Условия приема производственных сточных вод в городскую систему водоотведения

Производственные сточные воды, как правило, проходят очистку на самом предприятии и в дальнейшем могут быть использованы этим же предприятием, переданы для использования другому предприятию, сброшены в водный объект или по системе водоотведения направлены на общегородские очистные соору­жения. Необходимая степень очистки городских сточных вод определяется ус­ловиями сброса сточных вод в водные объекты. Однако очистительные возмож­ности общегородских очистных сооружений, основным звеном которых являет­ся комплекс биологической очистки, довольно ограничены. На сооружениях биологической очистки из сточных вод практически не извлекаются ионы тяже­лых металлов, не подвергаются деструкции искусственно синтезированные орга­нические вещества. Поэтому в составе производственных сточных вод, подава­емых на общегородские очистные сооружения, содержание веществ, неподдаю­щихся или плохо поддающихся биохимическому окислению, должно быть ограниченно или они должны отсутствовать вовсе.

Активный ил, представляющий собой определенным образом сформировавшееся сообщество микроорганизмов и который является главным "рабочим" инструментом биологической очистки, может быть уничтожен или в значитель­ной мере поврежден под воздействием кислот, щелочей, токсичных веществ или высокой температуры. Поэтому подаваемые на биологическую очистку произ­водственные сточные воды не должны губительно действовать на активный ил.

Кроме того, сточные воды, подаваемые в систему водоотведения, не должны вызывать разрушение и засорение канализационных коллекторов.

Исходя из этого, запрещается сбрасывать в городские системы водоотведения производственные сточные воды:

• имеющие рН менее 4,0 и более 9,0;

• при показателях ХПК, более чем в 2,5 раза превышающих БПК₅ или
более чем в 1,5 раза превышающих БПК_полн, что свидетельствует о значительных концентрациях в сточных водах органических соединений,
неподдающихся биохимическому окислению;

• содержащие токсичные и радиоактивные вещества, возбудителей инфек­ционных заболеваний, а также вещества, для которых не установлены ПДК;

• с содержанием взвешенных и всплывающих веществ свыше 500 мг/л;

с температурой выше 40° С.

В городские системы водоотведения запрещается сбрасывать:

• концентрированные маточные и кубовые растворы;

• осадки после локальных очистных сооружений, грунт, строительный и
бытовой мусор, производственные отходы;

• кислоты, щелочи, растворители, смолы, бензин, мазут и другие нефтепродукты;

• растворы, содержащие сероводород, сероуглерод, легколетучие углеводороды;

• вещества, способные засорять трубы, колодцы, решетки или отлагаться
на стенках труб;

• горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные
образовывать взрывоопасные смеси, агрессивные газы с разрушающим
коррозионным воздействием на канализационные сети и сооружения.

Сброс сточных вод промышленных предприятий в городскую систему водоотведения должен производиться равномерно в течение суток. Залповые сбросы не допускаются.

Сброс сточных вод в водные объекты после очистки на общегородских
очистных сооружениях регламентируется нормативами предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ (ПДС). Учитывая ограниченные очис­тительные возможности общегородских очистных сооружений, управление по эксплуатации этих сооружений устанавливает для своих абонентов-пред­приятий, сбрасывающих сточные воды в городскую систему канализации, лимиты приема по количеству и составу промстоков. Лимиты устанавлива­ются таким образом, чтобы обеспечить нормативные условия сброса очи­щенных на общегородских сооружениях сточных вод в водный объект. Для соблюдения установленных каждому предприятию лимитов производится локальная очистка производственных сточных вод, как правило, на самом предприятии. Иногда несколько предприятий организуют совместную очи­стку своих сточных вод.

Таблица

Требования к составу и свойствам воды природного водоема

(после смешения со сточными водами)

Состав и свойства воды	Категория водопользования
водоемы питьевого и культурно-бытового назначения	водоемы рыбохозяйственного назначения
Взвешенные вещества	превышение по сравнению с природными не более 0,25 мг/л	превышение по сравнению с природными не более 0,75 мг/л
Плавающие вещества	На поверхности воды не должно быть пленок и пятен масел, нефтепродуктов, жиров и других плавающих веществ	На поверхности воды не должно быть пленок и пятен масел, нефтепродуктов, жиров и других плавающих веществ
Запахи, привкусы	Не должно быть (запахов и привкусов интенсивностью более 3 баллов)	Вода не должна иметь посторонних запахов и привкусов и сообщать их мясу рыб
окраска	Не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см	Не должна обнаруживаться в столбике высотой 10 см
рН	6,5 - 8,5	6,5 - 8,5
Растворенный кислород	Не менее 4 мг/л	Не менее 6 мг/л
БПК (полн.)	Не более 3,0 мг/л	Не более 6,0 мг/л
Возбудители заболеваний	Не должны содержаться	Не должны содержаться
Минеральный состав	Не более 1000 мг/л

Температура при спуске сточных вод летом не должна повышаться более чем на 3ºС по сравнению со средней температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет. Существуют и находят практическое применение различные приближенные методы оценки качества воды, основанные на гидробиологических, бактериологических, гидрохимических и других характеристиках состава и свойств воды.

5.Для устранения загрязнения сточных вод применяют различ­ные методы очистки, которые классифицируются следующим образом:

по типу процесса очистки:

гидромеханические (процеживание и отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование и центрифугирование);

физико-химические (коагуляция и флокуляция, флотация, ад­сорбция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, десорб­ция, электрохимические методы);

химические (нейтрализация, окисление и восстановление, уда­ление ионов тяжелых металлов);

биохимические (аэробные и анаэробные);

термические, (выпаривание и сжигание);

по виду изменения вредных веществ:

методы выделения примесей без изменения их химического состава и агрегатного состояния;

методы превращения примесей в другие формы и состояния;

биологические;

по видам загрязнения:

очистка от твердых частиц (процеживание, отстаивание, меха­ническое разделение, фильтрование);

очистка от маслопродуктов (отстаивание, механическое разде­ление, флотация, фильтрование);

очистка от растворимых примесей (экстракция, сорбция, ней­трализация, электрокоагуляция, ионный обмен, озонирование, кондиционирование, обезвоживание);

очистка от органических примесей (применение искусствен­ных и естественных сооружений с использованием биологичес­ких фильтров).

Ниже приводятся краткие описания методов очистки.

Гидромеханические методы.Для очистки сточных вод от круп­ных механических примесей во избежание засорения труб, кана­лов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками различных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают под­вижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц произ­водится с помощью специальных граблей.

Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загряз­нений с частицами сравнительно больших размеров (0,2...0,25 мм).

Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Не­достатками отстойников являются сравнительно низкая эффектив­ность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.

В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного удале­ния песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение ча­стиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаля­ют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, масла, смолы, жиры) собираются с помощью нефтеловушек, особенно­стью которых является удаление загрязнений не снизу, как в от­стойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70 %).

Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через по­ристые перегородки или слой песка.

Центрофугирование как метод очистки производится за счет осаждения частиц под действием центробежной силы. С этой целью применются гидроциклоны.

Рис. 2. Гидроциклоны

А— вертикальный напорный; Б — многоярусный открытый 1—загрязненная вода; 2—очищенная вода; 3—осадок (шлам); 4—плавающие примеси (нефтепродукты, масла)

Физико-химические методы очистки обеспечивают удаление из воды, как правило, растворенных веществ, неподдающихся или плохо поддающихся био­логической очистке, а также веществ, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на коллекторы или другие элементы систем водоотведения.

Наиболее простым ираспространенным методом физико-химической очи­стки является нейтрализация, которая заключается в подкислении щелочных вод (с рН>8,5) и подщелачивании вод с рН<6,5. При наличии на производ­стве кислых и щелочных вод нейтрализация достигается их смешением. При отсутствии одной из категорий вод нейтрализация осуществляется путем до­бавки реагента. Для нейтрализации кислых вод лучше всего использовать отходы щелочей — гидроокиси натрия или калия, не дающие осадка. При использовании гидроокиси кальция в виде известкового молока образуется шлам, который необходимо удалять, обезвреживать и утилизировать. Нейтрализация кислых вод достигается также фильтрованием их через слой извест­няка, доломита, магнезита, шлака или золы.

Для нейтрализации щелочных вод используется отработанная серная кислота. Высокоэффективным методом нейтрализации щелочных вод является продувка через них газовых выбросов, содержащих оксиды серы, углерода,

азота и другие кислотообразующие окислы. Таким образом, обеспечивается одновременно эффективная очистка дымовых газов.

Реагентная обработка применяется для очистки вод от цианидов, роданидов, ионов тяжелых металлов и ряда других примесей. Вид применяемого реагента определяется составом примесей, подлежащих удалению из воды. Так, разложение цианидов достигается обработкой воды жидким хлором или веществами, выделяющими активный хлор, — хлорной известью, гипохлоридом кальция или натрия.

Окислением удается добиться деструкции таких соединений, как альдегиды, фенолы, анилиновые красители, серосодержащие органические вещества и др. В качестве окислителей применяют кислород, озон, перекись водорода, пиролюзит. В процессе окисления происходит разложение вредных приме­сей до простых окислов или образование соединений, поддающихся биохимическому разложению.

Извлечение из воды ионов ртути, хрома, кадмия, свинца, никеля, меди, мышьяка основано на переводе их из раствора в нерастворимый осадок. С этой целью очищаемую воду обрабатывают соединениями натрия или каль­ция — сульфитом, бисульфитом или сульфидом, карбонатами или гидрооки­сью. Образующийся шлам удаляют, утилизируют или складируют.

Одним из высокоэффективных методов очистки является ионный обмен, который представляет собой процесс взаимодействия очищаемой жидкости с зернистым материалом, обладающим способностью заменять ионы, находящиеся на поверхности зерен, на ионы противоположного заряда, содержа­щиеся в растворе. Такие материалы называются ионитами. Ионитными свойствами обладают природные минералы — цеолиты, апатиты, полевые шпаты, слюда, различные глины. Синтезировано большое число высокоэффектив­ных ионитов, обладающих селективными свойствами. К ним относятся силикагели, алюмогели, пермутиты, сульфоугли и ионообменные смолы — син­тетические высокомолекулярные органические соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами. Иониты не растворяются в воде, обладают достаточной механической прочностью, обеспечивают возможность их регенерации с получением ценных веществ, извлекаемых из очищаемых вод. Существуют ионообменные установки периодического и непрерывного действия.Установки периодического действия ра­ботают как фильтры с зернистой загрузкой в виде гранул ионитов. При насы­щении поверхности гранул ионами вещества, извлекаемого из воды, произ­водится их регенерация слабым раствором (2—8%) щелочи или кислоты. В установках непрерывного действия гранулы ионитов и очищаемая жидкость движутся противотоком, постоянно перемешиваясь. В процессе работы часть гранул подаются на регенерацию и заменяются новыми. Благодаря высокой механической прочности и способности к регенерации гранулы ионитов име­ют довольно продолжительный срок службы. Ионный обмен является, по существу, универсальным методом очистки вод. Для извлечения практически любого вещества из воды можно подобрать соответствующий ионит или груп­пу ионитов. Эффективность ионообменной очистки достигает 95—99%.

Рис. 3. Установки ионообменной очистки:

А— периодического действия; Б — непрерывного действия.

1 — загрязненная вода; 2 — гранулы ионита; 3 — раствор для регенерации ионита; 4 — очищенная вода; 5 — до­бавка ионита

Другим универсальным и высокоэффективным методом очистки вод является сорбция. Сорбция применяется преимущественно для очистки сточ­ных вод, которые содержат высокотоксичные вещества, неподдающиеся биохимическому окислению. Метод сорбционной очистки основан на адгезии (прилипании) растворенных веществ поверхностью и порами сорбента — вещества, обладающего разветвленной внешней и внутренней (поры) поверхностью. Наилучшим сорбентом является активированный уголь. Сорбционными свойствами обладают золы, шлаки, опилки, коксовая крошка, торф, керамзит и др. Конструкции установок сорбционной очистки аналогичны ионообменным.Высокая эффективность очистки достигается в установках с псевдосжиженным ("кипящим") слоем, когда в полую вертикальную колонну снизу под давлением подается очищаемая вода, проходя­щая через слой сорбента, который находится во взвешенном состоянии. Отработанный сорбент заменяется новым или регенерируется. При поддержании сорбента в "кипящем" слое, когда достигаются наилучшие условия контакта его внешней и внутренней поверхности с очищаемой жидкостью, эффективность очистки достигает 99%. Если псевдосжиженный слой слежи­вается, эффективность очистки резко снижается.

Флотационная очистка применяется для удаления из воды поверхностно-активных веществ (ПАВ), нефтепродуктов, жиров, смол и др. Процесс фло­тации заключается в сорбировании содержащихся в воде примесей поверхно­стью пузырьков воздуха, нагнетаемого в очищаемую жидкость. В практике очистки вод используются напорные, безнапорные, вакуумные и электро­флотационные установки. Наибольшее распространение получили напорные установки.В таких установках вода сначала насыщается воздухом под давлением, а затем подается в открытый резервуар, где происходит выде­ление пузырьков и сорбирование ими содержащихся в воде примесей. Иног­да сжатый воздух подается в нижний слой жидкости, находящейся в резерву­аре (флотаторе). Для повышения эффективности очистки воздух подается через пористые (фильтросные) пластины. При вакуумной флотации в флота­торе создается разряжение, способствующее образованию пузырьков воздуха. Для безнапорной флотации используются эрлифтные установки, которые позволяют существенно (в 2—4 раза) снизить затраты электроэнергии на фло­тационную очистку. Повышению эффективности очистки вод при флотации способствует наличие синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). Образуемая ими густая стойкая пена повышает степень извлечения из воды эмульгированных и диспергированных примесей. При флотации одновременно достигается дегазация очищаемых вод и насыщение их кислородом.

Рис. 4. Установки флотационной очистки:

1— загрязненная вода; 2 — сжатый воздух; 3 — газгольдер; 4 — флотатор; 5 — очищенная вода; 6 — пенный шлам

При электрофлотации образование пузырьков газа происходит вследствие электролиза воды. На аноде выделяется кислород, на катоде — водород. Од­нако этот метод очистки из-за больших затрат электроэнергии и роста ее стоимости практически не используют. По этим же причинам все реже при­меняют некогда широко распространенные электрохимические методы очист­ки вод: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электродиализ. Электрохимические методы очистки основаны на пропуска­нии постоянного электрического тока через очищаемую жидкость. Кисло­род, выделяемый на аноде, окисляет органические примеси. В качестве ано­дов используют электролитические неразлагаемые материалы: графит, маг­нетит, диоксиды свинца, марганца или рутения, наносимые на титановую основу. На катодах происходит выделение водорода и оседание ионов металлов с образованием нерастворимых гидроксидов.

Контрольные вопросы:

1. Городские системы водоотведения.

2. Характеристика зон санитарной охраны поверхностных и подземных источников питьевого водоснабжения.

3. Принцип работы и состав городских очистных сооружений.

4. Виды очистных сооружений для небольших населенных пунктов.

5. Классификация методов очистки сточных вод.

6. Основные методы физико-химической очистки производственных сточных вод.

7. Требования к производственным сточным водам, сбрасываемым в городскую систему водоотведения.

Лабораторная работа № 2