Состав и свойства сточных вод

Пресная вода и плодородные почвы, важнейшие для человечества ресурсы, так как это залог производство почти всех продуктов питания. Обилие земельных и водных ресурсов – условие процветания цивилизации. Археологи установили, что упадок многих процветавших древних цивилизаций был вызван не внешними врагами, а медленным экологическим самоубийством – неспособностью сохранять водные и земельные ресурсы. Такая участь постигла почти все цивилизации Латинской Америки и Средиземноморья. Однако, вместо того чтобы усвоить эти уроки прошлого, человечество склонно повторить ошибки в глобальных масштабах. Под натиском быстро растущего населения деградируют водные и земельные ресурсы.

В процессе развития цивилизации невозможно представить жизнь человека без воды. Суточная потребность взрослого человека в воде составляет 35-45 г на 1 кг веса. Однако вода требуется людям не только для физиологических потребностей но и для гигиенических целей (купание, стирка, мытье посуды и помещений), она возвращается в канализацию, и содержит различные загрязняющие вещества- пищевые вещества, СМС, мочевину, фекалии и т. д. ). В экономически развитых странах городской житель использует 300-400 литров воды в сутки.

Неочищенные канализационные стоки- один из главных источников угрозы для здоровья человека, так как люди (и животные) бывают заражены патогенами (болезнетворными бактериями, вирусами и другими паразитами). Зараженные люди и животные могут выделять е экскрементами огромное количество таких патогенов или их яиц. Иногда человек служит переносчиком инфекции, даже не ощущая симптомов заболевания. Если зараженные канализационные стоки попадут в питьевую воду, на источники пищи или в местах для купания, паразиты могут инфицировать многих людей. Чем выше плотность населения, тем вероятнее заражение. Живя и работая в густонаселенных городах, люди становятся чрезвычайно уязвимыми для патогенных организмов.

Канализация, одно из самых древних устройств, облегчающих жизнь человека. Канализация – это система каналов и устройств, предназначенная для отвода ливневой и сточной воды. Благодаря активным раскопкам археологов, у нас есть возможность узнать, как был обустроен быт наших далеких предков. Такие системы как водопровод и канализация были созданы человеком еще в античные времена.

Примечательно, что в начале двадцатого века, во время раскопок античного города Эфеса, знаменитом тем, что в нем находился храм Артемиды, одно из семи чудес света, в непосредственной близости от храмов, дворца императора, на улице жрецов археологи обнаружили общественный туалет. Несмотря на то, что туалет был общественным, обустроен он был на зависть нам сегодняшним. В туалете были мраморные писсуары, за ними была канавка, по которой текли отходы. Канавка эта не была открыта, а накрывалась мраморным козырьком, и явно предназначалась для слива сточных вод, которые из канавки текли в подземный резервуар, где и скапливались нечистоты. Резервуар чистился по мере наполнения. Это очень показательный пример того, что и канализация и очистные сооружения, пусть примитивной конструкции, но зато с великолепной отделкой были известны еще в совсем древние времена.

Первая система водопровода, а значит и стока воды, была известна еще в Древнем Египте. Это устройство было простейшим. А в Древнем Риме, водопровод и канализация имели уже более сложную конструкцию. Система подачи и слива воды представляла собой серьезную инженерную конструкцию, состоящую из акведуков и труб. Эта гидротехническая система учитывала все особенности рельефа местности, по которой проходила, что является огромным достижением для того времени. Стоки направлялись в водоемы. Таким образом, в Древнем Риме, уже использовались и примитивные канализационные насосные станции, и почвенная очистка воды. Некоторые части древнего водопровода в Риме, используются и сейчас. Канализационная система в древности была известна и в Китае, и в Греции, и в Междуречье. Но, как известно, эпоха Античности закончилась из-за нашествия варваров.

В дореволюционной России канализацию имели всего лишь 18 городов с общей протяженностью сетей около 1500 км и пропуском сточных вод около 150 тыс. м /сутки.

За годы Советской власти уровень развития водопроводно-канализационного хозяйства городов значительно вырос.

Системы канализации - это комплекс инженерных сооружений, задачей которых является обеспечить своевременный сбор сточных вод, их быстрое удаление от мест образования за пределы объекта канализования, а также очистку и выпуск этих вод в водоем или на рельеф.

Объектами канализования являются здания и сооружения жилого, общественного, служебного, производственного и технического назначения, оборудованные внутренним водопроводом, а также поверхность территории служебно – технической застройки, жилых и казарменных городков, на которую выпадают атмосферные осадки.

Сточные воды образуются в результате использования водопроводной воды для тех или иных нужд, а также при выпадении атмосферных осадков. Большинство сточных вод имеют различного рода примеси (загрязнения) или после использования для определенных нужд настолько меняют свои физические свойства, что не могут быть использованы повторно.

Бытовые сточные воды содержат значительное количество органических веществ, которые способны быстро загнивать и служить питательной средой для развития различных микроорганизмов, в том числе патогенных (болезнетворных) бактерий.

Производственные или технологические сточные воды могут содержать токсичные примеси, а также радиоактивные вещества, способные оказать пагубное действие на людей, животных и рыб.

Дождевые воды и воды от мытья и поливки улиц насыщены растворенными газами, атмосферной пылью, аэрозолями, мусором, бензином, маслами и другими загрязнениями. При отсутствии достаточных мероприятий по борьбе с загрязнениями в населенных местах неизбежно возникают эпидемии различных заболеваний.

Неочищенные канализационные стоки - один из главных источников угрозы для здоровья человека, так как люди (и животные) бывают заражены патогенами (болезнетворными бактериями, вирусами и другими паразитами).

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

-механическое – повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений

-химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и отражающие молевые сплавы.

Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Очевидно, следует исходить из экологических принципов и рециклизировать отходы. Однако создание однонаправленного потока биогенов имело свои причины. Рециклизация человеческих отходов сопряжена с опасностью «круговорота» и распространения многочисленных болезнетворных бактерий, вирусов и других паразитов. Мы рассмотрим современные способы очистки канализационных стоков и возможности обеспечить в результате этого круговорот биогенов без угрозы для здоровья людей.

2. 2. Классификация и характеристика сточных вод.

Сточными называются воды, использованные для тех или иных нужд и получившие при этом дополнительные примеси (загрязнения), а также воды, стекающие с территории населенных мест в результате выпадений атмосферных осадков.

В зависимости от происхождения, вида и качественной характеристики загрязнений сточные воды подразделяют на три основные категории: бытовые; производственные (технологические); атмосферные или дождевые (ливневые).

К бытовым относят воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, поликлиник, а также хозяйственные воды, получающиеся при мытье помещений. Это воды поступают от жилых и общественных зданий, а также бытовых помещений промышленных предприятий.

К производственным сточным водам относят воды, использованные в технологическом процессе, не отвечающие более требованиям, которые предъявляются этим процессом к их качеству, и подлежащие удалению. Производственные сточные воды разделяют на ряд категорий в зависимости от условий их образования и состава. Условно чистые воды, используемые для охлаждения агрегатов, в системах кондиционирования воздуха, а также сточные воды, образующиеся при обмыве автомашин, на станциях водоочистки и водоподготовки, на военных объектах относятся к категории технологических сточных вод.

Атмосферные или ливневые сточные воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. Их подразделяют на дождевые и талые, получающиеся от таяния льда и снега. Эти воды загрязнены уличным мусором, различным мусором, различного рода отходами и отбросами, насыщены растворенными газами и атмосферной пылью, аэрозолями.

По химическому составу загрязнения сточных вод подразделяются в основном на органические и минеральные. Органические вещества способны быстро загнивать и служить питательной средой для массового развития различных микроорганизмов, в том числе болезнетворных бактерий. Минеральные загрязнения менее опасны в санитарном отношении, чем органические загрязнения.

По физическому состоянию загрязнения делятся в зависимости от степени их дисперсности на растворенные, коллоидные и нерастворенные.

Количество сточных вод, отнесенное к единице времени, называют расходом, выражаемым в кубических метрах в сутки, в кубических метрах в час, кубических метрах в секунду и метрах в секунду.

2. 3. Состав и свойства сточных вод.

Состав и концентрация загрязнений сточных вод населенных мест и военных объектов определяется в основном нормой водоотведения, количеством и характером технологических стоков.

По физическому состоянию загрязнения в сточных водах находятся в виде нерастворимых примесей, коллоидов и растворов.

Нерастворимые примеси находятся в воде в виде крупной взвеси, т. е. частиц с размерами больше десятых долей миллиметра, и в виде суспензий, эмульсии и пены с размерами частиц от десятых долей миллиметра до одной десятой микрона. Такими примесями могут быть частицы песка, грунта, овощей и другие частицы минерального и органического происхождения.

Коллоидные вещества состоят из минеральных и органических частиц размером от 10 до 10 мм.

Растворенные вещества представляют собой растворившиеся в сточных водах минеральные и органические загрязнения, а также газы (сероводород, углекислота и др. ), находящиеся в воде в виде молекулярно – дисперсных частиц с размерами менее 10 мм, которые уже не образуют отдельные фазы, и система становится однофазной- истинным раствором.

По своей природе загрязнения сточных вод делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические.

Большинство видов сточных вод содержат бактериальные и биологические загрязнения, которые представляют собой различные микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе болезнетворные- возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии и др. эти загрязнения на военных объектах свойственны в основном бытовым водам. Ввиду особого взаимодействия с другими видами загрязнений они выделяются в отдельную группу, хотя по своему химическому составу относятся к органическим загрязнениям.

Наибольшую опасность в санитарном отношении представляют органические загрязнения, которые бывают растительного происхождения. К растительным загрязнениям относятся остатки растений, плодов, овощей и злаков, бумага, растительные масла, гуминовые вещества и пр. основным химическим элементом, входящим в состав этих загрязнений, является углерод. К загрязнениям животного происхождения относятся физиологические выделения людей и животных, остатки мускульных и жировых тканей животных, клеевые вещества, органические кислоты и пр. основным химическим элементом этого рода загрязнений является азот.

Органические загрязнения при участии бактерий, наличии тепла и влаги подвергаются сложным физико-химическим и биологическим процессам распада, в результате чего происходит разложение сложных органических веществ с переходом их в более простые соединения, газы и минеральные вещества.

Довольно быстрое окисление органических веществ, содержащих углерод, азот, серу и фосфор с превращением их в минеральные соли, происходит при достаточном доступе кислорода. Если же кислорода недостаточно или доступ его из воздуха затруднен, возникают медленные восстановительные процессы разложения (гниение) с выделением дурно пахнущих газов: метана, углекислоты, аммиака, сероводорода, фосфористого водорода и других.

2. 4. Классификация методов очистки сточных воды.

Современные методы очистки сточных вод практически позволяют полностью очистить воду от загрязнений и довести ее до такого состояния, чтобы она мало отличалась от чистой речной воды.

Методы очистки сточных вод, применяемые в настоящее время, могут быть разделены на три основные группы: механическая, физикохимическая и биохимическая (или биологическая) очистка.

Плавающие и оседающие взвешенные вещества, содержащиеся в сточных водах, задерживаются на сооружениях механической очистки. Этот метод очистки основан на механическом принципе отделения примесей (твердой фазы) от воды (жидкой фазы).

К сооружениям механической очистки относятся: решетки, песколовки, отстойники и бензомаслоуловители.

Биохимические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, способствующих окислению и минерализации органических веществ, находящихся в сточных водах, и позволяют выделить из сточных вод остатки мельчайших взвешенных, а также коллоидных и растворенных примесей. Эти методы обеспечивают наиболее высокую степень очистки.

В зависимости от условий, в которых протекают аэробные биохимические процессы, сооружения для биохимической очистки сточных вод могут быть разделены на два основных типа: 1) сооружения, в которых процесс биохимической очистки происходит в условиях, близких к естественным, как это имеет место в верхних слоях почвы и в водоемах; 2) сооружения, в которых процесс биохимической очистки происходит в искусственно созданных условиях.

К сооружениям первого типа относятся: поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды; к сооружениям второго типа – биологические фильтры и аэротенки.

Физико-химические методы очистки заключаются в том, что к сточным водам добавляются химические реагенты. Вступая в реакцию с находящимися в воде примесями, реагенты способствуют более полному выделению нерастворенных, коллоидных и растворенных веществ; переводят некоторые растворимые вещества в безвредные соединения; изменяют реакцию сточных вод; обесцвечивают окрашенную воду и пр.

К сооружениям физико – химических методов очистки сточных вод относятся: реагентное хозяйство, смесители, камеры реакции, отстойники и пр.

2. 5. Механическая очистка сточных вод.

Механическая очистка производится для выделения из сточных вод оседающих и всплывающих веществ путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задерживания крупных примесей (костей, тряпок, бумаги, щепы, остатков овощей и фруктов и др. ), а также частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различного рода решетки и сита. Для выделения из сточной воды более мелких взвешенных веществ, удельный вес которых отличается от удельного веса воды, применяют отстаивание. При этом тяжелые частицы осаждаются на дно, а более легкие, чем вода (жиры, масла, нефть), всплывают на поверхность.

Загрязнения минерального происхождения (песок, шлак и др. ) улавливаются песколовками.

Основная масса нерастворенных веществ органического происхождения задерживается в отстойниках.

Для удаления плавающих веществ в зависимости от их характера применяют жироловки, бензомаслоуловители и другие сооружения; применяются эти сооружения на военных объектах главным образом для отстаивания сточных вод бань и пунктов для мойки машин перед выпуском их в канализацию или на рельеф.

2. 5. 1. Решетки.

Решетки в составе очистных сооружений устраиваются как при самотечном, так и при напорном поступлении сточных вод на очистную станцию. Они применяются, как уже указывалось, для задержания из сточных вод крупных примесей.

Решетки подразделяются на неподвижные, подвижные и совмещенные с дробилками. В настоящее время наибольшее распространение имеют неподвижные решетки.

По способу очистки от задержанных примесей решетки подразделяются на простейшие, которые очищаются ручным способом, и механизированные, очищаемые при помощи различных механических приспособлений. Ручная очистка решетки допускается на небольших очистных станциях при количестве отбросов менее 0,1 м /сутки.

2. 5. 2. Песколовки.

Песколовки предназначаются для удаления из сточных вод тяжелых минеральных примесей (в основном песка). Необходимость предварительного выделения минеральных примесей обуславливается тем, что при раздельном выделении минеральных и органических загрязнений значительно облегчаются условия эксплуатации других очистных сооружений (отстойников, метантенков и др. ) при дальнейшей очистке сточных вод.

На практике применяются различные конструкции песколовок: горизонтальные, вертикальные, щелевые, с круговым потоком и др. Однако наибольшее распространение получили горизонтальные песколовки с прямолинейным и круговым движением воды.

Принцип действия песколовок основан на использовании гравитационных сил. Скорость движения воды в песколовке должна быть такой, чтобы в ней выпадал песок и другие минеральные частицы, но не выпадал легкий осадок органического происхождения.

Обычно в песколовках задерживается песок с гидравлической крупностью 18,7-24,2 мм/сек (песок крупность 0,2-0,25 мм).

Осевший на дно песколовки песок сдвигается к бункеру (приямку), расположенному в начале сооружения. Из бункера песок удаляется при помощи гидроэлеватора или вручную.

В песколовке с круговым движением воды и в вертикальных песколовках выпадающий осадок скапливается в конической части песколовки и откачивается при помощи гидроэлеватора, расположенного в центре песколовки.

Скорость движения воды в песколовках не должна выходить из определенных пределов, так как с увеличением скорости будут выносить вместе с водой более крупные и тяжелые частицы, а с уменьшением скорости более мелкие и легкие частицы будут выпадать в осадок, что крайне нежелательно.

2. 5. 3. Отстойники.

Отстойники предназначены для выделения из сточной жидкости нераспространенных и частично коллоидных загрязнений преимущественно органического происхождения. В отстойниках выделяются как всплывающие, так и тонущие вещества.

В зависимости от назначения в технологической схеме очистной станции отстойники подразделяются на первичные и вторичные. Первичными называются те отстойники, которые устанавливают перед сооружениями для биологической очистки сточных вод. Вторичные отстойники устанавливают для осветления сточных вод, прошедших биологическую очистку.

По режиму работы различаются отстойники периодического действия, или контактные, в которых отстаивание жидкости происходит в покое (без движения), и отстойники непрерывного действия, или проточные, в которых отстаивание происходит при медленном движении жидкости. Теперь отстойники периодического действия применяют только для обработки небольших количеств сточных вод, поступающих периодически.

Горизонтальный отстойник представляет собой резервуар, имеющий в плане форму вытянутого прямоугольника. Обычно строят отстойники из нескольких отделений (двух и более), чтобы при чистке или ремонте одного из них не выключать из работы весь отстойник.

Сточная вода подводится в торцевую (переднюю) часть, проходит вдоль отстойника до противоположного конца и осветленная сливается в отводной канал.

Выпадение взвешенных частиц происходит с момента поступления сточной жидкости в отстойник, при этом в начале отстойника выпадают более крупные частицы, имеющие большую скорость и выпадения. Очевидно, в отстойнике будут задержаны все частицы, успевшие осесть на дно за период пребывания в нем сточной жидкости, т. е. те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника (в пределах его длины). Более мелкие частицы, скорость выпадения которых меньше и , будут выноситься водой.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный в плане резервуар с коническим днищем.

Сточная жидкость подводится к низу рабочей части отстойника по центральной трубе. После выхода из трубы сточная жидкость меняет направление движения и медленно поднимается вверх к сливным желобам, по которым поступает в отводной лоток. Во время движения сточной жидкости по отстойнику из нее выпадают нерастворенные вещества, удельный вес которых больше удельного веса жидкости.

Вертикальные отстойники имеют серьезные преимущества по сравнению с горизонтальными; к числу их относятся удобство удаления ила и меньшая площадь, занимаемая сооружением. Однако они имеют и ряд недостатков. К их числу можно отнести: а) большую высоту (глубину), что повышает стоимость их строительства, особенно при наличии грунтовых вод; б) необходимость строительства большого числа отстойников, так как диаметр их не превышает 10 м.

Первичные отстойники практически могут обеспечить эффект осветления жидкости не более чем на 60% при благоприятных условиях работы. Чаще эффект осветления колеблется в пределах 30-50%. Эффективность отстаивания может быть повышена в результате применения кратковременной предварительной аэрации сточных вод.

Предварительная аэрация состоит в том, что сточную жидкость перед отстойниками предварительно продувают воздухом в течение 10-20 мин; расход воздуха составляет около 0,5 м на один кубический метр аэрированной сточной жидкости.

В процессе аэрации мельчайших частиц нерастворенных примесей в сточной жидкости, удельный вес которых мало отличается от удельного веса самой жидкости. В результате эти частицы изменяют свою гидравлическую крупность и быстрее оседают при последующем отстаивании.

Простая аэрация малоэффективна; она улучшает эффект осветления сточных вод в первичных отстойниках на 5-8%. Однако аэрация хорошо подготавливает жидкость к последующей биологической очистке.

2. 6. Биологическая очистка сточных вод.

Биологические методы очистки сточных вод основаны на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в коллоидном и растворенном состоянии. Биологическим методом удается почти полностью освободиться от органических загрязнений, остающихся в сточной воде после механической очистки. Очищенная вода становится незагнивающей, насыщенной кислородом.

В зависимости от условий, в которых протекают аэробные биохимические процессы, сооружения биологической очистки делятся на две группы: 1) сооружения, в которых процесс биологической очистки происходит в условиях, близких к естественным, как это имеет место в верхних слоях почвы и водоемах; 2) сооружения, в которых процесс биологической очистки происходит в искусственно созданных условиях.

К сооружениям для биологической очистки в естественных условиях относятся: поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды.

Для биологической очистки сточных вод в искусственных условиях применяются биологические фильтры и аэротенки.

2. 6. 1. Аэротенки.

Аэротенк представляет собой длинный железобетонный резервуар шириной 3-10 м и глубиной 3-5 м, в котором медленно протекает смесь активного ила и предварительно отстоенной сточной воды. Для пополнения запасов кислорода, необходимого для жизни микроорганизмов и поддержания активного ила во взвешенном состоянии, в аэротенк постоянно подается сжатый воздух или производится непрерывное перемешивание смеси воды и ила, тогда кислород поступает за счет естественной диффузии его из воздуха через водную поверхность.

В практике чаще всего производится подача сжатого воздуха, и таким путем успешно решаются обе задачи: перемешивание активного ила и сточной жидкости и поддержание кислородного режима в аэротенке.

Отличительной особенностью аэротенка как сооружения биологической очистки является возможность регулировки процесса очистки с добавлением ее до необходимой по местным условиям степени. Чем длительнее процессы аэрации и больше воздуха и активного ила, тем полнее достигается очистка сточных вод.

Сточная вода, прошедшая аэротенк, поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение активного ила от очищенной сточной воды. Ил из вторичного отстойника возвращается в аэротенк и снова участвует в процессе очистки. Этот ил называется циркуляционным. Однако в процессе окисления им органических веществ количество ила в связи с ростом микроорганизмов и наличия органических загрязнений непрерывно возрастает. Избыточный активный ил направляется в первичный отстойник и последующая обработка его производится совместно с илом из первичного отстойника.

Процесс биохимического окисления органических веществ в аэротенке идет в три фазы. В первой происходит адсорбция органических веществ активным илом и окисление легкоокисляющейся их части, в результате чего БПК сточной жидкости быстро падает. На этой стадии процесса скорость потребления кислорода наибольшая.

Во второй фазе происходит регенерация активного ила, т. е. восстановление его сорбирующей способности, а также доокисление медленно окисляющихся растворенных органических веществ. Поступающий в этой фазе кислород обычно потребляется медленнее, чем в первой.

В третьей фазе начинается нитрификация аммонийных солей и скорость потребления кислорода вновь возрастает.

Если по местным санитарным условиям сточная жидкость может быть спущена в водоем без полной ее очистки, то аэротенк может быть рассчитан на продолжительность пребывания в нем воды в соответствии с первой фазой окисления. В этом случае требуется дополнительная аэрация активного ила в регенераторе. Необходимый для нормальное работы аэротенков воздух подается компрессорами или воздуходувками под соответсвующим давлением по металлическим воздуховодам.

В аэротенке воздух распределяется либо по дырчатым трубам, либо через пористые, так называемые фильтросные пластины, или диффузоры, а также опускными трубами с большими отверстиями.

2. 6. 2. Вторичные отстойники и илоуплотнители.

Для выделения активного ила, поступающего вместе с очищенной сточной водой из аэротенков, или биологической пленки и разрушенного материала загрузки, поступающих с водой из биофильтров, применяют вторичные отстойники, бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Для биологических станций небольшой производительности обычно применяют вертикальные вторичные отстойники, для больших и средних станций- горизонтальные и радиальные.

Вертикальные вторичные отстойники конструктивно отличаются от первичных отстойников лишь тем, что они имеют меньшую высоту. Расчет вторичных отстойников производится аналогично расчету первичных, но при этом продолжительность отстаивания и расчетная скорость движения сточных вод принимаются в зависимости от назначения отстойников.

Активный ил, осаждающийся во вторичном отстойнике, снова перекачивается в аэротенк. Количество этого циркуляционного активного ила составляет 30-70% среднего притока сточной жидкости. Избыточный активный ил, имеющий влажность 99-99,2%, направляется на обработку с целью дальнейшего использования.

2. 6. 3. Биологические пруды.

Биологические (очистительные) пруды представляют собой искусственно созданные водоемы для биологической очистки сточных вод, основанной на процессах, которые происходят при самоочищении водоемов.

Пруды могут быть использованы в качестве самостоятельных очистных сооружений и для доочистки сточных вод в сочетании с другими очистными сооружениями в районах со среднегодовой температурой воздуха более

Пруды делают небольшой глубины - от 0,6 до 1 м, что позволяет создать значительную поверхность соприкосновения воды с воздухом и благоприятные условия для насыщения воды кислородом.

Напуск сточной жидкости и отвод очищенных вод из прудов делаются рассредоточенными. Дно прудов должно иметь небольшой уклон в строну водосливных сооружений для возможности полного опорожнения прудов.

Сточные воды, прошедшие биологические пруды, выпускаются в водоем, а также могут быть использованы для орошения.

В зимний период производится намораживание сточной жидкости. В это время процесс окисления органических веществ почти полностью прекращается.

Срок пребывания сточных вод в прудах до 30 дней, а в прудах с разбавлением речной водой-8-12 дней.

Пруды с разбавлением можно использовать для выращивания рыб. Пруды без разбавления могут быть одноступенчатыми, многоступенчатыми или серийными.

В ступенчатых прудах (обычно устраивают 4-5 ступеней) сточная вода, проходя последовательно все ступени, становятся настолько чистой, что нижние ступени могут быть также использованы для разведения рыб, главным образом карпа. При разведении рыб ранней весной в пруд выпускают мальков, и к концу осеннего периода прирост рыбы составляет до 800 кг на один гектар.

Наличие в воде большого количества питательных веществ способствует интенсивному росту водорослей (ряски). Для борьбы с ними желательно разведение на рыбоводных прудах уток, для которых ряска является хорошим кормом.

При очистительных прудах получается более полное использование земельных участков, чем при полях орошения или полях подземной фильтрации. Кроме того, пруды могут быть устроены на таких почвах, которые не пригодны для полей.

2. 6. 4. Биофильтры.

Биологические фильтры относятся к сооружениям интенсивной биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях. Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом (загрузкой), уложенным на дырчатое днище (дренажное устройство) и орошаемым сточными водами. По форме в плане биофильтры бывают круглые и прямоугольные.

Проходя через загрузочный фильтрующий материал, сточная жидкость оставляет вследствие адсорбации на поверхности зерен загрузки нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества. На поверхности зерен загрузки образуется биологическая пленка, густо заселенная колониями аэробных микроорганизмов. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из жидкости растворенные органические вещества и в процессе своей жизнедеятельности окисляют их, превращая их в минеральные соединения.

Часть органических веществ микроорганизмы используют в качестве пластического материала для увеличения своей массы и таким образом происходит прирост биологической пленки.

2. 7. Дезинфекция сточных вод перед выпуском их в водоем.

Дезинфекция (обеззараживание) сточных вод производится для уничтожения содержащихся в них патогенных (болезнетворных) микробов и устранения опасности заражения этими микробами водоемов при спуске в них сточных вод.

Обеззараживание сточных вод может осуществляться различными способами: хлорированием водных раствором газообразного хлора или хлорной извести, облучением ультрафиолетовыми (бактерицидными) лучами, электролизом, озонированием и ультразвуковыми колебаниями. Однако наибольшее распространение получило хлорирование.

Взаимодействие газообразного хлора с водой протекает по уравнению

CI2 + H2O = HCI + HCIО.

Хлор вода соляная к-та хлорноватистая к-та

Хлорноватистая кислота HCIО неустойчива и легко распадается, выделяя атом кислорода

HCIО = HCI + «O» хлорноватистая к-та соляная к-та атом кислорода

Сущность обеззараживания заключается в том, что освобождающийся атом кислорода окисляет вещества, входящие в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего микробы гибнут. Кроме того, на бактериальную клетку непосредственно действует хлор и, соединяясь с веществами, входящими в ее протоплазму, вызывает гибель бактерий. Наиболее чувствительны к хлору бациллы брюшного тифа, холеры и дезинфекции, однако единичные микробы (холорорезистентные особи) сохраняют свою жизнеспособность.

При дезинфекции сточных вод хлорной известью процесс обеззараживания происходит так же, как и при дезинфекции газообразным хлором. В этом случае реакция хлорной извести с водой протекает по следующему уравнению:

2Ca(CIO3 )2 + 2H2 O → Ca(OH)2 + 2HCIO + CaCI2.

хлорад кальция вода гидроксид кальция хлорноватистая к-та хлорид кальция

Бактерицидный эффект хлора при дезинфекции сточных вод зависит от начальной дозы хлора и продолжительности контакта его с водой.

При нормальном атмосферном давлении и обычной температуре хлор представляет собой газ желто-зеленого цвета с резким запахом. Он в 2,45 раза тяжелее воздуха. Вдыхание большого количества хлора вызывает удушье и может привести к смертельному исходу. В одном объеме воды растворяется при обычных условиях около 2,5 объема хлора. Водный раствор хлора называют хлорной водой.

Хлор-газ сжижается охлаждением до температуры -34 С при нормальном атмосферном давлении или посредством сжатия его до давления 5-7 ати при температуре 15-20 С.

Транспортируется хлор в жидком виде обычно в стандартных стальных баллонах емкостью 25 л, а для станций большой производительности – в стальных бочках или цистернах. Баллоны рассчитаны на рабочее давление 30 ати, бочки – 15 ати. Давление внутри баллона с жидким хлором зависит от наружной температуры; например, при температуре 18 С давление равно 5 ати.

При работе хлораторной жидкий хлор из баллонов, установленных на весах, через сифонные трубки, которыми снабжены баллоны, поступает по хлорпроводу к дозатору. Так как в хлоратор должен подаваться только газообразный хлор, хлоропровод, идущий к дозатору, присоединяют к промежуточному баллону. В качестве промежуточного баллона может быть использован обычный хлорный или кислородный баллон, снабженный вентилями для впуска жидкого и выпуска газообразного хлора. Промежуточный баллон служит для испарения жидкого хлора и задержания возможных загрязнений, имеющихся в хлоре.

Хлор- газ из промежуточного баллона поступает в хлоратор при давлении 5-7 ати (в зависимости от температуры окружающей среды). В редукционном клапане давления его снижает до 0,2 ати.

Количество хлора в килограммах в час, поступающего в смеситель, определяется при помощи измерителя (ротаметра). Указателем проходящего через него газа является поплавок, находящийся в стеклянной трубке. После измерителя хлор поступает в смеситель.

3. Практическая часть.

3. 1. Технологический процесс очистки сточных вод п. Первомайский

Очистная станция находится юго - западнее от п. Первомайский на расстоянии 1,5 км и 2,5 км от р. Сивушка (приток р. Донгуз). Очистная станция введена в эксплуатацию в 1991 году.

Производственная мощность- очистка канализационных вод 4,2 тыс км /сутки.

Сточные воды от п. Первомайский поступают в канализационный коллектор, оттуда с помощью насосов подаются на предочистку.

Технологический процесс очистки сточных вод включает в себя III стадии:

I стадия – механическая очистка

II стадия – биологическая очистка

III стадия – дезинфекция воды

Механическая очистка осуществляется методом отстоя- протекания в приемной камере, песколовке и первичном отстойнике.

I стадия. Предочистка.

Мусор и песок засоряют систему канализации и тормозят дальнейшую очистку стоков. Поэтому их устранение считается предварительным этапом. От мусора избавляются пропуская исходные стоки через стержневую решетку, т. е. ряд стержней, расположенных на расстоянии около 2,5 см друг от друга. Затем мусор механически собирают с решетки и отправляют в специальную печь для сжигания.

Очищенная от мусора вода поступает в песколовку. Вертикальная песколовка представляет собой вертикальный цилиндрический резервуар с коническим днищем. Вода попадает в песколовку замедляет свое движение настолько, что песок оседает, затем он механически извлекается оттуда и вывозится на иловую площадку- образуется ил – сырец.

Первичная очистка осуществляется в первичных отстойниках, которые представляют собой резервуар прямоугольной формы. Вода здесь в течение нескольких часов отстаивается почти неподвижно. Это позволяет самым тяжелым частицам органического вещества, составляет примерно 30-50% от общей массы оседает на дно, откуда их собирают. В то же самое время жировые и маслянистые вещества всплывают к поверхности и их собирают специальные жироловки (сито).

II стадия. Биологическая очистка

Таким образом сточная вода прошедшая предварительную очистку следует на биологическую чистку в аэротенки (вторичная очистка).

Аэротенки представляют собой длинные железобетонные резервуары прямоугольного сечения (глубиной до 5 м) и через которые проходит смесь аэрируемого активного ила, который представляет собой хлопья ила богато заселнный микроорганизмами-минерализаторами, способные адсорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточных вод. Вода находится в аэротенках в течение 2-3 часов, по наблюдениям активность ила наблюдается в первые 30 мин аэрации.

(NH4 )2 CO + 3O2 → 2HNO2 + CO2 ↑

Мочевина кислород азотистая к-та углекислый газ

2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2 O

Аммиак кислород азотистая к-та вода

2HNO2 +O → 2HNO3 азотистая к-та азотная к-та

Процесс очистки сточных вод в аэротенках может быть представлена в виде следующей реакции:

CхHуOz + O2 → xCO2 + ½ yH2 O

Органическое в-во кислород углекислый газ вода

Вода очищается от органических веществ на 90-95%.

Излишки активного ила, накапливающийся в процессе размножения организмов, объединяется с илом – сырцом и в дальнейшем обрабатывают вместе.

III стадия. Дезинфекция.

Какой бы тщательной очистке не подвергались сточные воды их все равно дезинфицируют хлором, чтобы уничтожить все патогенные (т. е. болезнетворные) организмы,которые могли выжить. После аэротенка очищенная сточная вода подается в биологический пруд.

Биологический пруд- огромный резервуар глубиной до 1 м в котором вода нагревается некоторое время под воздействием солнечных лучей и в природных условиях происходит естественное окисление органических веществ. С биологического пруда сливается в специальный колодец и выходит в ручей диной 2,5 км. Вода по нему проходит до реки Сивушка, где смешивается с природной водой , концентрация иогенов становится допустимой.

Вода прошедшая техническое обслуживание (очистку) на водоочистной станции соответствует санитарно - эпидемиологическим нормам.

3. 2. Лабораторный анализ: «Качественное определение содержания азота аммонийного (мочевины) в сточных водах».

Оборудование: Образцы проб сточной воды до и после очистки, две мензурки (50мл), реактив Несслера, пипетки.

Что делали Что наблюдали Вывод

Для анализа были взяты образцы сточной I проба- наблюдается интенсивное желтое - Наличие желтого окрашивания свидетельствует о воды- до входа и после выхода из системы окрашивание. содержании мочевины.

очистки: - Более светлая окрашивание второго образца

I проба – из первичного отстойника II проба- незначительное желтое окрашивание. свидетельствует об

II проба – из вторичного отстойника уменьшении концентрации мочевины.

В 2 мензурки объемом 50 мл налили образцы сточной воды и прилили по 2 капли 50% раствора сегнетовой соли тщательно перемешали добавили 1

мл реактива Несслера.

3. 3. Наблюдение микроорганизмов активного ила в световой микроскоп

(увеличение 8, 40 раз).

Оборудование: микроскоп, предметные и покровные стекла, пипетки, образцы проб активного ила, универсальный краситель.

Что делали Что наблюдали Вывод

Приготовили микропрепарат. С помощью пипетки наПри 40-кратном увлечении рассмотрели Микроорганизмы активного ила выедают из сточной предметное стекло нанесли каплю воды с активныммикроорганизмы активного ила, поедающие воды все органическое вещество включая илом и добавили 1 каплю универсального патогенные микроорганизмы. патогенов.

красителя, накрыли сверху покровным стеклом и поместили на предметный столик микроскопа рассмотрели под увеличением.

Какие вопросы возникают после экскурсии?

1. Необходимо ли хлорирование воды, ведь хлор ядовит, является токсичным веществом для флоры и фауны реки?

2. Американские ученые доказали, что даже неуловимые измерительными приборами хлоросодержащие вещества оказывает пагубное влияние на икру и развитие эмбрионов. Кроме этого некоторые количества хлора самопроизвольно вступают в реакции с органическими веществами, образуя токсические биологически не разлагающиеся вещества, некоторые из них способны вызвать онкологические заболевания, нарушение внутриутробного развития и поражать систему размножения.

Мы ведь употребляем воду из водозаборов, расположенных на реках и озерах! Это невидимая угроза!

3. 4. Вывод.

- Технологический регламент очистки сточных вод п. Первомайский в целом соответствует предъявленным к ним требованиям. Содержание мочевины после очистки значительно уменьшается и в реку Сивушку она поступает в малых конценрациях. Но существует ряд негативных моментов, на которые следует обратить внимание.

1. Оборудование введено в эксплуатацию в 1991 году, и частично устарело.

2. Дезинфекция воды производится с помощью хлорирования, а использовать хлор опасно. Следует ставить вопрос об введении в эксплуатацию озоновых или ультрафиолетовых дезинфицирующих установок.

3. Не производится анаэробное сбраживание ила и ценное органическое сырье не используется в дальнейшем.

4. В настоящее время из-за разрыва экономических связей с Украиной не введен в эксплуатацию новый нагнетатель аэротенка и эффективность биологической очистки очень мала.

5. Биологический пруд может функционировать летом, а в холодное время года не происходит вспомогательной биологической очистки сточных вод. Вследствие этого происходит заражение природных водоемов: р. Сивушка, Донгуз, Урал, Каспия.

6. Всегда были и будут случаться поломки и затопления в канализационных системах, поэтому необходим постоянный мониторинг загрязнения сточными водами.

4. Заключение.

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод. В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4% национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %) : охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума - 0,7, прочие - 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов. Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.