Очистка сточных вод: способы и современные методики

Сточные воды, образуются в процессе жизнедеятельности человека, поступая в водоемы, становятся одним из наиболее серьезных источников загрязнений, негативно влияющих на здоровье человека. Для сокращения загрязненности водоемов, применяется комплекс мероприятий по очистке сточных вод – удалению из них загрязнений. Стоки, в зависимости от их происхождения, подразделяются на следующие виды:

1. Бытовые или хозяйственно-фекальные, к которым относятся поступления от жилой застройки и общественных зданий;
2. Производственные – образующиеся в технологических процессах и отводимые с территорий промышленных предприятий;
3. Дождевые, собираемые при выпадении дождей, таянии снега и мойки территорий.

Виды загрязнений

Стоки различного происхождения, содержат разнообразные загрязняющие вещества.

Бытовые загрязнены всевозможными органическими примесями, в том числе остатками пищи, и несут в себе огромное количество бактерий, как нейтральных, так и болезнетворных. Основная задача обработки таких стоков – извлечение крупных и мелких включений, окисление содержащейся в них органики, с целью снижения нагрузки на окружающую среду и дезинфекция.

Производственные стоки, также в зависимости от характера их образования, могут содержать разнообразные органические ингредиенты, например сток молокозаводов, минеральные включения и другие, вредные для жизни соединения. Жидкие отходы, образующиеся на предприятиях металлообработки, имеют в своем составе металлы, в том числе тяжелые, которые при попадании в организм человека могут оказать негативное влияние на его здоровье.

Дождевые стоки смывают с территорий органические примеси, взвешенные частицы (песок, глина и т.д.) и нефтепродукты.

Для очистки применяют различные способы, которые зависят от природы образования жидкостей, их состава и количества. Рассмотрим методы обработки хозяйственно-бытовых вод, т.к. они составляют наибольшую часть стоков.

Методы очистки хозбытовых сточных вод

Сточные воды, поступая на очистные сооружения, проходят несколько ступеней переработки:

• механическая;
• биологическая;
• обеззараживание.

Механическая очистка

Для механической стадии применяют следующее оборудование: решетки, песколовки, отстойники, фильтры. Первое сооружение, на которое попадают стоки – решетки. Представляют собой набор стержней, установленных вертикально или с наклоном на которые крупные включения задерживаются. Рекомендованный прозор между прутьями – 16 мм. Задержанный мусор с решеток удаляется вручную (для малых станций) или с помощью механических граблей. Собранный мусор собирается в специальный контейнер, затем вывозится на свалку.

Следующий этап – отстаивание в песколовках, которые представляют собой прямоугольные или круглые в плане сооружения. При поступлении в песколовку, скорость движения снижается, и оседают тяжелые ингредиенты, в основном минерального происхождения (песок). Эти частицы несут на себе все загрязняющие вещества. Песок оседает на дно песколовки, перемещается скребками или смывается в пониженную часть в приямок, затем насосами или водоструйными аппаратами удаляется на песковую площадку. После подсушивания песок должен быть обеззаражен и может применяться, в том числе для планировочных работ.

После предварительной очистки вода поступает в первичные отстойники, которые в зависимости от направления движения в них, подразделяются на горизонтальные, радиальные и вертикальные. Выбор определяется производительностью сооружений. При небольшой производительности, могут применяться вертикальные, при средней – горизонтальные, для больших станций используют радиальные. Принцип действия отстойников одинаков – при снижении скорости движения выделяются примеси различной крупности. Скорость движения в отстойных сооружениях определяется нормативными документами. Примеси оседают на дно, затем скребками, струями жидкости или под действием собственного веса перемещаются к приямкам, затем перекачиваются для дальнейшей переработки. Существуют разнообразные методы интенсификации отстаивания, в первую очередь это реагентная обработка, когда добавляют химические вещества, способствующие укрупнению взвешенных частиц. Более крупные частицы оседают быстрее. Другой способ – тонкослойное отстаивание, когда в отстойник помещают набор полок и процесс идет быстрее, за счет уменьшения высоты оседания.

Вторичные отстойники относятся к конструкциям мехочистки, но располагаются после стадии биологической очистки, которую рассмотрим в следующем разделе. Вторичные, так же как и первичные подразделяются на горизонтальные, радиальные и вертикальные, но выделяются в них не взвешенные вещества, а активный ил, который образуется в аэротенках или биофильтрах.

Для глубокой доочистки от загрязнений применяют фильтрование. Процесс этот завершает технологическую схему и используются в случаях жестких требований к качеству стока, сбрасываемого в водные объекты. Доочистку выполняют на фильтрах разных конструкций, выбор которых зависит от производительности сооружений и загрязнений. Фильтрование осуществляется через различные загрузки, преимущественно природные материалы различной крупности, наиболее популярный из которых – кварцевый песок.

Биологическая очистка

Отстоянные стоки поступают в аэротенки – установки биологической окисления. В аэротенках воды смешиваются с активным илом – хлопьевидными соединениями бактерий, сюда же подается воздух в виде мелких пузырей. Бактерии в присутствии воздуха активно поглощают органические ингредиенты, происходит их окисление и увеличение количества активного ила. Смесь перетекает во вторичный отстойник, где ил оседает, затем часть ила отводится на обработку, часть возвращается в аэротенк. При небольшой производительности вместо аэротенков применяются биофильтры – конструкции башенного типа, заполненные специальной загрузкой и вентилируемых снизу. Бактерии поселяются на загрузке. Жидкость, двигаясь сверху вниз через загрузку, контактирует с бактериями в присутствии воздуха и интенсивно очищается.

Обеззараживание

Очищенные жидкости содержат большое количество бактерий, в том числе патогенных, поэтому перед сбросом в водоем они должны быть обеззаражены. Для дезинфекции применяются:

• санобработка хлорсодержашими реагентами;
• озонирование;
• ультра-фиолетовое облучение.

Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки. Хлорирование подразумевает применение хлора – токсичного вещества, поэтому работа с ним требует особой осторожности. Жидкость после хлорирования должна быть выдержана не менее получаса для удаления хлорных соединений. Для этого применяют контактные резервуары.

Такие резервуары при большой производительности, занимают значительные площади. Озонирование – дорогостоящая энергоемкая процедура и осуществляется в герметичных конструкциях. УФ обеззараживание ограниченно по производительности.

Обработка осадков

В процессе переработки хозбытовых стоков, в первичных отстойниках происходит выделение первичного осадка, после аэротенков, во вторичных отстойниках выделяется активный ил.

Переработка и последующая утилизация образующихся осадков – одна из наиболее серьезных задач канализации. Сложность задачи определяется их большим объемом и свойствами. Ка кправило, осадки – это труднофильтруемые суспензии органического происхождения. Объем их, в зависимости от состава и технологической схемы, составляет 0,5 – 10 % от расхода поступающего на очистные комплексы. Их влажность составляет 90 – 99 %, большая часть влаги находится в связанном состоянии. Содержащиеся в них бактерии и гельминты требуют проведения серьезного обеззараживания перед дальнейшим использованием.

Для перевода основной части органики в минеральную форму, используют метановое сбраживание и аэробную стабилизацию. Метановое сбраживание производится в метантенках, где под действием высокой температуры происходит минерализация осадка, при этом выделяется газ – метан, который также можно использовать на очистных сооружениях для собственных нужд. Сложность заключается в загрязненности газа примесями. При сбраживании, кроме минерализации, решается вопрос обеззараживание.

Аэробная стабилизация применяется для минерализации активного или. Процесс представляет собой активную аэрацию ила в сооружениях аналогичных аэротенкам. Следующим этапом переработки осадков является их обезвоживание. Для обезвоживания используют естественные методы (подсушивание на иловых площадках) и механические (на ленточных или камерных фильтр-прессах, центрифугах, вакуум-фильтрах). Перед обезвоживанием, для перевода влаги из связанной формы в свободную, обрабатывают реагентами или флокулянтами. Обезвоженный осадок влажностью 70 – 80 % (зависит от способа обезвоживания), подается на дальнейшую переработку – обеззараживание – в основном термическими методами.