МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Аннотация. В статье рассмотрены три метода очистки сточных вод: механический, биологический и физико-химический. Описаны основные вещества загрязняющие поверхностные воды и их типы. Продемонстрированы некоторые оборудования для биологической очистки сточных вод, а также недостатки.

Ключевые слова: сточные воды, механический способ, биологический, физико-химический методы очистки сточных вод, фильтрование, процеживание, поля фильтрации.

В наше время проблема чистой воды является одной из самых актуальных проблем в мире. Вода – является одним из важнейших возобновляемых ресурсов. В данное время равновесие в природе стремительно нарушается - вода необратимо меняет свое качество, поэтому проблема достаточного количества биологически нетронутой воды резко обострилась. Одной из главных причин ухудшения качества воды является производственная и бытовая деятельность человека, в ходе которой сточные воды сбрасываются в естественные водоемы [1].

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Основные вещества загрязняющие поверхностные воды являются нефтепродукты, фенолы, легко-окисляемые органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный азот и мн. др.

Основные типы загрязнения поверхностных вод:

• механические - такие воды имеют в своем составе нерастворимые примеси различного происхождения.;
• химические - наличие в воде растворенных или взвешенных органических или неорганических соединений, данные примеси могут оказывать токсическое действие;
• бактериальные и биологические - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
• радиоактивные - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
• тепловые - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС [2, с. 8-10].

Исходя из того к какой группе относятся загрязнители, находящиеся в сточных водах, подбирается метод очистки.

Существует множество способов очистки сточных вод

Различают основные способы очистки сточных вод:

• механический;
• физико-химический;
• биологический.

В зависимости от степени вредности и характера загрязнений очистка сточных вод может производиться каким-либо одним или комбинированным способом [3].

Первый – механический способ. Механическим способом избавляются от нерастворимых включений. Данная стадия является предварительной и используются в сочетании с другими способами очистки вод [4]. Механический способ очистки вод включает три этапа:

1. Отстаивание или гравитационная очистка. На данном этапе происходит удаление взвешенных частиц. В ходе отстаивания примеси с большой плотностью, чем у воды, оседают на дно, а легкие – всплывают. К последним можно отнести примеси характерные для стоков промышленных предприятий: жиры, смолы, нефть, масла и др.

При гравитационном методе очистки удается выделить около 80% примесей, поддающихся такой обработке. В среднем это количество составляет всего 60% от общего объема нерастворенных примесей.

Для того чтобы сделать отстаивание эффективным, применяют такие методы как биокоагуляцию и преарэрацию.

2. Фильтрование. Сущность этого способа заключается в очищении сточных вод содержащих большое количество тонкодисперсных примесей. В роли фильтровального материала может выступать песок или гравий.
3. Процеживание. Сточные воды пропускают сквозь решетки из стали, после чего извлекают крупные нерастворимые примеси. Решетки очищают от осадка, а очищенные воды направляют на следующий этап [5].

Для процеживания сточных вод применяют решетки. Они задерживают грубые примеси размером 5 и более мм (крупные, нерастворенные, плавающие загрязнения). Попадание таких отходов в последующие очистные сооружения может привести к засорению труб и каналов, поломке движущихся частей оборудования, т. е. к нарушению нормальной работы. Решетки представляют собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных металлических стержней круглой или чаще прямоугольной формы поперечного сечения (60*10 мм). Стержни устанавливают вертикально или наклонно к потоку под углом 60 – 70^о к горизонту. Ширина прозоров решеток (расстояние между стержнями) составляет 16 мм. Схема решетки представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема решетки

1 – решетка из металлических стержней; 2 – механизм для снятия задержанных решеткой загрязнений; 3 – транспортер для подачи задержанных загрязнений в дробилку [6].

Второй – физико-химический способ. Физико-химический метод используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных и коллоидных частиц (коагуляция, флокуляция, флотация), растворимых газов (десорбция), минеральных диссоциированных в воде примесей (ионный обмен, обратный осмос, выпаривание, кристаллизация), органических растворенных веществ (адсорбция, ректификация, экстракция, ультрафильтрация, первапорация, эвапорация).

Рассмотрим два распространенных способа физико-химического метода очистки сточных вод:

1. Коагуляция;
2. Флотация.

Коагуляция называется процесс, в ходе которого укрупняются мельчайшие коллоидные и диспергированные вещества при их столкновении, происходящие в следствии их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения и химического сродства. Завершается этот процесс отделения агрегатов слипшихся частиц от жидкой фазы, как правило, осаждением [7].

Флотация – это, процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания [8].

Флотацию применяют для удаления из сточных вод диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы методом флотации заключается в образовании комплексов «пузырек-частица», всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.

Третий – это биологический способ. Данный способ очистки основан на способностях микроорганизмов употреблять растворенные органические вещества сточных вод для питания в процессе своей      жизнедеятельности. Часть органических веществ превращается в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы, часть идет на образование биомассы.

Сооружения биологической очистки можно условно разделить на два вида:

1) с очисткой в условиях, близких к естественным;

2) с очисткой в искусственно созданных условиях.

Очистка сточных вод в естественных условиях был известен с древних времен. Этот способ применяется для очистки бытовых и городских сточных вод. Для очистки применяют поля орошения, поля фильтрации и биопруды.

Поля орошения – это подготовленные участки земли для приема предварительно очищенных сточных вод с целью их доочистки.

При использовании метода достигается высокий (до 99%) эффект бактериальной очистки. Однако для полей орошения основной задачей является очистка сточных вод.

Поля фильтрации – это участки, предназначенные только для очистки сточных вод. Их оборудуют на песках, суглинках, супесях. На них происходит распределение и фильтрация сточных вод через почву.

Биопруды – это искусственно созданные водоемы глубиной от 0,5 до 1 м. Их используют в случаях, когда при наличие достаточных площадей отсутствуют хорошо фильтрующие почвы [6].

К недостаткам метода очистки сточных вод в естественных условиях относятся:

• низкая окислительная способность;
• сезонность работы;
• потребность в больших территориях.

Разработка искусственных методов очистки началась в начале прошлого века. Для очистки сточных вод применяют биофильтры и аэротенки.

Биофильтр (рис. 2) это слой фильтрующего материала высотой от 1,5 до 2 м (гравий, щебень, шлак) через который пропускают сточную воду. Примерно через 2-3 недели, на загрузочном материале образуется биопленка толщиной 1-2 мм и более, способная сорбировать на своей поверхности органические вещества. Отличительная особенность биофильтров является то, что фильтрующая загрузка закреплена на неподвижном материале.

Рисунок 2. Схема устройства биофильтра

1 – ограждающая стенка; 2 – горизонтальное дырчатое дно фильтра; 3 – сплошное непроницаемое днище; 4 – загрузка (слой фильтрующего материала); 5 – распределительное устройство для равномерного распределения сточной воды по поверхности.

Сточная вода проходит через толщу фильтрующего материала, дырчатое дно фильтра, а затем поступает через междудонное пространство на непроницаемое днище, откуда отводится по лоткам, расположенным за пределами биофильтра [6].

Биологическая очистка является основным методом обработки городских сточных вод. Существуют аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле и биопленке [9].

 В связи с развивающимися отраслями промышленности, роста населения и населенных пунктов, потребление водных ресурсов неминуемо растет. Именно поэтому особое значение имеет развитие современных методов очистки вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей среды. Таким образом, эффективное удаление всевозможных видов загрязнений из сточных вод позволит обеспечить наиболее благоприятные условия использования водных ресурсов во всех сферах антропогенной деятельности.