14 Ковальчук Очистка стічних вод

Таблиця 2.9

Коефіцієнти неконсервативності речовин при температурі 20° С для ос-

нови десяткових логарифмів [11]

Примітки: 1) Наведений коефіцієнт інтенсивності споживання азоту нітратів фітопланктоном.

2) Наведений коефіцієнт реаерації атмосферного кисню.

обумовлена метаболітами та органічними речовинами, що змиваються у водотік атмосферними опадами з площі водозбору на останній ділянці шляху перед контрольним створом довжиною 0,5 добового пробігу [7].

Величина CОД приймається (г/м3): для гірських річок - 0,6-0,8; для

рівнинних річок, що протікають територією, ґрунти якої не дуже багаті на органічні речовини - 1,7-2; для річок болотного живлення або таких, що протікають територією, з якої змивається підвищена кількість органічної речовини - 2,3-25. Якщо відстань від випуску стічних вод до контрольного створу

менша за 0,5 добового пробігу, то CОД приймається рівною нулю [7].

Розрахунки за формулою (2.50) рекомендується здійснювати у тому випадку, якщо відстань від місця випуску стічних вод до розрахункового створу достатньо велика. Якщо ж ця відстань незначна, і води проходять її протягом декількох годин, то у розрахунках можна знехтувати процесами самоочищення, які відбуваються на даному шляху. В такому разі для обчислення використовують більш просту формулу (2.45).

При встановленні необхідного ступеня очистки стічних вод від органічних речовин з урахуванням вимог щодо вмісту розчиненого кисню допустиму максимальну величину БПКповн стічних вод, що надходять у водотік, визначають, виходячи з вимог дотримання у воді водного об’єкта мінімально

допустимого вмісту розчиненого кисню OГДВ після скидання стічних вод.

Кисневий режим у водоймах визначають для літнього і зимового (після встановлення льодоставу) періодів, а за розрахунковий приймають найбільш несприятливий період.

61

Існують декілька способів визначення допустимого навантаження стічних вод на водний об’єкт за вмістом розчиненого кисню [7, 18, 23]. Найбільш простий спосіб обчислення грунтується на урахуванні поглинання стічними водами тільки того розчиненого кисню, який міститься у поверхневих водах до місця скиду стічних вод, при цьому процесами розчинення кисню у поверхневих водах (реаерації) та його утворення внаслідок фотосинтезу нехтують. Вважається, що у випадку, якщо вміст розчиненого кисню у річковій

воді не стане нижчим за OГДВ протягом перших двох діб, то таке зменшення не відбудеться і в подальшому. Цю умову можна виразити наступним рівнян-

де Oф - фоновий вміст розчиненого кисню у поверхневих водах до місця випуску стічних вод, г/м3; Cф - БПКповн поверхневих вод до місця випуску стічних вод, г/м3; OГДВ - найменший допустимий вміст розчиненого кисню,

який повинен залишатися у воді водного об’єкта, г/м3; 0,4 - коефіцієнт для перерахунку БПКповн, що визначається лабораторним шляхом, у дводобову БПК2. Коефіцієнт змішування γ в цьому рівнянні не враховується, оскільки

вважається, що через дві доби відбудеться практично повне змішування поверхневих вод із стічними.

З цієї умови допустима БПКповн стічних вод дорівнює

При визначенні необхідного ступеня очистки стічних вод за органічними речовинами приймається найменша з величин БПК, обчислених за рівняннями (2.50) і (2.52).

При визначенні допустимого вмісту у стічних водах кислот і лугів враховують нейтралізуючу здатність природних вод, які завжди містять деяку кількість бікарбонатів. Через гідроліз останніх утворюється певний надлишок гідроксильних іонів, що й дозволяє нейтралізувати відповідну кількість кислоти. Для того, щоб бікарбонати знаходилися у розчині, необхідна присутність у воді розчиненої рівноважної вільної вуглекислоти. Її наявність дозволяє нейтралізувати відповідну кількість лугу. Нейтралізація лугів відбувається, крім того, за рахунок бікарбонатів через утворення карбонатів, що не піддаються гідролізу. Таким чином, вода природних водойм має одночасно і лужний, і кислий резерв, який і зумовлює її здатність нейтралізувати кислоти та луги.

62

Зв’язок між рН води і концентраціями бікарбонатів та вільної вуглекислоти характеризує рівняння

де HCO3− і CO2в - концентрації бікарбонатів та вільної вуглекислоти, мг/л; pK1 - від’ємний логарифм константи першого ступеня дисоціації вугільної

кислоти, яка залежить від температури (табл. 2.10); - іонна сила розчину. Таблиця 2.10

Константа першого ступеня дисоціації вугільної кислоти K1 [18]

При надходженні у водойму кислоти (наприклад, соляної HCl ) відбувається її нейтралізація з руйнуванням бікарбонатів та вивільнення вуглекислоти

Концентрація бікарбонатів при цьому зменшується, а концентрація вільної вуглекислоти - збільшується. Величина рН води в цьому випадку визначається за рівнянням

де x - кількість вивільненої вуглекислоти, мг/л.

В разі одночасного скидання кислот різного типу величину x визначають як суму кількостей вуглекислоти, що вивільнюються кожною з кислот, які надходять у водойму.

Згідно санітарних вимог активна реакція рН суміші стічних і поверхневих вод у контрольному створі водного об’єкта має бути не меншою 6,5 і не більшою 8,5. Звідси допустиму концентрацію кислот у стічних водах в

63

В разі надходження у водойму лугів вони нейтралізуються, взаємодіючи з вільною вуглекислотою та бікарбонатами за рівняннями

При цьому одночасно зменшується концентрація як вільної вуглекислоти, так і бікарбонатів. Кожний міліграм лугів, що надійшли у поверхневі води, зв’язується з y мг/л вільної вуглекислоти та кількістю бікарбонатів, що

дорівнює 0,273 y . У цьому випадку величина рН дорівнює

де нормативне значення pHN приймається 8,5.

Температура стічних вод, при якій дотримуються санітарні вимоги стосовно температури води у контрольному створі, з рівняння масового балансу (2.46) становить

де Tф - максимальна температура води водойми до випуску стічних вод вліт-

ку, ° С; TГДП - допустиме збільшення температури води водного об’єкта

(табл. 2.1).

Слід також зазначити, що у випадках, коли фонова забрудненість водного об’єкта за якимись показниками не відповідає ГДК та обумовлена господарськими факторами, які не піддаються впливу, то гранично допустимий скид відповідних речовин встановлюють, виходячи з перенесення нормативних вимог до якості води водоприймача безпосередньо на стічні води.

У тих випадках, коли фонова забрудненість водного об’єкта обумовлена природними причинами, гранично допустимий скид відповідних речовин встановлюють, виходячи з умов дотримання в контрольних створах природної фонової якості води, що сформувалася. Це відноситься, наприклад, до водних об’єктів з підвищеним вмістом у воді мінеральних солей, заліза і т.ін.

64

До природних факторів формування якості води належать такі, що не входять до господарської ланки кругообігу води (включаючи стічні, скидні та дренажні) і не піддаються штучному регулюванню, тобто надходження забруднень з атмосфери, в результаті схилового чи тальвегового стоку та підземного живлення тощо.

Для скидів стічних вод в межах населених пунктів ГДС встановлюють, виходячи з перенесення нормативних вимог до складу і властивостей води водних об’єктів на самі стічні води [4]. При цьому слід керуватися тим, що використання водних об’єктів в межах населених пунктів відноситься до категорії комунально-побутового водокористування. При скиданні стічних вод у водний об’єкт через розпорошуючі випуски, що гарантують необхідне їх змішування і розбавлення, нормативні вимоги до складу і властивостей води мають забезпечуватися у створі початкового розбавлення розпорошуючого випуску.

Для створів водотоків, розташованих на початку розрахункової ділянки водного об’єкта або басейну, включаючи фонові створи при розрахунках ГДС речовин без застосування басейнового принципу, а також для створів водойм поза зоною впливу стічних вод за регламентованих розрахункових умов, за фонову приймається якість води у найменш забрудненому пункті водойми. У цих випадках вона визначається, як правило, шляхом обробки даних натурних спостережень за відомими методиками. Якщо у прикордонному або іншому створі, де повинні дотримуватися норми якості води, визначене таким чином значення якогось показника не задовольняє встановленим нормам, розрахункове фонове значення цього показника приймається рівним нормативному.

Для всіх підприємств-водокористувачів встановлений ГДС не повинен перевищувати показників скиду речовин, що можуть бути досягнуті при застосуванні типового способу очистки цієї категорії стічних вод, навіть якщо водний об’єкт дозволяє скидати значно більші їх величини. Як вже вказувалось, для господарсько-побутових стічних вод - це рівень повної біологічної очистки з нормативами гранично допустимого вмісту забруднюючих речовин у стічних водах, наведеними у розділі 2.1 [24].

При встановленні ГДС допустимі концентрації речовин у стічних водах діючого підприємства не повинні перевищувати фактичних середніх, проектних та відповідних типовому способу очищення концентрацій речовин для даного випуску стічних вод за винятком тих речовин, концентрації яких зростають в процесі очистки (азот нітратів і нітритів).

Допустимі концентрації речовин у стічних водах не повинні призначатися меншими їх нормативних значень для водоприймача за винятком випадків, коли фактичні концентрації речовин у стічних водах менші нормативних для водоприймача, а також коли враховується ЛОШ речовин.

65

Література

1. Інструкція про порядок розробки та затвердження гранично допустимих скидів (ГДС) речовин у водні об’єкти із зворотними водами. - К., 1994.

2.ГОСТ 17.1.1.01-77 (СТ СЭВ 3544-82). Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения.

3.Водний кодекс України. // ВВР. - 1995. - № 24. - С.190.

4.Правила охраны поверхностных вод. - М., 1975. - 38 c.

5.Правила охраны от загрязнения прибрежных вод морей. - М., 1984. - 108 с.

6.Дополнительный перечень предельно-допустимых концентраций вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов к приложению № 3 “Правил охраны поверхностных вод”, № 1-9: Утв. Главрыбводом № 30-11- 22, 1983-1989 гг. - 21 с.

7.Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Н.И.Лихачев, И.И.Ларин, С.А.Хаскин и др.; Под общ. ред. В.Н.Самохина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981. - 639 с., ил. - (Справочник проектировщика).

8.СанПиН № 4630-88. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. - М.: Минздрав СССР, 1988. - 70 с.

9.Загальний перелік ГДК і ОБРВ шкідливих речовин для води рибогосподарських водойм. № 12-04-11 від 9.08.1990 р.

10. Додатковий перелік № 1 ГДК шкідливих речовин для води рибогосподарських водойм. № 12-04-11 від 28.12.1990 р.

11. Методические указания по применению правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. - М.; Х.: ВНИИВО, 1982. - 81 с.

12. Родзиллер И.Д. Прогноз качества воды водоемов - приемников сточных вод. - М.: Стройиздат, 1984. - 263 с.

13. Національний план дій з гігієни довкілля на 2000-2005 рік. Схвалено постановою КМУ 13.10.2000 р., № 1556. - К.: МОЗ України, Мінекобезпеки України, 1998.

14. Афанасьева А.Ф., Сирота М.Н., Савельева Л.С., Эпов А.Н. Очистка хозяй- ственно-бытовых сточных вод и обработка осадков. - М.: Изд-во «Изо-

граф», 1997. - 96 с.

15. P.Hlavinek, D.Novotný. Intenzifikace čistíren odpadních vod. - Brno, Noel 2000, 1996. - 268 с.

16. Karl i Klaus R. Imhoff. Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków. Poradnik. Projprzem-EKO, Bydgoszcz, 1996. - 450 с.

17. Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными водами. - Х.: ВНИИВО, 1990. - 113 с.

18. Лапшев Н.Н. Расчеты выпусков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1977. - 86 с.

66

19. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Канализация промышленных предприятий (очистка сточных вод). - М.: Госстройиздат, 1962. - 604 с.

20. Черкинский С.Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы. - М.: Стройиздат, 1977. - 223 с.

21. Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод / Под ред. А.В.Караушева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 285 с.

22.Озмидов Р.В. Диффузия примесей в океане. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. -

129 с.

23.Василенко А.А. Водоотведение. Курсовое проектирование. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. - 256 с.

24.Правила охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами. Затверджені постановою Кабінету Міністрів України від 25 березня 1999

р., № 465.

67

Розділ 3

МЕТОДИ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД І ОБРОБКИ ОСАДІВ, СХЕМИ ОЧИСНИХ СТАНЦІЙ

3.1. Методи очистки стічних вод і обробки осадів

Для очистки стічних вод в наш час використовують методи механічної, біологічної і фізико-хімічної очистки, а також знезаражування.

Механічна очистка забезпечує видалення із стічних вод частини нерозчинних домішок. Основними методами механічної очистки стічних вод є проціджування, відстоювання, флотація і мікрофільтрування.

Проціджування через решітки (іноді через сита) дозволяє видалити із стічних вод крупні покидьки (тканину, папір, кістки, залишки фруктів, овочів тощо).

В процесі відстоювання стічних вод відбувається їх освітлення шляхом гравітаційного осадження нерозчинних домішок, що мають густину, більшу ніж густина води, і спливання нерозчинних домішок з густиною меншою ніж густина води (жири, масла, нафтопродукти).

Пісок і інші важкі мінеральні домішки затримуються у піскоуловлювачах при короткочасному відстоюванні стічних вод. Основна маса нерозчинних органічних домішок затримується у первинних відстійниках. На відміну від очисних споруд виробничих стічних вод на міських очисних станціях не влаштовуються спеціальні жиро-, нафточи смолоуловлювачі. Ці функції виконують первинні відстійники, які обладнуються спеціальними пристроями для збирання і видалення спливаючих домішок.

Флотація - це метод видалення нерозчинних домішок, при якому вони спливають у вигляді флотоагрегатів. Флотоагрегати - це грубодисперсні частинки, що об’єднані з бульбашками газу (найчастіше - повітря). Споруди для очистки стічних вод флотацією називають флотаційними установками чи флотаційними камерами.

При мікрофільтруванні для відділення нерозчинних домішок стічні води фільтрують через спеціальні сітки, тканину чи фільтруюче завантаження. Основні споруди для очистки стічних вод мікрофільтруванням - це барабанні сітки, мікрофільтри і фільтри із зернистим завантаженням.

Методами механічної очистки можна виділити із стічних вод до 60 % нерозчинних домішок. Залишкові нерозчинні домішки надходять на споруди біологічної очистки стічних вод. Вважається, що ефективність зниження БПКповн при механічній очистці (збовтані проби) досягає 20 %, хоча, виходячи із наведеної у табл. 25 СНиП 2.04.03-85 питомої кількості забруднень на

68

одного жителя, розрахункова ефективність зниження БПКповн при механічній очистці складає 46,7 %.

Механічну очистку як самостійний метод можна використовувати у виключних випадках при скиданні стічних вод у потужні водойми на першому етапі будівництва очисних споруд. У більшості випадків механічна очистка розглядається як попередній етап перед біологічною очисткою стічних вод.

Біологічна очистка стічних вод застосовується для видалення із стічних вод основної маси органічних забруднень, що знаходяться у розчинній, колоїдній і нерозчинній формі (тих, що лишилися у стічних водах після механічної очистки). Однак існують технології, у яких попереднє освітлення стічних вод не здійснюється, тобто на біологічну очистку надходять всі забруднення, що знаходяться у стічних водах.

Біологічна очистка стічних вод полягає у мінералізації (окисленні) органічних забруднень аеробними мікроорганізмами, для яких ці речовини є джерелом живлення. При очистці міських стічних вод використовуються тільки аеробні методи біологічної очистки; при очистці висококонцентрованих виробничих стічних вод можна застосовувати як аеробні, так і анаеробні методи.

Споруди для біологічної очистки стічних вод поділяють на дві групи: 1. Споруди, в яких біологічна очистка стічних вод відбувається в умовах, близьких до природних (природна очистка стічних вод): поля фільтрації,

поля зрошення і біологічні ставки;

2.Споруди, в яких біологічна очистка стічних вод відбувається в штучно створених умовах (штучна біологічна очистка стічних вод): біофільтри, аеротенки, а також комбіновані споруди.

Біологічна очистка стічних вод може бути повною чи неповною. При

повній біологічній очистці залишкова БПКповн стічних вод складає 15-20 мг/л. При цьому із міських стічних вод видаляється більше 85 % органічних забруднень. При неповній біологічній очистці залишкова БПК стічних вод перевищує 20 мг/л, а концентрації органічних забруднень знижуються на 5075 %.

Традиційні споруди для штучної біологічної очистки стічних вод (аеротенки, біофільтри) у кращому випадку забезпечують зниження БПКповн до 15 мг/л, менших концентрацій досягнути практично неможливо. У тих випад-

ках, коли необхідна БПКповн менша 15 мг/л, стічні води доочищають. Фізико-хімічна очистка може використовуватись, коли у міських

стічних водах більше 50 % складають виробничі стічні води, а у складі їх забруднюючих речовин багато таких, що не окислюються біохімічним шляхом.

До методів фізико-хімічної очистки стічних вод відносяться: реагентна очистка, сорбція, екстракція, хімічне окислення, електрохімічні методи.

69

Найчастіше для фізико-хімічної очистки стічних вод застосовують реагентні методи з використанням традиційних коагулянтів Al2 (SO4 )3 ,

FeCl3 , Fe2 (SO4 )3 , FeSO4 , CaO . Можуть використовуватись також

синтетичні флокулянти - катіонні, аніонні, неіоногенні, що покращують процеси коагуляції грубодисперсних і колоїдних домішок стічних вод. В результаті реагентної обробки відбувається коагуляція забруднень, що знаходяться у грубодисперсній і колоїдній формах, і одночасно сорбція на утворюваних пластівцях частини нерозчинних органічних сполук, а також іонів важких металів, нафтопродуктів, ПАР тощо. Відділення утворюваного осаду здійснюється у відстійниках, освітлювачах із завислим шаром осаду, флотаційних камерах, фільтрах і інших спорудах.

Реагентна обробка не забезпечує зниження БПК до 15-20 мг/л, тобто до рівня повної біологічної очистки, тому після реагентної обробки необхідна доочистка стічних вод, яка полягає у вилученні органічних і інших забруднень, що залишилися у воді. З цією метою найчастіше використовують сорбційні методи. Як сорбент використовується звичайно активоване вугілля. Крім дорогого і дефіцитного активованого вугілля можна використовувати також золу котельних, деякі види глин і відходів виробництва.

Хімічне окислення також використовується для видалення із стічних вод залишкових, переважно органічних забруднень після будь-якої попередньої очистки стічних вод. Використовуються сильні хімічні окислювачі: хлор, озон, перекис водню, перманганат калію. Для фізико-хімічної очистки стічних вод використовуються також електрохімічні методи - електрокоагуляція, електрофлотація, анодне окислення.

Фізико-хімічними методами можна здійснити глибоку очистку стіч-

них вод із зниженням БПКповн до 3 мг/л і менше, з повним видаленням біологічно неокислюваних забруднень, завислих речовин, фосфатів, іонів важких

металів, ПАР.

Знезаражування використовується для знищення збудників різноманітних захворювань (патогенної мікрофлори), що лишилися в очищених стічних водах. Для знезаражування міських стічних вод найчастіше використовують хлорування з використанням хлору чи хлорного вапна. Можливе використання також озонування, ультрафіолетової, ультразвукової, радіаційної обробки й інших методів.

Останнім часом зросли вимоги до охорони водойм від забруднення, і необхідний ступінь очистки часто перевищує можливості біологічного методу очистки стічних вод. Наприклад, БПКповн стічних вод, що скидаються у рибогосподарські водойми, в деяких випадках повинна складати 3-6 мг/л. Обмежений скид у водойми також біогенних елементів (азоту, фосфору), оскільки це призводить до евтрофікації водойм - тобто до інтенсивного розвитку водоростей. Доочистка біологічно очищених стічних вод необхідна у

70