Методы очистки сточных вод

Анаеробні біохімічні процеси використовуються як попередній ступінь очищення концентрованих виробничих стічних вод і для розкладання осаду стічних вод. Розкладання органічних речовин йде з утворенням метану, діоксиду вуглецю, азоту, сіро водню, водню і продуктів неповного розпаду органічних сполук.

Процес окислення азотовмісних органічних речовин включає розкладання карбаміду, нітрифікацию і денітрифікування.

 

           1.3.3 Іонообмінний метод опріснення та знесолення води

Іонообмінний метод  опріснення та знесолення заснований на послідовному фільтруванні води через Н-катіоновий, а потім НСО3-, ОН-або СО32 - аніонітових фільтр. В Н-катіонітових фільтри містяться у воді катіони, головним чином Са (II), Mg (II), Na (I), обмінюються на водень - катіони  

При пропущенні води після  Н-катіонітових фільтрів через ОН-аніонітових  фільтри аніони утворилися кислот обмінюються  на іони ОН-: 

У відповідності з  необхідною глибиною знесолення води проектують одно-, двох і трьох ступінчасті  установки, але у всіх випадках для  видалення з води іонів металів  застосовують сильнокислотний Н-катіоніт з великою обмінної ємністю.

Залишковий солевміст при одноступінчастому іонірованія приймають до 20 мг / л. Для отримання води з солевмістом до 0,5 мг / л застосовують установки з двоступеневої схемою Н-і ОН - іонірованія.

 

Основним недоліком  знесолення іонним обміном є:

значна витрата реагентів  на регенерацію іонітних смол:

регенерацію Н-катіонітових фільтрів здійснюють кислотою (сірчана, соляна) з витратою 70-75 г / г-екв. Для  Н-катіонітних фільтрів II ступеню  питома витрата 100% сірчаної кислоти-100 г на 1 гекв. поглинених катіонів. Витрата  води на відмивання катіоніту-5-8 м3/м3 катіоніту.

регенерацію ОН-аніонітних фільтрів здійснюю розчином лугу, питома витрата 100% основної речовини -120-140 кг/м3аніоніта. Витрата води на відмивання - до 10 м3/м3 аніоніта.

Як правило, при знесолюванні прісної води фільтри першого ступеня регенеруються кожні 8-10 годин, другого ступеня кожні 8-10 діб.

Час регенерації фільтрів становить 3-3,5 години, тому потрібна установка  двох фільтрів (один працює, інший на регенерації), що збільшує капітальні витрати.

У зв'язку з великою кількістю використовуваних реагентів значні витрати на вантажні їх перевезення та на зберігання.

Необхідність організації  реагентного господарства для прийому  кислот і лугів, їх розтарювання, приготування розчинних і витратних розчинів.

Значний скидання засолених стоків в каналізацію і забруднення навколишнього середовища.

 

 

                    1.3.4 Принцип дії зворотного осмосу

Явище осмосу лежить в  основі обміну речовин всіх живих  організмів. Завдяки йому в кожну  живу клітину надходять поживні речовини і, навпаки, виводяться шлаки.

Явище осмосу спостерігається, коли два соляних розчину з  різними концентраціями розділені  напівпроникною мембраною. Ця мембрана пропускає молекули і іони певного  розміру, але служить бар'єром для  речовин з молекулами більшого розміру. Таким чином, молекули води здатні проникати через мембрану, а молекули розчинених у воді солей - ні.

Якщо по різні сторони  напівпроникною мембрани знаходяться  солесодержащие розчини з різною концентрацією, молекули води будуть переміщатися через мембрану із слабо концентрованого розчину в більш концентрований, викликаючи в останньому підвищення рівня рідини. Через явища осмосу процес проникнення води через мембрану спостерігається навіть у тому випадку, коли обидва розчину знаходяться під однаковим зовнішнім тиском.

Різниця у висоті рівнів двох розчинів різної концентрації пропорційна  силі, під дією якої вода проходить  через мембрану. Ця сила називається "осмотичним тиском".                                             

Зворотний осмос

У разі, коли на розчин з більшою концентрацією впливає зовнішній тиск (створюване насосом), перевищує осмотичний, молекули води почнуть рухатися через напівпроникну мембрану в зворотному напрямку, тобто з більш концентрованого розчину в менш концентрований. Цей процес називається "зворотним осмосом". За цим принципом і працюють всі мембрани зворотного осмосу.

У процесі зворотного осмосу вода і розчинені в ній  речовини розділяються на молекулярному  рівні, при цьому з одного боку мембрани накопичується практично  ідеально чиста вода, а всі забруднення залишаються по іншу її сторону. Таким чином, зворотний осмос забезпечує набагато вищий ступінь очищення, чим більшість традиційних методів фільтрації, заснованих на фільтрації механічних частинок і адсорбції ряду речовин за допомогою активованого вугілля. Крім того, метод зворотного осмосу набагато простіше і дешевше в експлуатації в порівнянні з іонообмінними системами.

                                               

Застосування

У системах зворотного осмосу побутового призначення тиск вхідної води на мембрану відповідає тиску води в трубопроводі. У разі, якщо тиск зростає, потік води через мембрану також зростає.

На практиці, мембрана повному обсязі затримує розчинені  у воді речовини. Вони проникають через  мембрану, але в мізерно малих кількостях. Тому очищена вода все-таки містить незначну кількість розчинених речовин. Важливо, що підвищення тиску на вході не приводить до зростання вмісту солей у воді після мембрани. Навпаки, більший тиск води не тільки збільшує продуктивність мембрани, але і покращує якість очищення. Іншими словами, чим вище тиск води на мембрані, тим більше чистої води кращої якості можна отримати.

У процесі очищення води концентрація солей з боку входу  зростає, через що мембрана може засмітитися  і перестати працювати. Для запобігання цього уздовж мембрани створюється примусовий потік води, що змиває "розсіл" в дренаж.

Ефективність процесу  зворотного осмосу щодо різних домішок  і розчинених речовин залежить від  ряду факторів. Тиск, температура, рівень рН, матеріал, з якого виготовлена ​​мембрана, і хімічний склад вхідної води, впливають на ефективність роботи систем зворотного осмосу. Неорганічні речовини дуже добре відділяються зворотноосмотичної мембраною. Залежно від типу застосовуваної мембрани (ацетатцеллюлозное або тонкоплівкова композитна) ступінь очищення складає по більшості неорганічних елементів 85% -98%.

Мембрана зворотного осмосу також видаляє з води і  органічні речовини. Органічні речовини з молекулярною вагою більше 100-200 видаляються повністю; а з меншим - можуть проникати через мембрану в незначних кількостях. Великий розмір вірусів і бактерій практично виключає вірогідність їх проникнення через мембрану.

У той же час, мембрана пропускає розчинені у воді кисень та інші гази, що визначають її смак. У результаті, на виході системи зворотного осмосу вода виходить свіжа і смачна.

1.4  Біологічне  очищення  виробничих  стічних  вод

Для  видалення  з  води  розчинених  органічних  речовин    найбільш часто  застосовують  біологічне  окислення  в природних або штучно  створених умовах.  В першому випадку для цього використовуються  грунти,  проточні  і замкнуті  водоймища (річки,  озера,  лагуни  і т.п.),  в другому – спеціально  побудовані  для  очищення  споруди  (біофільтри,  аєротенки  і  інші  окислювачі  різних  модифікацій)

Біологічне  очищення  стічних  вод  засновано  на  здатності  мікроорганізмів  використовувати  для  живлення  органічні  речовини  (кислоти,  спирти,  білки,  вуглеводи  і  т.д.),  які  є  для  них  джерелом  вуглецю, що знаходяться  в  стічних  водах .  Процес  біологічного  очищення  умовно  розділяють  на  дві  стадії  (протікаючі  одночасно,  але  з різною  швидкістю):  адсорбція із  стічних вод тонкодісперсної і розчиненої  і розчиненої  домішки  органічних  і  неорганічних  речовин  поверхнею  тіла  мікроорганізмів  і  руйнування  адсорбованих  речовин  усередині  клітки  мікроорганізмів  при  протікаючих  в  ній  біохімічних  процесах  (окисленні,  відновленні). [6]

Повне біологічне очищення стічних вод є ефективним способом запобігання забрудненню водоймищ біохімічно розкладаючими органічними сполуками. Суть її полягає в розкладанні органічних речовин, що містяться в побутових і виробничих стічних водах, в результаті життєдіяльності мікроорганізмів і використання як живильний субстрат цими мікроорганізмами багато органічних і деяких неорганічних з'єднань, отриманих в результаті цього розкладання (органічні кислоти, білки, вуглеводи, сірководень, аміак і ін.). початком, що діє, при біохімічному очищенні стічних вод є активний мул, який  є складною екосистемою, до складу якої входить велика кількість мікроорганизмів, як представниками мікрофлори і мікрофауни. Ето—бактерії, актиноміцети, прості, гриби, водорості, коловертки і так далі Бактерії різних видів в активному мулі представлені у вигляді зооглейних скупчень. Кожен вид бактерій, завдяки певному набору ферментів, спеціалізується на тому або іншому типі забруднень.

 

1.4.1  Очищення  стічних  вод  в  природних   умовах

 

 Поля  фільтрації – це  ділянки  землі,  призначені  для  повного  біологічного  очищення  попередньо  освітлених  стічних  вод.  При такому  очищенні  використовується  самоочищаюча  здатність грунту:  найбільш інтенсивно  процес  окислення органічних  забруднень  йде у верхніх шарах грунту  (0,2-0,3 м),  де  дотримується  сприятливий кисневий  режим.   

Землеробські  поля  зрошування – це  спеціально  підготовлені  і  спланерували  ділянки,  на  яких  вирощують  сільськогосподарські  культури,  а  для  зрошування  і  добрива  використовують  стічні  води  після  їх  повного  біологічного  очищення.[3]

Вживання  грунтових  методів очищення  рекомендується  при витратах  стічних  вод  до  5000-10000  м³/сут.  Для полів слід  вибирати  ділянки із  спокійним рельєфом  місцевості.  Природний ухил  на  цих ділянках    не повинен перевищувати  0,02. Рівень  підземних вод  на  території,  що використовується  під  поля,  повинен  знаходитися  на  глибині  не менше  1,5 м  від  поверхні.

  Найбільш  переважно  влаштовувати  поля  на  піщаних  і  супіщаних   грунтах.  Важкі  суглинки  і   глини    не придатні  для   цих  цілей,  оскільки  поля  заболочуються.  Торф'яні  грунти  потребують    попереднього  осушення.

Єство  процесу  біологічного  очищення  стічних  вод  на  полях  полягає  в тому, що стічна  вода,  проходячи  через  фільтруючий  шар  землі,  залишає  в  ній  унаслідок  адсорбції  зважені  і  колоїдні  речовини,  які  з часом  утворюють  в  порах  грунту  мікробіальну  плівку. Ця  плівка  адсорбує  на  своїй  поверхні  колоїдні  і  розчинені  речовини,  що знаходяться  в  стічних  водах,  і  використовуючи  проникаючий  в  пори  кисень  повітря,  окисляє  затримані  органічні,  які  перетворюються  на  слідство  цього  в  мінеральні  з'єднання.

Процес  очищення  в  біологічних  ставках  аналогічний  процесам,  що відбуваються  при  самолікуванні  водоймищ.  Біологічні  ставки  можуть  застосовуватися  як  для  очищення,  так і  для  доочистки  стоків,  що пройшли  біологічне  очищення. 

Біологічне  очищення  стічних  вод  в  ставках  з  природною  аерацією  здійснюють  в  тих  випадках,  коли  БПКполн    не перевищує  200  мг/л,  при  більшій  БПКполн    необхідно  проводити  цей  процес  в  ставках  з  штучною  аерацією.  Якщо  БПКполн  перевищує 500  мг/л,  то  поступаючі  стічні  води  слід  заздалегідь очищати.

_Біологічні  ставки,  влаштовувані  на  нефільтруючих  або  слабофільтруючих  грунтах,  повинні  складатися  не менше ніж  з  двох  паралельно  працюючих  секцій,  що включають  від  двох  до  п'яти  послідовно  розташованих  ступенів.  Ефект  очищення  в  кожному  ступені  слідує  приймати  близько  50-60 %.[2]

 Після  ставків  передбачається  місткість  для  бороніння   в  перебігу  2-2,5  годин.  Обчищені  води  використовують  як  технічна  вода  або  для  зрошування  угідь.

Перевага  біологічних  ставків:  низька  будівельна  вартість,  достатня  якість  очищення,  володіють  буферною  здатністю – приймають  залпові  скидання  стічних  вод,  різкі  коливання  реакції  середовища,  температури    не впливають  значно  на  якість  очищення,  прийнятний  ступінь  знезараження. Недолік  полягає  залежно від  метеорологічних  умов,  необхідності  періодичного  відключення  секцій  для  ремонту  і  видалення  мула.

 

 

 

1.4.2  Очищення  стічних  вод  в  штучних   умовах

Біологічний  фільтр – споруда,  в  якій  стічна  вода  фільтрується  через  завантажувальний  матеріал,  покритий  біологічною плівкою,  утвореною колоніями мікроорганізмів.  Біологічні  фільтри підрозділяються на  біофільтри  періодичної дії (або контактні)  і біофільтри  безперервної  дії.[7]

Контактні біофільтри унаслідок їх малої продуктивності і високої вартості в даний час не застосовують. Біофільтри безперервної дії по їх продуктивності можуть бути у свою чергу підрозділені на біофільтри  краплинні, біофільтри високонавантажувані і баштові. За способом подачі в них повітря і ті і інші можуть бути підрозділені  на біофільтри з природною вентиляцією і штучною вентиляцією (аерофільтри).

Біофільтр  складається  з  наступних  основних  частин:  фільтруючого  завантаження,  поміщеного  в  резервуар  круглої  або  прямокутної  форми  в  плані;  водорозподільного  пристрою,  що забезпечує  рівномірне  зрошування  стічною  водою  поверхні  завантаження  біофільтру;  дренажного  пристрою  для  видалення  води, що профільтрувалася ;  повітророзподільного  пристрою,  за допомогою  якого  поступає  необхідне  для  окислювального  процесу  повітря.  Відпрацьована  і  омертвіла  плівка  змивається  протікаючою  стічною  водою  і  виноситься  з  тіла  біофільтру.

Біофільтри  класифікуються  по  різних  ознаках,  основним  з  яких  є  конструктивна  особливість  завантажувального  матеріалу:  об'ємне  завантаження  (гравій,  шлак,  керамзит,  щебінь  і  ін.)  і  площинне  завантаження  (пластмаси,  асбетоцемент,  кераміка,  метал,  тканини і ін.).

Біофільтри  з  об'ємним  завантаженням  підрозділяють  на  краплинні,  мають крупну  фракцій завантажувального матеріалу 20-30  мм  і висоту  шаруючи завантаження  1-2  м;  високонавантажувані,  з крупною завантажувального  матеріалу  40-60  мм  і  висотою  шаруючи  завантаження  2-4  м;  великої  висоти  (баштові),  з  крупною  завантажувального  матеріалу  60-80  мм  і  висотою  шаруючи  завантаження  8-16  м.  Об'ємний  завантажувальний  матеріал  має  густину  500-1500  кг/м3  і  пористість  40-50%.