Методы очистки сточных вод и обработки осадков

В зависимости от сущности процессов, протекаю­щих в сооружениях, различают методы механической, физи­ко-химической и биологической очистки сточных вод. В про­цессе очистки сточных вод образуются большие массы осад­ков, которые подвергаются обезвреживанию, обеззаражива­нию, обезвоживанию, сушке и подготавливаются к дальнейше­му использованию. Если по условиям сброса сточных вод в водоем требуется высокая степень очистки, то после сооруже­ний полной биологической очистки сточных вод устраиваются сооружения глубокой очистки (доочистки). В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточ­ными водами» сточные воды после очистки перед сбросом в водоем подвергаются обеззараживанию с целью уничтожения патогенных микроорганизмов.

Сооружения механической очистки сточных вод предна­значены для задержания нерастворенных примесей. К ним относятся решетки, песколовки, отстойники и фильтры раз­личных конструкций.

Решетки и сита предназначены для задержания крупных загрязнений, преимущественно органического происхожде­ния.

Песколовки служат для улавливания примесей минераль­ного происхождения, главным образом песка.

Отстойники предназначены для задержания оседающих и плавающих примесей.

Для очистки некоторых видов производственных сточных вод, содержащих специфические загрязнения, применяются сооружения, называемые жироловками, нефтеловушками, масло- и смолоуловителями.

Для задерживания мелких нерастворенных частиц, содер­жащихся в некоторых видах производственных сточных вод, а также для глубокой очистки городских сточных вод приме­няют сетчатые фильтры и фильтры с зернистой загрузкой.

Сооружения механической очистки сточных вод являют­ся, как правило, предварительной стадией перед биологичес­кой очисткой. Механической очисткой сточных вод можно ограничиться, если по условиям сброса в водоем обеспечивает­ся необходимое качество очистки. Это может быть, если количество сточных вод невелико, а водоем мощный. Возмо­жен также случай, когда после механической очистки произ­водственные сточные воды по своему качеству могут быть повторно использованы в технологических процессах на пред­приятии. При механической очистке городских сточных вод удается задержать до 60% нерастворенных загрязнений.

Физико-химические методы очистки городских сточных вод по экономическим соображениям находят ограниченное применение. Эти методы широко применяются для очистки производственных сточных вод.

К методам физико-химической очистки производственных сточных вод относятся: реагентная очистка, сорбция, экстрак­ция, эвапорация, дегазация, ионный обмен, озонирование, электрофлотация, хлорирование, электродиализ.

Наибольшее распространение находит реагентная очист­ка, при которой в сточные воды вводят коагулянты - серно­кислый алюминий, хлорное железо, сернокислое окисное железо, известь. Вводимые в воду коагулянты образуют хлопья и обеспечивают укрупнение частиц и более полное выделение нерастворенных, коллоидных и частично раство­ренных загрязнений. Реагентные установки для коагулирования состоят из комплекса сооружений, включающего оборудо­вание и емкости для разгрузки реагентов, их складирования, приготовления реагента, дозирования и введения его в воду.

В ряде случаев физико-химическая очистка сточных вод обеспечивает столь глубокое удаление загрязнений, что после­дующая биологическая очистка не требуется.

Биологическая очистка сточных вод основана на жизне­деятельности микроорганизмов, которые окисляют растворен­ные и нерастворенные органические соединения, являющиеся для микроорганизмов источниками питания. Сооружения би­ологической очистки условно могут быть разделены на два вида. К первому виду относятся сооружения, в которых процесс биологической очистки протекает в условиях, близких к естественным. В сооружениях второго вида биологическая очистка протекает в искусственно созданных условиях.

К сооружениям биологической очистки сточных вод в условиях, близких к естественным, относятся поля фильтра­ции и биологические пруды.

Поля фильтрации — это земельные участки, разделенные валиками на карты, на которых происходит равномерное распределение поступающей сточной воды и фильтрация ее через поры грунта. Профильтровавшаяся вода собирается системой дренажных труб и канав и сбрасывается в водоем.

В верхних слоях почвы на частицах грунта образуются колонии аэробных микроорганизмов, способных сорбировать и минерализовать растворенные и нерастворенные органичес­кие загрязнения, содержащиеся в сточных водах. В зависимос­ти от крупности частиц грунта кислород из атмосферы прони­кает в грунт на глубину до 30 см. На большей глубине на частицах грунта образуются колонии анаэробных микроорга­низмов, способных существовать в среде при отсутствии кислорода и также проводящие процесс окисления органичес­ких загрязнений.

Биологические пруды (биопруды) — искусственно со­зданные неглубокие водоемы, в которых происходит биологи­ческая очистка сточных вод, основанная на процессах, проте­кающих при самоочищении водоемов. Очистка сточных вод в биопрудах может происходить в анаэробных и аэробных условиях. Они могут проектироваться как для полной биоло­гической очистки сточных вод, так и для доочистки после сооружений искусственной биологической очистки. Насыще­ние воды в биопрудах кислородом может происходить путем диффундирования его через поверхность воды из атмосферы (реаэрация) или с помощью искусственной аэрации.

Биологическая очистка сточных вод в искусственно со­зданных условиях осуществляется в биологических фильтрах (биофильтрах) или в аэротенках. Эти сооружения могут иметь различное конструктивное оформление и работать по различ­ным технологическим схемам.

Биофильтр представляет собой резервуар с фильтрующим материалом, дренажем и распределительным устройством. Сточ­ная вода с помощью распределительных устройств периодически разливается по поверхности загрузки, профильтровывается и отводится во вторичный отстойник. На поверхности фильтрующей загрузки образуется биологическая пленка (биопленка) — колонии микроорганизмов, способных сорбировать растворен­ные и нерастворенные органические вещества, содержащиеся в фильтруемых сточных водах, и окислять их, получая необходи­мую для своей жизнедеятельности энергию. Отработавшая и омертвевшая биопленка смывается водой, выносится из био­фильтра и задерживается во вторичном отстойнике.

Аэротенк представляет собой резервуар, в котором нахо­дится смесь активного ила и очищаемой сточной воды. Актив­ный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов-мине­рализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха органические ве­щества сточной воды. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов в аэротенк должен непре­рывно поступать кислород воздуха. Из аэротенка иловая смесь (сточная вода и активный ил) поступает во вторичный отстой­ник, где активный ил осаждается, и основная его масса возвращается в аэротенк.

Доочистка сточных вод может потребоваться, если в сточной воде после полной биологической очистки и перед сбросом в водоем необходимо снизить концентрацию загрязне­ний по взвешенным веществам, ВПК, ХПК и др. Кроме того, после доочистки часто сточные воды можно использовать в технологических процессах на предприятиях, в результате чего уменьшается количество сточных вод, сбрасываемых в водоем, и количество свежей воды, забираемой на производ­ственные нужды.

При доочистке сточных вод для удаления главным образом взвешенных веществ широко используется фильтрация через фильтры различных конструкций. Применяют также микро­фильтры, фильтры с плавающей загрузкой, установки пенной флотации.

Для доочистки сточных вод от трудноокисляемых приме­сей используют коагуляционные и сорбционные установки, а также озонаторные установки в сочетании с фильтрами,

Доочистка сточных вод от соединений азота и фосфора необходима в том случае, когда при сбросе их возможно возникновение эвтрофикации водоемов, а также, когда сточ­ные воды направляются в системы оборотного водоснабжения предприятий, в которых возможно биологическое обрастание трубопроводов и аппаратов.

Для удаления из воды соединений фосфора наиболее широко применяют реагентный метод. В качестве реагентов используют известь, сернокислый алюминий и сернокислое железо.

В биологически очищенных сточных водах азот находится в форме нитритов, нитратов и солей аммония. Для удаления из сточных вод соединений азота применяют физико-химичес­кие и биологические методы. К физико-химическим методам относятся: отдувка аммиака, ионный обмен, адсорбция актив­ным углем с предварительным хлорированием, электролиз, озонирование, химическое восстановление, обратный осмос, электродиализ, дистилляция. Биологические методы удале­ния соединений азота — нитрификация и денитрификация.

Дезинфекция сточных вод является заключительным эта­пом их обработки перед сбросом в водоем. Задача дезинфек­ции — уничтожение патогенных микроорганизмов и вирусов, содержащихся в сточной воде- Наибольшее распространение получил способ дезинфекции сточных вод путем введения в воду газообразного хлора или хлорной извести. Применяются также электролизные установки для получения гипохлорита натрия из технической поваренной соли и введения его в воду. Возможно также обеззараживание сточных вод озоном.

Обработка осадков сточных вод, образующихся в процес­се их очистки, заключается в уменьшении их влажности и объема, стабилизации, обеззараживании и подготовке к утили­зации.

При очистке городских сточных вод на решетках задержи­ваются крупные нерастворенные примеси — тряпки, бумага, остатки овощей и пр., которые могут вывозиться на свалки или после дробления направляться в метантенки для дальнейшей переработки — сбраживания органической части.

Песок, задержанный в песколовках, направляется на песковые площадки, где он обезвоживается и затем вывозится для дальнейшего использования.

На станции очистки городских сточных вод в первичных отстойниках выпадает осадок, который перекачивается в ме­тантенки, где происходит его сбраживание.

Во вторичных отстойниках, на станциях с аэротенками, происходит выпадение активного ила. Основная масса задер­жанного ила (циркуляционный или возвратный ил) перекачи­вается в аэротенки и вновь участвует в процессе. Другая, меньшая часть ила (избыточный активный ил) направляется в илоуплотнители, где происходит его уплотнение и объем ила уменьшается в 5-7 раз. Уплотненный избыточный активный ил направляется в метантенки или в аэробные стабилизаторы.

Метантенк - закрытый герметичный резервуар, в кото­ром происходит сбраживание сырого (свежего) осадка из первичных отстойников и уплотненного избыточного активно­го ила. Сбраживание (перегнивание) — процесс переработки органических соединений осадка и ила с помощью анаэробных (существующих в среде без кислорода воздуха) микроорганиз­мов в минеральные соединения.

На станции очистки сточных вод с биофильтрами во вторичных отстойниках выпадает биологическая пленка (би­опленка), выносимая из биофильтров. Она направляется в метантенки для сбраживания без предварительного уплотне­ния.

Альтернативным методом обработки осадков и ила в метантенках (анаэробная стабилизация) является аэробная стабилизация. Она осуществляется в резервуарах, где органи­ческая часть осадка и ила длительное время (в течение нескольких суток) минерализуется аэробными микроорганиз­мами при постоянной продувке воздухом.

Особое место в сооружениях по обработке осадков занима­ют комбинированные сооружения - септики и двухъярусные отстойники, в которых одновременно протекают осветление и сбраживание (перегнивание) выпавшего осадка. Эти сооруже­ния применяются при обработке относительно небольших количеств сточной воды.

Осадки сточных вод, выгружаемые из метантенков, имеют влажность около 97%.

Для существенного уменьшения объема осадков применя­ют их обезвоживание. Обезвоживание осадков осуществляется в естественных условиях (на иловых площадках или в иловых прудах) и искусственных (на вакуум-фильтрах, фильтр-прес­сах, центрифугах). После обезвоживания осадки имеют влаж­ность 55—80% или уменьшаются в объеме в 7—15 раз.

Для дальнейшего уменьшения осадков в объеме проводят их термическую сушку. Для термической сушки осадков применяют аппараты различных конструкций — барабанные, пневматические, ленточные, сушилки со взвешенным слоем, со встроенными струями. После термической сушки осадки имеют гранулированный вид, легко транспортируются. Их влажность 25 - 30%.

В исключительных случаях и при соответствующем техни­ко-экономическом обосновании применяют сжигание осадков, если: они не подлежат дальнейшей утилизации и содержат токсические примеси. При сжигании осадков часто возникает проблема очистки топочных газов перед выбросом их в атмос­феру. Для сжигания осадков применяют камерные, многопо­довые, барабанные и распылительные лечи, а также печи с псевдоожиженным слоем.

Осадки городских сточных вод, если они содержат токсич­ные вещества в концентрациях, не превышающих допустимых, используются в качестве органо-минерального удобрения.

Утилизация осадков сточных вод промышленных пред­приятий предусматривается для извлечения и использования ценных веществ. Осадки минерального происхождения про­мышленных сточных вод могут найти применение в промыш­ленности строительных материалов и в дорожном строитель­стве (заменители керамзита и других материалов, а также как связующий материал при дорожных работах).

6. СХЕМЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Сооружения для очистки сточных вод по высоте, как правило, располагаются таким образом, чтобы вода из одного сооружения в другое поступала самотеком. Сооруже­ния для механической очистки сточных вод составляют пер­вую группу, в которую входят последовательно: решетки, песколовки и отстойники.

Самостоятельную группу составляют сооружения по обра­ботке осадка — метантенки (аэробные стабилизаторы или двухъярусные отстойники для станций малой пропускной способности), иловые площадки или сооружения механичес­кого обезвоживания и сушки осадка.

Ко второй группе относятся сооружения для биологичес­кой очистки, в которых окисляются оставшиеся после механической очистки органические загрязнения. Очистка сточной воды заканчивается процессом обеззараживания.

Выбор метода очистки и подбор состава сооружений представляют собой сложную технико-экономическую задачу изависят от многих факторов: необходимой степени очистки сточных вод, рельефа местности, энергетических факторов, характера грунтов, размера площади для очистных сооруже­ний, расхода сточных вод, мощности водоема и др.

Если сточные воды сбрасываются в реку с большим расходом воды и по расчету необходимой степени очистки сточных вод можно ограничиться толькоих механической очисткой, состав сооружений может быть принят по схеме, приведенной на рис.8.1.

На рис. 8.2 приведена технологическая схема физико-химической очистки сточных вод.

На рис. 8.3 приведена технологическая схема биологичес­кой очистки сточных вод на биофильтрах.

При больших расходах сточных вод наиболее широко применяется технологическая схема, приведенная на рис. 8.4.