Методы очистки хозяйственно бытовых сточных вод

   Часть микроорганизмов, заполняющих сточные воды, являются  патогенными (т.е. заразными) бактериями  такие как: холера, дизентерия, возбудитель  брюшного тифа и иные виды, желудочно-кишечных заболеваний. Поэтому  подавляющее большинство сточных  вод представляет собой потенциальную  угрозу для человека. Для определения  уровня опасности в индивидуальном  порядке проводится анализ состава  сточных вод на предмет качественного  и количественного загрязнения  того или иного вида. Данные  вещества в обязательном порядке  необходимо очистить и обезвредить. Сточные воды ливневого и дренажного  типа не рекомендуется направлять  непосредственно в очистные сооружения, так как это может повлечь  за собой серьезные неполадки  в их системе. Прием сточных  вод всех типов осуществляют  лишь некоторые модели систем  очистки. Наибольшие затруднения  вызывают органические примеси  в процессе очистки сточных  вод. При их нахождении в стоках  они быстро загнивают, что в  свою очередь приводит к отравлению  воды, грунта и воздуха. Из-за этого, в случае с септиком, сточные  воды необходимо в кратчайшие сроки вывозить за пределы населенных пунктов и производить минерализацию данных органических веществ[1,7,11].

 

 

2. Основные показатели загрязненности хозяйственно бытовых сточных вод

   Для характеристики  загрязненности сточных вод используют т.н. суммe групповых показателей. Эти показатели характеризуют определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Вот некоторые важнейшие показатели загрязненности:

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

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

   Сухой  остаток – количество загрязнений, остающееся после выпаривания пробы при 105оС.

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

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

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

   Коли-титр – наименьшее количество воды, в котором содержится 1 кишечная палочка рода Escherichia Coli. Этот показатель косвенно.

 

 

3. Методы очистки  хозяйственно бытовых сточных вод.

   В реках и других водоемах  происходит естественный процесс  самоочищения воды. Однако он  протекает медленно. Пока промышленные  сбросы были невелики, реки сами  справлялись с ними. В наш индустриальный  век в связи с резким увеличением  отходов водоемы уже не справляются  со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать  их.

   Очисткой сточных вод  называется их обработка с  целью разрушения или удаления  из них вредных веществ. Методы  очистки можно разделить на  механические, химические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

   В комплекс очистных  сооружений, как правило, входят  сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой  степени очистки они могут  дополняться сооружениями биологической  либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях  в состав очистных сооружений  включаются сооружения глубокой  очистки.   Перед сбросом в  водоем очищенные сточные воды  обеззараживаются, образующийся на  всех стадиях очистки осадок  или избыточная биомасса поступает  на сооружения по обработке  осадка. Очищенные сточные воды  могут направляться в оборотные  системы водообеспечения промышленных  предприятий, на сельскохозяйственные  нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться[9].

3.1 Биологическая  очистка  сточных вод:

    Широко применяемый на  практике метод обработки бытовых  и производственных сточных вод, основанный на использовании  закономерностей биохимического  самоочищения рек и других  водоемов. В его основе лежит  процесс биологического окисления  органических соединений, содержащихся  в сточных водах. Биологическое  окисление осуществляется сообществом  микроорганизмов, включающим множество  различных бактерий, простейших  и ряд более высокоорганизованных  организмов-водорослей, грибов и  т.д., связанных между собой в  единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

   Используются различные  типы биологических устройств: биофильтры, биологические пруды и аэротенки  и т.д.

 Перед биологической очисткой  сточные воды подвергают механической  очистке, а после биологической (для  удаления болезнетворных бактерий) и химической очистке, хлорированию  жидким хлором или хлорной  известью. Для дезинфекции используют  также другие физико-химические  приемы (ультразвук, электролиз, озонирование  и др.). Биологический метод дает  лучшие результаты при очистке  коммунально-бытовых отходов, а также  отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна.

   С целью уменьшения загрязнения  гидросферы желательно вторичное  использование в замкнутых ресурсосберегающих, безотходных процессах в промышленности, капельное орошение в сельском хозяйстве, экономное использование воды в производстве и в быту[1].

3.2 Аэротенки

   Аэротенк — чаще всего резервуар прямоугольного сечения, по которому протекает сточная вода смешанная с активным илом, где происходит биохимическая очистка сточной воды. Воздух, вводимый с помощью пневматических или механическихаэраторов — аэрационной системы, перемешивает обрабатываемую сточную воду с активным илом и насыщает её кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий. Большая насыщенность сточной воды активным илом (высокая доза) и непрерывное поступление кислорода обеспечивают интенсивное биохимическое окисление органических веществ, поэтому аэротенки являются одним из наиболее совершенных сооружений для биохимической очистки. В зависимости от требуемой степени снижения органического загрязнения сточных вод аэротенки проектируются на полную биологическую очистку и неполную очистку.

Факторы, определяющие удовлетворительную работу аэротенков

   Наиболее важными факторами, влияющими на развитие и жизнеспособность активного ила, а также качество биологической очистки, являются температура, наличие питательных веществ, содержание растворенного кислорода в иловой смеси, значение рН, присутствие токсинов. Удовлетворительная работа аэротенков в значительной степени определяется также технологическим режимом эксплуатации, где основное значение имеют:

• оптимальное соотношение между концентрацией загрязнений в поступающей воде и рабочей дозой активного ила (при уменьшении дозы ила возникает эффект повышения нагрузки и снижения качества очистки, при увеличении — затрудняется эффективность разделения ила и очищенной воды во вторичных отстойниках);

• необходимое время контакта загрязнений с активным илом;

• достаточное количество кислорода в системе.

Кислородный режим в аэротенках

   Для нормальной жизнедеятельности организмам активного ила требуются малые количества растворенного кислорода. Критической концентрацией считается 0,2 мг/дм³, вполне удовлетворительной — 0,5 мг/дм³ растворенного кислорода. Однако активный ил не терпит залежей и при малейшем застое начинает гибнуть от собственных метаболитов (загнивание). Поэтому нормы на содержание растворенного кислорода (не менее 1,0—2,0 мг/дм³ в любой точке аэротенка) предполагают обеспечение интенсивного перемешивания иловой смеси с целью ликвидации её залежей. При концентрации растворенного кислорода, превышающей максимально необходимую, критическую величину, степень активности микроорганизмов не увеличивается и очистка не улучшается. Поэтому для каждого очистного сооружения устанавливается своя «критическая концентрация» кислорода, причем степень его поглощения определяется, главным образом, характером и концентрацией загрязнений. Подача воздуха обеспечивает несколько процессов, происходящих с активным илом:

• дыхание организмов,

• перемешивание иловой смеси,

• удаление метаболитов,

• хемоокисление загрязняющих веществ.

   Плохие аэрационные условия для активного ила могут быть обусловлены следующими причинами:

• сокращением подаваемого воздуха, разрушением и засорением фильтрующих воздух элементов (фильтросных пластин, дырчатых труб, мелкопузырчатых диспергаторов и т. д.);

• залежами и микрозалежами плохо перемешиваемого ила в различных участках аэрируемой зоны и всех звеньев очистки;

• повышением удельных нагрузок на активный ил за счет возрастания содержания растворенных органических веществ в поступающей на очистку воде;

• увеличением содержания токсичных веществ в сточной воде, поступающей на очистку (токсиканты блокируют дыхательные ферменты у организмов активного ила);

• возрастанием кислородопоглощаемости активного ила из-за нарушения режима выгрузки осадка из вторичных отстойников;

• превышением оптимальной концентрации возвратного ила (недостаток кислорода при увеличении биомассы активного ила).

   Улучшение аэрационных условий можно достичь налаживанием технологического режима эксплуатации (возможности ограничены) и увеличением процента использования кислорода активным илом за счет смены аэрирующих элементов.

   При крупнопузырчатой аэрации размер пузыря воздуха достигает 5—6 мм и использование кислорода активным илом при этом составляет 6—7 %, что не создает идеального массоперёноса растворенного кислорода из жидкости в клетку. При уменьшении размера пузыря воздуха до 2—2,5 мм увеличивается использование кислорода до 8—12 %, а при применении мелкопузырчатых диффузоров (200—500 мкм — размер отверстий) — до 15 %. Применение мелкопузырчатой аэрации позволяет аэрофилам заместить микроаэрофилов в активном иле, что приводит к значительному улучшению качества очистки, улучшению седиментационных характеристик активного ила, его влагоотдающих свойств, повышению уровня метаболизма, сокращению прироста, а также возрастанию устойчивости организмов ила к воздействию токсичных веществ[5].

3.3 Метантенки 

   Метантенк (от англ. methane — метан и англ. tank — резервуар) — устройство для анаэробного брожения жидких органических отходов с получением метана.

   Назначение

   Метантенк является  одним из важных элементов очистных сооружений. В отличие от аэротенков в них поступает, как правило, не сама сточная жидкость, а концентрированный осадок, выпадающий в отстойниках. Для малых количеств сточной жидкости (как правило, до 25 м³ в сутки) обычно применяют септики, для средних количеств (до 10 000 м³ в сутки) — двухъярусные отстойники[5].

   Биологические методы  очистки основаны на окислении  органических остатков с использованием  микроорганизмов. Неперегнивший осадок  не может быть утилизован. В  метантенках органические остатки  переводятся в незагнивающую  форму без доступа кислорода. Первые эксперименты по метановому  брожению канализационных отходов  начались в конце XIX века. В середине 1920-х годов началась промышленная эксплуатация метантенков в Германии, Великобритании, США и СССР [2].