Очистка промышленных и бытовых стоков
Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в
районах жилой застройки населенных мест не оптимально. Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях также являются совместными для жилой и
промышленной зоны. На крупных предприятиях, как правило, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.
Основные элементы системы водного хозяйства населенного пункта и ее взаимодействие с окружающей природной средой представлены на рис. 37.
Водозаборные сооружения забирают природную воду из поверхностного водоисточника. Насосная станция первого подъема по напорным трубопроводам
подает ее на очистные сооружения. Здесь вода очищается до питьевого качества и из резервуаров насосной станцией второго подъема подается в населенный пункт, как правило, имеющий кольцевую водопроводную сеть.
Рис. 37. Основные элементы водного хозяйства населенного пункта и их
взаимосвязь с окружающей природной средой:
1 - водозаборные сооружения; 2 - насосная станция первого подъема; 3 -
очистные сооружения; 4 - резервуары; 5 - насосная станция второго подъема; 6 - водопроводная сеть; 7 - канализационная сеть; 8 - канализационная насосная
станция; 9 - механическая очистка; 10 -- биологическая очистка; 11 - дезинфицирование вод; 12 - биологические пруды; 13 - сброс очищенной воды; 14
Дождевая сеть, артезианские скважины; 15 - очистные сооружения; 16 -
промышленное предприятие; 17 - водооборотные циклы; 18 - охладители Вода используется на питьевые, хозяйственные нужды, полив улиц и
насаждений, на предприятиях местной промышленности.
Использованную воду (сточные воды) по закрытой канализационной сети отводят за пределы города и главной канализационной насосной станцией подают
на городские очистные сооружения.
Здесь сточные воды проходят механическую-и биологическую очистку,
дезинфицируются и подаются на биологические пруды, где очищаются в естественных условиях. После прудов вода по своим качествам незначительно отличается от воды естественного водоема, может сбрасываться в реку, озеро и т. д.
Атмосферные воды, которые отводятся дождевой сетью, проходят очистку от взвешенных веществ и нефтепродуктов на сооружениях, также сбрасываются в биологические пруды или непосредственно в приемник вод (водоем).
Город может также снабжаться питьевой водой и из подземных источников -
артезианских скважин.
Промышленное предприятие потребляет питьевую и техническую воду.
Техническая вода чаще всего применяется в водооборотных циклах. Для охлаждения вода используется повторно после снижения температуры в
охладителях.
Сточные воды от промпредприятий, содержащие специфические загрязнения, а также дождевые и талые воды с территорий промплощадок могут сбрасываться в
систему водоотведения населенного пункта и подвергаться биологической очистке совместно с городскими сточными водами после прохождения локальных очистных сооружений.
Системы водоснабжения промышленных предприятий в зависимости от водных
и технологических процессов могут быть прямоточного, повторного
(последовательного) и оборотного водоснабжения. В зависимости от
технологического назначения, вода в системе оборотного водообеспечения может
быть подвергнута различной обработке.
В системах оборотного водоснабжения безвозвратные потери воды
(производство, испарение, выветривание, разбрызгивание, шлам, продувочный расход) компенсируют дополнительным, т. е. подпиточным, количеством свежей
воды из источника.
Балансовые схемы расходования воды, сырья, загрязнений служат одним из исходных материалов при составлении экологических паспортов предприятия по
ГОСТ 17.0.04-90 в разделе характеристики водопотребления, водоотведения и очистки вод, а также паспорта водного хозяйства населенных пунктов.
Совместные схемы водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий и населенных мест разрабатываются при проектировании на основе технико-экономического сравнения вариантов с целью комплексного решения
водохозяйственных проблем района, города или региона.
Система водного хозяйства, включающая насосные станции, трубопроводы,
очистные сооружения, исполненная и эксплуатируемая даже в самом образцовом виде, по сути своей являясь природоохранной, создает определенную антропогенную нагрузку на окружающую среду и потребляет при этом ресурсы. К ним относятся следующие факторы: потребление энергии, химических реагентов и материалов, в частности металлов, выделение газовых и твердых отходов, сброс очищенных сточных вод, тепловое загрязнение среды.
Оценивая экологическую значимость всей системы водного хозяйства, отметим,
что система канализации является приемником огромного количества загрязнений,
сопровождающих жизнедеятельность человека в быту и на производстве. Какой бы
совершенной ни была система очистки сточных вод, все равно остаются осадки, выделяются газы в атмосферу, потребляется энергия на очистку воды, вводятся из
сельскохозяйственного оборота земли на накопители, иловые площадки, биопруды и т. д. Очень тяжело переносит природа сброс в канализацию вредных микропримесей
Солей тяжелых металлов, нефтепродуктов, поверхностно-активных средств,
ксенобиотиков.
Техногенный цикл антропогенного круговорота вещества и энергии, в том числе и для систем водного хозяйства, может быть сведен к минимуму при рациональном,
экологически обоснованном природопользовании.
Водопользование - это использование человеком водных объектов в
социальной, хозяйственной и бытовой деятельности. Водохозяйственный комплекс
представляет собой совокупность различных отраслей народного хозяйства,
совместно использующих ресурсы одного водного бассейна. Основные требования, предъявляемые к водопользованию:
* рациональное обеспечение потребителя водой в достаточном объеме и соответствующего качества;
* сохранение природных условий и гарантии охраны вод от загрязнения, засорения и истощения;
* обеспечение наибольшего эколого-экономического эффекта;
* гарантия простой и надежной работы. Рациональное использование и охрана вод зависит от эффективности государственного управления. Управление построено
по бассейному принципу, затрагивающему интересы краев, областей, городов, районов. Учет и планирование использования вод представляют собой систему, главными звеньями которой являются государственный водный кадастр,
водобалансовые схемы комплексного использования и охраны вод.
В основе рационального использования водных ресурсов лежит технико-
экономическое обоснование развития территориально-производственного комплекса, которое составляется с целью:
* создания здоровой комфортной среды обитания жителей;
* создания эффективной структуры производства основных видов продукции;
* охраны окружающей природной среды;
* комплексного использования водных ресурсов. Мероприятия по
рациональному водопользованию в систематизированном виде представлены на
В условиях рыночной экономики, когда стоимость становится реальной и
весомой, предприятию (любому иному собственнику) экономически выгоднее будет вести водное хозяйство по минимуму потребления свежей воды, сброса сточных вод
с максимальным повторным (оборотным) водоснабжением и утилизацией вторичных ресурсов, т. е. по пути экологизации водного
Водоподготовка и экология водоотведения.
Экология водоотведения является составной частью экологии водного
хозяйства. В ней рассматривается воздействие на окружающую природную среду и взаимосвязь жидких отходов человеческой деятельности с разработкой нагрузок,
норм использования и способов, предотвращающих деградацию жизненной среды этими отходами.
Под жидкими отходами человеческой деятельности в данном случае
окружающей среде, включая атмосферные.
Создавая комфортные условия обитания, обеспечивая социально-культурные и производственные потребности человека, водопроводная вода претерпевает качественные изменения, превращаясь после ее использования в жидкие отходы - сточные воды. Классификация сточных вод основана на их происхождении (генезисе): хозяйственнобытовые, производственные, атмосферные осадки и др.
Происхождение и состав промышленных сточных вод определяется характером
производства и водообеспечения.
Длительное изучение влияния различных химических соединений на флору и
фауну определило предельно допустимые концентрации для водоемов различных
показателю вредности.
ВОЗ для оценки токсичности загрязняющих веществ рекомендует применять шкалу Корте-Дубинина. Первое место по степени отрицательного воздействия на
организм человека занимают тяжелые металлы (135 баллов), второе - пестициды (130 баллов), далее - нитраты (65 баллов).
Экологизация - это процесс неуклонного, постепенного и последовательного
внедрения систем технологических, управленческих, организационных и других
решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных
ресурсов и условий с улучшением или хотя бы с сохранением качества природной
среды. Общая экологизация - объективный, более системный подход и осознание
роли природы в жизни человека, новый этап культуры.
Применительно к технике экологизация технологий означает проведение
мероприятий по предотвращению и снижению воздействия производственных процессов на природную среду. Одним из основных в комплексе таких мероприятий
является разработка безотходных или малоотходных технологий и технологических цепей, имеющих на выходе минимум вредных выбросов.
Малоотходная технология является промежуточным этапом создания
безотходной. Составными элементами их являются:
* комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов;
* уменьшение или полное исключение загрязнения окружающей среды промежуточными продуктами, отходами производства продукции;
Создание замкнутых систем производственного цикла.
Выполнение указанных мероприятий - длительная перспектива, связанная с экономикой, экологией, психологией и политикой. Еще длительное время будут
образовываться отходы, которые необходимо обрабатывать, обезвреживать, утилизировать.
Первым шагом в этом направлении является создание систем повторного и оборотного водоснабжения. При создании оборотных и замкнутых систем
водоснабжения необходимо рассматривать основной технологический процесс и
очистку сточных вод как единое целое.
Следует отметить, что процесс экологизации будет связан с увеличением стоимости мероприятий по охране гидро- и атмосферы. Однако данные затраты не затрагивают национальный доход. Они компенсируются предотвращенным или
ликвидируемым ущербом, который наносят выбросы. Следствием выбросов будут
увеличенные расходы на подготовку воды для нужд питьевого, промышленного и
сельскохозяйственного водоснабжения; снижение продуктивности рыбного и лесного хозяйства, животноводства, урожаев; возрастание расходов на восстановление
природного состояния водоемов, на медицинское обслуживание населения и т. д.
В условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки очистные сооружения сточных вод уже мало рассматривать как только водоохранный объект. Помимо
этого следует учитывать их воздействие на окружающую среду твердыми отходами (размещение, захоронение, отторжение земель, инфильтрационное загрязнение подземных вод, выделение газов, патогенность), газовыми выбросами (сероводород
и др.), компонентами очищенных сточных вод.
Экологизации процессов очистки сточных вод способствует внедрение
следующих технических решений и мероприятий:
Механическая очистка - совершенствование гидродинамических режимов
существующих отстойных сооружений; применение вместо отстойников сетчатых установок; предварительная обработка сточных вод перед осветлением
коагулянтами; расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензии и эмульсий, взамен гравитационных; совершенствование существующих и разработка новых
фильтровальных установок.
Химическая очистка - применение более активных коагулянтов;
совершенствование гидродинамических и массообменных характеристик, обеспечивающих полноту гидролиза, смешения, реакции; повторное использование шлаков и осадков химической очистки вод; выделение и утилизация в основном или
вторичном производстве продуктов реакции; организация рациональной системы
водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающией их взаимоочистку
после объединения на локальных очистных сооружениях.
Физико-химическая очистка - расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, экстракции, адсорбции, ионообмена, позволяющих выделять и возвращать в основное производство продукты, а очищенные воды после корректировки состава до нормативных величин использовать в оборотном водоснабжении;, разработка и создание новых селективных типов сорбентов из
сточных вод для вторичного использования, широкое использование жидких и
твердых промышленных отходов в технологических процессах; развитие
энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести
использование в очистке вод электроэнергии, получаемой из биолиза, а также гальванокоагуляцию; развитие передвижной сервисной сети обслуживания
абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, произвести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их
же возвратить в цикл очистки вод; разработка методов предварительного физического и химического воздействий на очищаемые воды; физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная), приводящая к изменению
физико-химических характеристик и соответственно к более глубокой степени
выделения загрязнений из вод.
Биологическая очистка - применение метода предварительной анаэробной
подготовки сточных вод; использование искусственных носителей биомассы;
широкое применение биосорбционных методов; регулирование соотношения групп микроорганизмов; применение высшей водной растительности (эйхорния водная или
водяной гиацинт, пистия, аир и пр.) в качестве самостоятельного фитореактора для очистки сточных вод сельскохозяйственных комплексов с получением биомассы и с
использованием ее на корм скоту или в производстве биогаза; использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток
интенсивностью 120 лк/м. Продуцируемый бактериями при. окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый в результате
фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.
В настоящее время наибольшую технологическую и экологическую сложность
представляет не очистка сточных вод, а проблема обработки и утилизации их
твердой фазы.
Количество образующейся твердой фазы на очистных сооружениях зависит от генезиса исходного состава и расхода сточных вод, метода их очистки и составляет
в среднем 0,01-3% объема. Влажность твердой фазы колеблется от 85 (предприятия стройиндустрии) до 99,8% (активный ил).
Основные задачи обработки шламов и осадков сточных вод - обезвоживание,
обеззараживание и утилизация.
В зависимости от зольности они могут быть трех типов:
* преимущественно минеральные (зольность более 70%);
* преимущественно органические (зольность менее 30%);
* смешанные (зольность 30-70%).
В настоящее время имеется промышленный опыт возврата в основное производство шламов очистки сточных вод стекольных, оптико-механических, металлургических предприятий, заводов по выпуску строительных изделий,
некоторых химических производств, а также в качестве добавок во вспомогательные производства - мясокомбинаты; молокозаводы (технические жиры, ланолин, жирозаменители); гидролизные заводы (белково-витаминные концентраты);
целлюлозно-картонно-бумажные комбинаты (производство древесноволокнистых
плит, картона, целлюлозы).
Утилизация шламов - это сложная многовариантная проблема, основным
вопросом которой является предотвращение вторичного загрязнения окружающей
среды тяжелыми металлами. Наиболее распространенным способом утилизации шламов очистки сточных вод является складирование их на полигонах
промышленных отходов (шламы обрабатывают цементом, битумом, стеклом или полимерными связующими). Имеется опыт утилизации шламов тяжелых металлов в
производстве строительной керамики, кирпича, черепицы. Современные экологические подходы к формированию системы водоотведения гальванических производств учитывают цели утилизации.
При очистке сточных вод, в том числе и гальванических, надо увеличить единовременные затраты на полное разделение потоков, что в конечном итоге
повысит экологичность технологии. В странах с рыночной экономикой подобные подходы реализованы уже 12-15 лет назад.
Учитывая существующий опыт ряда стран, в перспективе следует ожидать
появления очистных сооружений с улавливанием и обезвреживанием аэрозолей от
аэрационных биоокислителей, а также размещения очистных сооружений в
подземных выработках.
Экологический паспорт водного хозяйства предприятия.
В городскую сеть водоотведения сбрасывают бытовые и производственные сточные воды. Если в отношении приема в сеть бытовых сточных вод ограничений нет, то в отношении производственных имеются ограничения, направленные на
защиту канализационных трубопроводов и сооружений от коррозии, заиливания,
образования взрывоопасных газов, а также возможного нарушения процессов
биологической очистки сточных вод и, как следствие, загрязнения водоемов
токсичными элементами.
Основанием для выдачи разрешений на сброс производственных сточных вод в
систему канализации населенного пункта для действующих предприятий является паспорт водного хозяйства, представляющий один из разделов экологического паспорта предприятия.
Паспорт водного хозяйства разрабатывает предприятие по установленной форме и представляет для согласования в водопроводно-канализационное управление, где уточняют места выпусков в системы канализации бытовых сточных
вод населенных пунктов; нормы сброса и состав сбрасываемых сточных вод до и
после очистных сооружений на выпусках по среднему и максимальному количеству
загрязняющих веществ.
Разрешение на сброс производственных сточных вод может быть
аннулировано в случае изменения условий канализования населенных пунктов или несоблюдения промышленным предприятием условий, в том числе по расходу вод и
массе загрязнений. Расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах учитывает их степень очистки на станции аэрации.
ПДК загрязняющих веществ в производственных сточных водах и степень их биологического распада на биологических очистных сооружениях населенного пункта принимаются по нормативным документам.
3.3. Современные биотехнологии охраны окружающей среды Биотехнологии как направления науки и практики являются пограничной
областью между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой совокупность методов и приемов получения полезных для
человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов.
Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию
можно рассматривать как разработку и создание технологических процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание.
История биотехнологии насчитывает тысячелетия (производство хлебопечения,
виноделие, сыроделие и т. д.). Однако ежегодно появляются новые прикладные
направления биотехнологии, общим для которых является искусственное создание
условий для эволюционных, биогеохимических процессов на Земле в виде характерных биореакторов, реализующихся с большими скоростями, оставаясь
совместимыми по своим продуктам с окружающей природной средой. Принципиальная связь биогеотехнологии с геомикробиологией и
биотехнологией представлена на рис. 39.
На протяжении столетий человечество добывало металлы из богатых и относительно простых по химическому составу руд. По мере истощения запасов таких руд стали использовать полиметаллические и более бедные руды.
Традиционные способы добычи металлов загрязняли окружающую "природную
среду отходами, шлаками (полезно используется не более 2% сырья). При этом
извлекался только один элемент, а сопутствующие накапливались в отвалах.
Более совершенен и менее антропогенен гидрометаллургический метод,
Очистка сточных вод - это разнообразные процессы по удалению загрязнений содержащихся в промышленных и бытовых сточных водах. Мероприятия по очистке обычно происходят либо в стационарных, либо мобильных очистных сооружениях и системах.
Очистка обычно происходит в несколько различных технологических этапов и включает в себя, как правило, обязательную механическую очистку (иногда многоступенчатую), биологическую и дезинфекцию.
Для улучшения качества очистки и параметров воды, перед дезинфекцией может быть применена физико-химическая стадия, включающая в себя несколько различных технологий (например, электрофлотация).
Механический этап предназначен для задержания нерастворимых примесей. Крупные загрязнения задерживаются решетками и ситами. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов. Затем сточные воды проходят сквозь песколовки и жироловки. В первых задерживаются песок, бой стекла и т.д., вторые снимают с поверхности воды гидрофобные вещества (посредством флотации). Песок из песколовок можно использовать в дорожных работах.Механическая очистка воды удаляет до 60-70% загрязнений минерального происхождения, снижение биологического потребления кислорода составляет 20-30%.
Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.
Сооружения для механической очистки сточных вод:
§ решётки (или УФС--устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита;
§ песколовки;
§ первичные отстойники;
§ мембранные элементы;
§ септики.
Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей --сита. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов.
Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, бой стекла т. п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.
В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембранной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврат их в производственный цикл.
Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40 %.
В результате механической очистки удаляется до 60-70 % минеральных загрязнений, а БПК5 снижается на 30 %. Кроме того, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.
Такой метод очистки сточных вод позволяет произвести очистку до 75%, но, так как выделяются исключительно нерастворимые примеси, механический метод не очищает от органических соединений, растворённых в воде.
Этот метод является одним из наиболее примитивных, поэтому усложняющиеся требования к чистоте вод потребовали дальнейшего развития технологий очистки.
Этап биологической очистки предполагает уменьшение органической составляющей сточных вод при помощи аэробных или анаэробных микроорганизмов.
С технической точки зрения различают несколько вариантов биологической очистки. На данный момент самыми распространенными являются активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки (анаэробное брожение).
В первичных отстойниках на этом этапе осаждается взвешенная органика. На следующей стадии происходит избавление от активного ила.
Биологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами (бактериями и простейшими).
На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК5.
Первичные отстойники, куда на этом этапе попадает вода, предназначены для осаждения взвешенной органики. Это железобетонные резервуары глубиной пять метров и диаметром 40 и 54 метра. В их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок проходящими по всей плоскости дна скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более легкие, чем вода, загрязнения, в бункер.
Также в биологической очистке, после первичных отстойников, существует вторая линия радиальных отстойников. Это илососы. Они предназначены для удаления активного ила со дна вторичных отстойников очистных сооружений промышленных и хозяйственных стоков.
Этот метод большинство специалистов называют самым эффективным способом очистки воды. Его особенность заключается в использовании особых бактерий, которые влияют на минерализацию загрязнений. Под воздействием этих бактерий все загрязнения распадаются на отдельные компоненты, которые совершенно безвредны для здоровья человека.
Данный метод является надёжной защитой от загнивания воды, который в то же время и максимально безопасен в экологическом плане.
Существует несколько разновидностей биологических устройств, созданных для очистки водоёмов. К ним относятся биофильтры, биологические пруды и аэротенки.
· Биофильтры работают следующим образом: сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой плёнкой, состоящей из бактерий. Именно эта плёнка является источником процессов биологического окисления.
· Биологические пруды используют для очистки воды все живые организмов, обитающие в водоёме.
· Аэротенки представляют собой резервуары огромных размеров, сделанные из железобетона. Бактерии и микроскопические животные активно развиваются в аэротенках, где для них создана подходящая среда: органические вещества сточных вод и избыток поступающего в аэротенки кислорода. Эти бактерии, развиваясь, выделяют ферменты, способные минерализовать органические загрязнения. Ил, состоящий из бактерий, быстро оседает и отделяется от очищенной воды.
Перед тем, как применять биологический метод, нередко рекомендуют применять механическую, а затем и химическую очистку для того, чтобы удалить болезнетворные микробы и бактерии.
Часто в этих целях воду очищают жидким хлором или хлорной известью. Можно использовать и другие приемы для дезинфекции, например озонирование, ультразвук и т.д.
Биологический метод очистки наиболее распространён при очистке коммунально-бытовых стоков. Кроме того, он нередко применяется для утилизации отходов предприятий нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, так как является наиболее эффективным в этой области и для этого рода загрязнений.
При физико-химической очистке, для улучшения параметров могут быть применены различные химические методы, например, дополнительная седиментация фосфора солями Fe и Al, хлорирование, озонирование, а также физико-химические методы, такие как электрофлотация.
Этот метод заключается в совокупном применении ультразвука и озона. Такой метод позволяет удалять из воды тонкодисперсные и растворённые неорганические примеси, разрушать плохо окисляемые и органические вещества.
Наиболее распространённый вариант такого метода - электролиз. Задача электролиза состоит в разрушении органических веществ в сточных водах. Он же позволяет извлекать из воды и неорганические вещества - различные металлы, кислоты и т.д. Такой способ очистки наиболее эффективен на медных и свинцовых предприятиях, в лакокрасочной промышленности. Очистка с помощью электролиза осуществляется при помощи специальных приборов - электролизеров.
Кроме того, существуют и другие физико-химические методы очистки - коагуляция, окисление, экстракция, сорбция и т. д. Каждый конкретный метод требует тщательного изучения ситуации и определенного выбора в пользу максимально эффективного, но при этом наиболее безвредного способа очистки.
Этот способ очистки особенно привлекателен тем, что обладает обеззараживающим свойством. Такие свойства объясняются конструктивными особенностями очистной системы, в которой применяются озон и ультразвук.
Сущность химического метода состоит в применении различных реагентов, вступающих в химические реакции с загрязнителями и превращающих их в нерастворимые осадки.
Благодаря химической очистке количество нерастворимых примесей в воде уменьшается на 95%, однако растворимых - только на 25%.
Существенным недостатком этого метода является высокая стоимость химических реагентов, что делает его малодоступным для широкого круга лиц. Поэтому химический метод чаще всего используется предпринимателями, чей бизнес связан с производством или крупными заводами и организациями, наносящими большой урон окружающей среде и потому берущими на себя ответственность за её сохранность. Такой метод чаще всего применяется в промышленности и производстве.
Химические методы обработки сточных вод основаны на применение химических реакций. В результате которых загрязнения превращаются в соединения безопаснее для потребителя или легко выделяются в виде осадков. В особую группу химических методов следует выделить хлорирование и озонирование сточных вод, содержащих органические примеси, а также цианиды и другие пахнущие не органические вещества. Хлорирование и озонирование наиболее часто применяют для доочистки и обезвреживания питьевой воды на городских водопроводных станция.
1. осаждение
2. окисление-востановление
При термической очистке сжигают жидки отходы нефтепродуктов и других горючих веществ в печах и горелках.
1. огневое концентрирование
2. огневое обезвреживание
Дезинфекция сточных вод
Для окончательного обеззараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоем применяют установки ультрафиолетового облучения.
Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с ультрафиолетовым облучением, которое используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется также обработка хлором в течение 30 минут.
Хлор уже давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически на всех очистных городов в России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность очистные предприятия многих городов России уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод такие как гипохлорит, дезавид и озонирование.
Комбинированный метод.
Суть комбинированного метода очистки сточных вод состоит в одновременном использовании двух или более методов очистки для достижения наилучшего результата.
Выбор методов очистки и порядка их использования зависит от конкретных особенностей водоёма и степени загрязнения воды.
Как правило, в первую очередь используется механическая очистка, удаляющая основную массу нерастворимых неорганических загрязнений.
Вторым этапом становится биологическая очистка.
В качестве последующей дезинфекции используются методы физико-химической очистки, такие как ультразвук, озонирование, электролиз.
очистка сточный вода
Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в районах жилой застройки населенных мест не оптимально. Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях также являются совместными для жилой и промышленной зоны. На крупных предприятиях, как правило, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.
Основные элементы системы водного хозяйства населенного пункта и ее взаимодействие с окружающей при одной средой представлены на рис, 21. Водозаборные сооружения забирают природную воду из поверхностного водоисточника. Насосная станция первою подъема по напорным трубопроводам подает ее на очистные сооружения. Здесь вода очищается до питьевого качества и из резервуаров насосной станцией второго подъема подается в населенный пункт, как правило, имеющий водопроводную сеть. Вода используется на пищевые, хозяйственные нужды, полив улиц и насаждений, предприятиях местной промышленности.
Использованную воду (сточные воды) по закрытой сети отводят за пределы города и главной нализационной насосной станцией подают на городские сооружения.
Здесь сточные воды проходят механическую и биологическую очистку, дезинфицируются и подаются на биологические пруды, где очищаются в естественных условиях прудов вода по своим качествам незначительно отчается от воды естественного водоема, может в реку, озеро и т. д.
Количество образующейся твердой фазы на очистных сооружениях зависит от генезиса исходного состава и расхода сточных вод, метода их очистки и составляет в среднем 0,01 - 3% объема. Влажность твердой фазы колеблется от 85 (предприятия стройиндустрии) до 99,8% (активный ил).
Основные задачи обработки шламов и осадков сточных вод - обезвоживание, обеззараживание и утилизация.
В зависимости от зольности они могут быть трех типов;
Преимущественно минеральные (зольность более 70%),
Преимущественно органические (зольность менее 30)
Смешанные (зольность 30 - 70%),
В настоящее время имеется промышленный опыт воз врата в основное производство шламов очистки сточных во стекольных, оптико-механических, металлургических пред приятий, заводов по выпуску строительных изделий, не которых химических производств, а также в качестве добавок во вспомогательные производства - мясокомбинат ты; молокозаводы (технические жиры, ланолин, жирозаменители); гидролизные заводы (белково-витаминные концентраты); целлюлозное картонно-бумажные комбинат (производство древесноволокнистых плит, картона, целлюлозы).
Утилизация шламов - это сложная многовариантно проблема, основным вопросом которой является предотвращение вторичного загрязнения окружающей среды металлами. Наиболее распространенным способ утилизации шламов очистки сточных вод является их на полигонах промышленных отходов (шла обрабатывают цементом, битумом, стеклом или связующими). Имеется опыт утилизации шламов металлов в производстве строительной кирпича, черепицы. Современные экологические формированию системы водоотведения гальванических учитывают цели цивилизации.
Горючие компоненты отходящих газов доводят до температуры, превышающей точки их самовоспламенения, и они сгорают в среде кислорода, присутствующего в отходящих газах.
Основное преимущество термического окисления - относительно низкая температура процесса, что позволяет сократить расходы на изготовление камеры сжигания и исключить образование оксидов азота.
Каталитический метод предназначен для превращения вредных примесей, содержащихся в отходящих газах промышленных выбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных веществ - катализаторов. Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции, например реакции окисления. В качестве катализаторов используют платину, палладий и другие благородные металлы или их соединения (окислы меди, марганца и т. п.). Катализаторная масса располагается в специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или проволоки, свитой в спираль, из нихрома, никеля, окиси алюминия с нанесенным на поверхность этих элементов слоем благородных металлов микронной толщины. Каталитические методы широко используют для очистки от вредных примесей, содержащихся в газовоздушных выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.
Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в районах жилой застройки населенных мест не оптимально. Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях также являются совместными для жилой и промышленной зоны. На крупных предприятиях, как правило, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.
Основные элементы системы водного хозяйства населенного пункта и ее взаимодействие с окружающей природной средой представлены на рис. 7.13.
Водозаборные сооружения забирают природную воду из поверхностного водоисточника. Насосная станция первого подъема по напорным трубопроводам подает ее на очистные сооружения. Здесь вода очищается до питьевого качества и из резервуаров насосной станцией второго подъема подается в населенный пункт, как правило, имеющий кольцевую водопроводную сеть. Вода используется на питьевые, хозяйственные нужды, полив улиц и насаждений, на предприятиях местной промышленности.
Использованную воду (сточные воды) по закрытой канализационной сети отводят за пределы города и главной канализационной насосной станцией подают на городские очистные сооружения.
Здесь сточные воды проходят механическую и биологическую очистку, дезинфицируются и подаются на биологические пруды, где очищаются в естественных условиях. После прудов вода по своим качествам незначительно отличается от воды естественного водоема и может сбрасываться в реку, озеро и т. д.
Рис.7.13. Основные элементы водного хозяйства населенного пункта и их вза-
План лекции:
Технологические схемы.
Компоновка очистных сооружений. Блокирование очистных сооружений.
Схемы компактных очистных установок. (0,08; 3 ч ).
Строительство очистных сооружений можно решать локально, однако это приводит к возведению большого числа сооружений малой пропускной способности и соответственно к увеличению капитальных вложений. Затраты на строительство крупных очистных сооружений, принимающих сточные воды от нескольких объектов, даже при условии строительства магистральных коллекторов, значительно ниже затрат на возведение очистных сооружений для каждого объекта в отдельности. Повышение эффективности капитальных вложений связано с укрупнением сооружений по очистке сточных вод путем создания районных схем водоотведения и очистки производственных и бытовых сточных вод. Районная схема включает общие очистные сооружения, водоотводящую сеть с насосными станциями промышленных предприятий и населенными пунктами района. Для разработки районной схемы водоотведения и очистки сточных вод определяется стоимость земли, на которой расположены общие очистные сооружения и все тяготеющие к ним промышленные предприятия и населенные пункты. В этой схеме предусматривается полная очистка смеси производственных и бытовых сточных вод с последующим использованием их в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий или для орошения в сельском хозяйстве. Очистные сооружения проектируются при технико-экономическом обосновании. Внедрение районных схем водоотведения и очистки производственных и бытовых сточных вод в бассейнах рек позволяет снизить капитальные вложения и эксплуатационные затраты.
Принципиальная схема совместной очистки производственных и бытовых сточных вод приведена на рис.123
Рис. 123. Принципиальная схема совместной очистки производственных и бытовых сточных вод с повторным использованием очищенных сточных вод. 1 – населенный пункт; 2 – промышленное предприятие; 3 – локальные очистные сооружения; 4 – сооружения биологической очистки; 5 – сооружения доочистки; 6 – водоотводящая сеть; 7 – резервный выпуск в водоем.
Совместная очистка бытовых и производственных сточных вод производится на крупных станциях аэрации с высоким эффектом очистки. Качество сточных вод, прошедших станции аэрации, характеризуется по взвешенным веществам 5 мгО 2 /л и БПК 10 мгО 2 /л, а при доочистке до 3 и 6 мгО 2 /л соответственно.
Глубокая очистка на песчаных фильтрах и обеззараживание на станциях аэрации позволяют довести качество очищенной сточной воды по взвешенным веществам и по БПК5 до 2 мгО 2 /л.
Эффективность очистки на станциях аэрации во многом зависит от схемы предварительной очистки сточных вод на промышленных предприятиях перед сбросом их в городскую водоотводящую сеть. На промышленных предприятиях должна осуществляться локальная очистка производственных сточных вод перед спуском их в городскую водоотводящую сеть, а на городских очистных сооружениях – полная совместная биологическая очистка. Работа локальных очистных сооружений должна быть эффективной, так как поступление вредных веществ, нарушающих биохимические процессы, в городскую водоотводящую сеть недопустимо.
Рис. 124. Технологическая схема сооружений глубокой совместной очистки производственных и бытовых сточных вод. 1 – здание решеток; 2 – песколовка; 3 – трубопровод для подачи коагулянта; 4 – первичный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования; 5 – аэротенк; 6 – вторичный отстойник; 7 – воздухопровод; 8 – фильтр с зернистой загрузкой; 9 – фильтр с цеолитовой загрузкой; 10 – хлоропровод; 11 – контактный резервуар; 12 – трубопровод для очищенных стоков; 13 – трубопровод для подачи избыточного активного ила; 14 – аэробный минерализатор; 15 – трубопровод для подачи стабилизированного активного ила; 16 – трубопровод для подачи сырого осадка; 17 – центрифуги; 18 трубопровод для возврата фугата; 19 – транспортер для подачи осадка на компостирование; 20 – площадки для компостирования осадка; 21 – аварийные иловые площадки.
Биологическую очистку (рис. 124), будет ли она производится на предприятиях или на городских очистных сооружениях, следует рассматривать как глубокую, обеспечивающую возможность повторного использования очищенных производственных сточных вод. При этом целесообразнее очистку сточных вод осуществлять на крупных (районных) очистных сооружениях, которые проектируются, строятся и эксплуатируются, как правило, на более высоком уровне, чем небольшие очист 2 н 3 ы 9 е сооружения отдельных предприя-
тий. В связи с этим большое значение имеет разработка требований к количеству и качеству производственных сточных вод, направляемых в городскую водоотводящую сеть. Предварительную реагентную обработку сточных вод целесообразно осуществлять на станциях аэрации в тех случаях, когда необходимо повысить степень совместной очистки производственных и бытовых сточных вод или увеличить пропускную способность станции. Такая необходимость возникает в связи с поступлением сточных вод с высокой концентрацией загрязнений, вызванной значительным их содержанием в производственных сточных водах. Сооружения физико-химической очистки, предназначенны для сточных вод с резко колеблющимся притоком по сезонам года, для объектов с большим процентом содержания в городских стоках производственных вод (более 50 %) и для объектов, где необходимо выделение из сточных вод биогенных элементов. Очистные сооружения разработаны для пропускных способностей 1,4; 2,7; 4,2; 7; 10; 17 и 25 тыс. м 3 /сут. На рис. 125 показан план очистных сооружений пропускной способностью 17 тыс. м 3 /сут.
Рис. 125. Схема генплана сооружений физико-химической очистки производственных сточных вод. 1 – приемная камера; 2 – здание решеток; 3 – песколовки аэрируемые; 4 водоизмерительный лоток; 5 – песковые площадки; 6 – осадкоуплотнитель; 7 – насосная станция песколовок и первичных горизонтальных отстойников; 8 – отстойники горизонтальные шириной 6 м со встроенной камерой хлопьеобразования; 9 – блок фильтров Оксипор; 10 – блок резервуаров; 11 – контактный резервуар; 12 – хлораторная; 13 производственно-вспомогательное здание; 14 – административно-бытовое здание; 15 – реагентное хозяйство; 16 – сооружения по обработке осадка.
В проекте принята исходная концентрация загрязнений по взвешенным веществам и БПКполн 300 мг/л. Эффект коагуляционной очистки составляет
Сточная вода поступает в приемную камеру, проходит последовательно решетки, песколовки, водоизмерительный лоток и поступает в камеру смешения, куда насосами-дозаторами подается 10%-ный раствор коагулянта. Смешение коагулянта со сточной водой осуществляется сжатым воздухом. Далее сточная вода проходит в камеру хлопьеобразования и попадает в отстойник, после чего дальнейшая очистка осуществляется на фильтрах Оксипор. Фильтрование происходит в нисходящем потоке жидкости при постоянном уровне жидкости над загрузкой который поддерживается с помощью сифона, установленного на трубопроводе фильтрованной воды. Фильтрат собирается распределительной системой и далее отводится на обеззараживание в контактные резервуары. Загрузка фильтра – керамзит крупностью 5 – 10 мм и гравий. В фильтрах предусмотрена непрерывная аэрация сточных вод. Восстановление фильтрующей способности осуществляется водовоздушной промывкой На фильтрах Оксипор происходит снижение БПК 5 до 80 %, а концентрации загрязнений по взвешенным веществам до 90 %.
Из фильтров очищенная сточная вода под гидростатическим давлением по трубопроводу поступает в контактный резервуар на обеззараживание жидким хлором. Предусматривается аварийный сброс из приемной камеры и после отстойников в обводной канал.
Для обработки осадка могут быть использованы осадительные центрифуги с последующей сушкой в вакуум-сушилках.
Очистные сооружения систем водоотведения с применением физикохимических методов разработаны ВНИИ ВОДГЕО совместно с Союзводоканалпроектом и предназначаются для глубокой очистки смеси производственных и бытовых сточных вод.
На кафедре ВиВ Института градостроительства, управления и региональной экономики Сибирского федерального университета разработана технология глубокой очистки объектов малой канализации в условиях Сибири и Севера
В процессе очистки бытовых сточных вод малой производительности, в результате неравномерного их отведения, возможны периоды их длительного нахождения в приемном резервуаре и загнивание.
При загнивании жидкости образуются сложные, плохокоагулируемые комплексы, которые должны быть предварительно разрушены или заряды, образующиеся на их поверхности нейтрализованы.
В последние годы в технологии очистки стоков все большее распространение получает электролиз водных растворов, применяемый с целью электрической деструкции как органических так и неорганических соединений.
Механизм электрохимического окисления (или восстановления) органических и неорганических веществ зависит от материала электродов, природы
загрязняющих компонентов, температуры, присутствия посторонних, ингибирующих процесс веществ.
Для разработки технологической схемы глубокой очистки бытовых стоков, были проведены экспериментальные исследования процесса электрокоагуляции с использованием растворимых Al-анодов на натуральных сточных водах.
Электролиз сточных вод на нерастворимых электродах позволяет стабилизировать свойства коллоидных и растворенных частиц для подготовки жидкости к электрокоагуляции.
На основании результатов эксперимента разработана технологическая схема очистки бытовых сточных вод, представленная на рис.126.
Рис.126. Технологическая схема очистки бытовых сточных вод 1резервуар-усреднитель, 2 – решетка, 3 – насос, 4 – электрокоагулятор 1 ступени, 5 электрокоагулятор первой ступени, содержащий алюминиевые электроды, 6 электрокоагулятор первой ступени, содержащий графитовые электроды, 7 электрокоагулятор второй ступени с растворимыми анодами, 8,9,10,11 фильтры первой, второй, третьей и четвертой ступени, 12 – вентилятор,13
– виброфильтр, 14 озонатор, 15 – виброуплотнитель, 16 барабанная сушилка-дробилка, 17 – пакетирование, 18 – электрокалорифер
Процесс очистки бытовых сточных вод осуществляется следующим образом: сточная жидкость поступает в резервуар-усреднитель (1), пройдя грубую решетку (2), насосом (3) подается на очистку в электролизер-коагулятор (4) первой ступени, содержащий алюминиевые (5) и графитовые (6) электроды, из которого поступает на виброфильтр (13) для первичного отделения осадка, затем пройдя электрокоагулятор (7) второй ступени с растворимыми анодами, доочищается и обеззараживается в фильтрах (8,9,10,11) первой, второй, третьей и четвертой ступени, которые загружены на первой (8) и третьей (10)дробленым керамзитом, второй (9) и четвертой (11) – активированным
углем; глубокая очистка и обеззараживание стоков осуществляется путем озонирования в теле фильтра второй (9) и четвертой (11) ступени, озон подается из озонатора (14). Задержанный виброфильтром (13) осадок уплотняется на виброуплотнителе (15) и подается в барабанную сушилку-дробилку (16),высушивается с помощью электрокалорифера (18) и отводится на пакетирование (17).
В предлагаемой технологии очистки сточных вод использованы ячеечные модели в электрокоагуляции и фильтрации, которые позволяют разделить процесс очистки по ступеням с меньшими диапазонами нагрузок по каждой из них и снизить вероятность продольного проскока загрязнений, при этом барботаж сточной воды озоновоздушной смесью осуществляется в теле сорбционно-контактной фильтрующей загрузки - активированного угля.
Надежность технологии обеспечивается:
первичным электроокислением, которое дает изменение потенциала и образование гипохлоритного иона, являющегося окислителем и обеззараживающим агентом;
двухступенчатым электрокоагулированием;
четырехступенчатой фильтрацией;
использованием контактно-сорбционной загрузки для аккумулирования и усреднения концентрации загрязнений;
озонированием в теле фильтрующей загрузки для ее непрерывной регенерации;
дополнительной механической фильтрацией после озонирования в теле фильтрующей загрузки для ее непрерывной регенерации;
дополнительной механической фильтрацией после озонирования для задержания взвешенных частиц - вновь образованных мицел;
использованием отработанной озоновоздушной смеси в резервуаре– усреднителе в качестве предозонирования для снижения опасности загнивания сточных вод.
Таким образом, принятая за основу многоступенчатая технология очистки сточных вод, включающая электрообработку, сорбцию, озонирование, соответствует современному уровню техники, высоким требованиям к качеству очищенных сточных вод и может быть использована для решения вопросов глубокой очистки объектов малой канализации в условиях Сибири и Севера, характеризующихся низкими температурами и удаленностью объектов канализования от централизованных систем.
Органы по регулированию использования и охране природных ресурсов и органы санитарно-эпидемиологической службы требуют от всех промышленных предприятий максимального сокращения сброса производственных сточных вод в городскую водоотводящую сеть за счет применения рациональных технологических процессов, частичного или полного водооборота, повторного использования сточных вод, извлечения и использования содержащихся в них ценных веществ, а также обезвреживания токсичных отходов.
Повышению технико-экономических показателей очистных канализационных станций способствует блокировка отдельных сооружений, входящих в состав технологической схемы очистки. Блокировка сооружений позволяет значительно сократить площадь застройки, уменьшить объем строительных работ и в ряде случаев улучшить эксплуатационные показатели сооружений.
В практике проектирования и строительства очистных станций применяются прямоугольные и круглые в плане сблокированные сооружения. Прямоугольные блоки позволяют более рационально использовать территорию застройки, однако круглые во многих случаях могут оказаться предпочтительнее по условиям работы строительных конструкций.
Для расширения очистных сооружений предлагается блок, включающий радиальный первичный отстойник, концентрически расположенные азротенки с регенератором и вторичный отстойник, оборудованный перемещающимся эрлифтом для перекачивания возвратного активного ила. Новым в сооружении является оборудование зоны вторичного отстаивания тонкослойными блоками, что позволит улучшить его работу путем повышения дозы ила в аэротенке и повышения эффекта осветления иловой смеси.
Схема работы сооружений следующая. Сточная вода, прошедшая решетки и песколовки, поступает в первичный радиальный отстойник. Осветленная вода собирается сборным периферийным лотком и по трубам направляется в зону аэрации аэротенка, куда поступает также регенерированный активный ил из регенератора после смешения его с осветленной водой. Смесь осветленной воды и регенерированного активного ила подается в зону аэрации равномерно по всей окружности зоны через распределительный лоток. Аэрированная иловая смесь через струенаправляющие перегородки поступает во вторичный отстойник, затем, пройдя через тонкослойные блоки, собирается сборным лотком очищенной воды и отводится за пределы блока. Активный ил, осевший во вторичном отстойнике, перекачивается по трубе в регенератор с помощью двух перемещающихся эрлифтов, смонтированных на вращающейся вокруг центральной оси ферме. На этой же ферме смонтированы илоскреб первичного отстойника и насос пеногашения, орошающий при вращении фермы поверхность зоны аэрации иловой смесью. Избыточный активный ил отводится в стационарный лоток, из которого по трубе удаляется за пределы сооружения. Подача воздуха в аэротенк осуществляется через фильтросные керамические трубы.
Основные достоинства описанного сооружения:
-
возможность обеспечить пеногашение одним насосом, установленным на вращающейся ферме и орошающим поверхность зон аэрации и регенерации;
наличие в зоне вторичного отстаивания тонкослойных блоков, позволяющих обеспечить работу аэротенка с повышенными дозами ила, с незначительным выносом взвешенных веществ;
конструктивная схема блока, состоящая из четырех цилиндрических резервуаров, позволяющая использовать стеновые панели заводского изготовления с навивкой предварительно напряженной арматуры.
максимальная блокировка сооружений первичного отстаивания и биологической очистки, позволившая сократить площадь застройки, протяженность коммуникаций, уменьшить объем ограждающих конструкций и гидравлические потери; наличие встроенного регенератора, обеспечивающего режим работы аэротенка по принципу реактора полного
смешения;
использование для перекачивания активного ила только двух эрлифтов, смонтированных на вращающейся; 244
При проектировании очистных канализационных сооружений, как правило, приходится изымать земли пригородной зоны, которые представляют большую ценность. Поэтому очень важны проектные работы, направленные на уменьшение требуемых под строительство площадей. Для этого вместо многочисленных отдельно стоящих сооружений на очистных станциях применяются сблокированные основные и вспомогательные сооружения.
Так, например, следует объединять: здание решеток, котельную, контору-лабораторию, бытовые помещения, мастерские, трансформаторную подстанцию; илоперегни-ватели, первичные отстойники, аэротенки, вторичные отстойники, контактные резервуары. Все насосные станции могут быть также сблокированы.
На Супруновской очистной канализационной станции Полтавы пропускной способностью 20 тыс. м 3 /сут сблокированы первичные отстойники, аэротенки и вторичные отстойники, что позволило сократить длину несущих стен аэротенков на 150 м и перегородок на 77 м.
При блокировке сооружений не только уменьшаются площади, но и улучшаются другие показатели: стоимость строительства очистных сооружений пос. Красный Донец снизилась благодаря блокировке сооружений на 18% очистных сооружений Супруновской станции – на 11,7 %. Блокировка сооружений приводит к сокращению протяженности коммуникаций, к уменьшению расхода строительных материалов и эксплуатационных затрат.
Очевидно, что развитие очистных канализационных сооружений пойдет за счет интенсификации процессов очистки сточных вод и блокировки сооружений.
Дефицит земельных площадей в сочетании с высокой арендной платой за отводимые участки для строительства делает особенно экономически целесообразным применение компактных очистных сооружений. Эффективность компактных решений заключается не только в сокращении строительных площадей, но и приносит такие дополнительные выгоды, как сокращение размеров строительных конструкций технологических коммуникаций и внутриплоща-дочных дорог, уменьшение объема земляных работ, а следовательно, капитальных затрат.
Компактный блок технологических емкостей, включающий первичные и вторичные отстойники, может иметь 2 4 к 5 руглую в плане форму с концентри-
ческим расположением отдельных сооружений. Однако такая компоновка неудобна для дальнейшего развития очистной станции, поэтому специалисты ГДР отдают предпочтение блокам технологических емкостей прямоугольной формы в плане Разработаны три основных типа блоков технологических емкостей (рис. 127): тип I – для объектов пропускной способностью до 25 тыс. м 3 /сут; тип II – для объектов 25–50 тыс. м 3 /сут; тип III – для объектов 50 тыс. м 3 /сут и более.
Компактные очистные сооружения обусловливают переход к прямоугольным в плане отстойникам горизонтального типа, обладающим рядом конструктивных особенностей. Так, если в первичных отстойниках применяются традиционные скребки, которые перемещаются из одного отстойника в другой с помощью тележки, во вторичных отстойниках используются илососы, передвигаемые в продольном направлении. Расстояние между опорами скребковых устройств отстойников, разработанных комбинатом Вассертехник (г. Галле), унифицировано и составляет 4,2; 6; 8,4; 10,4 м. Длина отстойников 30 – 60 м. Для крупных очистных сооружений применяются аэ-ротенки с пневматической системой аэрации, для средних и малых очистных сооружений аэротенки оборудуют вертикальными механическими аэраторами диаметром 0,9; 1,5; 2,4 м с двухскоростным электродвигателем.
Рис. 127. Схемы компоновки технологических емкостей. а). тип I; б ). тип II; в ) тип III; 1 – трубопровод исходной сточной воды; 2 – первичный отстойник; 3 – аэротенк; 4 – вторичный отстойник; 5 – трубопровод очищенной сточной воды.
Компактные очистные сооружения могут быть выполнены как в монолитном, так и в сборном железобетоне (с герметичной заделкой швов шириной 60–80 мм пластифицированным бетоном).
В последнее время для очистки поверхностного стока с отдельных площадей водосбора все более широкое применение находят компактные установки заводского изготовления, которые могут размещаться на поверхности или под землей без перекачки поступающей дождевой воды, что исключает в этом случае ее дополнительное диспергирование насосами и повышает эффективность работы блока механической очистки. Такие установки для локальной очистки поверхностного стока, как правило, проектируются по одной схеме (рис. 128) и включают три зоны: зону грубой очистки (О), тонкослойного отстаивания (ТО) и зону фильтрации с использованием инертной или сорбционной загрузки, а при необходимости и то и другое. Широкое распространение получили блочные комбинированные сооружения заводского изготовления (рис. 128 а )
Рис. 128 Принципиальная схема комбинированных (а) и модульных (б) сооружений: О – зона грубой очистки; ТО – зона тонкослойного отстаивания; МФ – механический фильтр; СФ – сорбционный фильтр.
в .
Рис. 129. Конструкция установок для локальной очистки поверхностного стока (в ): 1 – подача загрязненной воды; 2 – впускные водораспределительные устройства; 3 нефтесборная труба; 4 – блок тонкослойного отстаивания; 5 – полупогруженная перегородка; 6 – водосборный лоток; 7 – блок адсорбционной очистки; 8 – перегородки; 9 – выпуск очищенной воды; 10 – контейнер для мусора; 11 – съемная решетка.
Для компактных комбинированных сооружений чрезвычайно важное значение имеют конструктивные элементы (впуск, вьшуск, система распределения, конструкция тонкослойных элементов и блоков механической фильтрации и сорбции).
Зона грубой очистки отстаиванием (О) размещается в отдельной секции или предусмотренном специально для этого объеме, предназначенном для выделения грубодисперсных ВВ и нефтепродуктов плавающих и грубодисперсных (d >100–200 мкм).
Зона ТО – предназначена для высокоэффективной тонкослойной очистки и задержания частиц мелкой взвеси и нефтепродуктов диаметром до 30 мкм в безреагентном режиме. Эта зона чрезвычайно важна для эффективной и длительной работы фильтров МФ и особенно СФ.
Зона фильтрации – это зона окончательной очистки до требуемых нормативов на механических или сорбционных фильтрах.
Конструкция блочной комбинированной установки для локальной очистки поверхностного стока, разработанная ОНИЛ ПГУПС, со сменными сорбционными кассетами-контейнерами, заполненными активированным алюмосиликатным адсорбентом (AAA), представлена на рис. 129 в. Кассеты, исчерпавшие запас сор-бционной емкости заменяются новыми, а отработавшие – направляются на регенерацию.
Нефтепродукты собираются сорбирующими бонами или отводятся в нефтесборный колодец, и затем вывозятся. Удаление осадка может быть
предусмотрено транспортом или с помощью гидроэлеваторов, Песковых насосов на расположенные рядом площадки складирования.
Подобные сооружения могут использоваться и для очистки производственных сточных вод. Конструкции их весьма разнообразны.
В отечественной и зарубежной практике начинают широко внедрятся установки модульного типа (рис. 129 б ), позволяющие легко набирать нужный состав сооружений для требуемого качества очистки из отдельных стандартных модулей: резервуара накопителя, оборудованного насосом, модуля грубой очистки, модуля с тонкослойными блоками, модуля с механическим или сорбционным фильтром и т.п., с изготовлением их из стойких материалов (рис. 130,131,132).
Обслуживание таких сооружений периодическое. Следует подчеркнуть, что комбинированные сооружения, в отличие от модульных, сконцентрированы в одном блоке, занимают меньше места и менее материалоемки, что отвечает принципам ресурсосбережения.
Фирмами, работающими в области водопроводно–канализационного хозяйства (ВКХ) рекомендуются многочисленные конструкции локальных сооружений заводского изготовления.
Рис. 130. Модульная установка для очистки ливневых стоков типа AL: 1 – песколовка; 1,1
На рис. 133 показан сепаратор нефтепродуктов SOR.2, для очистки поверхностного стока, включающий отстойную зону, модуль тонкослойного отстаивания с восходящим движением жидкости, коалесцентный фильтр из вспененного полиуретана и сорбционный фильтр, загруженный полимерным волокном–фиброилом. Загрязненная жидкость поступает в отстойную зону 2, затем проходит через блок тонкослойного отстаивания 3, коалесцентный фильтр 4 и поступает в блок сорбции 5.
Рис. 133. Сепаратор нефтепродуктов SOR.2: 1 – подвод сточной жидкости; 2 седиментационный отстойник сепаратора; 3 – блок тонкослойного отстаивания; 4 – коалесцентный сепаратор; 5 – сорбционный фильтр.
В данной конструкции перед блоком тонкослойного отстаивания отсутствуют какие-либо устройства для равномерного распределения воды. Конструкция блока тонкослойного отстаивания более подходит для удаления оседающих веществ, а не нефтепродуктов. Вопрос удаления осевших загрязнений с поверхности дна не решен. Сорбционный фильтр имеет незначительную сорбционную емкость.
Установка «Свирь» (рис. 134) предназначена для очистки дождевых сточных вод загрязненных частицами глины, песка и нефтепродуктов.
Рис. 134. Установка для очистки дождевых сточных вод «Свирь»: 1 – подвод сточных вод; 2 – пескоулавливающий бункер4 3 – полупогружная перегородка; 4 – отстойная зона; 5 тонкослойный блок; 6 – приямки для осадка; 7 – труба поворотная; 8 – емкость для нефтепродуктов; 9 – водослив; 10 – фильтр с плавающей загрузкой; 11 – решетка; 12 – щебень; 13 – плавающая загрузка; 14 – дренаж большого сопротивления; 15 – отвод очищенных сточных вод; 16 – дренаж малого сопротивления; 17 – отвод промывной воды и осадка; 18
– указатель уровня; 19 – перекрытие; 20 – вентиляционная труба.
Очищаемая жидкость поступает в отстойную зону 4, где происходит выделение грубодисперсных частиц и плавающих нефтепродуктов, которые собираются поворотной трубой 7. Далее жидкость попадает в блок тонкослойного отстаивания 5, проходя который через перелив 9 подается на фильтр 12, 13.
Отсутствие распределительных устройств перед блоком тонкослойного отстаивания, при значительном объеме зоны грубой очистки установки, не обеспечивает эффективного потокораспределе-ния. Наличие бункера для уплотнения осадка упрощает процесс его удаления. В то же время, модуль тонкослойного отстаивания не способен эффективно удалять мелкие примеси, что, несомненно, будет сказываться на продолжительности работы фильтров.
Установка для физико–химической очистки ливневых стоков типа УФХ (рис. 135), включает усреднитель стока 1, камеру хло-пьеобразования с плавающей загрузкой 11, полочный (тонкослойный) отстойник 12 и фильтр с плавающей загрузкой 13. Данная установка не имеет эффективных устройств для равномерного потокораспределения, что снижает коэффициент объемного использования. Применение камеры хлопьеобразования 11 с грубозернистой загрузкой обеспечивает хорошие условия для агломерации загрязнений, что особенно важно для тонкослойного отстаивания. В блоках тонкослойного отстаивания с восходящим и нисходящим движением потока в компактных установках часто применяются трубчатые элементы различной формы, а также гофрированные полки. Применение трубчатых элементов во многих случаях приводит к перерасходу материала и нестабильной работе из-за засоре-
ния осадком. Для интенсификации процесса удаления осадка из блока тонкослойных элементов может быть предусмотрена вибрация блока и гидрофобизация поверхности элементов.
Рис. 135. Установка для очистки ливневых стоков типа УФХ: 1 – подача стока; 2 – насос; 3
– осадкоуплотнитель; 4 – переходный модуль; 5 – люк; 8,8 – насосы дозаторы; 9 раствор хлорамина; 10 – фильтр с плавающей загрузкой; 14 – пьезометр.
Как было отмечено ранее, поверхностный сток в большом количестве содержит высокодисперсные взвеси. При недостаточной предварительной очистке, слой сорбента задерживает не только молекулярно растворенное вещество, но и данные взвеси, работая как механический фильтр. Кольматаж межзерновых пустот слоя сорбента обуславливает быстрое возрастание потерь напора. При этом возникает опасность преждевременного нарушения нормальной работы установки, что подтверждается опытом эксплуатации локальных сооружений. Кроме того, при фильтровании поверхностного стока через слой сорбента сверху вниз пузырьки воздуха или газов, выделившиеся из сточной воды, блокируют отдельные участки слоя зерен, что нарушает равномерность распределения потока по всему сечению слоя.
В установке «Свирь» очищаемая жидкость поступает в отстойную зону 4, где происходит выделение грубодисперсных частиц и плавающих нефтепродуктов, которые собираются поворотной трубой 7. Далее жидкость попадает в блок тонкослойного отстаивания 5, проходя который через перелив 9 подается на механический фильтр 10, затем - на сорбционный фильтр. Конструкция механического фильтра в целом реализует принцип двухслойного фильтрования. Слой щебня 12 позволяет выровнять нагрузку по взвешенным веществам, обеспечивая более однородный дисперсный состав загрязнений, поступающих на фильтр с плавающей загрузкой 13. В фильтре с плавающей загрузкой реализован принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зерен, что повышает грязеемкость фильтра, увеличивает фильтроцикл.
Рис. 136. Сорбционный фильтр «Свирь» 1 – корпус; 2 – подводящий трубопровод; 3 – сор-
бент; 4 – дренаж; 5 – отводящий трубопровод очищенных сточных вод.
Сорбционный фильтр (рис. 136) выполнен в виде стальной прямоугольной емкости, по дну которой проложен дренажньш трубопровод, а в верхней части имеется труба для подвода сточных вод. Нижняя часть фильтра заполняется сорбентом (активированным углем или подобным материалом). Известно, что эффективная работа аппаратов со стационарным слоем адсорбента во многом зависит от равномерности распределения и сбора очищенной воды по площади адсорбера. Использование в конструкции сорбционного фильтра дренажа в виде дырчатой трубы с намоткой из оцинкованной проволоки с шагом 0,5 мм позволяет достигать равномерного сбора жидкости по площади адсорбера.
Преимущество той или иной конструкции компактного модуля сорбционной очистки определяется совокупностью многих факторов: видом используемого сорбента, типом сорбционного слоя, равномерностью распределения очищаемой жидкости по площади модуля, геометрическими характеристиками модуля, направлением течения жидкости, режимом работы установки.
Рис. 137. Блок двухступенчатых фильтров ОАО «Севзапналадка»: 1 – подача загрязненной жидкости; 2 – кассетные фильтры первой ступени; 3 – кассетные фильтры второй ступени; 4 – отвод очищенной жидкости.
Достаточная степень предварительной очистки поверхностного стока перед подачей его на сорбционную очистку во многом обуславливает надежность и продолжительность работы загрузки. Эффективность и экономичность процесса в значительной степени определяется видом используемого
сорбента. Использование недорогих, эффективных сорбентов, позволяет снизить стоимость очистки поверхностного стока. Представляется перспективным использование модифицированных адсорбентов на керамической основе, к ним относится активированный алюмо-силикатный адсорбент (AAA), обеспечивающий:
возможность направленного изменения его поверхностных свойств в процессе синтеза и регенерацию загрузки непосредственно в фильтре;
малую агрессивность по отношению к материалу емкостей, трубопроводов и другого используемого оборудования;
высокую эффективность сорбции неполярных и малополярных гидрофобных примесей (нефтепродуктов), а также тяжелых металлов;
экологичность;
пожаробезопасность.
В целом технологическая схема и состав сооружений для очистки поверхностного стока промышленных предприятий, а также очищаемый объем стока, должны назначаться в соответствии с местными условиями и экологическими нормативами на основании технико-экономического сравнения вариантов.
Контрольные вопросы
Схема совместной очистки производственных и бытовых сточных вод.
Что необходимо предусматривать для глубокой совместной очистки производственных и бытовых сточных вод?
Схема локальной установки физико-химической очистки бытовых и производственных сточных вод.
Как осуществляется процесс очистки бытовых сточных вод при многоступенчатой технологии обработки?
Когда можно использовать многоступенчатую технологию физико – химическую обработки бытовых сточных вод?
В чем преимущество сблокированных сооружений для очистки сточных вод?
Схемы компоновки технологических емкостей.
Какие основные и вспомогательные сооружения можно объединять?
Какие новые технические решения можно использовать для расширения очистных сооружений?
Как можно уменьшить требуемые под строительство площади?
Лекция 1 Общие сведения о водоотводящих системах промышленныхпредприятий.……………………………………………… 3
Лекция 2 Особенности устройства и расчета систем водоотведения на промышленных предприятиях.…………………… 15
Лекция 3 Виды приемников и условия приема производственных сточных вод.……………………………………………………… 21
Лекция 4.
Лекция 5 .
Лекция 6.
МЕТОДЫ И СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕН-
НЫХ СТОЧНЫХ ВОД…………………………. 30
Общие сведения по очистке производственных сточных вод. Механическая очистка (процеживание сточных вод) . 30
Усреднение сточных вод по расходу и концентрации загрязнений.
………………………………………………………… 35
Гравитационное разделение. Конструкции и основные расчеты сооружений.………………………………………… 41
Лекция Удаление механических примесей в поле центробежных сил.
7 . …………………………………………………………………… 59
Лекция 8.
Лекция 9.
Лекция 10.
Лекция 11 .
Лекция 12.
Лекция 13.
Лекция 14.
Лекция 15.
Лекция 16.
Лекция 17.
Лекция 18.
Лекция 19.
Лекция 20.
Лекция 21.
Лекция 22.
Лекция 23.
Фильтрование сточных вод, конструкции фильтров…… 66
Химические методы очистки производственных сточных вод. Нейтрализация сточных вод реагентным и фильтрационным способом.………………………………………… 91
Окислительный метод очистки.……………………………… 98
Физико-химическая очистка производственных сточных вод. Коагуляция…………………………………………………… 110
Флокуляция. Интенсификация процесса коагуляции. 118
Электрохимическое коагулирование………………………… 125
Флотационная очистка. ………………………………………. 132
Сорбционные методы очистки производственных сточных вод
в статических условиях………………………. 139
Адсорбционная очистка производственных сточных вод в динамических условиях………………………………………. 143
Экстракционные методы очистки производственных сточных
вод. ……………………………………………………. 148
Очистка производственных сточных вод методом ионного обмена………………………………………………………. 156
Применение электродиализа и гиперфильтрации для обессоливания производственных сточных
вод………………………………………………………………… 162
Биологическая очистка производственных сточных вод. Конструкции сооружений…………………………………….. 169
Биологическая очистка высококонцентрированных сточных вод. Доочистка биологически очищенных сточных вод…………………………………………………………….. 183
МЕТОДЫ И СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ
ВОД…………………………………………… 191
Особенности методов и конструкций сооружений по обработке осадков производственных сточных вод…….. 191
Основные методы обезвоживания и утилизации осадков производственных сточных вод………………………………. 202
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ В СХЕМАХ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД И ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ 0,056 216
Лекция Особенности очистки сточных вод и обработки осадков пред-
24. приятий металлообработки. ………………………….. 216
Лекция 25.
Совместная очистка производственных и бытовых сточных вод. Блокирование очистных сооружений. Схемы компактных
очистных установок………………………. 235
Рис. 120. Технологическая схема локальной установки гальванокоагуляционной обработки хромсодержащих сточных вод
Рис. 121 – Резервуар приема эмульсии; 2,3,4,5 – резервуары приема вод 1 – ой, 2 – ой,3 – ой, 4 – ой промывки; 6 насосы подачи стоков
на очистку; 7 эжектор для ввода регенирированного раствора коагулянта; 8,11 – электролизеры 1 – ой и 2 – ой ступени; 9 – трубчатый смеситель; 10 – вертикальный отстойник; 12 – флотатор напорный; 13 – бак хранения кислоты, 14 – бак хранения щелочи; 15 – расходный бак кислоты; 16 расходный бак щелочи; 17 – расходный бак флокулянта; 18 – насос дозатор кислоты; 19 – насос дозатор щелочи; 20
насос дозатор флокулянта; 21 – расходомеры-ротаметры; 22 – сборный карман для флотирования отходов; 23 – смесительная камера; 24
флотационные камеры; 25 – отстойная камера; 26 – скребковый механизм; 27 – рециркуляционный насос; 28 – водовоздушный эжектор; 29 – напорный бак; 30 – распредилительный трубы; 31 – диафрагмы; 32 – насос подкачки; 33 – напорный фильтр доочистки; 34 – РЧВ; 35 – насосы технической воды; 36 – резервуары для сбора пенного продукта; 37 – резервуар для обработки осадков из резервуаров 1 и 2; 38, 39 – резервуар для обработки маслосодержащих жидких отходов 1 и 2 ступени; 40 – резервуар для сбора масла; 41 – резервуар для сбора раствора регенерированного коагулянта; 42 – насос для перекачки осадков из резервуаров 1 и 2; 43,44 – насосы для жидких маслосодержащих отходов 1 – ой и 2 – ой ступени;К3 – трубопровод подачи отработанных эмульсий и растворов; К3.0 – трубопровод подачи стоков на очистку; К3.1, К3.2 – трубопровод стоков после 1-ой и 2-ой ступени очистки; К3.3 – трубопровод очищенной воды; К3.4 – трубопровод рециркуляции; К4 – трубопровод опорожнения; Р1,Р2 – трубопроводы кислоты и щелочи; Т1,Т2 – теплопровод подающий и
Рис. 122. Технологическая схема очистки маслоэмульсионных сточных вод металлургического завода.
Состав сооружений: 1 – резервуар – усреднитель; 2 – нефтеловушка; 3 – напорный электролизер; 4 – вертикальный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования; 5 – скорые фильтры с зернистой загрузкой; 6 – шламонакопитель; 7 – бак замасленных отходов удаляемых из приямка нефтеловушки; 8 – бак для сбора из нефтеловушки пленочных нефтепродуктов; 9 – промежуточный резервуар; 10 – резервуар чистой воды(РЧВ); 11 – резервуар горячей воды(РГВ); 12 – резервуар загрязненной воды после промывки фильтров(РПрВ); 13 – воздуходувки; 14 – насосная станция первого подъема; 15 – насосная станция второго подъема; 16 – насос перекачки осадка; 17 – насосы технической воды; 18