выпадающих в осадок, и
реакции сопровождающиеся газовыделением. Химическая очистка
применяется для очистки только некоторых производственных сточных вод.
Механохимическую очистку применяют для выделения из сточных вод
нерастворенных загрязнений. Сущность ее состоит в том, что в воду
добавляют коагулянты, которые способствуют удалению из нее загрязнений
в процессе ее механической очистки.
К физико-химическим методам очистки относятся сорбция, экстракция,
коагуляция, электролиз, ионный обмен, кристаллизация.
Биологическая очистка заключается в окислении остающихся в воде после
механической очистки органических загрязнений с помощью
микроорганизмов, способных в процессе своей жизнедеятельности
осуществлять минерализацию органических веществ.
Биологическая очистка сточных вод может происходить в условиях
близких к естественным – это поля орошения, поля фильтрации,
биологические пруды, а также и в искусственно созданных условиях – это
биологические фильтры и аэротенки.
4.2.2. Характеристика комплекса очистных сооружений г. Волжского.
Очистные сооружения (ОС) г. Волжского были пущены в работу в 1961
году. Работала 1-ая очередь и только механическая очистка. К концу 1961
года были введены в строй действующих сооружения искусственнобиологической очистки 1-ой очереди.
Сточные воды, поступающие на очистные сооружения г. Волжского,
повергаются механической и биологической очистке. В настоящее время
очистные сооружения осуществляют прием сточных вод на три очереди.
На первую и третью очередь очистных сооружений поступают
хозяйственно-бытовые (городские) сточные воды. На первую очередь
сооружений стоки подаются с помощью насосной станции №8 г. Волжского,
со старой части города. На третью очередь сооружений – с помощью
насосной станции №9 г. Волжского с новой части города, в том числе и с
пивзавода. На вторую очередь очистных сооружений поступают
промышленные стоки от предприятий города и химкомплеса, а также
хозяйственно-бытовые стоки химкомплекса, которые идут на разбавление
химически загрязненных сточных вод.
Мощность 1-ой очереди ОС проектная – 60000 м3/сут, фактическая -
37000 м3/сут; 2-ой очереди ОС – проектная – 65000 м3/сут, фактическая –
30000 м3/сут; 3-ей очереди ОС проектная – 68000 м3/сут, фактическая – 80000
м3/сут.
Вначале стоки поступают на механическую очистку, она состоит из
процеживания сточной жидкости через решетку, улавливания песка в
песколовках и осветления воды в первичных отстойниках.
На первой стадии механической очистки сточной воды вода
процеживается, для этого используют стержневые решетки, которые
52
позволяют предохранить очистные сооружения от поступлений крупных
примесей, а также выделить и экстрагировать более легкие и крупные
примеси, находящиеся в исходном стоке, способные создавать препятствия в
эксплуатации последующих сооружений (рис.1). Эффективность работы
решеток зависит от величины прозоров между стержнями.
Различают решетки с мелкими прозорами от 3 до 10 мм, средними от 10
до 25 мм и крупными от 50 до 100 мм. На очистных сооружениях г.
Волжского применяются решетки со средними прозорами.
Рис.1. Cтержневая дуговая решетка HUBER CurveMax®, прозор 5 мм, с
подключенным шнековым прессом для обезвоживания отбросов
Далее вода поступает в песколовки. Существует несколько видов
песколовок – это горизонтальные, вертикальные и песколовки с
вращательным движением воды. На очистных сооружениях г. Волжского
применяются горизонтальные песколовки, которые представляют собой
удлиненные железобетонные резервуары с прямоугольным или
трапецеидальным поперечным сечением, в которых вода движется с
небольшой скоростью. Выпадение песка в осадок происходит под действием
силы тяжести. Осадок из песколовок периодически удаляется в бункеры. По
мере наполнения бункера, песок вывозят на промотвал. Размеры песколовок
определяются расходом сточной воды (рис. 2).
53
Рис.2. Схема горизонтальной песколовки:
1 - круговые лотки, 2 – гидроэлеваторы
Последняя стадия механической очистки сточной воды – это первичные
отстойники, которые размещаются перед сооружениями биологической
очистки. В первичных отстойниках происходит осветление воды, удаление
нерастворенных взвешенных веществ. По режиму работы различают
отстойники периодического и непрерывного действия. Так как на очистных
сооружениях г. Волжского вода поступает непрерывно, то здесь
применяются отстойники непрерывного действия. Осветление воды
происходит при медленном движении. По направлению движения воды
отстойники разделяют на горизонтальные и вертикальные. На очистных
сооружениях г. Волжского применяются радиальные отстойники, которые
являются разновидностью горизонтальных (рис. 3).
Рис. 3. Радиальный отстойник: 1 — центральная распределительная труба;
2 — круговой жёлоб; 3 — труба; 4 — скребки; 5 — движущаяся ферма; 6 — приямок;
7 — иловая труба.
Ответление воды в этих отстойниках происходит при ее движении с малой
скоростью от центра к периферии. Ответленная вода собирается и отводится
кольцевым периферийным лотком. Собравшийся на дне отстойника осадок
удаляется из отстойника в метантенки. Загрязнения, всплывающие на
поверхность воды, собираются жироловкой и также удаляются в метантенки
для дальнейшей переработки. Требования к качеству сточных вод,
54
поступающих на механическую очистку и прошедших механическую
Контролируемый
ингредиент
Установленная норма до
очистки, мг/дм3
Установленная норма после
очистки, мг/дм3
pH
6.5-8,5
6.5-8,5
ХПК
360
360
Нефтепродукты
3
3
Взвешенные вещества
190
110
очистку приведены в таблице 7.
Таблица 7
Требования к качеству сточных вод, принимаемых на механическую очистку (1-я
очередь очистных сооружений)
*)
Сергиенко Л.И., Овцов Л.П., Музыченко Л.А. и др. Санитарные правила и нормы САНПиН 2.1.7.753-
96. – М.: Минздрав России, 1998, с. 9-20, 23-32.
*)
4.2.3. Биологическая очистка сточных вод.
После прохождения сточной воды через сооружения механической
очистки стоки поступают на сооружения биологической очистки. Метод
биологической очистки основан на способности микроорганизмов
использовать в качестве источников питания разнообразные неорганические
и органические соединения. В результате происходит распад этих веществ до
более простых соединений.
Например, при полном биохимическом окислении глюкозы аэробными
микроорганизмами происходит следующая реакция:
С6Н12О6 + 6О2 → 6Н2О + 6СО
2
При окислении белка конечными продуктами окисления являются: СО2,
вода, аммиак, сульфат-ионы.
Если обозначить все органические вещества сточной воды через CxHyOzN,
то сумму реакций биологического окисления можно представить в виде
схемы, показывающей начало и конец реакции.
CxHyOzN + O2 → C5H7O2N + CO2 + энергия
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O + энергия
NH3 + O2 → HNO2 + O2 → HNO3,
где C5H7O2N – среднее соотношение основных элементов в клеточном
веществе бактерий. Процесс биологической очистки происходит в
аэротенках.
Обычно аэротенк – это прямоугольный резервуар, по которому медленно
протекает сточная жидкость, смешанная с активном илом.
Сточные воды после механической очистки подаются в
распределительный лоток с пятью отверстиями. Циркулирующий активный
ил подается в распределительную камеру, снабженную водосливами, через
водосливы по лоткам ил поступает в начало первого коридора. Для
перемешивания сточной жидкости с активным илом и насыщения ее
55
кислородом, необходимым для жизнедеятельности микроорганизмов, в
аэротенк через фильтрозные трубы подается воздух. Смесь сточной
жидкости с активным илом аэрируется на всем протяжении аэротенка (рис.
4).
Рис.4. Схема устройства аэротенков:
а - с пневматической аэрацией; б - с механической аэрацией
Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На
первой стадии сразу же после смешения сточных вод с активным илом на его
поверхности происходит адсорбция загрязнений и разложение
легкоокисляющихся веществ. На второй стадии окисляются
медленноокисляющиеся вещества и регенерируют активный ил, то есть
восстанавливают его активные свойства, которые снижаются к концу первой
стадии. На третьей стадии происходит нитрификация аммонийных солей.
Процесс биологической очистки полностью зависит от жизнеспособности
активного ила. Активный ил представляет собой экосистему, включающую
сложный комплекс микроорганизмов различных классов, водорослей. Живые
организмы ила обладают способностью очень быстрого размножения и
чрезвычайно высокой активностью.
В живой клетке одновременно протекают самые разнообразные и притом
многоэтапные процессы; такие как: окисление и восстановление, синтез и
распад, перенос метильных радикалов, гидролиз. Некоторые
микроорганизмы обладают способностью участвовать в ряде этапов
разложения вещества. Например, они могут использовать белки, а затем
углеводы, окислять спирты и кислоты, спирты и затем альдегиды, потреблять
элементарный азот, а потом связанный азот и так далее. Но есть и такие,
которые способны потреблять только некоторые определенные
углеводороды и аминокислоты, не используя других. Микроорганизмы не
имеют специальных органов питания. Питательные вещества поступают в
бактериальную клетку через всю поверхность тела и только при условии их
растворения в воде или в липоидах. Вещества, нерастворимые в воде или
дающие коллоидные растворы – белки, жиры, клетчатка – предварительно
переводятся в водорастворимое состояние в результате воздействия на них
56
особых ферментов – катализаторов химических реакций. Ферменты
вызывают гидролиз веществ до более простых и растворимых в воде
соединений. Характерной особенностью ферментов является их крайняя
специфичность: каждый фермент действует лишь на строго определенное
вещество, вследствие чего организм вырабатывает в себе комплекс
разнообразных ферментов отвечающих всем его физиологическим
особенностям и потребностям. Все биохимические процессы, протекающие в
организме, совершаются при участии ферментов.
4.3. Характеристика микроорганизмов активного ила.
По отношению к оптимальным температурам все микроорганизмы
подразделяются на 3 группы: психрофильные микроорганизмы развиваются
при температре от 0 до 30°С; мезофильные микроорганизмы развиваются при
температуре от 3 до 40-45°С, оптимальная температура для их развития 2035°С; термофильные микроорганизмы развиваются при температуре до 80°С,
оптимальная температура для их развития 30-60°С.
Характер распада органических соединений зависит от особенностей того
или иного микроорганизма. Одни виды микробов могут вести распад
органического вещества до конца, то есть до образования углекислоты и
воды, другие же только до образования промежуточных продуктов.
Микроорганизмы – это микроскопические вещества, не видимые
невооруженным глазом. В эту группу входят как представители растений, так
и представители животных. Не всегда легко решить к какой группе относится
тот или другой микроорганизм, поэтому микроорганизмы выделены в
отдельную группу проститов, или Protodionta. Из растений к проститам
относятся водоросли, грибы, дрожжи, из животных – простейшие. Первые
могут быть названы микрофлорой, вторые – микрофауной.
Активный ил состоит из скоплений бактерий – зооглей – среди которых:
нитчатые бактерии, отдельные виды грибов, дрожжи, бесцветные
жгутиковые, различные виды корненожек, инфузорий, коловраток и червей.
4.3.1. Бактерии.
Клетка – основа строения живых организмов. Бактериальная клетка
состоит из протопласта и оболочки, защищающей ее от неблагоприятных
внешних воздействий. Наружные слои оболочки ослизняются и образуют
капсулу. При соответствующих условиях среды капсула образуется не только
около каждой клетки в отдельности, но и вокруг многих клеток, связанных
вместе. Такие слизистые группы бактерий называют зооглеями.
Бактерии – это наиболее мелкие организмы, обладающие чертами,
сближающими их с миром животных, как, например, подвижность, и с
миром растений, например, наличие твердой оболочки. Виды бактерий
отличаются исключительным однообразием. Все известные бактерии можно
57
свести по внешнему виду к трем формам: шаровидные – кокки,
палочковидные – цилиндрические, извитые бактерии, нитчатые бактерии.
Размеры бактерий очень малы – от десятых долей микрона до нескольких
микрон (10-6 м). В среднем диаметр тела для большинства бактерий равен
0,5-1 микрон, а средняя длина палочковидных бактерий составляет от 1 до 5
микрон.
В капле сточной жидкости можно найти все основные формы бактерий. В
ней можно увидеть зооглейные скопления и длинные цепочки кокков,
палочек различной величины и единичные экземпляры крупных спирилл.
Преобладающей формой бактерий на очистных сооружениях являются
палочки. Большинство бактерий совершенно бесцветны и прозрачны.
У некоторых палочковидных бактерий при наступлении неблагоприятных
условий внешней среды: изменение температуры, истощение питательных
веществ, поступление токсичных соединений – внутри клетки образуется
особое тельце округлой или эллипсовидной формы, одетое плотной
оболочкой – спора. Споры очень устойчивы к термическому воздействию и
по отношению к ядам и являются защитным приспособлением бактерий. При
попадании в благоприятные условия клетка начинает прорастать и через 4060 минут переходит к нормальному обмену веществ. Бактерии в течение
многих лет могут сохранять жизнеспособность в виде спор.
Передвижение бактерий осуществляется либо в форме ползущих
движений, путем различных колебаний всего тела, либо при помощи
нитевидных протоплазматических органов-жгутиков. По характеру
расположения жгутиков все подвижные бактерии делятся на имеющих один
полярный жгут – монотрихи, пучок жгутиков на одном конце клетки –
лофотрихи и жгутики по всей поверхности тела – перитрихи.
Размножаются бактерии в большинстве случаев простым делением клетки
на две. Быстрота размножения бактерий зависит от притока питательных
веществ и удаления продуктов обмена. В очистных сооружениях с проточной
водой клетка делится каждые 20-30 минут.
Бактериальная клетка состоит из воды – от 75 до 85% и сухого вещества
25-15%. Среди элементов, входящих в состав клетки, ведущее место
принадлежит углероду, соединения углерода являются скелетом всех
органических веществ, вокруг которого группируются другие химические
элементы.
Типы питания микроорганизмов разнообразны. Для построения и
жизнедеятельности живой протоплазмы бактериям необходим азот.
Источником азота могут служить самые разнообразные его соединения, а для
некоторых видов бактерий – даже молекулярный азот атмосферы.
По отношению к усвоению углерода микроорганизмы разделяются на две
группы – автотрофные и гетеротрофные.
К автотрофным бактериям относятся бактерии потребляющие углерод
неорганических соединений, осуществляющие окисление аммония, серы,
нитритов, солей железа, углекислоты и карбонатов.
58
К гетеротрофным – гнилостные микробы, микробы брожения, плесень,
дрожжи, потребляющие готовые органические вещества.
Под влиянием микроорганизмов в канализационных очистных
сооружениях происходит гидролиз мочевины по уравнению:
CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO
3.
Углекислый аммоний как соль слабой кислоты и слабого основания
подвержен гилролизу:
(NH4)4CO3 + HOH ↔ NH4OH + NH4HCO
3
Для гидролиза аммония характерно равновесие:
NH4OH ↔ NH3 + H2O
В процессе нитрификации азот аммонийных солей окисляется в
азотистокислые нитриты и азотнокислые нитраты. Этот процесс идет в две
фазы под влиянием двух типов бактерий:
2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O
HNO2 + O2 → HNO
3
Процесс денитрификации протекает при наличии в среде безазотистых
веществ: углеводов клетчатки, солей летучих жирных кислот и других:
4KNO3 + 5C
→ 2K2CO3 + 3CO2 + 2N
(орг)
2
4.3.2. Водоросли.
Водоросли – это низшие растения. Характерный признак водорослей – это
наличие в них хлорофилла или другого пигмента, которые влияют на цвет
водорослей. Водоросли подразделяются на несколько типов. Наиболее
просто организованы представители типа синезеленых водорослей,
содержащие, кроме хлорофилла, фикоциан и другие пигменты. Это
древнейшие из существующих в настоящее время растений. Среди
синезеленых водорослей имеются колониальнные и одноклеточные формы.
Они часто вызывают цветение водоемов (эвтрофикацию).
Среди зеленых водорослей встречаются как одноклеточные, так и
нитчатые формы. Зеленые водоросли чрезвычайно широко распространены в
природе. Они играют существенную роль в процессе формирования воды, в
цветении и самоочищении водоема.
Особый тип среди водорослей составляют организмы, стенки которых
содержат кремний. Это диатомовые водоросли. В профиль они похожи на
коробочку, дно и крышка которой имеют одинаковую глубину.
59
Кремниевый скелет диатомовых водорослей имеет определенную
структуру, характерную для каждого вида. Цитоплазма обычно
располагается вдоль стенок тонким слоем. Центр клетки заполнен клеточным
соком. В клетках часто присутствуют капельки масла, снижающие плотность
водорослей, вследствии чего диатомовые водоросли могут находиться во
взвешенном состоянии в воде. Диатомовые водоросли широко
распространены в пресных и соленых водах. Они служат пищей водным
животным.
4.3.3. Простейшие.
Следующий представитель активного ила это простейшие. К ним
относятся микроскопические одноклеточные животные, так называемые
Protozoa. Рассмотрим их общие законы развития. Их единственная клетка
выполняет все жизненые функции и поэтому, кроме обычных органоидов,
свойственных клеткам других животных, многие простейшие имеют и
дополнительные.
Классификация простейших основана на способах движения. К
простейшим относятся классы саркодовых Sarcodina, жгутиковых
Mastigophoza или Flagellata и инфузории Ciliata или Infusoria.
Наружная поверхность цитоплазмы простейших одета тонким
уплотненным слоем – так называемой поверхностной кожицей. Те
простейшие, у которых эта оболочка наразличима, называются голыми.
Хорошо развитая поверхностная кожица образует пелликулу, которая
состоит в основном из жироподобных веществ и обладает свойством
полупроницаемой мембраны. Пелликула может быть гладкой, но может
иметь и сложное строение. Разнообразная структура молекулы может
привести к образованию панциря.
Многие простейшие имеют скелетные образования. Скелет может быть
образован уплотнением цитоплазмы, но может сформироваться и из
выделений цитоплазмы, тогда он теряет с ней связь и существует отдельно. К
скелетным образованиям первого типа относятся пелликулы, осевые нити в
ложноножках амеб, нитевидные структуры, образующие внутренний скелет
жгутиковых и инфузорий. К скелетным образованиям второго типа относятся
раковинки, домики, некоторые оболочки.
Их органическая основа иногда пропитана различными солями. Такие
оболочки не участвуют в процессе деления, животное может их покинуть и
образовать заново. К скелетным образованиям второго типа относятся также
слизистые оболочки, широко распространенные среди простейших.
Над поверхностной кожицей располагаются органы движения простейших
– жгутики и реснички.
У Ciliata реснички покрывают тело животных полностью или частично.
Длина ресничек различна и не связана с размерами тела инфузорий. У
наиболее просто организованных ресничных инфузорий реснички
покрывают все тело продольными рядами. На заднем конце многих
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]