Сточные воды и их очистка

Сточные воды — воды, загрязненные производственными и бытовыми от­ходами и удаляемые с территорий (обычно системами канализации). К сточным водам также относят воды, образующиеся в результате атмосфер­ных осадков в пределах территорий населенных мест и предприятий.

В зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик сточные воды подразделяют на три ос­новные категории: а) производствен­но-промышленные; б) бытовые (хо­зяйственно-фекальные); в) атмосфер­ные.

В зависимости от количества при­месей производственные сточные воды подразделяют на загрязненные, подвергаемые перед выпуском в водоем (или перед повторным использова­нием) предварительной очистке, и «условно чистые» (слабозагрязнен­ные), выпускаемые в водоем (или вто­рично используемые в производстве) без обработки. Для приема и отведе­ния сточных вод с территории насе­ленных пунктов и предприятий суще­ствуют системы канализации¹ и кана­лизационные сети. Различают внут­реннюю и наружную канализации.

Внутренняя канализация служит для приема сточных вод (в местах их образования) и отведения их в наруж­ную канализационную сеть. Наружная канализационная сеть включает тру­бопроводы, насосные станции и очист­ные сооружения.

Системы наружной канализацион­ной сети могут быть общесплавными (все категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов) и раздельными (дождевые и «условно чистые» производственные воды уда­ляются по одной сети труб и каналов, а бытовые и производственные — по другой).

¹ От лат. canalis — труба, желоб.

Рис. 26.7. Отстойник-накопитель для очистки производственно-дождевых и поверхностных

вод:

1 — распределительная камера с водосбором; 2 — песколовка для частиц крупностью > 1 мм; 3 — отстойник-накопитель; 4— отстойник для постоянно отбираемого расхода воды; 5—боковой водослив для расхода выше максимального (р > 1); 6— шибер; 7— в водоем; 8— водослив (с шибером) на отметке максимального уровня; 9 — решетка для плавающего мусора; 10— отвод масла; 11 — шланг для отвода воды; 12— шланг для отвода масла; 13— поплавковый водозабор; 14— пандус для бульдозера

Глубина заложения канализацион­ных сетей зависит от глубины промер­зания почвы и должна быть достаточ­ной для предохранения труб от разру­шения наземным транспортом. Для средней полосы России она составля­ет около 2 м.

Выбор материала канализацион­ных труб зависит от состава сточных и грунтовых вод и назначения трубопро­водов (керамические, асбоцементные, бетонные, железобетонные конструк­ции и др.).

Ниже приведен перечень техноло­гий и оборудования, используемых для очистки сточных вод.

Отстаивание — медленное рассло­ение жидкой дисперсной системы на составляющие ее фазы, происходящее под действием силы тяжести. Концен­трированный слой у поверхности, воз­никший при отстаивании, называют сливками; частицы, скопившиеся у дна, образуют осадок. Отстаивание ча­сто сопровождается коагуляцией или флокуляцией. Резервуары или бассей­ны для отстаивания называют отстой­никами. Отстойники (рис. 26.7) очист­ных сооружений делят на первичные (этап механической очистки) и вторичные (отделение активного ила при биологической очистке).

Осветлитель — сооружение для во­доочистки в системе водоснабжения. Служит для удаления из воды взве­шенных примесей и коллоидных за­грязнений путем пропускания воды осветляемой зоны снизу через слой хлопьевидного осадка, выпавшего ра­нее под действием коагулянта. Обыч­ная высота слоя осадка не менее 2 м, защитного слоя осветленной воды над ним — не менее 1,5 м. Избыток осадка отводится через осадкоприемные окна или трубы в осадкоуплотнитель.

Декантация — сливание жидкости с отстоявшегося осадка.

Коагуляция² — слипание частиц при их столкновении в процессе движе­ния. В результате коагуляции образу­ются более крупные (вторичные) час­тицы (это как бы скопление более мелких, первичных частиц; первичные частицы в таких скоплениях соедине­ны силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей дисперсистой среды).

¹ От франц. decanter — сцеживать, сли­вать.

² От лат. coagulatio — свертывание, сгуще­ние.

Коагуляция может завершить­ся слиянием частиц — коалесценцией. Коалесценция — самопроизвольный процесс, который в соответствии с за­конами термодинамики является следствием стремления системы пе­рейти в состояние с более низкой сво­бодной энергией. Для ускорения про­цесса используются различные спосо­бы: повышение температуры (термо­коагуляция), введение коагулирующих веществ (коагулянтов) и др. Мини­мальная концентрация введенного ве­щества, вызывающая коагуляцию, на­зывается порогом коагуляции. Коагуля­ция может наступить и без какого-либо внешнего воздействия на систему (автокоагуляция). Коагуляция широко используется в процессах очистки сточных вод, в борьбе с за­грязнением воздушного пространства. В случаях специального приготовле­ния порошков для технологических целей (например, при вдувании реа­гентов в металл) коагуляция, напро­тив, нежелательна.

Коагулянты — вещества, введение которых в жидкую среду, содержащую мелкие частицы, вызывает коагуля­цию этих частиц. Эффективными коа­гулянтами для систем с водной дис­персионной средой являются соли по­ливалентных металлов (алюминия, железа и др.). В качестве коагулянтов используют также водорастворимые органические высокомолекулярные соединения (полимеры). В отличие от неорганических коагулянтов их иног­да называют флокулянтами.

Коалесценция¹ — слияние капель (или пузырей) при соприкосновении, сопровождающееся укрупнением ка­пель (пузырей) и обусловленное дей­ствием сил межмолекулярного притя­жения. Это самопроизвольный про­цесс, сопровождающийся уменьшени­ем свободной энергии системы. Эмульсии и пены в результате коалес-ценции могут перестать существовать как дисперсные системы и полностью разделиться на две макрофазы: жид­кость - жидкость или жидкость - газ.

'От лат. coalesce — срастаюсь, соединя­юсь.

Отстойники — резервуары или бас­сейны для выделения из жидкости взвешенных примесей осаждением их под действием силы тяжести при по­ниженной скорости потока. Для очис­тки воды в системах оборотного про­мышленного водоснабжения приме­няют обычно радиальные отстойники, оборудованные скребковыми меха­низмами для непрерывного удаления выпавшей взвеси.

Отмучивание — отделение медлен­но оседающих мелких частиц поли­дисперсной суспензии от быстро осе­дающих более крупных и тяжелых час­тиц путем сливания жидкости, содер­жащей еще не осевшие частицы, с отстоявшегося осадка. Обычно осуще­ствляют в последовательно соединен­ных отстойниках (камерах).

Песколовки — устройства для выде­ления из сточных вод механических примесей (главным образом песка); их устанавливают обычно перед отстой­никами. Применяемые горизонталь­ные песколовки представляют собой железобетонные резервуары, в кото­рых вода движется со скоростью 0,15— 0,30 м/с; продолжительность пребыва­ния воды в резервуаре 30—60 с; песок (крупностью 0,25 мм) выпадает под действием силы тяжести.

Нефтеловушки — бетонные или же­лезобетонные резервуары (горизон­тальные отстойники), разделенные продольными стенками на несколько параллельно работающих секций; та­кие устройства позволяют улавливать до 98 % нефтепродуктов.

Жироловки — резервуары для отде­ления и задержания из сточных вод жиров, минеральных масел и др. Жи­ровые вещества, содержащиеся в сточ­ных водах, нарушают работу очистных сооружений; попадая в водоем и по­крывая тонкой пленкой большие пло­щади водной поверхности, затрудняют доступ кислорода и тем самым тормо­зят процессы самоочищения водоема. Наряду с этим жиры и подобные ве­щества являются сырьем, которое мо­жет быть переработано для техничес­ких целей.

Жироловки устанавливают у вы­пусков сточных вод из отдельных зда­ний (заводских столовых, участков, где используют машинные масла, и т. п.). В жироловках (своего рода от­стойниках) скорость потока снижают до ~ 10 м/с; продолжительность пре­бывания сточных вод в них колеблется в широких пределах (от 5 до 15 мин). Задерживаемые жиры удаляются с по­верхности насосами или вакуумными установками; при этом жиры подогре­вают до температуры 45—50 °С.

Флокуляторы, флокуляция¹ — вид коагуляции, при которой мелкие части­цы, находящиеся во взвешенном состо­янии, образуют рыхлые хлопьевидные скопления (флокулы). Эти процессы ускоряются при введении специальных добавок — флокулянтов. Флокулянты (поликремниевая кислота, полиакрила-мид и др.) используют в процессах обез­вреживания и утилизации сточных вод. Образующиеся при флокуляции хло­пья сравнительно легко удаляют отста­иванием или фильтрованием.

Флотаторы, флотация² — процесс разделения мелких твердых частиц, основанный на различии их в смачи­ваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избира­тельно закрепляются на границе раз­дела фаз (обычно газа и воды) и таким образом отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых) частиц. Флота­ция, при которой мелкие частицы вместе с пузырьками газа образуют пену, которая затем удаляется, назы­вается пенной флотацией. Существуют также масляная, пленочная, ионная и другие виды флотации.

Метантенк, или метантанк³, — железобетонный резервуар значитель­ной емкости (до нескольких тысяч ку­бических метров) для биологической переработки (сбраживания) с помо­щью бактерий и других микроорганиз­мов в анаэробных условиях (без досту­па воздуха) органической части осадка сточных вод. Смесь газов, выделяю­щихся при сбраживании, состоит пре­имущественно из метана СН₄ (до 70 %) и СО₂ (до 30 %). Метан обычно сжига­ют в котельной, т. е. используют для получения пара, которым подогревают сбраживаемую массу.

Септик — сооружение для очистки небольших количеств (до 25 м³, реже до 50м³ в сутки) бытовых сточных вод; представляет собой подземный отстой­ник горизонтального типа, состоящий из 1—3 камер, через которые последова­тельно протекает сточная жидкость. Предварительно обработанные (освет­ленные) в септике сточные воды под­вергаются затем биологической очистке либо на полях подземной фильтрации, либо в песчано-гравийных фильтрах. В септиках задерживается до 90 % взве­шенных веществ.

Биологическая очистка заключается в биохимическом разрушении (мине­рализации) микроорганизмами орга­нических веществ (загрязнений орга­нического происхождения), раство­ренных и эмульгированных в сточных водах. Микроорганизмы (бактерии) используют эти вещества как источ­ник питания и энергии для своей жиз­недеятельности. В процессе дыхания микроорганизмов органические веще­ства окисляются. В минерализации органических соединений сточных вод участвуют бактерии, которые в за­висимости от отношения их к кисло­роду делятся на две группы: аэробы (использующие при дыхании раство­ренный в воде кислород) и анаэробы (развивающиеся в отсутствие свобод­ного кислорода)⁵.

Аэробная очистка осуществляется обычно в условиях, близких к есте­ственным (поля орошения, поля филь­трации, биологические пруды и т. д.).

Охлаждение горячих сточных вод после их использования в качестве охлаждающей среды происходит в про­цессе очистки и отстаивания. В тех слу­чаях, когда очистка не нужна, для охлаж­дения обычно используют градирни⁶.

Градирня — в настоящее время этим словом обозначают устройство в системах оборотного водоснабжения для охлаждения воды. Охлаждение происходит в основном за счет испа­рения воды, стекающей по оросителю в виде пленок или капелек (испарение1 % воды понижает ее температуру примерно на 6 °С).

¹ От лат. flocculi — клочья, хлопья.

² От франц. flotation — плавать.

³ От франц. methane — болотный газ и англ, tank— бак, цистерна.

⁴ От англ, septic или греч. septicos — гнило­стный, гнойный.

⁵ От греч. аег — воздух; bios — жизнь; an — отрицательная частица.

⁶ От нем. gradieren — сгущать, выпаривать соляной раствор.

Дезинфекция (обеззараживание) — заключительный этап обработки сточ­ных вод. Наиболее распространенный способ — хлорирование — основан на способности свободного хлора и его соединений угнетать ферментные сис­темы микробов. При хлорировании применяют хлор, диоксид хлора, хлор­амин и хлорную известь. Необходи­мые дозы препарата определяют в за­висимости от конкретной ситуации.