Методи очистки господарчо-побутових, дощових та виробничих стічних вод

Виробничими стічними водами називають води, які були використані промисловими підприємствами і вимагають очищення від різних шкідливих домішок.

Забруднення стоків різноманітні за дисперсією і агрегатним станом. Вони можуть бути присутніми в стічних водах у вигляді хімічних розчинів (розміри частинок порядку 10" м, що відповідає розміру атомів і невеликих молекул), у вигляді колоїдних розчинів (з розмірами частинок від 10"9 до 10"7 м) і у вигляді грубодисперсних систем (з частинками розміром більше 10~7 м). До останніх належать емульсії нерозчинних у воді рідин (наприклад масел) завислих у вигляді дрібних крапель, і суспензій - зависів твердих частинок, розміри яких можуть досягати декількох міліметрів. Дисперсність зависів часто визначається гідравлічною крупністю їх частинок і являє собою швидкість осідання (або спливання) в спокійній воді (мм/сек.).

Виробничі стічні води характеризуються рядом параметрів — кількістю і фізико-хімічними властивостями розчинених, емульсованих і завислих речовин, ступенем їх токсичності, жорсткістю (властивістю, обумовленою присутністю в стоках розчинених солей кальцію і магнію), лужністю, кислотністю, органолептичними характеристиками (запах, колір, присмак) тощо. Масова концентрація забруднень в стоках заміряється в міліграмах або грамах на літр (мг/л або г/л).

Важливою характеристикою стічних вод є водневий показник рН. Величина рН характеризує ступінь кислотності водних розчинів. Хімічно нейтральні стоки мають нейтральну реакцію (рН = 7,0). Менше або більше значення рН вказує, відповідно, на кислу або лужну реакцію стічних вод.

Стічні води, що відводяться з території промислових підприємств (ПП),

за складом розділяють на три види:

· виробничі, які утворюються в процесі виробництва різних виробів, продуктів, матеріалів (технологічні розчини, що відпрацювали, промивні води, води від охолодження; шахтні і кар'єрні води; води хімводочистки; води від миття устаткування й виробничих приміщень, води від збагачувальних фабрик, а також від очистки та охолодження газоподібних відходів, очистки твердих відходів і їх транспортування тощо);

· атмосферні води - дощові води та води від танення снігу;

· побутові – стічні води від санітарних вузлів виробничих корпусів і будинків, а також від душових установок, наявних на території ПП.

Відповідно до цього розподілу на ПП існують 3 колектори для відводу:

· виробничо-технологічних стічних вод, тобто використаних у технологічному процесі або що утворюються при видобутку корисних копалин (вугілля, руди, нафти), технологічних процесах їх переробки на металургійних підприємствах і одержанні готового продукту;

· побутових стічних вод;

· поверхневого стоку з території ПП, що утворюється з дощових і талих вод.

3. Характеристика дощових стічних вод.

Атмосферні стічні води - дощові і талі (що утворюються в результаті танення льоду і снігу) води. За якісними характеристиками забруднень до цієї категорії відносять також води від поливання вулиць і зелених насаджень. Атмосферні стічні води, що містять переважно мінеральні забруднення, менш небезпечні в санітарному відношенні, ніж побутові і виробничі стічні води.

Ступінь забруднення стічних вод оцінюється концентрацією домішок, тобто їх масою в одиниці об'єму (у мг/л або г/м3). Забруднення побутових стічних вод звичайно поділяють на: нерозчинні, утворюючі великі суспензії (у яких розміри часток перевищують 0,1 мм) або суспензії, емульсії і піни (у які розміри часток складають від 0,1 мм до 0,1 мкм), колоїдні (з частками розміром від 0,1 мкм до 1 нм), розчинні (у вигляді молекулярно-дисперсних часток розміром менш 1 нм).

Розрізняють забруднення побутових стічних вод: мінеральне, органічне і біологічне. До мінеральних забруднень відносяться пісок, частки шлаку, глинисті частки, розчини мінеральних солей, кислот, лугів і багато хто ін. речовини. Органічні забруднення бувають рослинного і тваринного походження. До рослинного відносяться залишки рослин, плодів, овочів, папір, рослинні олії й ін. Основний хімічний елемент рослинних забруднень - вуглець.

Забрудненнями тваринного походження є фізіологічні виділення людей і тварин, залишки тканин тварин, клейові речовини й ін. Вони характеризуються значним вмістом азоту. До біологічних забруднень відносяться різні мікроорганізми, дріжджові і цвілеві грибки, дрібні водорості, бактерії, у тому числі хвороботворні (збудники черевного тифу, паратифу, дизентерії, сибірської виразки й ін.). Цей вид забруднень властивий не тільки побутовим стічним водам, але і деяким видам виробничих стічних вод, що утвориться, наприклад, на м'ясокомбінатах, бойнях, шкіряних заводах, биофабриках і т.п. За своїм хімічним складом вони є органічними забрудненнями, але їх виділяють в окрему групу через санітарну небезпеку, створювану ними при скиданні у водойми.

У побутових стічних водах мінеральних речовин міститься близько 42% (від загальної кількості забруднень), органічних - близько 58%; зважені речовини, що осаджуються, складають 20%, суспензії - 20%, колоїди - 10%, розчинні речовини - 50%.  Склад і ступінь забруднення виробничих стічних вод досить різноманітні і залежать головним чином від характеру виробництва й умов використання води в технологічних процесах. Кількість атмосферних вод міняється в значних межах у залежності від кліматичних умов, рельєфу місцевості, характеру забудови міст, виду покриття доріг і ін. Річний стік дощових вод із забудованих територій у 7-15 разів менше, ніж побутових.

Зливові води поділяють на дощові і розталі. Ці води каламутні, містять велику кількість ґрунтових домішок, мікроорганізмів, їх склад в значній мірі залежить від санітарного стану територій, з яких вони стікають..

РОЗДІЛ II МЕТОДИ ОЧИСТКИ ГОСПОДАРЧО-ПОБУТОВИХ, ДИЩОВИХ ТА ВИРОБНИЧИХ СТІЧНИХ ВОД

2. Характеристика методів очистки  стічних вод.

У залежності від типу процесів, що протікають в очисних спорудах, розрізнюють механічну, фізико-хімічну і біологічну очистку стічних вод. На очисних спорудах утворюється велика маса осадів, які підготовлюють до подальшого використання: збезводнюють, сушать, знешкоджують і знезаражують. Механічна очистка призначене для затримання нерозчинених домішок. До споруд для механічної очистки відносяться: грати і сита (для затримання великих домішок]), пісковловлювачі (для уловлювання мінеральних домішок, піску), відстійники (для повільно осідаючих і плаваючих домішок) і фільтри (для дрібних нерозчинених домішок). Специфічні забруднення виробничих стічних вод видаляються за допомогою жиро-, нафто-, масло- і смолоуловлювачів тощо. Очисні споруди розташовуються по висоті звичайно таким чином, щоб вода з одного в інше поступала самопливом. Механічна очистка – це, як правило, попередній рівень перед біологічною очисткою. В деяких випадках можна обмежитися механічною очисткою, якщо вода повторно використовується на підприємстві. При механічній очистці вдається затримувати до 60% нерозчинених домішок.

Фізико-хімічні методи очистки застосовуються, в основному, для виробничих стічних вод (у разі побутових стоків їх застосування обмежене за економічних міркувань). До цих методів відносяться: реагентна очистка (нейтралізація, коагуляція, озонування, хлорування і ін.), сорбція, екстракція (лат. extrahere – витягувати), евапорація (лат. evaporatio – випаровування), флотація, електродіаліз і ін. Найбільше поширення знаходять методи реагентної очистки із застосуванням коагулянтів, таких як сірчанокислий алюміній Al2(SO4)3, хлорне залізо FeCl3, сірчанокисле залізо Fe2(SO4)3, вапно СаСО3 і ін. Солі-коагулянти сприяють укрупненню часток, утворюючи пластівці, що робить можливим подальше осадження і фільтрування дрібних нерозчинених, колоїдних і частково розчинених домішок.

Біологічна очистка стічних вод основана на використанні мікроорганізмів, які в процесі своєї життєдіяльності руйнують органічні сполуки, тобто мінералізують їх. Мікроорганізми використовують органічні речовини як джерело поживних речовин і енергії. Споруди біологічного очищення умовно ділять на два типи: споруди, в яких процеси протікають в умовах, близьких до природних, і ті, в яких очистка відбувається в штучно створених умовах. До перших відносяться поля фільтрації і біологічні ставки, до інших – біофільтри і аеротенки.

 

2.1. Методи очищення господарчо-побутових  стічних вод.

До методів очистки господарчо побутових стічних вод відносять біохімічні та біологічні методи. Біохімічні методи очищення застосовуються для очищення господарсько-побутових і промислових стічних вод від багатьох органічних і деяких неорганічних сполук (сірководню, фенолу, сульфідів, аміаку, нітратів та ін.) [1]. Процес очищення заснований на тому, що деякі мікроорганізми використовують забруднюючі речовини в їжу в процесі своєї життєдіяльності. Більшість стічних вод не містять отруйних домішок важких металів, і концентрація біологічно неокисляючих речовин не перевищує певних значень.

На практиці використовуються аеробні та анаеробні методи біохімічного очищення. При аеробному методі використовуються мікроорганізми, для життя яких необхідний кисень і температура 20–40 °С. Анаеробні методи протікають без кисню, їх використовують в основному для знезараження опадів. Біорозкладність стічних вод характеризується через їх біохімічний показник (побутові стічні води мають показник > 0,5, промислові 0,05–0,3). Для успішного протікання біохімічного окислення в стічних водах повинні бути присутні: N, P, K, S, Mg, Ca, NaCl, Fe, Mn, Mo, Ni, Co, Zn, Cu [2].

Аеробне очищення може протікати в природних і штучних спорудах. У природних умовах очищення відбувається на полях зрошення, полях фільтрації і біологічних ставках. Штучним є біофільтри, аеротенки і оксітенки. Вибір споруд залежить від кліматичних умов, обсягу і складу стоків, концентрації забруднювачів. У штучних спорудах очищення йде швидше, ніж у природних умовах.

2.2. Методи очищення виробничих стічних вод.

Попередження забруднень водних об'єктів стічними водами може бути забезпечене організаційними та технічними заходами.

Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод у водойми без очищення. Технічні заходи передбачають очищення стічних вод, повторне використання стічних вод для технічних потреб та поливу, створення оборотних та замкнених систем водокористування, вдосконалення технічних процесів на підприємствах у напрямку скорочення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технології, скорочення забруднення територій нафтопродуктами, котрі з зливовими стоками можуть потрапити до водойм.

Способи очищення забруднених виробничих стічних вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізико-хімічні, хімічні, біологічні та глибоке очищення.

Очищення стічних вод від завислих домішок проводять механічно залежно від їх властивостей, концентрації і фракційного складу такими способами: проціджування, відстоювання, вилучення зависів в полі відцентрових сил і фільтрування.

Проціджування - первинна стадія очищення стічних вод, призначене для вилучення із стічних вод крупних нерозчинних твердих домішок розміром до 25 мкм, а також менших волокнистих забруднень, які в процесі подальшої обробки стоків перешкодять нормальній роботі очисного обладнання. Проціджування стічних вод здійснюється пропусканням води через решітки (гратки) і волокно вловлювачі.

Відстоювання базується на особливості процесу осадження (спливання) завислих частинок в рідині. Очищення стічних вод відстоюванням здійснюється в піскопастках та відстійниках.

Вилучення завислих домішок із стічних вод в полі дії відцентрових сил здійснюється у відкритих або напірних гідро циклонах і центрифугах.

Фільтруванням стічних вод очищують їх від тонко дисперсних твердих домішок з невеликою концентрацією. Процес фільтрування використовується також після фізико-хімічних і біологічних методі очищення, оскільки деякі із цих методів супроводжуються виділенням в очищувану рідину механічних забруднень.

Фізико-хімічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, адсорбції, іонному обміні, екстракції, мембранних методах, відгонці, ректифікації та евапорації.

Флотація - процес молекулярного присипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода-повітря, вода-тверда-речовина), утворення системи «частинки забруднень-бульбашки повітря», котра спливає на поверхню та утилізується.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) - процес фільтрування стічних вод через 
напівпроникні мембрани під тиском.

Ультрафільтрація - тембральний процес розділення розчинів, осмотичний тиск яки малий.

Електродіаліз - процес сепарації іонів солей в мембранному апараті, котрий здійснюється під впливом постійного електричного струму.

Адсорбція - процес поглинання забруднень твердими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, силікагелем тощо).

Екстракція - вилучення із стічних вод цінних речовин за допомогою рідких розчинників (екстрагентів).

Іонний обмін базується на вилученні із стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді, ПАР за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами на поверхні поділу фаз «розчин-іонообмінна смола».

Хімічне очищення використовується як самостійний метод або як попередній перед фізико-хімічним та біологічним очищенням.

Основними способами хімічного очищення виробничих стічних вод є нейтралізація, окиснення, коагуляція та флокуляція.

Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати калію та магнію, аміак тощо) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо).