Тема 6. Использование очищенных бытовых и городских сточных вод для подпитки оборотных систем производственного водоснабжения. 0,083 (3 час).

При изучении материала студенту следует обратить внимание на следующие вопросы: актуальность использования бытовых сточных вод для подпитки оборотных систем водоснабжения, требование к качеству сточных вод используемых в оборотном водоснабжении; схемы и методы до очистки городских сточных вод; санитарно гигиеническая надежность использования городских сточных вод для подпитки оборотных систем водоснабжения.

Основной теоретический материал по теме приведен ниже.

Доочистка сточных вод приобрела актуальность в связи с непрерывным ростом водопотребления и образованием больших количеств сточных вод, а также созданием замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий.

Городские бытовые сточные воды являются основным резервом и источником для подпитки оборотных систем водоснабжения.

На формирование качества городских сточных вод оказывают влияние состав хозяйственно− питьевой воды, норма водопотребления и производственные сточные воды, сбрасываемые в городскую канализацию. Городские сточные воды характеризуются следующими показателями после биологической очистки: содержание взвешенных веществ 15−25 мг/л; БПК₂₀ =10−20мг/л; общее солесодержание 130−500мг/л; щелочность 0,7 −5 мг−экв/л; жестокость карбонатная 0,5−1,5 мг−экв/л; содержание ионов: магния 5−20мг/л, кальция 15−35 мг/л, хлоридов 10−145мг/л, сульфатов 10−50мг/л, содержание фосфатов 15−30мг/л, азот аммонийный 3−26 мг/л, ПАВ 1,5−3мг/л. Характерно, что щелочность городских сточных вод остается равной щелочности исходной воды, использованной для водоснабжения города; прирост ионов кальция и магния не большой. Следовательно, термостабильность сточной водой (зависящая в первую очередь от концентрации НСО₃^- и Са²⁺) не снижается; вероятнее повышается в следствии присутствия в этой воде органических (преимущественно коллоидных) веществ, тормозящих процесс распада НСО₃^- и СаСО₃. Во многих случаях бытовые сточные воды, прошедшие полную биологическую очистку отличаются лучшим качеством, чем вода поверхностных источников Наличие в такой воде некоторого количества органических и не органических веществ препятствует их применению на хозяйственно питьевые цели , но они могут быть использованы для промышленных нужд. Недостатком городских сточных вод является содержание в них поверхностно активных веществ. ПАВ не окисляется при биологической очистки и остаются в растворе, а при использование воды в системе оборотного водоснабжения могут способствовать интенсивному образованию пены на поверхности воды. Повышенное содержание в очищенных городских сточных водах органических веществ, способствует более интенсивному развитию биологических обрастаний в оборотной системе.

Химический состав городских сточных вод после биологической очистки и последующей фильтрации характеризуется относительной стабильностью.

Для до очистки городских сточных вод применяют методы фильтрования, флотации, сорбционный, окисление, комбинированный и до очистку воды в биологических прудах. Предпочтение отдают устройствам и сооружениям, которые не требуют больших давлений и отличаются простотой и надежностью, например, микрофильтры и открытые фильтры с зернистой загрузкой. Конструкция микрофильтра для доочистки сточных вод аналогична барабанным ситам. Процесс фильтрования биологически очищенной воды (извлечения частиц активного ила и накопления их фильтрующей загрузки) такой же, как и для фильтров систем водоснабжения. Особенность доочистки сточных вод на фильтрах заключается в способности взвешенных частиц ила агломерироваться на поверхности загрузки и вызывать сильную кольматацию загрузки с образованием слоя осадка верхнем фильтрующем слое.

Учитывая это обстоятельство, разработанный конструкции фильтров повышенной грязеемкости с восходящим потоком и водовоздушной промывкой, загруженный щебнем крупностью от 6 до 15мм, аэрируемых керамзитовых, каркасно −засыпных, пенополиуретановых и других фильтров, расчет и проектирование которых ведется по СНиП 2.04.02− 84

Воды, прошедшие доочистку фильтрованием не могут использоваться для подпитки полностью замкнутых циклов оборотного водоснабжения. На рис.6 приведена технологическая схема доочистки сточных вод фильтрованием.

Рис.6. Технологическая схема очистки сточных вод с доочисткой на фильтровальных сооружениях:

I‒ механическая очистка;II‒ биологическая очистка;III‒ доочистка фильтрованием; 1‒ решетка; 2‒ песколовка; 3‒ первичный отстойник; 4‒ аэротенк; 5‒ вторичный отстойник; 6‒ регенератор активного ила; 7‒ сетчатый барабанный фильтр; 8‒ фильтр с зернистой загрузкой; 9‒ установка для хлорирования; 10‒ контактный резервуар; 11‒ резервуар сброса промывных вод; 12‒ резервуар‒ накопитель промывной воды; 13‒ песковые площадки.

По этой схеме сточные воды проходят механическую и биологическую очистку, а затем поступают на барабанные сетки 7 и зернистые фильтры 8. На барабанных сетках удаляются крупные примеси, волокнистые и прочие плавающие частицы, что позволяет увеличить фильтроцикл фильтров с зернистой загрузкой. Сточная вода прошедшая фильтровальные сооружения подвергается обработке хлором в контактных резервуарах 10. Это способствует не только обеззараживанию дочищенных сточных вод, но и подавление развития биологических обрастаний в охлаждающих системах оборотного водоснабжения. На некоторых фильтровальных станциях замен барабанных фильтров можно применять микрофильтры (микропроцеживатели), которые оснащены фильтрующим полотном с более мелким размером ячеек сетки (35−40 мкм) и обеспечивающих более высокий эффект удаления взвешенных веществ из сточной воды.

Для доочистки биологически очищенных сточных вод целесообразно использовать крупнозернистые одно− и многослойные загрузки. Не зависимо от применяемого типа фильтра доочистку стоков рекомендуется осуществлять, соблюдая принципы фильтрования в направлении убывающей крупности зерен загрузки, т. к. этим удаётся исключить быструю кольматацию фильтрующего слоя и увеличить продолжительность фильтроцикла.

В качестве фильтрующего материала могут быть использованы гравий, кварцевый песок, антрацит, керамзит, перлит, горелая порода, шунгизит.

Повысить степень доочистки сточных вод и расширить область возможного использования дочищенной воды позволяет применение коагулянтов. При этом на ряду со взвесями удаляются из воды органические коллоиды, ПАВ, фосфаты. В качестве коагулянтов при доочистке стоков используют сульфат алюминия, хлорид железа, известь и различные флокулянты.

Вид сооружений и технологические схемы станций доочистки аналогичны применяемым на водопроводных фильтровальных станциях. Наиболее крупные станции доочистки городских биологически очищенных сточных вод с применением коагулянта работают в США, Японии, Швеции. Использование коагулянта в количестве 50−150 мг/л позволить до 90% фосфатов при одновременном снижении БПК на 60−85% и ХПК на 40−70%. Однако введение стадии обработки воды коагулянтами повышает минерализацию очищенной воды; отходами являются шламы, которые образованы осевшими хлопьями сильно загрязненными гидроксидов алюминия или железа. Поэтому, в бессточных и безотходных системах водоснабжения предприятий рациональность применения коагулянтов в каждом конкретном случае связано с существованием реальной возможности утилизации шламов, их ликвидации, либо регенерации из них коагулянтов.

Эффективная очистка сточных вод достигается в биологических прудах и каналах с естественной и искусственной аэрацией. Сооружают их как правило проточными или циркуляционными. В летнее время БПК _полн очищенной в пруду воды достигает 5 6 мг О₂/л, содержание взвешенных веществ 15−30 мг/л. При цветении воды эти показатели ухудшаются. При доочистки сточных вод с целью выделения жиров, нефти, бумажного волокна применяют метод флотации применяют метод флотации при этом в основном применяется напорная флотация и флотация с механическим диспергированием воздуха.

Наиболее эффективным методом извлечения из очищенных сточных вод органических соединений, в том числе биологически не окисляемых является сорбция на активном угле, который позволяет снизить концентрацию органических соединений на 90 −99%. Однако, этот метод дорогой и сложный при эксплуатации. Для доочистки сточных вод применяют окислители: озон, хлор, диоксид хлора, перманганат калия и др. Из перечисленных окислителей наиболее высокой инерционной активностью и сильным бактерицидным эффектом обладает озон.

Предельное солесодержание определяется в основном из условия ограничения интенсивности коррозии оборудования в системе оборотного водоснабжения. При применение хроматорного ингибитора коррозии допустимая величина общего солесодержания может быть увеличено в несколько раз с учетом наиболее распространенных значений коэффициентов концентрирования, равных 2−4. В этом случае предельно допустимая концентрация сульфатов будет определятся произведением растворимости сульфата кальция.

При использование городских сточных вод особое значение придается установлению предельно допустимых концентраций питательных веществ на основе фосфора и азота. Эти вещества вызывают интенсификацию биологических обрастаний в теплообменном оборудование и развитие водорослей в градирнях. В ряде случаев после полной биологической очистке сточные воды могут подвергаться специальной доочистке от питательных веществ. При этом следует учитывать все возможные формы соединений азота и фосфора и условия их существования. Фосфор входит в нерастворимые вещества, а вещества, включающие в себя азот, всегда растворимый. Азот в сточных водах обычно присутствует в виде нитратов NO₃^-, ионы аммония NH₄⁺или растворенного газа аммония NH₃. Нитраты и аммоний является хорошей питательной средой для водорослей, но аммоний более токсичен, чем нитраты, и очень коррозионно − активен по отношению к латунным трубкам теплообменных аппаратов. Газ аммоний и ион аммония весьма быстро переходит из одной формы в другую. Учитывая что, нитраты и аммоний является хорошей питательной средой, ПДК общего азота этих соединений в оборотной воле рекомендуется около 5 мг/л.

Соблюдение требований к устранению из подпиточной воды солей, содержащих биогенные элементы, или исключение одного из них (обычно фосфора) является гарантией предотвращения развития биологических обрастаний в теплообменных системах. Основным критерием пригодности воды для оборотного водоснабжения (кроме систем, в которых используется глубоко обессоленная вода) является термостабильность, обеспечивающая отсутствие обрастаний трубопроводов и теплообменных поверхностей карбонатом кальция и основными солями и магния, которые кристаллизуются при нарушении углекислотного равновесия. Коррозионная активность оборотной воды определяется общей минерализацией, рН, концентраций сульфатов и хлоридов и количеством растворенного кислорода. Необходимо иметь в виду, что в мягких хлоридных водах кислородная коррозия металла усиливается. Значение ХПК для оборотной воды не должно превышать 15 мг О₂/л. При более высоком содержании этих веществ усиливается биологическое обрастание в оборотных системах, а иногда и коррозия стали и бетона.

Существенным условием при подготовке сточных вод для подпитки бессточных (замкнутых) оборотных систем является постоянство общего солесодержания и соотношения концентрации различных анионов, что позволяет отказаться от сброса продувочных вод из теплообменных систем

При высоких коэффициентах упаривания может возникнуть необходимость в выводе избытка солей из системы или умягчения воды, так как в противном случае могут быть превышены произведение растворимости таких соединений как сульфат кальция, и др. Для этой цели могут быть использованы обычные методы опреснения и декарбонизации воды.

Важнейшим условием использования городских сточных вод является предотвращение эпидемической опасности в результате рассеивания микроорганизмов и исключении не благоприятного воздействия на человека химической соединений оборотной воды. В системах производственного водоснабжения фармацевтических, пищевых и приравненных к ним предприятий использование сточных вод запрещено.

Повторное использование дочищенных сточных вод регламентируется документами санитарного законодательства (Методические указания по гигиенической оценке использования дочищенных городских сточных вод в промышленном водоснабжении, № 3224 −85; методические указания МУ 1.1.5.1183 −03. Водоотведение населенных мест. Санитарная охрана водных объектов. Санитарно− эпидемиологический надзор за использованием воды в системах технического водоснабжения промышленных предприятий). Основным является обеспечение безопасности рабочих и населения, которые подвергаются прямому или косвенному воздействию дочищенной (восстановленной) воды.

Основным условием применения бытовых и городских сточных вод в системах промышленного водоснабжения является предупреждение возникновения инфекционных заболеваний.

Выполнение этого требования достигается обеззараживанием стоков до колли− индекса 100 и индекса колифага 100БОЕ/Л и соответствующими маркировками распределительной сети технического водопровода, исключения возможности исключения его с питьевым пломбирование водоразборной арматуры специально предупреждающие указателем. После песчаных фильтров доочистки при содержании взвешенных веществ менее 3 мг/л и БПК _полн менее 6 мг/л, концентрация остаточного хлора в воде должна быть на меньше 1 мг/л при времени контакта 30 мин.

При озонирование гарантия достаточного обеззараживания является концентрация остаточного озона в воде на уровне 0,3 мг/л. Обеззараживание сточных вод ультрафиолетовым излучением в соответствии с МУ 2.1.5.732− 99 «Санитарно −эпидемиологический надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением», при этом доза ультрафиолетового излучения должна быть 30 мДж/см². После обеззараживания сточных вод патогенные микроорганизмы, вирусы, яйца гельминтов должны отсутствовать.

Основным условием использования воды в закрытых системах технического водоснабжения (непосредственный контакт работающих с восстановленной водой, как правило, отсутствует) является предотвращение случайных инфекционных заболеваний. Для таких систем лимитирующим показателем воды является ее микробиологический состав.

При использование сточных вод в открытых системах технического водоснабжения, по мимо обеспечения эпидемической безопасности гигиенические критерии должны гарантировать безвредность для здоровья человека химического состава используемой воды, а также ее благоприятные органолептические свойства.

Для контроля качества дочищенных сточных вод рекомендуются следующие оценочные показатели: запах, окраска, взвешенные вещества, БПК, ХПК, взвешенные вещества, запах, окраска, общие колифорные бактерии, термотолирантные колифорные бактерии, колифаги. При любом сочетании методе очистки, доочистки и обеззараживания главным требованием является соответствие качества воды следующим гигиеническим требованиям, представленным в табл.11.

Таблица 11

Гигиенические критерии качества сточных вод.

№	Показатели	Единицы измерения	Допустимые уровни
1	Запах	баллы	2
2	Окраска	в столбике воды, см	10
3	Взвешенные вещества	мг/л	3,0
4	БПК5	мг О2/л	3,0
5	ХПК	мг О2/л	30,0
6	Общие колифорные бактерии	Число бактерий в 100мм	20
7	Термотолерантные колифорные бактерии	Число бактерий в 100мм	10
8	Колифаги	Число бляшкообразующихся единиц (БОЕ) в 100 мм	10

Высокое качество технической воды по органолептическим показателям важно не только косвенное свидетельство их безопасности, но и с точки зрения преодоления психологического барьера, который возникает в процессе использования такой воды в технологиях с открытой водной поверхностью. Кроме того органолептические показатели позволяют оперативно осуществлять контроль качества сточных вод на этапах доочистки.

Литература:

1. В.Г. Иванов Водоснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие.− СПб: Петербургский гос. ун−т путей сообщения, 2003.

2. Н.Н. Абрамов Водоснабжение. 2−е изд. Перераб. и доп. –М.: Стройиздат, 1984

3. Л.А. Алферова, А.П. Нечаев замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. −М.: Стройиздат, 1984

4. Б.Н. Фрог, А.П. Левченко Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. М. Издательство МГУ, 1996

5. С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов Водоотводящие системы промышленных предприятий.− М.: Стройиздат, 1990

6. . С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов. Очистка производственных сточных вод −М.: Стройиздат, 1985

7. СНиП 2.04.03−84 Водоотведение. Наружные сети и сооружения/Госстрой России.−М.:ГУП ЦПП, 1998

8. А.М. Когановский, Н.А. Клименко, Т.М. Левченко, Р.М. Марутовский, И.Г. Рода Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. –М.: Химия, 1983