2.2. Защита гидросферы. Очистка сточных вод

Сточные воды от населенных мест и промышленных предприятий могут быть классифицированы по трем признакам:

• по месту образования;

• по виду содержащихся в стоках веществ;

• по фазово-дисперсному состоянию загрязнений.

По месту образования сточные воды могут быть:

Бытовые – от раковин, унитазов, ванн и др. источников стоков, установ-

ленных в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях.

Производственные – стоки, образующиеся при использовании воды для различных технологических процессов производства.

Атмосферные – образуются на поверхности проездов, площадей и крыш зданий при выпадении осадков. К этой категории относятся дождевые и талые стоки, а также воды от поливки улиц (поливомоечные).

Классификация по виду загрязняющих веществ. Все категории сточных вод в той или иной степени содержат загрязнения, вид и состав которых позво-

ляет делить стоки по виду содержащихся в них веществ. Различают три сле-

дующие основные группы загрязнений:

Минеральные загрязнения. К ним относятся: песок, глинистые частицы,

частицы руды, шлака, растворимые неорганические соли, кислоты и щелочи.

Органические загрязнения. Могут быть разделены на загрязнения расти- тельного происхождения, в которых преобладает химический элемент углерод (остатки овощей, плодов и т.д.) и животного происхождения, в которых преоб- ладает азот (физиологические выделения, остатки живых тканей и т.д.). В быто- вых стоках содержится примерно 60% загрязнений органического происхож- дения и 40% минерального. Органические загрязнения являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому в стоках содержится еще один, третий вид загрязнений:

Биологические загрязнения. К этой категории относятся бактерии,

дрожжевые и плесневелые грибки, яйца гельминтов и вирусы.

По фазово-дисперсному состоянию все загрязнения делятся по степени дисперсности (т.е. измельченности) на:

_{Растворенные вещества, состоящие из молекулярно-дисперсных частиц,}

размером не более 0,01 мкм (10^-8 м).

Коллоидные вещества – частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм.

Нерастворенные примеси, размер частиц которых составляет более 0,1 мкм. В свою очередь эти примеси делятся на всплывающие, оседающие и взве- шенные вещества.

Производственные сточные воды делятся на условно-чистые, которые использовались преимущественно на охлаждение и почти не загрязнены, и за- грязненные. Последняя категория может быть разделена на три группы стоков, содержащих:

• преимущественно минеральные вещества;

• преимущественно органические вещества;

• органические, ядовитые вещества.

В зависимости от концентрированности производственные сточные воды могут быть высококонцентрированными и слабоконцентрированными, по зна- чению показателя pH стоки делятся на малоагрессивные (в том числе слабокис- лые и слабощелочные) и высокоагрессивные (сильнокислые и сильнощелоч- ные).

Обобщенные показатели загрязненности сточных вод. Для характери- стики загрязненности сточных вод используют так называемые суммарные или групповые показатели. Эти показатели характеризуют определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ.

Взвешенные вещества – количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы

Оседающие вещества – часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. В среднем в бытовые стоки посту- пает 65 гр. взвешенных и 30…35 гр. оседающих веществ на человека в сутки.

Сухой остаток – количество загрязнений, остающееся после выпарива-

ния пробы при 105оС.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода, потребляемое аэробными микроорганизмами в процессе жизнедеятельности для окисления органических веществ, содержащихся в сточной воде. Этот пока- затель характеризует содержание органики, которая может быть удалена мето- дом биологической очистки, например, с помощью активного ила в аэротенках.

Химическая потребность в кислороде (ХПК) – количество кислорода, не- обходимое для окисления углерода органических соединений водорода, азота и серы, содержащихся в сточной воде.

Концентрация ионов водорода – выражается величиной pH (отрицатель- ный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода). Среда считается кислой при pH < 7, и щелочной при pH > 7. Городские стоки обычно имеют слобощелочную реакцию среды pH = 7,2…7,8.

Коли-титр – наименьшее количество воды, в котором содержится 1 ки- шечная палочка рода Escherichia Coli. Этот показатель косвенно характеризует зараженность воды патогенными микроорганизмами.

Кроме того, на основе ПДК [мг/л] нормируются химические показатели,

характеризующие содержание различных химических веществ, в том числе ток- сичных и органолептические показатели: цвет, запах, вкус, послевкусие, мут- ность, пенность.

В бытовых сточных водах грубодисперсные примеси и взвешенные час- тицы (размером более 10 -4 мм) составляют 35-40%, коллоиднорастворенные (размером 10 -4 мм) — 10-25%, растворимые (размером менее 10 -6 мм) состав- ляют 40-55% от общего количества загрязнений.

На одного жителя, который пользуется канализацией, приходится 60-80 г взвешенных частиц в сутки (в сухом эквиваленте). При очистке сточных вод вначале извлекают грубо-дисперсные, а затем коллоиднорастворенные и рас- творенные примеси.

По своему составу примеси хозяйственно-бытовых стоков делят на три группы: минеральные, органические и биологические.

К минеральным примесям относят: песок, частицы шлака, глины, соли,

щелочи, кислоты, минеральные масла и другие органические вещества. Количе- ство минеральных примесей составляет около 30-40% от общего количества за- грязнений.

К органическим примесям относят загрязнения растительного и животно-

го происхождения.

В загрязнениях растительного происхождения основным элементом явля-

ется углерод, а в загрязнениях животного происхождения — азот.

Органические загрязнения образуются в результате жизнедеятельности человека. Количество органических примесей составляет 60-70% от общего ко- личества загрязнений хозяйственно-бытовых сточных вод. Количество органи- ческих загрязнений пропорционально числу жителей и составляет 7-8 г азота, 8-

9 г хлоридов, 1,5-1,8 фосфора, 3 г калия и других веществ на одного жителя в сутки.

Наибольшие трудности при очистке сточных вод вызывают органические примеси. Находясь в сточных водах, они быстро загнивают и отравляют грунт, воду и воздух. Поэтому сточные воды необходимо быстро вывести за пределы населенных пунктов и минерализовать органические вещества, которые уже те- ряют свои вредные качества.

К биологическим примесям относятся микробная флора и фауна: бакте-

рии, вирусы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибки и т.п. Несмотря на то, что размеры и вес микроорганизмов очень малы, зато если сложить вместе все бактерии, то суммарный объем микроорганизмов в сточных водах составит приблизительно 1 м3 на 1000 м3 стоков. Живительной средой для микроорга- низмов являются органические вещества, находящиеся в сточных водах.

Среди микроорганизмов есть патогенные (заразные) бактерии: возбуди-

тели брюшного тифа, холеры, дизентерии и других желудочно-кишечных забо- леваний. Поэтому большинство сточных вод является потенциально опасными. В каждом конкретном случае для определения степени опасности сточных вод делают анализ качественного и количественного загрязнения того или иного вида.

Минерализацию органических веществ осуществляют их окислением.

Процесс окисления органических веществ, который осуществляется в присут- ствии воздуха, называется аэробным. В том случае, когда на окисление органи- ческих веществ расходуется кислород не из воздуха, а из различных соедине- ний, процесс минерализации называют анаэробным.

При анаэробном процессе окисления, который протекает очень медленно, выделяются различные газы с плохим запахом и развивается большое число анаэробных бактерий. Таким образом, все основные виды очистки сточных вод основаны на минерализации органических веществ в анаэробных условиях.

Для того чтобы не загрязнять источники хозяйственно-питьевой воды, места купания и отбора промышленных вод, сточные воды очищают. При этом частично процесс очищения может происходить уже в самом водоеме, вблизи места выпуска стоков, если это не мешает использованию воды для водоснаб- жения.

Необходимая степень очистки сточных вод перед сбрасыванием их в во- доемы определяется специальным расчетом и согласовывается с местными ор- ганами санитарного и рыбного надзора. Для расчета степени очистки стоков необходимо знать концентрацию и количество сточных вод, мощность и кате- горию водоема и содержание кислорода в его воде. По условиям сбрасывания сточных вод водоемы делят на три категории в зависимости от характера их ис- пользования.

Первая категория включает участки водоема, которые используются для централизованного водоснабжения, а также те, которые находятся в грани- цах второго пояса зоны санитарной охраны водопроводов или граничат с госу- дарственными рыбными заповедниками.

Вторая категория включает участки водоема, которые используются для неорганизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и водоснабжения

предприятий пищевой промышленности, а также участки с местами массового нереста промышленных видов рыб.

Третья категория включает в себя участки водоема в границах населен-

ных пунктов, которые используются для массового купания или имеют архи- тектурно-декоративное значение или используются для организованного рыб- ного хозяйства. Водоемы третьей категории не используются для питьевого во- доснабжения.

В соответствии с вышесказанным, к каждой категории водоемов предъ- являются соответствующие условия. После смешивания сточных вод с водой водоема, смешанная вода должна иметь в своем составе не менее 4 мг/л раство- ренного кислорода(летом). Активная реакция в смешанной воде не должна быть по рН ниже 6,5 и выше 8,5, а содержание взвешенных частиц не должно повышаться более чем на 0,25 мг/л для водоемов первой категории, 0,75 мг/л для водоемов второй категории и 1,5 мг/л для водоемов третьей категории.

Если в сточных водах выявлены возбудители различных болезней, сброс сточных вод в водоемы первой категории запрещается, а в водоемы второй и третьей категории разрешается только после предварительного осветления и дезинфекции.

Очистка сточных вод – процесс их обработки на очистных канализаци-

онных сооружениях с целью удаления вредных примесей.

Сущность очистки сточных вод состоит в снижении концентраций при- месей или превращения их в другие, не оказывающие вредного воздействия на окружающую среду.

Очистка сточных вод может быть механической, биологической, химиче-

ской и физико – химической.

Механическая очистка (осветление) состоит в непосредственном осво- бождении сточных вод от грубо дисперсных всплывающих и взвешенных ве- ществ в решетках, песколовках, жировках, отстойниках и других сооружениях. Иногда выделяется до 80 % взвешенных веществ и заметная часть бактерий, но, обычно, это вид предварительной очистки.

При механической очистке также используется гравитационное (рис. 5а и центробежное (рис.5б) осаждение.

Химическая очистка на основе коагуляции применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих коллоидные примеси; для удале- ния растворенных примесей применяются реагенты, переводящие их в трудно растворимое состояние с последующим осаждением.

Физико – химические методы очистки заключаются в извлечении приме-

сей экстракцией, отгонкой, аэрацией, кристаллизацией, сорбцией и др.

При любых методах очистки сточных вод, необходима обработка кана-

лизационного осадка, в связи с его высокой влажностью (95 – 99 %) – в мета-

тенке и обеззараживание от патогенных организмов обычно хлорированием или другими методами.

Рис. 5. Механическая очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод – перевод коллоидных и раство- ренных органических веществ в минеральные соединения за счет жизнедея- тельности бактерий.

Биологическая очистка сточных вод - один из самых распространенных способов обезвреживания сточных вод при подготовке их к спуску в водоемы, основанный на процессах распада и минерализации органических веществ под воздействием микробов. Процессы биологической очистки во многом анало- гичны процессам самоочищения в природных водоемах, но их эффективность повышена за счет систем инженерных сооружений, таких, как: аэротенки, био- логические фильтры, биологические пруды, поля орошения, поля аэрации.

Биологические пруды (см) – серии из несколльких неглубоких (до 1 м.)

сообщающихся прудов, по которым сточные воды, насыщенные кислородм за счет поверхностной аэрации, медленно перетекают из одного в другой.

Аэротенки – проточные резервуары глубиной 4 – 6 м., в которых созда-

ются условия очистки введением: необходимого количества аэробных микроор- ганизмов в видеактивного ила, а также кислорода (искусственной аэрации). На выходе аэротенков смесь очищенной жидкости и активного ила разделяется во вторичных отстойниках за счет оседания активного ила (сточная жидкость ос- ветляется). Из вторичных отстойников активный ил частично перекачивается в аэротенк (возвратный ил - ВИ) для повторного участия в процессе, а частично удаляется (избыточный ил -ИИ). Широкое применение находят аэротенки, дей-

ствующие по типу вытеснителей, а также по принципу смесителей или аэро-

тенков с регенераторами.

Поля орошенияия – сооружения, где поцессы самоочищения сточных вод совмещаются с процессами орошения почвы для возделывания кормовых куль- тур сточными водами (агрокультурное использование).

Поля фильтрации – сооружения, в которых межполивной период исполь- зуют для того, чтобы поры почвы успевали освобождаться от вод и заполнялись атмосферным воздухом (для создания аэробных условий в почве).

Биологические фильтры – сооружения для биологической очистки сточ- ных вод, в которых фильтрующая почва заменена фильтрующими материалами из шлака, кокса, щебня, пластмассы и др. Поверхность загрузочного материал обрастает биологической пленкой, состоящей из аэробных бактерий, различных видов безпозвоночных и водорослей. Пленка утолщается, нижние слои стареют,

отмирают и вместе с очищенной водой уносятся во вторичные отстойники.

Живыми агентами процессов биологической очистки являются:

Планктон- совокупность организмов, населяющих толщу воды и пере-

мещаемых с ее течением.

Активный ил – сложная экосистема, включающая большое количество представителей микрофлоры и микрофауны. Основу этой системы в процессе очистки составляют бактерии в виде хлопьевидных скоплений (зооглей). При- сутствуют также нитчатые бактерии, грифы водных грибов, дрожжи, безцвет- ные жгутиконосцы, саркодовые (голые и раковинные), и инфузории, между ко- торыми устанавливаются пищевые связи.