Методы очистки сточных вод

Введение

Вода - ценнейший природный  ресурс. Она  играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость  ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского  хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых  условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения  водой.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому  увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также  на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования  для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже  сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности  промышленности и сельского хозяйства  в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

 

Источники загрязнения  водоемов

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств  воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или  могут создать неудобства, делая  воду данных водоемов опасной для  использования, нанося ущерб народному  хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Основными источниками загрязнения  и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных  животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых;  воды шахт, рудников, обработке  и сплаве лесоматериалов; сбросы водного  и железнодорожного транспорта; отходы  первичной обработки льна, пестициды  и т.д. Загрязняющие вещества, попадая  в природные водоемы, приводят к  качественным изменениям воды, которые  в основном проявляются в изменении  физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов  и т.д.; в изменении химического  состава воды, в частности, появление  в ней вредных веществ, в наличии  плавающих веществ на поверхности  воды  и откладывании их на дне  водоемов.

Производственные сточные  воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

Нефть и нефтепродукты  на современном этапе являются  основными загрязнителям внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают  разные формы загрязнения: плавающую  на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. 

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные  вещества концентрируются мельчайшими  планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых  городов значительно увеличили  поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек  и озер болезнетворными  бактериями и гельминтами.

В связи с интенсификацией  животноводства все более дают о  себе знать стоки предприятий  данной отрасли сельского хозяйства.

Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений  водоемов.

В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения  в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и  шерстомойных предприятий.

 

Методы очистки  сточных вод

Существуют следующие  основные способы очистки сточных  вод: механический, физико-химический, химический и биологический. В зависимости  от степени вредности и характера  загрязнений очистка сточных  вод может производиться каким-либо одним или комбинированным способом.

Механический метод

Механический метод очистки воды рассматривается как начальный этап  очистки сточных вод предприятия, в ходе которого из сточных вод удаляются крупнодисперсные примеси с помощью фильтров грубой механической очистки.

Диапазон очистки, в котором  механические методы очистки сточных вод помогают очищать воду, достаточно широк. При очистке бытовых сточных вод  до шестидесяти процентов примесей может быть удалено из воды, а в случае очистки промышленных сточных вод – до девяноста процентов примесей может быть удалено из воды при помощи механических методов очистки сточных вод.

Кроме того, важно понимать, что  механические методы очистки сточных вод, являясь на деле самыми дешевыми среди остальных методов очистки, призваны подготовить сточные воды для участия в процессах химической и биологической очистки. Крупнодисперсные взвеси, содержащиеся в сточных водах, могут повредить дорогое оборудование, работающее на основе методов биологической и физико-химической очистки.

Для удаления из воды таких механических примесей, как песок, гидроокись железа (ржавчина), используются фильтры осветления воды или, говоря простым языком,  механические фильтры.

Существует три основных методы механической очистки сточных вод: 
-  технология  очистки воды при помощи отстаивания; 
- метод очистки сточных вод при помощи процеживания; 
- метод очистки сточных вод при помощи фильтрования.

Наиболее крупнодисперсные взвеси, присутствующие в сточных водах, задерживают при помощи специальных  проволочных решеток, сита и др. При  этом методы механической очистки воды подразумевают использование таких  устройств, как песколовки и нефте-маслоуловители.

Песколовками называют сооружения, в которых при отстаивании  сточных вод выпадают тяжелые  частицы. Маслоуловителями и нефтеловушками называют сооружения, в которых при  отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы.

Наконец, механические методы очистки сточных вод подразумевают также и фильтрование с использованием пористых и тканевых фильтров, изготовленных из специальных материалов. Пористые фильтры, представляющие собой засыпную загрузку с пористой структурой, способны задерживать частицы диаметром 10 мкм.

Скорость фильтрования зависит  от нескольких факторов: природы фильтрующего материала, характера загрязнителя, температуры воды. По мере насыщения  верхних слоев загрузки процесс  фильтрции переходит на нижерасположенные  зоны: так происходит насыщение всего  слоя загрузки.

Физико-химический метод 

Физико-химический метод  очистки стоков  используется для очистки стоков от коллоидных и мелкодисперсных загрязнений примесей. Данный метод может также быть эффективен при очистке сточных вод от некоторых типов ионов, кислот, щелочей.        

Нейтрализация - один из методов данного метода  очистки стоков. Обычно нейтрализации подвергают промышленные сточные воды, содержащие кислоты. Нейтрализующими веществами при обработке сточных вод в данном случае может быть аммиак, известь и прочие щелочные реагенты.

Коагуляция и флокуляция - это другие, принципиально близкие способы физико-химической очистки производственных сточных вод и стоков другого происхождения.

Во время этих процессов  происходит реакция загрязняющих стоки  веществ: 
1. с минеральными соединениями - данный процесс очистки сточных вод называется коагуляция 
2. с высокомолекулярными агентами - данный процесс очистки стоков называется флокуляция.         

В качестве веществ, способствующих коагуляции загрязнений сточных вод используются в основном соли железа и алюминия. Данные коагулянты в результате химической реакции с загрязнениями промышленных сточных вод превращаются в нерастворимые формы гидроксидов этих металлов. При своем образовании эти гидроксиды захватывают органические и неорганические примеси из стоков. При этом в обрабатываемых сточных водах формируются рыхлые хлопья. Данные хлопья затем могут быть легко удалены из очищаемой воды. Необходимо отметить, что при использовании процесса коагуляции для очистки промышленных стоков образуются высоковлажные объемные осадки. Данные осадки, после очистки производственных сточных вод  необходимо в дальнейшем утилизировать.         

Сущность метода флокуляции для очистки сточных вод заключается в том, происходит адсорбция (прилипание) флокулянта  на поверхности нескольких твердых частиц-загрязнителей стоков. В данном процессе также образуются хлопья.  Самыми эффективными веществами-флокулянтами для очистки сточных вод являются органические полимеры и активированная кремниевая кислота. К недостатку данного метода очистки стоков  можно отнести отсутствие единого вещества-флокулянта для очистки стоков от большинства загрязнителей.

Химический метод

Основа метода химической очистки сточных вод в том, что резервуар со сточными водами добавляют реагенты, преобразующие  смеси в труднорастворимый осадок, отделяемый от воды. Очищенная вода поступает в другой резервуар  и перекачивается на поля фильтрации, где подвергается дальнейшей обработке. Химическая очистка сточных вод как процесс, подразделяется на две группы: очистка неорганических веществ и очистка химических веществ реактивами. Сульфатно- и азотно- содержащие сточные воды рудных предприятий, которые содержат щёлочи, кислоты, ионы тяжёлых металлов, значительно изменяют физические свойства воды. Для очистки подобного рода загрязнений требуются специальные канализационное очистные сооружения.

Химическая очистка сточных  вод, однако, имеет ряд недостатков - необходимость точного соблюдения строгой дозировки дорогостоящих  реагентов, что делает этот процесс  весьма трудоёмким и дорогостоящим. Из бытовых, ставших уже привычными, методов химической очистки сточных  вод применяется метод хлорирования жидким хлором или хлорной известью. Однако при сравнительно дешёвом  реагенте всё же наносится огромный экологический вред окружающей среде.

Биологический метод 

На сегодняшний день одним из наиболее эффективных методов очистки  сточных вод считается биологический. Его применение позволяет произвести минерализацию загрязнителей, удалить  органических азота и фосфора. Растворённые в воде органические соединения в  результате деятельности различных  микроорганизмов-сапробионтов разлагаются  на компоненты, оказывающиеся безвредными  для человека. 

К числу достоинств данного метода относят не только высокую эффективность, но также и максимально возможную  степень очистки, а также отсутствие недостатков, характеризующих другие подходы (например, свойственный химической очистке неприятный запах), безопасность и экологичность. 

Суть процесса биологической очистки  сточных вод сводится к прохождению  следующих трёх шагов:

1.      В отстойник из жилых домов попадает загрязнённая вода. В резервуаре она подвергается сбраживанию. Также здесь происходит частичное отстаивание (в условиях среды с отсутствием кислорода, дающей возможность функционирования для анаэробных бактерий), в результате чего происходит образование осадка. На этом этапе удаляются содержащиеся в воде помимо растворённых органических примесей различные смолы, масла, взвешенные вещества.

2.      В следующий резервуар, систему почвенной фильтрации, поступает уже осветлённый сток, подвергающийся дополнительной очистке. Эта установка является устройством, предназначенным для анаэробного брожения жидких органических отходов, в результате которого происходит образование метана. Работа анаэробных микроорганизмов позволяет добиться 50-65% очистки сточных вод.

3.      На завершающем этапе степень очистки достигает значений, соответствующих санитарным нормам – 95%. Здесь используется работа аэробных микроорганизмов, а также активный ил, содержащийся в среде, насыщенной кислородом. Пневматические аэраторы подают дополнительный воздух, за счёт чего происходит перемешивание сточной воды с активным илом и насыщение её кислородом, что позволяет вступить в действие микроорганизмам.

Активный ил в последствии либо удаляется, либо возвращается в установку  для дальнейшего использования. 

Использование микроорганизмов при  использовании биологического метода очистки сточных вод обуславливает  ряд требований, которые необходимо соблюдать при его применении. Так, например, следует учитывать  чувствительно аэробных микроорганизмов  к залповому потоку воды.

Кроме того, бактерии реагируют на холод, поэтому установки, использующиеся для очистки, должны обладать устойчивым к воздействию отрицательных  температур корпусом.

Следует отметить, что в зависимости  от степени загрязнённости воды в  ней функционируют различные  сапробионты. Всего известно три  вида микроорганизмов этого типа:            

- полисапробы – их среда  обитания сильно загрязнена. Характерно  наличие белков, полипептидов, большого  количества углеводов, низким  содержанием кислорода. В воде  накапливается сероводород, углекислый  газ, метан.           

- мезасапробы – живут в воде  средней степени загрязнённости. В их среде обитания присутствует  свободный кислород, а также нитраты  и нитриты – продукты окисления.  Нет неразложившихся белков.           

- олигосапробы – вода, в которой  можно встретить данные организмы,  характеризуется слабой степенью  загрязнённости. Нет сероводорода, мало угольной кислоты, кислород  – в растворённой форме.