Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические и биохимические. В процессе очистки сточных вод образуются осадки, которые подвергаются обезвреживанию, обеззараживанию, обезвоживанию, сушке, возможна последующая утилизация осадков. Если по условиям сброса сточных вод в водоем, требуется более высокая степень очистки, то после сооружений полной биологической очистки сточных вод устраивают сооружения глубокой очистки. В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» сточные воды после очистки перед сбросом в водоем подвергают обеззараживанию с целью уничтожения патогенных микроорганизмов.
Гидромеханические методы (рис 1). Для очистки сточных вод от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками различных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц производится с помощью специальных граблей.
Рис. 1. Технологическая схема очистной станции с механической очисткой
сточных вод:
1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки; 4 - отстойники; 5 - смесители; б - контактный резервуар; 7 - выпуск; 8 - дробилки; 9 - песковые площадки; 10 - метантенки; 11 - хлораторная; 12 - иловые площадки; 13 - отбросы; 14 - пульпа; 15 - песчаная пульпа; 16 - сырой осадок; 17 - сброженный осадок; 18- дренажная вода; 19 - хлорная вода
Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений с частицами сравнительно больших размеров (0,2...0,25 мм).
Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.
В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного удаления песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаляют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, масла, смолы, жиры) собираются с помощью нефтеловушек, особенностью которых является удаление загрязнений не снизу, как в отстойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70 %).
Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через пористые перегородки или слой песка.
Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода. При концентрации частиц 15... 20 мг/л степень очистки мелких частиц достигает 60 %. Недостатками фильтров являются значительная металлоемкость и сложность системы промывки.
Центрифугирование как метод очистки производится за счет осаждения частиц под действием центробежной силы. С этой целью применяются гидроциклоны. По конфигурации и действию они аналогичны циклонам, используемым для очистки газов от пыли. Степень очистки в гидроциклонах выше (достигает 70%), чем в других аппаратах механической очистки.
Физико-химические методы очистки сточных вод. Приведенные технологические схемы широко распространи в отечественной, так и зарубежной практике, при этом имеются с работающие измененным схемам.
Процесс укрупнения мелких частиц (1... 100 мкм) с последующим удалением их под действием силы тяжести называется коагуляцией. Если удаляются частицы, удельный вес которых ниже удельного веса воды (эмульгированные частицы масел, жира и т.д.), то в этом случае процесс называется флокуляцией. По аналогии с отстойником к нефтеловушкой в коагуляторах и флокуляторах удаление происходит соответственно из нижней или верхней части аппарата. При коагуляции в воду добавляют коагулянты (соли алюминия, железа или их смеси), которые образуют хлопья гидроксидов металлов, осаждающие частицы под действием силы тяжести. В качестве флокулянтов используют крахмал, декстрин, эфир, диоксид кремния.
Флотация применяется для удаления частиц, которые плохо отстаиваются, и для растворенных веществ, в том числе поверхностно-активных, отходов нефтепереработки, производств искусственного волокна, в целлюлозно-бумажном производстве и т.д. Флотацию называют иногда пенным концентрированием. Размер частиц составляет 0,2... 1,5 мм. В качестве пенообразователей в воду добавляют сосновое масло, креозол, фенолы, способствующие прилипанию частиц к пузырькам пены, которая затем выводится из аппарата. Флотация имеет высокую степень очистки (95...98%), снижает концентрацию легкоокисляемых веществ, уменьшает количество бактерий и микроорганизмов. Недостатком флотации является применение экологически вредных веществ (например, фенолов).
Адсорбция используется для глубокой очистки сточных вод от фенолов, пестицидов, ароматических соединений, красителей и т.д. Адсорбция — это прилипание частиц, находящихся в очищаемой среде, к твердым веществам — сорбентам. В качестве сорбентов применяют активированные угли, синтетические сорбенты, некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки). Процесс происходит в адсорбционных установках при перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании ее через слой адсорбента или в кипящем слое. При этом размер частиц сорбента составляет 0,1 мм. Серьезной проблемой является последующая очистка (регенерация) сорбента. Преимуществами адсорбции являются высокая степень очистки (80... 95 %), возможность улавливания токсичных веществ при невысокой их концентрации, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько вредных веществ, а также рекуперация (доиспользование) этих веществ.
Ионный обмен применяется для очистки сточных вод от металлов и соединений мышьяка, фосфора, цианидов и радиоактивных веществ. Он применяется также для обессоливания и подготовки воды для нужд энергетики. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей способностью обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. В качестве твердой фазы (ионитов) применяют алюмосиликаты, силикагели, гидроксиды алюминия, хрома и т.д. Преимуществами ионного обмена являются возможность извлекать ценные вещества из загрязнений, высокая степень очистки, удаление высокотоксичных веществ, в том числе суперэкотоксикантов. Это метод дорогой и требует четкой организации процесса, а также решения вопросов регенерации ионитов.
Экстракция используется при относительно высокой концентрации вредных веществ (фенолов, масел, органических кислот, ионов металлов), которая должна составлять не менее 3 г/л. При меньшей концентрации экономически выгоднее применять адсорбцию. Процесс экстракции включает в себя три стадии: интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем), разделение чистой воды и загрязнений, регенерация загрязнений. Этот метод применяют в том случае, когда стоимость удаляемых веществ (например, ценных металлов) компенсирует затраты на проведение процесса.
Обратный осмос — это процесс фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны. Он происходит на молекулярном уровне и требует значительных затрат, но обеспечивает глубокую очистку от высокотоксичных вредных веществ.
Десорбция, дезодорация и дегазация представляют собой процессы очистки сточных вод от летучих примесей (сероводорода, аммиака, диоксида углерода). Эти процессы проводятся за счет продувки воды воздухом или инертным газом. Дезодорация очищает воду от меркаптанов, аминов, альдегидов; с помощью дегазации из воды удаляют вещества, способствующие коррозии.
Электрохимические методы очистки включают в себя анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлокуляцию и электродиализ.
Как видно из названий, эти процессы происходят при пропускании через сточную воду электрического тока. Общим недостатком методов является большой расход электроэнергии. Электрохимическими методами извлекаются цианиды, роданиды, амины, спирты, сульфиды, меркаптаны. Электродиализ применяется для опреснения соленых вод с использованием ионизированных веществ.
Химические методы очистки сточных вод. При наличии в сточных водах кислоты или щелочи производится их нейтрализация, показатель рН должен находиться в пределах от 6,5 до 8,5. Нейтрализовать сточные воды можно смешением одних вод с другими (кислых с щелочными), добавлением необходимых реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтральные материалы, пропусканием через щелочные воды кислых газов.
Окисление сточных вод производится хлором, перекисью водорода, кислородом воздуха, диоксидом марганца, озоном.
Восстановление используется для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка, для чего в воду вводят сульфит железа, гидросульфит натрия, гидрозин, сероводород или алюминиевую пудру.
Удаление ионов тяжелых металлов производится реагентным методом. Ртуть, хром, кадмий, цинк, свинец, медь и никель удаляются с помощью гидроксидов кальция и натрия, карбонадов и сульфидов натрия, феррохромного шлака и т. п.
Биохимические методы очистки сточных вод. Эти методы основаны на способности некоторых микроорганизмов использовать вредные (чаще всего органические) вещества для своего питания в процессе жизнедеятельности. Контактируя с этими веществами, микробы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Микроорганизмы используются в виде активного ила или биопленки. Биохимическая очистка сточных вод может осуществляться в природных условиях (на полях орошения, в биологических прудах) или в искусственных сооружениях (аэротенках, биофильтрах).
Аэробные процессы очистки происходят с потреблением микробами кислорода, анаэробные — без потребления кислорода в метантенках, где происходит сбраживание с выделением спиртов, кислот, ацетона, углекислого газа, водорода и метана.
При использовании биохимических методов очистки сточных вод возникают проблемы сохранения активного ила (он не выдерживает низкой температуры), а также удаления и рационального использования продуктов процесса (в том числе взрывоопасных метана и водорода). Кроме того, появляется необходимость доочистки твердых осадков.
На рис. 2 приведен пример технологической схемы очистной станции с физико-химической очисткой сточных вод. Вода, прошедшая решетки и песколовки, направляется в смеситель куда в определенных дозах подаются растворы реагентов – минеральных коагулянтов и органических флокулянтов.
Рис. 2. Технологическая схема очистной станции с физико-химической
очисткой сточных вод:
1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки; 4 - смеситель; 5 - камера хлопьеобразования; 6 - горизонтальные отстойники; 7 - барабанные сетки; 8 - фильтры;
9 - контактный резервуар; 10 - выпуск в водоем; 11 - песок; 12 - бункер песка;
13 - приготовление и дозирование реагентов; 14 - осадок; 15 - осадкоуплотнители;
16 - центрифуги; 17 - хлораторная; 18 – шлам; 19- отстоенная вода
При введении в сточную воду минеральных коагулянтов образуются оксигидраты металлов, на которых собираются взвешенные, коллоидные и частично растворенные вещества. Флокулянты укрупняют хлопья оксигидратов и улучшают их структурно-мехнические свойства. После камер хлопьеобразования осадки отделяется от очищенной воды в горизонтальных отстойниках. Для глубокой очистки от взвешенных веществ используются барабанные сетки и двухслойные фильтры или фильтры с восходящим потоком воды. Обеззараженная хлором вода сбрасывается в водоем. Осадок из отстойников уплотняется и обезвоживается на центрифугах.
Термические методы очистки сточных вод. Если другие методы очистки малоэффективны, то производится выпаривание воды. При этом конденсат используется в производстве, а концентрированный раствор из отходов сжигается.
Сжигание концентрированных стоков производится, как правило, в печах с кипящим слоем или в циклонных печах. Разработаны циклонные печи для сжигания отходов полистирола. Извлечение полистирола из сточных вод – это чрезвычайно сложный и дорогой энерготехнологический процесс, а его закачка в скважины связана с загрязнением подземных вод, поэтому стоки сначала выпаривают, а затем сжигают отходы. Процесс необходимо вести при высокой температуре во избежание образования суперэкотоксикантов.
Общая оценка степени очистки сточных вод в зависимости от процесса следующая: гидромеханические методы – 500 … 70 %, физико-химический – 90 … 95 %, химические – 80 … 90%, биохимические – 85 … 95 %.
При выборе оптимального выбора очистки сточных вод необходимо учитывать следующее:
- санитарные и технические требования к качеству очищенных вод с учетом их дальнейшего использования;
- количество сточных вод;
- наличие у предприятия энергетических и материальных ресурсов и производственных площадей, необходимых для очистки воды;
- эффективность процесса обезвреживания отходов производства.
Биологические методы очистки сточных вод. Для очистки коммунально-бытовых промстоков целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий широко используют биологический (биохимический) метод. Метод основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и т. д.). Очистку ведут с помощью естественных (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды и др.) и искусственных методов (аэротенки, метатенки, биофильтры, циркуляционные окислительные каналы).
После осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в железобетонных резервуарах (метантенках), а затем удаляют на иловые площадки для подсушивания (рис. 3). Подсушенный осадок обычно используется как удобрение. Однако в последние годы в сточных водах стали обнаруживаться многие вредные вещества (тяжелые металлы и др.), что исключает такой способ утилизации осадков.
Осветленная часть сточных вод очищается в аэротенках — специальных закрытых резервуарах, по которым медленно пропускают стоки, обогащенные кислородом и смешанные с активным илом. Активный ил представляет собой совокупность гетеротрофных микроорганизмов и мелких беспозвоночных животных (плесени, дрожжей, водных грибов, коловраток и др.), а также твердого субстрата. Важно правильно подбирать температуру, рН, добавки, условия перемешивания, окислитель (кислород), чтобы в максимальной степени способствовать интенсификации гидробиоценоза, составляющего активный ил.
После вторичного отстаивания сточные воды обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора или других сильных окислителей. При этом способе (хлорировании) уничтожаются патогенные бактерии, вирусы, болезнетворные микроорганизмы. В системах очистки сточных вод биологический (биохимический) метод является завершающим и после его применения сточные воды можно использовать в оборотном водоснабжении либо сбрасывать в поверхностные водоемы.
Рис. 3. Схема биологической очистки сточных вод:
1 — решетка; 2 — дробилка; В — песколовка; 4 — песковая площадка; 5 — на планировку; б — иловые площадки; 7 — метантенк; 8 - первичный отстойник; 9 - аэротенк; 10 - вторичный отстойник; 11 - смеситель; 12 - хлораторная; 13 - контактный резервуар; 14 — выпуск
Так же на рис. 4 приведена технологическая схема биологической очистки сточных вод на биофильтрах. Такие схемы используются для расходов сточных вод порядка 10- 20 тыс. м3/сут.
Рис. 4. Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах:
1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки; 4 - первичные отстойники; 5 - биофильтры; 6 - вторичные отстойники; 7 - контактный резервуар; 8 - выпуск; 9 - отбросы; 10 - дробилки; 11 - хлораторная установка; 12 - осадок из первичных отстойников; 13 – биопленка из вторичных отстойников; 14 - песок; 15 - бункер песка; 16- иловые площадки
После сооружений механической очистки (решетки, песколовки и первичные отстойники) вода поступает на биофильтры и затем во вторичные отстойники, в которых задерживается биологическая пленка (биопленка), выносимая водой из биофильтров, далее вода направляется в контактный резервуар, дезинфицируется и сбрасывается в водоем.
Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней взвешенные и коллоидные органические вещества, не осевшие в первичных отстойниках, которые создают биопленку, густо заселенную микроорганизмами. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества и получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а в теле биофильтра увеличивается масса биологической пленки. Отработанная и омартвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.
В последние годы активно разрабатываются новые эффективные методы, способствующие экологизации процессов очистки сточных вод:
- электрохимические методы, основанные на процессах анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции и электрофлотации;
- мембранные процессы очистки (ультрафильтры, электродиализ и др.);
- магнитная обработка, позволяющая улучшить флотацию взвешенных частиц;
- радиационная очистка воды, позволяющая в кратчайшие сроки подвергнуть загрязняющие вещества окислению, коагуляции и разложению;
- озонирование, при котором в сточных водах не образуется веществ, отрицательно воздействующих на естественные биохимические процессы;
- внедрение новых селективных типов сорбентов для избирательного выделения полезных компонентов из сточных вод с целью вторичного использования, и др.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему