Какие существуют способы очистки канализационных стоков

Что это такое и каков принцип работы?

После этапа механической фильтрации (удаления нерастворимых частиц) сточные воды попадают на биологическую очистку.

Принцип основан на способности некоторых микроорганизмов расщеплять органические соединения до простых веществ – воды, углекислого газа, метана, сероводорода. Органика является источником энергии для бактерий и простейших.

Сточные воды включают в себя нитраты, аммиак, аминокислоты – они содержат азот, который обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмов.

Фосфор и калий добывается бактериями из минеральных солей.

Чем больше в сточных водах этих веществ, тем интенсивнее размножение микроорганизмов и эффективнее очистка.

Что это такое?

Биологическая очистка сточных вод – многостадийная процедура удаления из отработанного стока потенциально опасных веществ, реагентов путём их разложения посредством специально выращенных бактерий и иных простейших (одноклеточных) организмов. Биодоочистка – этап, сменяющий на всём процессе очистки стоков механический и физико-химический способы.

Принцип действия – расщепление органики на простейшие газы. Это углекислый газ, водород, окиси азота, аммиак, сероводород. Органические – преимущественно метан, могут встречаться и метанол, уксусная кислота и ацетон. Органические вещества – жиры, углеводы, неразложившиеся белки – исходный реагент, источник питания (а с ним и энергии) для микроорганизмов, применяемых в качестве септических одноклеточных культур.

В стоке имеется приличное количество аминокислот, нитратов, возможно, аммиак, как уже говорилось. Азот, получаемый из данных реагентов, является элементом жизнедеятельности одноклеточных организмов. Помимо азота, из органики бактерии и простейшие выделяют фосфор и калий.

Виды фильтров для очистки воды и схема подключения

Помимо фильтров для грубой и тонкой очистки воды, сегодня можно купить фильтры для биологической очистки, магнитные фильтры и фильтры с обратным осмосом.

Если вода подается из колодцев, то есть необходимость установки биологического фильтра, который удаляет бактерии, микроорганизмы и вирусы. Довольно дорогостоящими являются фильтры с обратным осмосом. Осмос очистка воды схема типовая применяется для очистки питьевой воды, воды для нужд пищевой промышленности, медицины, общепита и других. Она состоит из следующих компонентов:

• подготовка воды;
• организация одноступенчатого осмоса;
• резервуар;
• насосная станция;

Основным элементом обратного осмоса является мембрана. Она состоит из микроскопических ячеек. Данное устройство, в основном используется для очистки воды в крупных предприятиях и офисах. Картриджи необходимо регулярно менять. Функция фильтров с обратным осмосом – смягчение, обеззараживание и очистка воды от железа.  Обычно ко всем фильтрам прилагается подробная инструкция по их установке.

Способы очистки сточных вод

Существует два основных метода очищения бытовых и промышленных стоков – естественный и искусственный. Незначительные объемы жидкости могут очищаться в природных условиях, но в настоящее время большое количество загрязненных вод требует дополнительной обработки. Обычно применяется целый комплекс искусственных способов, а естественное очищение используется в качестве дополнения. Распространенные методы очистки стоков:

• Механический. На этом этапе применяются фильтры и отстаивание воды. Для этого используют специальные решетки, сита и уловители. После первичного очищения жидкость направляется в отстойник, где через некоторое время неорганические вещества выпадают в осадок. Во всех современных системах вода проходит такую стадию очистки, но ее недостаточно для полного удаления всех загрязнений. Химические и биологические компоненты не могут быть устранены таким способом.
• Химический. Он подразумевает применение специальных реагентов, которые реагируют с веществами в составе воды и приводят к выпадению нерастворимого осадка. В результате удается практически полностью избавиться от твердых частичек, а содержание органики снижается незначительным образом.
• Физико-химический. Это комбинация двух предыдущих методов, которая позволяет воздействовать на все типы загрязнений. Чаще всего применяют коагуляцию, экстракцию и электролиз.
• Биологический. Для этого метода нужны микроорганизмы, которые естественным образом очищают воду от органических примесей в процессе своей жизнедеятельности.

Станция для биологического очищенияИсточник kvadrat.ru

Дезинфекция

Практически во всех типах сточных вод находятся опасные патогенные микроорганизмы, поэтому нельзя пренебрегать мероприятиями по дезинфекции.

Посредством специальных установок ультрафиолетового облучения осуществляется окончательное обеззараживание стоков. Эта методика является наиболее безопасной. Кроме нее прибегают к электролизу и хлорированию.

Важно! Хлор активно использовался в качестве обеззараживающего реагента, но из-за его высокой токсичности и возможного вреда на состояние окружающей среды, многие промышленные предприятия стали использовать другие вещества, к примеру, гипохлорит и дезавид.

Классификация сточных вод

Стоки, образующиеся на разных объектах, существенно различаются. Отработанная жидкость с металлургического завода содержит примеси солей металлов, кислот. В канализационных стоках из жилого района преобладают органические загрязнения.

По происхождению сточные воды бывают: хозяйственно-бытовые, производственные и атмосферные. Каждая группа отличается степенью загрязнения и составом.

По степени загрязнения

Для установления степени загрязнения определяют общую концентрацию загрязняющих веществ. Выделяют сточные воды:

• слабозагрязненные (с содержанием примесей 1—500 мг/л);
• среднезагрязненные (с содержанием примесей 500—5000 мг/л);
• сильнозагрязненные (с содержанием примесей 5000—30000 мг/л);
• опасные (с содержанием примесей более 30000 мг/л).

Атмосферные сточные воды относят к слабозагрязнённым. Несут примеси, смытые с дорог и земли. Преобладают минеральные вещества с небольшой частью органики. Они образуются из осадков, в том числе таяния снега. Для их сбора и вывода в городах предусмотрены ливневые канализации. Если этот поток не совмещается с бытовой канализацией, то его очистка не требует больших затрат. Объём атмосферных стоков непостоянен: зависит от климата, сезона и погодных условий.

СПРАВКА! В городах с вредным производством атмосферные сточные воды средне- и даже сильнозагрязнённые.

Уровень загрязнения бытовых потоков зависит от водопотребления . Чем оно выше, тем меньше концентрация примесей, но возрастает объём отводимой жидкости.

Влияние сточных вод на окружающую среду огромно. При попадании в водоемы органических веществ со сточными водами количество растворённого кислорода резко падает. Высокоорганизованные организмы в таких условиях погибают.

По составу

По составу загрязнений сточные воды неоднородны. Они могут содержать неорганические и органические элементы, биологические объекты.

Неорганические примеси: песок, глина, кислоты, соли и щёлочи, шлак.

Органические примеси: физиологические выделения, остатки растительного и животного происхождения (в основном пищевые отходы).

Биологические объекты: плесневые и дрожжевые грибки, водоросли и бактерии. Основной их источник – предприятия пищевой промышленности, особенно связанные с обработкой мяса. Стоки этой категории должны проходить тщательную очистку, так как могут содержать возбудителей опасных инфекций, представляющих угрозу для человека: брюшного тифа, сибирской язвы, дизентерии.

СПРАВКА! Предприятия, сбрасывающие стоки в централизованную канализацию, регулярно отбирают пробы и ежегодно подают декларацию о составе и свойствах сточных вод. При определении ПХБ в сточной воде на организацию налагается высокий штраф. Полихлорированные бифенилы сохраняются в водоёмах и опасны для экосистемы.

По способности к разложению примеси бывают:

• консервативные (не разлагаются, не вступают в химические реакции). Это соли тяжёлых металлов, фенолы, пестициды. Без систем очищения или при поверхностной очистке попадают в водоёмы и формируют осадок на дне;
• неконсервативные (подвергаются окислению или сорбации). При загрязнении этими веществами возможно самоочищение водоёма.

Для очистки от каждого вида примесей действенны различные методы, поэтому определить преобладающий вид загрязнения важно для эффективной работы очистных сооружений. Взвешенные вещества в бытовых сточных водах составляют 20% от числа всех загрязнений

Имеют органическое (белки, жиры и углеводы) и неорганическое происхождение (песок, глина). Они удаляются легче всех других загрязнений: частицы размером 0,05 – 4 мм задерживаются фильтрами

Взвешенные вещества в бытовых сточных водах составляют 20% от числа всех загрязнений. Имеют органическое (белки, жиры и углеводы) и неорганическое происхождение (песок, глина). Они удаляются легче всех других загрязнений: частицы размером 0,05 – 4 мм задерживаются фильтрами.

СПРАВКА! Бытовые стоки, содержащие большое количество азота, после очистки используют для орошения полей. Определение нитратов в воде производят ионометрическим методом.

Какими должны быть промышленные стоки?

В промышленных стоках постоянно содержатся какие-то примеси, способные оказать негативное воздействие на качество работы очистных сооружений, а также задействованной канализационной сети. Режим водопользования нередко нарушается в ситуации, когда отходы сбрасываются в природные водоемы.  Чтобы промышленные стоки не оказывали негативное воздействие на оборудованную канализационную сеть, функциональный режим системы очистки должен соблюдаться с учетом минимальных разрешенных показателей вредных примесей.

Подобное требование должно соблюдаться обязательно в ходе проектирования, возведения и запуска в эксплуатацию новых и отремонтированных промышленных объектов. К тому же на предприятиях нужно использовать технические средства, позволяющие минимизировать количество отходов, а также механизмы повторного водоснабжения.

Когда планируются работы по сбросу стоков в канализационную систему, нужно убедиться, что соблюдаются такие требования:

• Уровень БПК20 не должен превосходить отметку, предусмотренную в конструкторском проекте очистительной системы, применяемой для канализации;
• Состав сточных вод не должен нарушать нормальное функционирование канализационной сети, а также оборудованных очистных конструкций;
• Стоки не должны быть горячими, максимальный допустимый показатель температуры соответствует 40 градусам, а допустимый диапазон уровня PH составляет 6,5 – 9,0;
• В сточных водах не должно содержаться примесей, способных оседать на решетках фильтрации, либо являющихся причиной образования отложений на трубах и в колодцах;
• Не должно быть жестких ПАВ;
• Уровень ХПК стоков не должен быть выше БПК5 больше, чем в 2,5 раз.

Очистку стоков нужно выполнять в ситуации, когда вышеперечисленные требования не выполняются в полном объеме.

Высокотехнологичные методы химической очистки

К высокотехнологическим методам очистки стоков, относятся методы, использующие в своем технологическом цикле новые разработки, позволяющие при помощи специфического оборудования обеспечить очистку от вредных и ядовитых примесей широкого спектра загрязнителей.

Наиболее прогрессивным и перспективным методом очистки выступает метод озонирования стоков. Озон, при попадании в сточные воды воздействует как на органические так и на неорганические вещества, проявляя при этом широкий спектр действия. Озонирование сточных вод позволяет:

• обесцветить жидкость, значительно повысив ее прозрачность;
• проявляет обеззараживающий эффект;
• практически полностью устраняет специфические запахи;
• устраняет сторонние привкусы.

Озонирование применимо при загрязнении воды:

• нефтепродуктами;
• фенолами;
• сероводородными соединениями;
• цианидами и производными от них веществами;
• канцерогенными углеводородами;
• уничтожает пестициды;
• обезвреживает поврехностно-активные вещества.

Вдобавок к этому практически полностью уничтожаются опасные микроорганизмы.

Технологически озонирование как метод очистки может быть реализован как в локальных очистных установках, так и в стационарных станциях очистки.

Использование различных методов химической очистки сточных вод приводит к снижению вредных и опасных для человека и экосистем выбросов веществ от 2 до 5 раз, и сегодня именно химическая очистка позволяет добиться наиболее высокой степени очистки воды.

Процесс очистки сточных вод

Система водоотведения состоит из приёмников сточных вод, внутридомовых и наружных канализационных труб, насосов. Таким путём грязная жидкость поступает на очистные сооружения.

СПРАВКА! Энергию тёплых сточных вод можно использовать для нагрева холодной воды. Рекуператор, который позволит экономить до 5 тысяч рублей в год, можно смастерить своими руками.

Один из способов контроля уровня загрязнённости стоков – вычисление сухого остатка. Сухой остаток в сточных водах определяют, выпаривая пробы и взвешивая количество сухого вещества. Измеряется в мг/л. Для отбора проб применяется не ручной метод, а автоматизированный пробоотборник.

Стоки перед сбросом в водоём обязательно подвергают многоступенчатой очистке в соответствии с требованиями ГОСТ.

Виды очистки:

• механическая;
• биологическая;
• физико-химическая;
• дезинфекция.

Механическая очистка, или фильтрация, позволяет избавиться от нерастворённых веществ. Крупный мусор улавливает решётка. Затем песколовка задерживает тяжёлые частицы, севшие на дно, а жироловка – всплывшие на поверхность (жиры, нефть). Их утилизация производится методами компостирования, сжигания. Затем происходит отстаивание сточных вод в специальных резервуарах – отстойниках.

Для отлавливания мелких взвешенных частиц применяют процеживание сточных вод через тканевые или пористые фильтры.

СПРАВКА! В процессе отстаивания и фильтрования задерживается 60% загрязнений.

Биологическая очистка эффективна для удаления органических примесей. В прудах отстойниках используются аэробные и анаэробные микроорганизмы (бактерии и простейшие). Иначе эту массу называют активным илом или биоплёнкой. Для очищения вод применяют дождевых червей. После биологической очистки ил со дна удаляется, а вода с высоким содержанием азота и фосфора поступает на следующий этап очистки.

Физико-химический метод очистки позволяет удалить растворённые вещества и мелкие взвешенные частицы. Способов несколько:

• аэрация (добавление в воду перекиси водорода или кальция приводит к выделению кислорода. В его присутствии окислительные реакции активней протекают. Очистные станции иногда называют системами аэрации);
• коагуляция (использование реактивов для выделения примесей в виде осадка);
• флотация (использование воздушных потоков, выносящих мусор на поверхность);
• сорбция (сорбентами часто выступают уголь и торф);
• центрифугирование (эффективно разделяются твёрдая и жидкая фракции);
• ионообменная и электрохимическая очистка (таким способом происходит удаление сульфатов и радиоактивных веществ: ртути, свинца, мышьяка и других);
• гиперфильтрация (метод, основанный на использовании мембран и обратном осмосе);
• нейтрализация (с помощью кислот или щелочей восстанавливают нормальный уровень pH 6,5 – 8,5);
• экстракция (органические загрязнители удаляются вместе с экстрагентом);
• озонирование (удаление 99% азота );
• эвапорация (водяной пар забирает из нагретой до 100° C воды летучие вещества);
• выпаривание и кристаллизация (иначе – термическое обессоливание).

Утилизация очищенных сточных вод системы водоснабжения и канализации происходит путём сброса их в водоём или в грунт. В первом случае требования к качеству очистки выше.

Дополнительные виды

Помимо традиционной схемы проведения очистки посредством коагуляции, в которой к сточным водам добавляют коагулирующие реагенты, существуют другие модификации метода.

Электрокоагуляция

Вещество, инициирующее слипание примесных частиц, может быть получено электролизом, Метод, основанный на пропускании тока через загрязненные воды, называется электрокоагуляцией.

Главное требование к технологии заключается в том, что используемый анод должен быть сделан из алюминия или железа. В этом случае при электролизе в раствор переходят катионы металлов, которые с водой образуют гидроксиды, способные вызвать агрегирование.

В первую очередь электрокоагуляция применяется для очистки вод, загрязненных:

• масляными,
• жировыми,
• нефтяными,
• хроматными,
• фосфатными примесями.

Достоинства электролитической технологии очистки заключаются в том, что установка имеет компактный вид, в приготовлении рабочих растворов нет необходимости. Ограничения в применении данного методы вызваны большими затратами электроэнергии и металлических электродов, которые быстро расходуются.

Флокуляция

В некоторых ситуациях процесс слипания частиц грязи идет недостаточно эффективно и быстро, что приводит к необходимости прибегать к флокуляции.

Увеличивают размеры слипающихся частиц,упрощают их последующее отделение флокулянты — вещества, которые хорошо растворяются в воде, перераспределяя при этом заряды на поверхности дисперсных крупиц.

В качестве флокулирующих добавок применяют:

• крахмалы белковые гидролизаты из дрожжей;
• порошки из водорослей; мезгу картофеля;
• жмых или вещества синтетической природы; например полиакриламиды;
• активные формы кремниевой кислоты.

Флокулянты сокращают потребность в коагулянтах, ускоряют процесс слипания. Они могут применяться параллельно с веществами коагулирующего действия или самостоятельно в концентрации, достигающей 1 % при объеме порции 2 мг/л.

В случае, если функцию флокулянтов выполняют побочные продукты каких-либо производств, экономическая эффективность процесса несоизмеримо увеличивается.

Основные методы химической очистки промышленных стоков

Химические методы проведения очистки промышленных стоков сегодня используются  в основном для связывания и удаления из объема технической воды опасных химических элементов и приведения основных параметров таких стоков к нормам, позволяющим в дальнейшем провести обычную биологическую очистку.

Буквально в процессе такой очистки используются основные типы химических реакций:

• Нейтрализация опасных соединений и элементов;
• Окислительная реакция;
• Реакция восстановления химических элементов.

В технологическом цикле очистных сооружений промышленных предприятий химическая очистка применима:

• Для получения очищенной технической воды;
• Очистке стоков производства от химических соединений перед сбросом в канализацию для дальнейшей биологической очистки;
• Извлечения ценных химических элементов для дальнейшей переработки;
•  При проведении доочистки воды в отстойниках для сброса в открытые водоемы.

Химическая очистка сточных вод перед выбросом стоков в канализацию общего назначения, позволяет существенно повысить безопасность и ускорить процесс биоочистки.

Классификация и состав сточных вод

Очистка стоков

Классификация сточных вод включает три основные категории в зависимости от их состава, происхождения и качественных показателей примесей и загрязнений:

• Бытовые, или хозяйственно-фекальные, к которым относятся сточные воды, удаляемые из различных бытовых помещений, таких как туалеты, душевые и ванные комнаты, кухни, прачечные, бани, больницы, столовые и т.д. Основными их загрязнениями являются хозяйственно-бытовые и физиологические отходы, а для их сброса действуют специальные правила приема сточных вод в городскую канализацию;
• Промышленные или производственные, использованные при выполнении разнообразных технологических процессов, таких промывание сырья и продукции, охлаждение оборудования и т.д., а также откачанные на поверхность в процессе добывания полезных ископаемых. Чаще всего промышленные стоки загрязнены производственными отходами, в которых могут содержаться такие вредные и отравляющие вещества, как азот аммонийный в сточных водах, синильная кислота, соли свинца, ртути и меди, фенолы, анилин и т.д., а также отходы, которые могут иметь ценность при использовании в качестве вторичного сырья. Промышленные стоки могут быть разделены на две категории: загрязненные, для которых перед повторным использованием или выпусканием в водоемы производится предварительная очистка сточных вод, и слабозагрязненные или условно чистые, которые не требуют предварительной обработки.
• Атмосферные сточные воды, к которым относятся талые и дождевые воды, а также воды от полива зеленых насаждений и улиц. Данная категория сточных вод содержит в себе в основном загрязнения минерального происхождения и представляет меньшую санитарную опасность, чем производственные и бытовые стоки, поэтому очистка ливневых сточных вод является наименее требовательной процедурой.

Уровень загрязнения сточных вод рассчитывается в зависимости от концентрации в них различных примесей, выражающейся в массе на единицу объема (г/м3 или мг/л).

Бытовые сточные воды являются относительно однообразными по своему составу, а концентрация в них загрязнений зависит от того, какой объем воды расходуется на одного человека, проще говоря – от норм водопотребления.

В зависимости от того, какое значение принимает разбавление сточных вод, загрязнения бытовых стоков подразделяют на следующие категории:

• Нерастворимые, в которых образуются крупные взвеси, размеры частиц в которых превышают 0,1 мм;
• Пены, суспензии и эмульсии, размеры частиц которых составляют от 0,1 мкм до 0,1 мм;
• Коллоидные – размер частиц от 1 нм до 0,1 мкм;
• Растворимые, в состав которых входят молекулярно-дисперсные частицы, размер которых не достигает 1 нм.

Кроме того, отличают органические, минеральные и биологические загрязнения бытовых стоков:

• Минеральные загрязнения включают в себя частицы песка, глины и шлака, растворы солей, щелочей, кислот и прочие вещества.
• Органические загрязнения могут быть как животного, так и растительного происхождения. Растительные загрязнения – это различные остатки плодов, растений и овощей, а также бумага, масла растительные и т.д., характеризующиеся повышенным содержанием углерода. К животным загрязнениям можно отнести различные человеческие и животные физиологические выделения, остатки органической ткани, клейкие вещества и т.д., для которых характерно высокое содержание азота.
• Биологические же загрязнения включают в себя различные грибки (плесневые и дрожжевые), микроорганизмы, водоросли и бактерии, среди которых довольно большое количество возбудителей таких болезней, как паратиф, тиф брюшной, дизентерия, сибирская язва и т.д. Такие загрязнения могут быть характерны не только для бытовых сточных вод, но и для части промышленных стоков, например – отходов мясокомбинатов, скотобоен и т.д. Несмотря на то, что химический состав данных загрязнений является органическим, создаваемая ими при поступлении в водоемы санитарная опасность требует их выделения в отдельную категорию.

В состав бытовых стоков входят следующие загрязнения (значения приведены в процентах от общего числа загрязнений):

• Минеральные вещества – 42%;
• Органические вещества – 58%;
• Взвешенные осаждающиеся вещества – 20%;
• Коллоидные смеси – 10%
• Растворимые вещества – 50%.

Состав промышленных сточных вод и их степень загрязнения могут варьироваться в зависимости от характера конкретного производства и различных условий применения воды в технологическом процессе.

На количество же атмосферных сточных вод существенное влияние оказывает рельеф и климат конкретной местности, а также такие показатели, как характер застройки, вид дорожного покрытия и т.п.

Как выбрать наиболее подходящий объём системы

Современные производители создают локальные станции с различным объёмом. Также дополнительно могут быть установлены дренажные насосы, автоматическая система управления. Покупатель может выбрать материал из которого будут сделаны резервуары.

Для выбора наиболее подходящего объёма следует учесть следующие параметры:

• Количество человек, которые будут проживать в доме. Также необходимо сделать поправку на возможное увеличение людей. Например, приезд родственников, празднование знаменательных чисел, пополнение семейства. Большее количество людей создаёт дополнительную нагрузку на канализационную систему, из-за этого её следует сделать немного больше.
• Включить в расходы воды следует пользование унитазом, душем или ванной, мытье посуды, наведение порядка в помещениях, стирку. В среднем, следуя некоторым нормативным документам на человека в сутки уходит от 200 л до 300 л воды. При установленных фильтрах расход увеличивается, но не на большую цифру, так как каждый член семьи потребляет всего несколько литров в день.
• Умножить суточное потребление воды на количество проживающих людей. При этом необходимо брать максимальные параметры. Например, в семье из трёх человек общее потребление воды за сутки составит 900 л. Этого достаточно для комфортного проживания без постоянной экономии.
• При выборе резервуара следует знать, что его объём должен превосходить суточный расход в несколько раз. Поэтому если пользователь предполагает расходовать 900 л воды в сутки, объём резервуара должен составлять не менее 4 м3. Этого вполне достаточно для правильного функционирования системы без сбоев.

Выбирать объём системы следует заранее, проведя необходимые расчёты. Если станция локальной очистки будет слишком мала, то это приведёт к перебоям в работе. Последствием прекращения функционирования является слишком длительной временной промежуток, за который восстанавливаются полезные микроорганизмы. Устройство начинает работать, слишком отклоняясь от паспортных данных, что приводит к более частым поломкам.