7.6. Вибір деяких технічних і технологічних засобів захисту гідросфери від промислових забруднень.

Механічне очищення застосовують для витягу зі стічних вод нерозчинених мінеральних і органічних домішок з метою підготовки до біологічного, фізико-хімічного або іншого методу очищення.

Механічне очищення є попереднім, рідше — остаточним етапом очищення стічних вод. Проціджування, як різновид механічного очищення, призначено, в основному, для витягу зі стічних вод великих твердих нерозчинених часток розміром до 25 мм, а, також дрібних волокнистих часток, які при наступній обробці стоків є перешкодою для нормальної роботи очисного встаткування. Стічні води проціджують через ґрати (мал. 7.3). Ґрати, виготовлені з металевих прутів (стрижнів) із проміжком 5-25 мм, установлюють у колекторах очисних споруджень вертикально або під кутом 60 - 75° до обрію. Їх розраховують на максимальний приплив стічних вод або на пропускну здатність очисної станції. Швидкість стічної води на ґратах не повинна перевищувати 0,8 - 1,0 м/с при максимальному потоці стічних вод.

Рис. 7.3 - Основні види ґрат з різними способами їхнього закріплення щодо потоку води:

а - заднє закріплення; б - переднє закріплення; в - вертикальне закріплення; 1 - ґрати; 2 - скребковий ланцюг; 3 - граблі.

Відстоювання — це процес осідання твердих часток у рідині. При цьому може бути вільне осідання часток, які не сліпаються, і осідання часток, схильних до злипання (коагуляції). Закономірності вільного осідання часток зберігаються при масовій їхній концентрації не більше 2,6 кг/м³.

Для очищення стічних вод відстоюванням використають пісколовки (рис. 7.4, а, б) і відстійники (рис. 7.4, в). Стічна вода, що надходить у пісколовку 2 через вхідний патрубок, рухається прямолінійно, а тверді частки осідають, накопичуючись у шлакозбірнику 3 і на дні пісколовки. Очищена вода через вихідний патрубок 4 направляється для наступної обробки. Осад з пісколовки видаляють щодоби.

Фізичні способи очищення стічних вод базуються на флотації, мембранних технологіях очищення й азеотропного відгону. Флотація - найбільше розповсюджений спосіб очищення стічних вод лісопереробних підприємств. Флотацію успішно використають для очищення стічних вод від масло продуктів і інших легко спливаючих речовин, які застосовуються в деревообробній промисловості.

Флотація - це процес молекулярного прилипання часток забруднених речовин до поверхні розподілу двох фаз: вода - повітря, вода - тверда речовина. Процес очищення стічних вод від легко спливаючих речовин (розчинників, нафтопродуктів і ін.), волоконних матеріалів флотацією полягає в утворенні системи "частки забруднень - пухирці повітря", які спливають на поверхню й утилізуються.

Рис. 7.4 - Основні схеми установок для очищення стічних вод від твердих домішок:

а - пісколовка; б – аерована пісколовка;

в - відстійник; м - гідроциклон

Ефект поділу флотацією залежить від розміру й кількості пухирців повітря. Досвідами встановлено, що за оптимальний розмір пухирців варто приймати 15 - 30 мкм. При цьому необхідний високий ступінь насичення води повітряними пухирцями. Питома витрата повітря знижується з підвищенням концентрації домішок, оскільки збільшується ймовірність зіткнення й прилипання часток забруднюючих речовин до повітряних пухирців. Важливе значення має стабілізація розмірів пухирців у процесі флотації. Для цього вводять у воду різні піноутворюючі речовини, які зменшують поверхневу енергію поділу фаз. До них ставляться: соснове масло, крезол, феноли, алкілсульфат натрію й ін.

Вага часток не повинен перевищувати сили прилипання їх до пухирців і піднімальної сили пухирців. Флотація може бути використана при сполученні із флокуляцією. Цей процес іноді називають флотацією. Імовірність утворення комплексу «пухирці - частки» може бути визначена по формулі:

де n — число пухирців; R — радіус пухирців r — радіус частки;

V — обсяг рідини.

Перевагами флотації є: безперервність і більша швидкість процесу, високий ступінь очищення (95 - 98 %), можливість рекуперації вилучених речовин, простота конструкції флотаційних установок, невеликі капіталовкладення.

За принципом дії флотаційні установки класифікуються на такі види: з механічним диспергуванням повітря; з подачею повітря через пористі матеріали; електрофлотаційні й біологічні флотаційні установки. На лісопереробних підприємствах доцільно застосовувати пінні, напірні, вакуумні хімічні й біологічні флотаційні установки.

Рис. 7.5 - Схема напірної флотаційної установки:

1 - трубопровід для стічної води; 2 - трубопровід для стисненого повітря;

3 - кришка; 4 - відцентрований вентилятор;

5 – піно-збірник; 6 - трубопровід для піни; 7 - водоприймач;

8 - трубопровід для відводу води; 9 - перегородка; 10 - флотатор

На рис. 7.5 наведена напірна флотаційна установка. Принцип роботи установки полягає в наступному. Стічна вода трубопроводом 1 через отвори в ньому рівномірно надходить у флотатора 10. Одночасно трубопроводом 2 подається стиснене повітря, що через насадки 11 з пористого матеріалу у вигляді дрібних пухирців рівномірно розподіляється по периметрі флотатора. При випливанні пухирці повітря обволікають частки забруднених речовин, збільшуючи швидкість їх спливання. Піна накопичується між дзеркалом води й кришкою 3 флотатори, відсмоктується відцентровим вентилятором 4 у збірник 5 і через трубопровід 6 направляється для обробки піни й витягування з її забруднених речовин. У процесі вертикального переміщення стічної води у флотаторів спостерігається насичення води киснем повітря. Очищена вода, обгинаючи перегородку 9, зливається у водоприймач 7. Звідси трубопроводом 8 подається на переробку.

Ефект флотації з подачею повітря через пористі матеріали залежить від величини отворів у пористому матеріалі, тиску повітря, витрати повітря, тривалості флотації, рівня води у флотаторі. Досвіди показують, що розмір отворів у пористому матеріалі повинен бути від 4 до 20 мкм, тиск повітря 0,1 - 0,2 МПа, витрати повітря 40 - 70 м³/(м²∙ година), тривалість флотації 20 – З0 хв., рівень води в камері до флотації 1,5 - 2,0 м.

Крім флотації з механічним диспергуванням повітря, на підприємствах також застосовуються хімічна й біологічна флотації.

Хімічна флотація заснована на уведені в стічну воду хімічних реагентів для її обробки, які визначають хімічні процеси з виділенням газів: ПРО₂, З₂, Сl₂ і ін. Молекули цих газів при деяких умовах можуть прилипати до нерозчинених твердих часток і виносити їх у пінний шар. Таке явище, наприклад, спостерігається при обробці стічних вод хлорним вапном із введенням коагулянтів.

Біологічна флотація застосовується для ущільнення осаду з первинних відстійників при очищенні побутових стічних вод. Для цього осад підігрівається водяною парою в спеціальній ємності до 35 - 55 °С и за таких умов видержується кілька діб. У результаті діяльності мікроорганізмів виділяються молекули газів, які виносять частки осаду в пінний шар, де вони ущільнюються.

Хімічне очищення стічних вод проводять переважно трьома способами: нейтралізацією, окислюванням і поновленням.

Нейтралізацію здійснюють для доведення рН стічних вод до 6,5 - 8,5, тобто близької до нейтрального. Виходить, нейтралізувати потрібно стічні води із рН < 6,5 (які мають кислу реакцію середовища) і із рН > 8,5 (які мають лужну реакцію середовища). Нейтралізацію здійснюють шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічного водам реагентів або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали. Кількість реагенту для нейтралізації стічних вод визначається по формулі:

де k — коефіцієнт запасу реагенту; В — зміст активної складової в стічній воді одиниці часток; m — витрати реагенту для нейтралізації активних речовин, кг/м³; V_cm — обсяг стічних вод, м³.

Практика свідчить, що найбільшу небезпеку для навколишнього середовища створюють кислі стоки.

При хімічному очищенні застосовують такі способи нейтралізації:

• взаємна нейтралізація кислих і лужних стічних вод шляхом змішування;

• нейтралізація стічних вод реагентами (розчинами кислот, негашеним вапном СаО, гашеним вапном Са(ОН)₂, кальцинованою содою Na₂CО₃ каустичною содою NaOH, розчином аміаку NH₄OH);

• фільтрування стічних вод через нейтралізуючі матеріали (ізвестка, вапняк СаСО₃, доломить CaCO₃∙ MgCO³, магнезит MgCO₃, крейда СаСО₃).

Вибір способу нейтралізації стічних вод залежить від багатьох факторів: виду й концентрації кислот у стічних водах; витрат і режиму подачі відпрацьованих вод на нейтралізацію; наявності реагентів і місцевих умов і ін.

Біологічне очищення — один з найпоширеніших методів очищення стічних вод від багатьох органічних і деяких неорганічних домішок на підприємствах лісопромислового комплексу. По характері даний метод аналогічний природним процесам.

Біологічне очищення здійснюється за допомогою мікроорганізмів (біоценозу), до складу яких входить велика кількість різних бактерій (простих і високоорганізованих), зв'язаних між собою в єдиний комплекс складними взаєминами (метабіозу, симбіозу й антагонізму). Головна роль у цьому комплексі приділяється бактеріям, число яких перебуває в границях від 10⁶ до 10¹⁴ клітинок в одному грамі сухої біомаси. Число видів бактерій може досягати 5 - 10, а число видів - кілька десяток і навіть сотень.

Такий різновид видів бактерій обумовлений наявністю в стічній воді органічних речовин різних класів. Якщо в складі стічних вод є лише один або трохи близьких по складу органічних сполук, то існує можливість розвитку монокультури бактерій.

Біофільтр — це спорудження, у корпусі якого розміщається кускова насадка (завантаження) і розподільний пристрій для стічної води й повітря. У біофільтрах стічна вода фільтрується через шар кускової насадки, покритою плівкою з мікроорганізмів. Мікроорганізми окисляють органічні речовини, використовуючи при цьому, як і джерела харчування, так і енергії. Таким чином, зі стічної води виводяться органічні речовини, а маса активної плівки збільшується. Відпрацьована біоплівка змивається проточною стічною водою й виноситься з біофільтра.

Як кускові насадки (завантаження) у біофільтрі використають: щебені; гравій; шлаки; керамзит; керамічні пластмасові кільця; куби; кульки; циліндри; тканеві й пластмасові сітки, скручені в рулони.

На рис. 7.6 наведені види завантажувальних елементів біофільтрів, які забезпечують необхідну поверхню контакту забруднених речовин з активним намулом.

Аеротенками називають залізобетонні аеровані резервуари. Процес очищення в аеротенді йде при протіканні через нього аерованої суміші стічної води й активного намулу.

За конструкцією аеротенди розділяються на такі типи: витискувачі; змішувачі з розосередженим впуском води; з нерівномірно розподіленою подачею води; з регенератором. В аеротенді-витискувачі вода й намул подаються в першу частину спорудження, а суміш подається наприкінці. В аеротендах-змішувачах стічна вода й намул подаються й примішуються рівномірно уздовж процесу.

Рис. 7.6 - Основні види завантажувальних елементів біофільтрів:

а - кільця; б - сидіння; в - пустотілі циліндри;

г - тверде блокове завантаження; д - м'яке завантаження.

В аеротенді з розосередженою подачею води й намило навантаження досягає максимуму наприкінці очисного спорудження. В аеротенді камерного типу суміш із першого відсіку переливається другий, із другого - у третій і т.д. У кожному відсіку здійснюється повне змішування намила із забрудненою стічною водою. В аеротендах з регенераторами досягається більше тривалий контакт намила із забрудненими речовинами. В аеротендах всіх типів застосовують аерацію.

7.7. Державний моніторинг водних об'єктів і стандартизація в області охорони вод. Державний моніторинг водних об'єктів ведеться Міністерством екології й природних ресурсів і іншими спеціально вповноваженими державними органами в області охорони навколишнього середовища.

Державний моніторинг включає:

- регулярні спостереження за станом водних об'єктів, кількісними і якісними показниками поверхневих і підземних вод;

- збір, зберігання, поповнення й обробку даних спостережень;

- створення й ведення банків даних;

- оцінку й прогнозування змін стану водних об'єктів, кількісних показників поверхневих і підземних вод.

Державний моніторинг водних об'єктів є складовою частиною системи державного моніторингу навколишнього природного середовища й складається з:

1. Моніторингу поверхневих водних об'єктів суши й морів;

2. Моніторингу підземних водних об'єктів;

3. Моніторингу водогосподарчих систем і споруджень.

Порядок розміщення й число пунктів спостереження, а також перелік спостережуваних показників і забруднюючих речовин, строки проведення спостережень у першу чергу визначаються рівнем розвитку промисловості й сільського господарства на контрольованій території.

Стандартизація в області охорони вод. Дозволяє розробити й удосконалити комплекс стандартів в області охорони вод для:

1. забезпечення водокористувачів водою необхідної якості й у достатній кількості відповідно до встановлених норм;

2. раціонального використання вод;

3. збереження унікальних водних об'єктів і їх екосистем у стані, найбільш близькому до природного;

4. дотримання умов, необхідних для підтримки оптимального рівня відтворення біологічних ресурсів вод, що забезпечує можливість їхнього раціонального застосування.

Стандартизація враховує, насамперед, показники якості води. Найважливішим водоохоронним заходом є регламентування державними стандартами гранично припустимих значень показників забруднення контрольованого середовища. Зокрема розроблений ряд стандартів, що встановлюють загальні технічні вимоги до приладів, використовуваним при аналізі природних вод.