Бытовые сточные воды. Источники образования, количество и состав хозяйственнобытовых сточных вод

• Название: Источники образования, количество и состав хозяйственнобытовых сточных вод
• Анкор: Бытовые сточные воды.doc
• Дата: 28.10.2017
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: Бытовые сточные воды.doc
• Тип: Документы; #9893
• Категория: Промышленность. Энергетика
• страница: 4 из 6

Физико-химические методы

Химическое окисление

Удаление из сточных вод остаточных растворенных органических загрязнений может осуществляться с помощью сильных окислителей - озона, хлора, перманганата калия и др.

Озон, являясь сильным окислителем, обладает способностью разрушать в вод­ных растворах при нормальной температуре многие органические вещества.

При озонировании окисляются многие устойчивые к биологическому разруше­нию органические вещества, в том числе "биологически жесткие" ПАВ. Наиболее ин­тенсивно окисление ПАВ протекает при высоком значении рН и повышенной темпера­туре.

С уменьшением концентрации ПАВ в растворе снижается скорость их окисления и особенно резко при концентрации, при которой прекращается пенообразование. При озонировании окисляются как растворенные, так и взвешенные органические вещества, присутствующие в сточной воде. Так как взвешенные вещества можно уда­лить из воды более простыми техническими средствами, для снижения расхода озона целесообразно применять озонирование на завершающей стадии глубокой очистки сточных вод после максимального удаления из воды взвесей.

По сравнению с другими окислителями (например, хлором) озон имеет ряд преимуществ: его можно получать непосредственно на очистных сооружениях, причем сырьем для его получения служит технический кислород или атмосферный воздух, процесс легко поддается автоматизации.

Озонирование, несмотря на относительно высокую стоимость обработки сточ­ных вод, привлекает в первую очередь высокой реакционной способностью, сильным бактерицидным действием, возможностью получения озона на месте, отсутствием в озонируемой воде остаточных концентрациий озона, который, будучи нестойким со­единением, быстро переходит в кислород.

Поэтому озон является перспективным окислителем в технологии глубокой очистки сточных вод.

Окисление органических загрязнений активным хлором в качестве самостоя­тельного метода не может быть рекомендовано из-за образования токсических и кан­церогенных хлорорганических соединений.

Сорбция

Адсорбция, т.е. поглощение загрязнений поверхностью твердого тела. осу­ществляется за счет диффузии молекул органических веществ через жидкостную пленку, окружающую частицы адсорбента, к его поверхности при перемешивании жидкости и далее внутренней диффузии молекул , скорость которой определяется строением ад­сорбента и размером молекул сорбируемого вещества. Сорбцию экономически целесо­образно применять при низких концентрациях загрязнений, т.е. на стадии глубокой очистки. В этом случае в процессе сорбции можно получить близкие к нулевым кон­центрации остаточных загрязнений.

На скорость и эффективность адсорбции влияет структура сорбента, химиче­ская природа и концентрация загрязнений, температура, активная реакция среды. При повышении температуры степень адсорбции снижается, несмотря на увеличение скорости диффузии; снижение величины рН вызывает увеличение сорбции органиче­ских веществ сточных вод; с помощью сорбции можно извлекать из воды биологиче­ски стойкие органические вещества.

Лучшими сорбентами для удаления из воды растворенных органических ве­ществ являются активные угли различных марок, эффективность которых определяется наличием в них микропор.

Суммарный объем микропор активного угля является его основной характери­стикой, которая должна приводиться для каждой марки активного угля. Интересно, что активные угли в первую очередь адсорбируют органические вещества неприродно­го происхождения, а именно: фенолы, спирты, эфиры, кетоны, нефтепродукты, амины, "жесткие" поверхностно-активные вещества, органические красители, различные хлорамины, Этот метод позволяет на стадии глубокой очистки сточных вод снизить кон­центрацию органических соединений на 90-99%.

При сорбции на уголь не должна поступать вода, содержащая взвешенные и кол­лоидные вещества, экранирующие поры активного угля. Уголь, исчерпавший свою сорбционную способность (емкость) регенерируется или полностью заменяется.

Добавление окислителей (озона или хлора) перед подачей воды на угольные фильтры позволяет увеличить срок службы активного угля до его замены, улучшить качество очищенной воды или проводить очистку от соединений азота. При со­вместном проведении сорбции и озонирования происходит синергический эффект. Озон разрушает макромолекулы, а затем активный уголь сорбирует продукты частич­ного разложения в 1,5-3 раза эффективнее, чем без предварительного окисления. Пред­полагается, что при этом происходит, во-первых, деструкция биологически трудно­окисляемых соединений с образованием окисляемых, в результате чего на угольной за­грузке протекают биологические процессы окисления органических веществ, и, во-вторых, в результате воздействия озона на макромолекулы их молекулярный вес и размеры уменьшаются, и они могут сорбироваться в истинных микропорах активного угля. Комбинация методов озонирования и сорбции позволяет снизить в 2-5 раз расхо­ды и озона и активного угля по сравнению только с сорбцией или только с озонирова­нием, а следовательно, и стоимость очистки.

При хлорировании воды с последующей сорбцией на активном угле происходит удаление аммонийного азота. При хлорировании воды, содержащей аммонийный азот, в зависимости от рН, соотношения дозы активного хлора и концентрации аммо­нийного азота образуется смесь монохлораминов, дихлораминов, треххлористого азота, сорбируемых при фильтрации активным углем, и молекулярного азота, уходя­щего в атмосферу.

Основные параметры процесса: доза хлора 8-12 мг/мг NН₄N в зависимости от содержания органических веществ и конечных продуктов реакции с NH₄-N, скорость фильтрования 5-7 м/ч, время контакта с углем 6-10 минут, оптимальный диапазон рН 7-8, полное перемешивание воды с гипохлоритом натрия. Недостатком способа является увеличение концентрации хлоридов в очищенной воде, особенно при обработке сточ­ных вод с относительно высокой концентрацией аммонийного азота; преимуществом - увеличение срока службы угля до замены или регенерации за счет окисления органи­ческих веществ хлором на пористой поверхности угля, более высокая степень очистки от органических веществ, полное обеззараживание воды, удаление аммонийного азота с превращением в молекулярный азот, уходящий в атмосферу.

При использовании в качестве сорбентов оксидов алюминия /17/, природных минералов, содержащих Са и Mg /18/, можно осуществлять удаление из воды соедине­ний фосфора, эффективность которого иногда доходит до 100%. Однако, этот метод разработан слабо, требуется его изучение и определение технологических параметров процесса.

Коагуляция

Коагуляция - процесс нейтрализации отрицательного заряда коллоидных частиц загрязнений, присутствующих в воде, и образование относительно крупных частиц (хлопьев), способных в осаждению. При обработке воды в качестве коагулянтов ис­пользуются соли алюминия, железа, известь.

При введении в воду солей алюминия или железа переход их в гидроокись осуществляется через ряд промежуточных соединений в результате реакции с гидроксильными ионами и полимеризации. Промежуточные продукты гидролиза оказы­ваются более эффективными для удаления загрязнений, чем конечный продукт. Время существования промежуточных продуктов гидролиза очень мало и не превышает 1 с, поэтому так важно обеспечить интенсивное (быстрое) перемешивание для вступления в контакт с коагулянтом наибольшего количества загрязнений до окончания реакции гидролиза и полимеризации. В практике очистки сточных вод это обеспечивается распределением коагулянта в обрабатываемой воде в зоне наибольшей турбулентности потока при времени быстрого смешения 15-30 с и среднем градиенте скорости 200 с. Последующий процесс хлопьеобразования проходит в течение 20-30 мин. Увеличе­ние продолжительности быстрого смешения приводит к разрушению хлопьев и ухуд­шению эффекта осветления воды. Добавление флокулянтов (водорастворимых органи­ческих полимеров неионогенного, анионного и катионного типов, например, полиакриламида, КФ-91 и пр.) в малых дозах 0,5-1 мг/л увеличивает размеры и прочность хлопьев, что повышает эффективность процесса коагуляции.

Реагентная обработка является в настоящее время основным способом удаления из сточных вод соединений фосфора. При введении традиционных минеральных коагу­лянтов: солей двух- и трехвалентного железа, солей алюминия или извести, которые могут применяться самостоятельно или в сочетании с флокулянтами, растворенные соли ортофосфорной кислоты образуют нерастворимые соединения, которые выпада­ют в осадок.

При обработке сточных вод известью образуются трикальций фосфат и гидроксиапатит, выпадающие в осадок, а часть соединений фосфора, в частности поли­фосфаты, сорбируются на поверхности образующегося осадка. Реакция проходит в щелочной среде (рН 10,5-11), поэтому расход извести (200-400 мг/л по СаО) в основ­ном определяется необходимостью поддержания высокого значения рН среды, и перед сбросом очищенной воды в водоем требуется ее нейтрализация. Кроме того, при при­менении извести усложняется эксплуатация сооружений из-за образования карбонат­ных отложений на поверхности трубопроводов и оборудования, а при введении ее в первичные отстойники, т.е. на стадии механической очистки, возможна кольматация осадка.

При обработке сточных вод солями трехвалентного железа и алюминия удале­ние соединений фосфора происходит вследствие выпадения в осадок нерастворимых фосфатов (АlР0₄х2Н₂0; FeP0₄ x2H₂0) и сорбции сложных фосфатов и органических соединений фосфора на хлопьях гидроокисей, образующихся в результате гидролиза солей. В отличии от извести потребная доза солей алюминия или железа для удаления соединений фосфора пропорциональна их концентрации. Теоретически на 1 мг раство­ренного фосфора необходимо 1,8 мг Fe или 0,87 мг А1, однако практически эти дозы должны быть выше, так как часть коагулянта расходуется на осаждение других за­грязнений сточных вод.

Введение коагулянтов может осуществляться на различных ступенях очистки сточных вод: перед первичными отстойниками, аэротенками, вторичными отстойни­ками или флотационными илоотделителями, зернистыми фильтрами. В зависимости от этого изменяется расход коагулянта и конечный эффект очистки.

При биологической очистке сточных вод в аэротенке с введением коагулянтов удаление фосфора происходит в результате образования нерастворимых соединений и микробиальной ассимиляции с последующим их соосаждением с активным илом и удалением вместе с избыточным илом. Данный процесс носит название симультанного (одновременного) осаждения. Он экономичен, легко реализуется даже в условиях действующих станций /19,20/.

На стадии глубокой очистки сточных вод коагуляция в основном используется при реагентном фильтровании (контактная коагуляция), при котором смешение коагу­лянта с водой происходит непосредственно перед фильтрованием. Коагуляция в кон­такте с загрузкой фильтра, в отличии от коагуляции в свободном объеме воды, проте­кает быстрее, требует меньших доз коагулянта, менее чувствительна к температуре во­ды.

Здесь рассмотрены только те физико-химические методы, которые реально применимы в практике очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Но даже эти методы глубокой очистки часто оказываются слишком энергоемкими, трудоемкими и сложными в эксплуатации и не всегда экологически чистыми, так как при их исполь­зовании могут образовываться дополнительные загрязнения, вносимые в очищенную воду или образующиеся осадки.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СООРУЖЕНИЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Извлечение разнородных составляющих сточных вод возможно только по груп­пам загрязняющих веществ на отдельных стадиях очистки, причем в направлении от крупных включений до ионов (известно, что многие тонкие загрязнения вообще не мо­гут быть удалены без предварительного извлечения более грубых). Только при таком подходе можно достичь наивысшей эффективности очистки сточных вод.

Сооружения механической очистки

При механической очистке происходит удаление загрязнений без изменения их первоначальной химической структуры.

Для задержания крупных и плавающих предметов, особенно тряпок, на всех очистных сооружениях устанавливаются решетки, как правило, с прозорами 8-16 мм.

Количество отбросов для решеток составляет при ручной очистке 4-5 л, для ме­ханизированных - до 8 л на одного человека в год. Состав отбросов - в основном бума­га и текстиль, влажность 80-85%.

Отбросы с решеток могут поступать в дробилки и далее перерабатываться со­вместно с осадками очистной станции. В последние годы там, где это возможно, от­бросы собираются в контейнеры и вывозятся на полигоны аналогично бытовому мусо­ру. Такой прием снижает нагрузку на последующие ступени очистных сооружений. Санитарная опасность отбросов соответствует городским твердым бытовым отходам.

Наибольшее распространение в России имеют вертикальные решетки типа РВМ, а также грабли механические МГ. Здания решеток строятся по типовым проектам, разработанным АООТ ЦНИИЭП инженерного оборудования.

В последние годы предлагаются новые конструкции решеток, в частности, струнных, дуговых, ступенчатых. Последние шведской фирмы "Hydropress" имеют фирменное название "Степ Скрин" ("Step Screen") /21/. Решетку образуют пластины, установленные ступенчато и подвижно. Благодаря круговым движениям пластин за­грязнения, задержанные на решетке, поднимаются вверх "шаг за шагом" и на верхней ступени поступают на последующую транспортировку и в сборник. Слой задержанных отбросов выполняет функцию движущегося фильтра для очищаемой воды и таким образом достигается эффект, значительно превосходящий действие прозоров решетки. Решетка "Степ Скрин" имеет высокую пропускную способность, устанавливается в су­ществующем канале или в отдельном блоке.

Для задержания крупных минеральных частиц крупностью свыше 0,2 мм, главным образом песка, служат песколовки. Песок и другие тяжелые частицы при снижении скорости потока воды осаждаются. На очистных сооружениях песколовки при­меняют повсеместно , в противном случае выпадение песка вместе с осадком в после­дующих сооружениях приводит к нарушению их работы, затрудняя удаление осадка.

Применяются песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением, тангенциальные круглые с подачей воды по касательной, аэрируемые.

Горизонтальные песколовки конструктивно являются расширенными каналами, в которых выпадение песка происходит при снижении скорости движения воды до 0,1-0,3 м/с. Песколовки с круговым движением воды отличаются от горизонтальных тем, что движение воды в них происходит по кольцеобразному каналу, а осадок сползает через отверстия желоба в центрально расположенный бункер. Типовые проекты пес­коловок с круговым движением воды выполнены Союзводоканалпроектом.

Тангенциальные песколовки представляют собой круглый резервуар, подача жидкости в который осуществляется по касательной у низа цилиндрической части, чем достигается ее вращательное движение. Осадок выпадает в конусную часть, жидкость поднимается спирально вверх и далее через водослив в отводной лоток.

В аэрируемых песколовках, выполняемых в виде коридорных резервуаров, вдоль одной из стенок по всей длине песколовки устанавливаются аэраторы, через которые подается сжатый воздух, создающий вращательное движение воды, при этом песок частично отмывается от оболочки из органических веществ. Типовые проекты аэри­руемых песколовок разработаны АООТ ЦНИИЭП инженерного оборудования.

Количество задерживаемого в песколовках песка определяется из расчета 0,02 л на одного человека в сутки. Количество песка может увеличиваться в населенных мес­тах, где канализационная сеть и особенно колодцы на ней имеют дефекты или плохо обслуживаются. Влажность песка 60%, зольность достигает 90-98%, объемный вес 1,5 кг/л. Характеристики задержанного песколовкой песка (влажность, зольность) зависят от типа песколовки, режима ее работы и правильно выбранной гидравлической нагруз­ки.

Удаление песка из песколовок осуществляется гидроэлеваторами, шнековыми насосами, при небольшом количестве песка возможно удаление его вручную. Задер­жанный песок транспортируется на песковые площадки для обезвоживания или подает­ся в бункеры для вывоза с очистных сооружений. Песковые площадки должны иметь дренаж, систему отвода воды.

Отстаивание применяют для удаления из сточных вод взвешенных веществ и получения определенного качества осветленной воды. Расчет первичных отстойников осуществляется по кинетике выпадения взвешенных веществ с учетом заданной эффек­тивности осветления сточных вод.

Наиболее широко применяемыми типами отстойников являются горизонталь­ные, радиальные и вертикальные.

Горизонтальный отстойник - прямоугольный резервуар коридорного типа с иловым приямком, расположенным в начале резервуара. Сточная вода движется пря­молинейно и горизонтально. Отстойник оборудован скребковым механизмом, сдви­гающим выпавший осадок к приямку. Осадок из приямка удаляется насосами, гидро­элеваторами, грейферами или под гидростатическим давлением.

Горизонтальные отстойники менее чувствительны по сравнению с другими ти­пами отстойников к гидравлическим перегрузкам и изменениям температуры осветляемой жидкости, коэффициент использования объема - 0,5.

Типовые проекты первичных горизонтальных отстойников со скребками тележечного типа разработаны АООТ ЦНИИЭП инженерного оборудования.

Вертикальные отстойники представляют собой круглые в плане резервуары с коническим днищем или квадратные с днищем в виде пирамидальных приямков. В вертикальных отстойниках сточная жидкость подается в нижнюю часть отстойника, вода движется вертикально вверх, а взвешенные частицы оседают на дно. Для эффек­тивной работы вертикальных отстойников необходимо, чтобы скорость подъема воды была ниже скорости свободного осаждения взвешенных веществ. Вертикальные от­стойники могут отличаться конструкцией впускных и выпускных устройств, от чего зависит коэффициент использования объема отстойника и соответственно его произ­водительность. Наиболее распространенным типом впускного устройства является центральная труба с раструбом и отражательным щитом. Существуют вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим потоком и с периферическим впуском сточной воды, которые дают несколько более высокий эффект осветления. От обычных вертикальных отстойников они отличаются конструкцией впускных и выпускных уст­ройств, которая усложняет эксплуатацию сооружения.

Отстойники с вертикальным движением боды получили довольно большое распространение в практике очистки сточных вод благодаря меньшей необходимой площади и большей высоте, которая обеспечивает некоторый запас в общей верти­кальной схеме очистных сооружений, а также удобству удаления из них осадка, вы­пуск которого из конусной части производится по иловой трубе под гидростатиче­ским давлением.

Вертикальные отстойники используются на небольших станциях производитель­ностью до 20000 м^З/сутки. Коэффициент объемного использования для них принимает­ся 0.35.

Радиальные отстойники выполняются круглыми в плане, сточная вода подает­ся » них по центральной трубе и движется от центра к периферии. Осветленная сточная жидкость отводится через водослив в круговой периферийный лоток. Коэффициент использования объема в радиальных отстойниках 0,45. Осадок из радиального от­стойника удаляется насосами из центрально расположенного илового приямка, куда сдвигается с помощью илоскребов. Радиальные отстойники применяются при произ­водительности очистной станции более 20000м³/сутки.

Типовые проекты радиальных отстойников выполнены МосводоканалНИИпроектом.

Существуют радиальные отстойники с периферийным впуском, обеспечи­вающим поступление сточной воды в зону отстаивания с начальными малыми скоро­стями. Осветленная вода отводится при этом через центральный кольцевой лоток.

Одной из эффективных конструкций отстойника является отстойник с вра­щающимся сборно-распределительным устройством. Подача и отвод воды в этом отстойнике осуществляются с помощью вращающегося спаренного радиального лотка, прикрепленного к ферме илоскреба. Сточная вода выходит из подающего лотка, как из Сегнерова колеса, и находится в покое до совершения лотком полного оборота и по­ступления в сборный лоток. Таким образом, отстаивание сточной воды происходит в условиях, близких к статическим, рационально используется объем, в связи с чем производительность отстойника может быть увеличена на 30-40%, а коэффициент объемного использования может быть принят 0,85.

Тонкослойные отстойники применяются для осветления сточных вод, имею­щих извещенные вещества однородного состава, и поэтому для механической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод практически не используются.

Для осветления небольших количеств (до 10000 м^З/сутки) сточных вод эффек­тивны двухъярусные отстойники. В них происходит выпадение взвешенных веществ, образование и уплотнение выпавшего осадка. Двухъярусные отстойники представляют собой круглые или прямоугольные в плане резервуары, в верхней части которых уста­новлены осадочные желоба. Осадочный желоб работает как горизонтальный отстой­ник, имеющий вместо днища наклонные стенки с продольной щелью, через которую задержанный осадок проваливается из желоба в нижнюю септическую камеру для сбраживания и уплотнения.

Повысить эффективность первичного отстаивания можно предварительной биокоагуляцией или реагентной обработкой.

При предварительной биокоагуляции активный ил из аэротенков добавляется в специальные камеры или зоны отстойников ( первый участок горизонтального, цент­ральная труба в вертикальных и радиальных), предусматриваются аэрируемые отсеки (преаэрация), где происходит смешивание воды и ила и сорбция взвеси на активном иле. При оптимальных параметрах отстаивания это позволяет повысить эффективность удаления взвешенных веществ до 70%, а БПК до 30-40%.

При реагентном отстаивании смешивание сточной воды с реагентом и соб­ственно коагулирование происходит в отдельной камере со специфическим режимом премешивания и определенной продолжительностью хлопьеобразования. Дозы коагу­лянтов (сернокислого алюминия или хлорного железа) зависят от содержания загряз­нений в исходной воде, и обычно составляют 150-250 мг/л. Продолжительность смеше­ния достигает 1-2 мин., продолжительность хлопьеобразования -25-40 мин. При добав­лении коагулянта может исчерпываться щелочной потенциал сточной воды и ухуд­шаться условия коагулирования взвеси. Для оптимизации условий процесса добавля­ют щелочь (раствор извести или соды). При максимальных дозах коагулянтов доза из­вести достигает 100 мг/л ( по СаО). Осаждение происходит в тех же режимах, что при обычном отстаивании. Однако при этом удаляется большая часть органических загряз­нений (до 75%), нефтепродукты и жиры (до 90%), снижается содержание фосфора (до 90%) и тяжелых металлов /22/.