В природе очищение талой и сточной воды производится естественным способом, в том водоёме, куда вода попадает из почвы. Но процесс этот долгий и не рассчитан на такие объёмы загрязнений, как промышленные стоки с близлежащих предприятий.
Потому человеческая помощь в очистке природе просто необходима. Грязь, жир, пыль и мелкий мусор требуют тщательной фильтрации, прежде чем вода, в которой они содержатся, попадёт в естественный водоём. Все имеющиеся в арсенале человечества очистные сооружения делятся на несколько категорий по типу очистки, и мы расскажем вам о каждом подробно.
Для разработки наиболее эффективных способов очистки сточных вод были привлечены различные области науки, и потому на сегодняшний день мы имеем несколько вариантов решения проблемы. Выбор между ними зависит как от степени загрязнения воды, так и от требований к уровню её чистоты при прохождении через фильтрующие устройства.
Основные способы (методы) очистки сточных вод
Оборудования и технологии, с помощью которых сточные воды будут проходить процесс очистки, выбирают в соответствии с требованиями множества современных нормативов. В них учитываются степень загрязнённости стоков, концентрация содержащихся в них примесей, их тип и другие факторы. На сегодняшний день рассматривают три основных вида очистки сточных вод: механическая, биологическая и физико-химическая. Отдельной разновидностью очистки является дезинфекция (обеззараживание) вод. Чаще всего очищение сточных вод на предприятиях проводят механическим, химическим или биологическим способом, а в некоторых случаях используют комбинированные методики.
Механическая очистка сточных вод
Этот способ также называют фильтрацией. Механическую очистку принято разделять на несколько этапов. Сначала воду пропускают через решетчатые фильтры, которые задерживают крупные частицы мусора, затем воду направляют в песколовку – сооружение для отделения тяжелых минеральных частиц (песок, стекло и др.). Далее следует этап очистки от менее плотных жидкостей – нефтепродуктов, масел, жиров. Его осуществляет жироловка. Завершающим этапом на пути сточной воды в реку является её отстаивание в специальных резервуарах. Однако даже после одного цикла очистки вода еще не считается «питьевой», ведь из неё удалено всего 60 % грязи. Поэтому многие очистные станции проводят по два и более цикла очистки, прежде чем сбрасывать воду в природные водоёмы.
Биологическая очистка сточных вод
Чаще рассматривается как один из этапов комплексной очистки стоков. Суть метода заключается в погружении в сточные воды безвредных аэробных и анаэробных организмов, скопление которых называют активным илом. В процессе очистки вода становится насыщенной азотом и фосфором. После очистки ил удаляется, а вода направляется на следующий этап очистки. Стоит отметить, что биопленка (активный ил) хорошо проявляет себя в борьбе с инородными органическими соединениями в загрязненной воде.
Физико-химическая очистка стоков
Этот метод оптимален для работы с коллоидными системами, в которых грязь и ненужные минералы находятся во взвешенном состоянии. Существует несколько способов физико-химической очистки:
- Аэрация – процесс, в ходе которого в сточных водах выделяется большое количество кислорода, способствующего протеканию окислительных реакций.
- Сорбция – процесс очистки с использованием угля или торфа.
- Термическое обессоливание – процесс, при котором из загрязненной жидкости выпаривается чистая вода.
- Электрохимическая очистка – процесс отделения сульфатов и радиоактивных веществ от воды.
- Коагуляция – технология с использованием реактивов для выделения осадка примесей.
- Нейтрализация – процесс восстановления нормального уровня активности ионов водорода в растворе с использованием различных кислот, в том числе фтороводородной, тривиальным названием которым является «плавиковая кислота».
Очистка при помощи добавления реагентов
Метод очистки жидких отходов реагентами применяется в основном для очистки вод содержащих большое количество загрязнений одного вида, когда нормальное соотношение щелочной и кислотной составляющей в воде значительно в одну из сторон.
Чаще всего это необходимо когда загрязнение имеет ярко выраженный вид и очистка методом смешивания результатов не дает или же попросту из-за повышенной концентрации нерациональна. Единственным и наиболее надежным методом нейтрализации в таком случае выступает метод добавления реагентов – химикатов, вступающих в химическую реакцию.
В современных технологиях такой метод чаще всего используется для кислых сточных вод. Самым простым и эффективным методом нейтрализации кислоты обычно выступает использование местных химикатов и материалов. Простота и эффективность метода заключается в том, что отходы, например, доменного производства отлично нейтрализуют загрязнение серной кислотой, а шлак с тепловых электростанций и централей часто используется для добавления в резервуары с кислотными сбросами.
Использование местных материалов позволяет значительно удешевить процесс очистки, ведь шлак, мел, известняк, доломитовые породы отлично нейтрализуют большое количество сильнозагрязненных стоков.
Отходы доменного производства и шлак с тепловых электростанций и централей не требует дополнительной подготовки, кроме измельчения, пористая структура и наличие в составе многих соединений кальция, кремния и магния позволяют применять материалы без предварительной обработки.
Мел, известняк и доломит, используемые в качестве реагентов, в обязательном порядке проходят подготовку и измельчение. Кроме того, для очистки в некоторых технологических циклах используется подготовка жидких реагентов, например, с использованием извести и аммиачного раствора воды. В дальнейшем, аммиачная составляющая отлично помогает при процессе биологической очистки воды.
Проверка карпами: устройство и наиболее эффективные типы очистных сооружений
Говоря простым языком, типовые очистные сооружения представляют собой каскад резервуаров, расположенных друг за другом. Вначале происходит грубый «отлов» крупных фрагментов мусора, поступившего вместе с канализационными стоками. Затем сточные воды отправляются на отстаивание, очищаются при помощи ила, снова отстаиваются, освобождаются от поверхностной грязи, вновь поступают на доочистку в первые «ванны», и так далее. В итоге в последние «ванны» поступает прозрачная вода без запаха, в которой при необходимости можно даже вымыть руки. Особо продвинутые очистные могут даже похвастаться тем, что в конечных резервуарах вольготно плещутся самые настоящие карпы – живые «мерила» чистоты стоков. Но это лишь при условии, что системы успешно справляются со своим предназначением.
Типовые очистные сооружения, установленные на территории промышленных предприятий, тоже наделены специальными решётками-«дробилками», в рамках которых производится вышеупомянутое механическое фильтрование стоков. Данный процесс также нередко называют процеживанием. Затем в дело вступают другие технологии: целесообразность и особенности их применения определяют в зависимости от характера сбросов. Максимально эффективными принято считать следующие системы очистных:
Песколовки. Данные сооружения, как уже было сказано, применяют для первичной очистки стоков и, как следует из названия, они «специализируются» на удалении из воды песка и прочих мелких компонентов.
Отстойники. Это специальные ёмкости, предназначением которых является сбор сточных вод, прошедших этап механической очистки. Во время отстаивания взвешенные частицы и примеси, которые содержатся в сточных водах, осаждаются. Кроме того, на этой стадии начинается биологическая очистка стоков.
Осветлители. Отдельный более действенный тип отстойников, обладающий особой конструкцией и естественной аэрацией.
Нефтеловушки. Ещё одно «говорящее» название, указывающее на то, что данный тип очистных эффективен для удаления нефтепродуктов из сточных вод. Нефтеловушки функционируют, благодаря разнице в плотности воды и нефтепродуктов, и являются оптимальными в случае, когда содержание нефтяных частиц превышает 100 мг/л.
Гидроциклоны. Данные установки производят очистку, благодаря сепарации твёрдых частиц во вращающейся жидкости. Тип гидроциклона определяют, исходя из размеров таких частиц.
Биофильтры. Такие системы производят фильтрацию сточных вод через специальный загрузочный материал, что обеспечивает формирование на поверхности стоков тонкой биологической плёнки, способствующей эффективной очистке хозяйственно-бытовых и промышленных стоков.
Очистные сооружения химических предприятий
Разнообразие методов обусловлено составом и концентрацией компонентов сточных вод. Методы, которые используются при очистке стоков предприятий химической промышленности:
- механическая очистка;
- флотация;
- физико-химическая очистка;
- мембранные методы;
- биологическая очистка.
Механическая очистка
Для удаления из сточных вод взвешенных веществ размерами 5 — 10 мкм, твердых или жидких тонкодисперсных и грубодисперсных частиц, образовавшихся во время коагуляции и флокуляции, применяют осветление воды. Добиться осветления возможно с помощью отстаивания, фильтрации, флотации, осаждения в центробежном поле. Степень осветления зависит от требований к качеству очищенной воды.
Метод осветления позволяет извлекать из раствора ценные примеси с последующим использованием их в производстве.
При малом расходе сточных вод и их равномерном поступлении используют отстойники периодического действия. При больших расходах стоков используют отстойники непрерывного действия, которые в свою очередь, бывают вертикальные, горизонтальные и радиальные. Для отстаивания в тонком слое жидкости применяют трубчатые и пластинчатые отстойники.
При высоких требованиях к качеству очищенной воды используют фильтрование как завершающий этап очистки. Фильтрование происходит на фильтрах с фильтровальной перегородкой или зернистой загрузкой.
Флотация
Для отделения жироподобных веществ и некоторых взвесей из сточных вод применяют метод флотации, который заключается в обработке стоков диспергированным воздухом и образованием флотопены. С помощью флотации можно извлекать из стоков ценные примеси.
Различают напорную, импеллерную флотацию и электрофлотацию. Выбор способа флотации зависит от вида и концентрации загрязнений, расхода сточных вод и необходимой степени очистки. Эффективность флотации повышают с помощью реагентов (флокулянтов и коагулянтов).
Физико-химические методы
К физико-химическим методам следует отнести реагентный метод очистки стоков, при котором происходит нейтрализация кислот и щелочей, перевод ионов в малорастворимые соединения, очистка от ионов тяжелых металлов, соосаждение растворенных неорганических примесей. В некоторых случаях применяют гидролиз.
Метод нейтрализации используют в случаях образования кислых или щелочных сточных вод. Уравновесить рН возможно применением реагентов либо пропусканием через нейтрализующий фильтр, в состав которого входит известняк, доломит, магнезит.
Мембранные методы
Часто применяемыми мембранными методами при очистке стоков химической промышленности являются обратный осмос и ультрафильтрация. Это связано с образованием в производстве сточных вод с высоким содержанием растворенных солей и кислот.
Обратный осмос используется для отделения низкомолекулярных соединений, а ультрафильтрация — для высокомолекулярных, взвешенных частиц, коллоидов.
Преимуществом применения данных методов при очистке стоков химических производств следует считать:
- извлечение ценных примесей;
- одновременная очистка от неорганических, органических примесей и микроорганизмов;
- независимость от концентрации загрязнений в стоках.
Биологическая очистка
Биологическая очистка стоков используется на локальных установках как основная (фармацевтические предприятия) так и в качестве доочистки (на большинстве химических предприятий). Метод биологической очистки применяется для:
- обеззараживание сточных вод перед сбросом в водоемы;
- снижение скорости коррозии оборудования и трубопроводов;
- предотвращение солеобразования и покрытия микроорганизмами термических поверхностей при возвращении загрязненных вод в цикл оборотного водоснабжения.
Биологическая очистка производится в аэротенках и биофильтрах в случаях, когда концентрация загрязняющих веществ мала и загрязняющие компоненты не являются токсичными для аэробных организмов. Анаэробная очистка в метантенках и мембранных биореакторах осуществляется при высокой концентрации загрязнителей или наличии токсичных веществ.
Среди методов очистки сточных вод химических предприятий существуют менее распространенные, но необходимых в некоторых случаях методы:
- термический метод;
- метод принудительного закачивания в глубокие пласты горных пород.
При термическом методе сточные воды, которые содержат растворы минеральных солей и органические вещества, подвергают разным способам обработки. Солевые растворы концентрируют и выделяют соли в твердом виде. Органические вещества окисляют в присутствии катализатора или жидкофазным окислением. Также применяют огневое обезвреживание, так называемый «огневой» метод.
При выборе метода руководствуются экономической целесообразностью и экологической эффективностью.
Метод закачки в глубокие слои горных пород применяется, когда очистка сточных вод или выделение из них загрязняющих веществ является экономически невыгодной, так как затраты на очистку превышают затраты на производство конечного продукта. Как правило, это стоки, содержащие большое количество минеральных примесей. Они не поддаются биологической очистке, при применении химических методов образуют большое количество отходов, а при сбросе в водоемы требуют значительного разбавления.
Осадки, образовавшиеся в процессе очистки стоков, подвергаются обезвоживанию с последующим использованием или захоронением. Для обезвоживания осадков применяют фильтрование, отжим в центробежном поле или механическим способом на ленточных фильтр-прессах, на иловых площадках, шламохранилищах и шламонакопителях.
Основные методы дезинфекции сточных вод
Помимо нефтепродуктов и других опасных для здоровья соединений, практически все сточные воды содержат в своём составе органические загрязнения, провоцирующие появление и рост болезнетворных бактерий. При этом, максимальную опасность могут представлять сточные воды, которые вместе с течением попадают в места массового купания или сбора питьевой воды. Не случайно отдельным методом очистки стоков является уже упомянутая дезинфекция (обеззараживание).
Допускается выполнять обеззараживание различными способами, которые отличаются друг от друга степенью эффективности, равно как и опасности. Так, например, в прошлом веке, исходя из давних традиций, основным методом обработки стоков в нашей стране являлось хлорирование. Между тем, при всей простоте и распространённости использования хлора и хлорсодержащих агентов, для этого метода характерны существенные недостатки – к примеру, низкая надёжность уничтожения вирусов. Кроме того, избыток хлора оказывает пагубное воздействие на водную растительность и живые организмы.
Нормы состава промышленных стоков для слива в канализацию и очистка промышленных сточных вод
Промышленные стоки содержат различные агрессивные вещества, разрушающие очистные городские станции и канализационный трубопровод. При попадании в водоем они оказывают отрицательное влияние и на состав воды, и на живые организмы в нем. Поэтому перед очисткой нужно проверить максимально допустимые концентрации биологических, химических веществ и принять меры. Требования к стокам в обязательном порядке учитывают при проектировании реконструкции, монтажа промышленных учреждений. Заводы должны работать на технологиях с минимальным количеством отходов либо вообще без них, а воду после очистки следует использовать повторно – это поможет сохранить ресурсы нашей планеты и защитить экологию от негативных воздействий извне.
Основные требования, предъявляемые к отводимым в центральную канализацию сточным водам:
- БПК – не более максимально допустимого значения, указанного в проектной документации к очистной станции;
- стоки не должны становиться причиной сбоев либо остановки в работе канализации, очистных сооружений;
- сточные воды температуру более 40 градусов и рН свыше 6,5-9,0 иметь не должны;
- наличие песка, стружки, абразивных частиц в стоках недопустимо (они являются главной причиной образования осадках в канализационных узлах);
- в стоках не должны присутствовать примеси, которые засоряют решетки и трубы;
- отсутствие агрессивных компонентов, вызывающих разрушение труб и прочих очистных элементов – 100%;
- взрывоопасных компонентов в составе сточных вод быть не должно – как и биоразлагающихся, вирусных, токсичных, бактериальных и радиоактивных примесей.
В тех ситуациях, когда сбрасываемые стоки указанным параметрам не соответствуют, проводится их предочистка.
Использование плавиковой кислоты в процессе очистки сточных вод
Как мы уже упомянули, в очистке стоков предприятий нередко применяется фтороводородная (плавиковая) кислота. Это неорганическое вещество представляет собой одноосновную кислоту, второе название которой – плавиковая – связано с тем, что фтороводород образуется из плавикового шпата. Фтороводородная кислота используется в реакциях нейтрализации в ходе очистки стоков, однако для поддержания данного процесса требуются достаточно большие объёмы кислоты, поэтому неудивительно, что впоследствии её обнаруживают в сточных водах. Таким образом, перед тем как сбрасывать стоки в водоем или использовать их повторно, остатки плавиковой кислоты и её солей удаляют. Добавлением известкового молока в воде осаждаются фториды, и в ходе этой операции образуется фторид кальция, который подлежит утилизации.
Классификация
В зависимости от используемых реагентов различают три метода:
- окисление;
- нейтрализация;
- восстановление.
Окисление — один из самых мощных способов, который применяется тогда, когда другие оказываются неэффективными. В качестве окислителей используются хлор, калия перманганат, озон. Все они являются также и действенными дезинфекторами. Из указанных веществ наиболее действенным является озон, он обладает уникальными свойствами, ведь в водной среде распадается быстро, а к кислотной отличается высокой стойкостью.
Оптимальное количество озона в очистительной озоново-кислородной смеси — не более 3 %. Этого достаточно для качественной абсорбции нечистот.
Существует также комбинированный вид очищения — электрохимическое окисление, которое происходит при посредстве анода. Один из самых эффективных и доступных: анод стоит дешево, а с его помощью можно очистить немало стоков.
При помощи нейтрализации достигается необходимый водородный уровень pH, для этого применяются некоторые виды кислот (соляная, серная) или щелочей (натрия гидроксид, сода, известь). Нередко возникает необходимость в нейтрализирующей загрузке при участии магнезита, мела или доломита. Для этого процесса требуется специальное оборудование для очистки стоков бытового и промышленного назначения.
Если жидкость насыщена такими сложными и опасными соединениями, как мышьяк, ртуть, хром, то должен быть задействован метод восстановления. В промышленности и, тем более, в быту применяется редко.
Особенности экологического контроля очистки сточных вод
Впрочем, не так уж важно, какие способы и методы очистки сточных вод применяют в рамках тех или иных очистных систем, ведь в любом случае, очистные сооружения промышленных предприятий, равно как и муниципальные очистные, тщательно контролируются специальными разделами законодательных баз государств. Не является исключением и Россия. Согласно действующему природоохранному законодательству РФ, все сбросы в водоёмы подлежат строжайшему нормированию. Данное нормирование, в частности, осуществляется путём согласования проекта нормативов допустимых сбросов (НДС). К примеру, природопользователь должен указать такие ключевые моменты в функционировании очистных предприятий, сооружений и систем, как их тип, производительность и пропускная способность. Если же на предприятии принято решение установить новые (дополнительные) очистные сооружения, то об этом необходимо уведомить локальные природоохранные органы, с тем, чтобы дальнейшие действия, направленные на очистку стоков, были скоординированными и максимально эффективными.
