Состав и свойства сточных вод. Виды загрязнений.

В зависимости от природы образования (бытовые, производст-
или дождевые/поверхностные) сточные воды значительно
отличаются друг от друга по составу, биологической активности, ги-
гиеническому значению, требуемым методам очистки. В большинстве
случаев на городские очистные сооружения поступает смесь бытовых
производственных сточных вод (т.н., городские сточные воды).
Проектирование вновь строящихся и реконструируемых соору-
жений для очистки сточных вод, в том числе и дождевых, для насе-
ленных пунктов, объектов народного хозяйства и индивидуальной
застройки регламентируется СНиП 40-03-99.
Сточные воды представляют собой сложные системы, в которых
органические и минеральные загрязнения находятся в растворенном,
коллоидном и нерастворенном состояниях. Состав городских сточных
вод и концентрация в них загрязнений определяются, в основном,
нормами водопотребления, а также составом производственных сточ-
ных вод. Наблюдаются значительные изменения загрязнений сточных
вод по сезонам года, дням недели и часам суток, что связано с быто-
вой и производственной деятельностью жителей населенного пункта.
Установлено, что загрязнения, вносимые в сточные воды от бы-
товой деятельности населения, в среднем сравнительно постоянны,
поэтому их можно нормировать. Согласно СНиП 40-03-99 на одного жи-
теля приходится следующее количество основных загрязнений, г/сут:
взвешенные вещества.....................................................................65
БПКполн неосветленной жидкости......................................................75
ХПК.............................................. ...............................................120
азотаммонийные соли.......................................................................8
фосфаты (Р2О5)..............................................................................3,3
в том числе от моющих веществ......................................................1,6
хлориды (Cl)....................................................................................9
поверхностно-активные вещества (ПАВ) .........................................2,5

Производственные сточные воды весьма разнообразны по сво-
ему минеральному и органическому составу, зависящему от исходного
сырья, организации технологического процесса, удельного расхода
воды на единицу продукции и других факторов. В связи с тем, что в
промышленно развитых городах количество производственных сточ-
ных вод составляет 30 – 35 % общего количества городских сточных
вод, городские очистные сооружения рассчитывают, в основном, на
загрязнение веществами бытового происхождения. Основная же часть
загрязнений промышленного происхождения должна быть задержана
на очистных сооружениях промышленных предприятий с тем, чтобы
не создавалось аварийных ситуаций в системе водоотведения и при
очистке сточных вод города.
Нормы водопотребления в городах, количество производствен-
ных сточных вод и их состав различны. Это обуславливает разнооб-
разие в проектировании и эксплуатации сооружений городских стан-
ций очистки сточных вод.
Качественная характеристика сточных вод включает боль-
шой перечень показателей, из которых определяющими для проекти-
рования и расчета сооружений канализации являются: температура,
содержание взвешенных и оседающих веществ, биохимическая и хи-
мическая потребности в кислороде (БПК и ХПК), величина рН, сухой
и плотный остатки, содержание различных форм азота и фосфора,
содержание синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ).
Основной составляющей сточных вод являются органические
вещества, степень загрязнения которыми можно определить по количеству кислорода, которое необходимо для их окисления с помощью
аэробных микроорганизмов – минерализаторов. Это количество кислорода называется биохимической потребностью в кислороде
(БПК) и выражается количеством кислорода в миллиграммах на 1 л
(мг/л) или в граммах на 1 м3 (г/м3). Величину БПК сточной жидкости
определяют лабораторным путем, индекс внизу обозначает длительность определения – 20 или 5 суток; очевидно, что БПК20 (как правило, равна БПКполн) будет больше БПК5 (примерно на 15 – 20 %). БПКполн городских сточных вод, как правило, не бывает более 500 мгО2/л.
Для более полной оценки содержания органического вещества
в сточной воде определяют химическое потребление кислорода.
Химической потребностью в кислороде (ХПК) является количество кислорода, требуемое для химического окисления органических
веществ сточной воды до конечных минеральных продуктов окисления. Таким образом, ХПК сточных вод должна быть обязательно выше
БПКполн, так как не все органические вещества окисляются биологи-
чески (микроорганизмами) и не обязательно до конечных, простых
продуктов окисления. Рекомендуется, чтобы ХПК городских сточных
вод, поступающих на очистные сооружения, не должна более чем в
1,5 раза превышать БПКполн, т.е. превышать 750 мгО2/л.
По разности между значениями ХПК и БПКполн можно судить о
соотношении между бытовыми и производственными сточными вода-
ми в их смеси. Чем выше эта разность, тем больше количество производственных сточных вод, так как в последних, как правило, содержатся трудноокисляемые или биологически неокисляемые органические вещества.
Содержание взвешенных веществ – один из главных показателей качества сточных вод, по которому рассчитывают сооружения для отстаивания и определяют количество образующихся осад-
ков.

Концентрация взвешенных веществ в городских сточных водах
обычно составляет 100 – 500 мг/л. Оседающие вещества являются
частью взвешенных веществ, которая оседает на дно сосуда за 2 ч
отстаивания. В городских сточных водах оседающие вещества составляют 65 – 75 % взвешенных веществ по весу.

Количество сухого и плотного остатка в воде дает представление об общем количестве загрязнений: в первом случае в натуральной пробе, а во втором – в фильтровальной, а прокаливание сухого и плотного остатков и определение потерь массы после прокаливания позволяют получить примерное соотношение минеральной и
органической частей загрязнений.
Необходимо также определять содержание азотных форм и
фосфора в сточных водах, так как они являются основными биогенными элементами питания микроорганизмов, обеспечивающих биологическую очистку сточных вод.

Содержание биогенных элементов
должно быть не менее 5 мг/л азота N и 1 мг/л фосфора Р на каждые
100 мг/л БПКполн. Концентрация аммонийного азота в сточной воде
является одним из дополнительных показателей ее загрязненности
хозяйственно-бытовыми загрязнениями.

Определение синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) в сточных водах обязательно, так как эта группа химических соединений отрицательно влияет на работу очистных сооружений городских канализаций и санитарное состояние водоемов.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) СПАВ для сооружений
биологической очистки составляет 10 – 20 мг/л.
Биологические загрязнения в сточных водах представлены
бактериями, вирусами, грибами, мелкими водорослями, гельминтами,
поэтому сточные воды опасны в эпидемиологическом отношении. При
анализе сточных вод на биологические загрязнения определяют об-щий счет бактерий, число бактерий кишечной группы и число яиц
гельминтов.

Содержание сульфатов и хлоридов в сточных водах определяют в качестве основных показателей минеральных загрязнений. В
процессе очистки сточных вод на городских очистных сооружениях
сульфаты и хлориды не задерживаются, никаких изменений не претерпевают и в пределах ПДК не оказывают влияния на физико-химические и биологические процессы обработки воды и осадков. К группе токсичных веществ относятся железо, никель, медь,
свинец, цинк, хром (особенно шестивалентный), мышьяк, сурьма,
алюминий и т.д. Эти вещества при превышении их пороговых концентраций оказывают отрицательное воздействие на микрофлору,
осуществляющую биологическую очистку сточных вод. Перечень и
нормативы загрязнений, принимаемых в системы городской канализации, перечень веществ, запрещенных к сбросу в системы водоотведения, определяются «Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов».

Степень очистки и условия спуска очищенных
сточных вод в водоемы
Поступление (сброс) сточных вод в водоем обуславливается
требованиями «Правил охраны поверхностных вод».

При поступлении в водоем сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, качество воды в нем изменяется, поэтому устанавливаются специальные санитарно-химические нормативы в зависимости от категории водоемов. Все водоемы разбиты на три категории:

для хозяйственно-питьевого водоснабжения, для коммунально-бытового водопользования (отдых, купание, спорт), рыбохозяйственного назначения.

Концентрация поступающих в водоем загрязняющих веществ регламентируется разбавлением и прохождением
комплекса химических, физико-химических и биологических процессов превращений и деструкции этих веществ, который называется
процессом самоочищения водоема.
Указанные выше правила устанавливают допустимые нормативы сброса сточных вод для большого количества загрязняющих веществ, из которых рассмотрим только основные. Установлено, что во-
да водоемов питьевого и коммунально-бытового водопользования не
должна приобретать запахи и привкусы интенсивностью более 1
балла. На поверхности водоема не должно быть плавающих пленок,
пятен минеральных масел, скоплений различных примесей.

Окраска воды не должна обнаруживаться: для водоемов питьевого пользования, в столбике воды высотой 20 см, для водоемов коммунально-бытового пользования – высотой 10 см. В соответствии с общими требованиями к составу и свойствам воды водоемов всех категорий в результате сброса сточных вод реакция среды может изменяться только
в пределах 6,5 – 8,5, а температура воды летом не должна повышаться более чем на 3 °С по сравнению с наиболее высокой. Чтобы ограничить поступление в водоем сточных вод, содержащих взвешенные
вещества, устанавливается норма как на увеличение их количества
(на 0,25 и 0,75 мг/л, в зависимости от категории), так и на гидравлическую крупность, которая не должна превышать 0,4 мм/с для про-
точных водоемов и 0,2 мм/с – для непроточных.
Большое значение в процессе самоочищения водоемов имеет
концентрация кислорода в воде, минимально нормативное значение
которой устанавливается 4 мг/л (6 мг/л – для водоемов рыбохозяйственного назначения) в любой период года в пробе воды, отобранной
в 12 ч дня. При определении концентрации растворенного кислорода в
воде водоема после спуска сточных вод нужно обязательно учитывать
реаэрацию (поверхностное насыщение воды кислородом воздуха).
Наличие растворенного кислорода в воде водоема при прочих
равных условиях находится в прямой зависимости от БПК. Чем боль-
ше показатель БПК, тем меньше в воде растворенного кислорода, так
как он потребляется на биологические процессы окисления органических веществ. БПКполн не должна превышать 3 мгО2/л в водоемах
питьевого водопользования и 6 мгО2/л в водоемах коммунально-
бытового водопользования.

Химическое потребление кислорода (ХПК) не должно превышать для водоемов хозяйственно-питьевого назначения 15 мгО2/л и
30 мгО2/л для коммунально-бытового.
Химические вещества при сбросе сточных вод не должны со-
держаться в воде водотоков и водоемов в концентрациях, превышающих нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК).
В соответствии с общими требованиями к составу и свойствам
воды водоемов очищенные стоки не должны содержать возбудителей
заболеваний. Контроль за их наличием в воде водоемов и очищенных
сточных водах осуществляется по обобщающему показателю – количеству бактерий кишечной группы. Эти бактерии обладают большой
приспосабливаемостью к существованию во внешней среде и поэтому
обнаруживаются, даже когда большая часть патогенных микроорганизмов отмирает. В настоящее время принято считать чистыми водоемы, в 1 л воды которых содержится не более 10 тыс. бактерий кишечной группы.
Анализ санитарно-химических показателей качества сточных
вод и учет нормативных требований, предъявляемых к воде водоемов, которые являются приемниками сточных вод, позволяют определить необходимую степень очистки сточных вод.

Методы очистки сточных вод.

Методы очистки сточных вод, общая технологическая схема,
состав сооружений определяются в зависимости от требуемой степе-
ни очистки, количества сточных вод, климатических и других мест-
ных условий. Разделяют механические, физико-химические и биоло-
гические методы очистки сточных вод.

В результате механической очистки из сточных вод удаляются загрязнения, находящиеся в ней, главным образом, в нерастворенном и, частично, коллоидном состоянии. Для механической очистки
используют решетки, песколовки, отстойники, жироловки, нефтеловушки, маслоотделители, гидроциклоны, центрифуги, фильтры и др.
К физико-химическим методам относятся коагулирование,
нейтрализация, экстракция, сорбция, электролиз и др. При коагулировании в сточные воды вводят реагент, способствующий укрупне-
нию частиц (коагуляции), вследствие чего увеличивается количество
задержанных нерастворенных веществ. Такой вид очистки применяют
для ускорения осаждения взвешенных веществ.
Биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, способствующих окислению и минерализации органических веществ, которые находятся в сточных водах в
растворенном виде, в виде тонких суспензий или коллоидов. Биологическая очистка сточных вод осуществляется двумя методами: в условиях, близких к естественным (поля орошения и поля фильтрации), и в искусственно созданных условиях (биофильтры, аэротенки). Очистка сточных вод в естественных условиях происходит до-
вольно медленно, значительно интенсивнее она осуществляется на

биологических фильтрах и аэротенках.
Дезинфекция сточных вод производится хлором, хлорной известью или гипохлоритом натрия, озоном, ультрафиолетовым излучением.
Обработка осадка, образующегося в процессе очистки сточных
вод, заключается в предварительной стабилизации с последующим
обезвоживанием в естественных (иловые площадки) или искусствен-
ных условиях (сооружения механического обезвоживания). При необхо
димости обезвоженные осадки могут подвергаться сушке или сжиганию.
Очистку сточных вод проводят последовательно на ряде соору-
жений; механическая очистка, как правило, предшествует биологи-
ческой. Вначале сточные воды очищают от нерастворенных, а затем
уже от растворенных органических загрязнений.