Очистные сооружения сточных вод: виды, принцип работы

Промышленные и бытовые стоки являются источником опасных химических соединений, тяжелых металлов и микроорганизмов. Сброс таких отходов без предварительной переработки наносит большой вред экологии. Физический и химический методы очистки сточных вод делают их безопасными для окружающей среды.

Чтобы не причинять ущерб окружающей среде и человеку, сточные воды необходимо очищать.

Разница между очищением воды и обеззараживанием

Очищение и обеззараживание — это разные этапы понижения класса опасности отработанных вод. Часто используют оба способа. При очистке из стоков удаляют химические и механические примеси. Обеззараживание проводится для уничтожения микроорганизмов, в т.ч.:

• бактерий;
• гельминтов, их яиц;
• вирусов;
• грибков и т.д.

Применяют физические, химические и комплексные методы обеззараживания. К первому способу относится воздействие ультразвука, ультрафиолета и т.д. Химические методы предполагают использование таких реагентов, как:

• озон;
• диоксид хлора;
• полимерные антисептики;
• гипохлорит натрия и т.д.

Комбинированное обеззараживание включает ряд физических и химических методов очистки. Такая технология обеспечивает наилучший результат.

Смотрите также: Реализованные проекты по водоочистке на различных объектах промышленности, ЖКХ, энергетике и др. от

Компании

Очисткой городских стоков в столице занимается «Мосводоканал».

Это коммунальное предприятие, в распоряжении которого очистные сооружения:

• Курьяновские;
• Люберецкие;
• Южно-Бутовские;
• Зеленоградские.

Справка. Каждые сутки они принимают больше 3 млн. куб. м хозяйственно-бытовых и ливневых сточных вод.

Во всех крупных городах есть свои очистные сооружения, которые контролирует местный водоканал.

Частные компании проектируют и строят очистные сооружения для промышленных предприятий и хозяйственных комплексов. Крупная фирма в России – Ecolos. Она делает очистные станции разных масштабов под ключ, ориентируясь на потребности заказчиков.

Еще одна крупная компания с аналогичной деятельностью – «РЕАТОРГ». Она занимается экологическим инжинирингом, ремонтно-строительными работами, проектно-сметными расчетами и т.д. Компания ориентирована на промышленные объекты.

Необходимость очистки сточных вод

Комплексная очистка стоков требуется для устранения биологических, механических, химических и прочих загрязнителей. Этот комплекс мероприятий необходим, чтобы сделать воду максимально безопасной для людей.

Сброс стоков без очистки приводит к сильнейшему загрязнению почвы, воды и атмосферы. Часто это провоцирует гибель целых биотопов.

Из-за уничтожения сред обитания многие виды живых существ сейчас находятся на грани вымирания. Даже если в водоем попадают неочищенные воды из канализации, это может привести к гибели рыб, земноводных и моллюсков в водоеме.

Стоки включают большое количество отравляющих веществ. В классификации они подразделены в зависимости от степени опасности. Примеси по-разному действуют на живые организмы. Характеристики наиболее опасных стоков:

Каждое предприятие должно выполнять очистку отработанных вод согласно федеральному закону от 2011 г. «О водоснабжении и водоотведении».

Со стоков должны быть устранены все виды загрязнений перед их возвращением в природные или рыбохозяйственные объекты. Это требование описано в СанПиН 2.1.5.980-00 — «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

Технологическая схема работы водоочистных сооружений

Отработанная жидкость должна пройти долгий путь для избавления от всех вредных химических, органических, механических, биологических и других примесей. Технологическая схема системы очистки сточных вод достаточно сложная. Сначала проводятся подготовительные мероприятия, включающие:

1. Процесс усреднения, занимающий 18-24 часов, при котором смешиваются воды, содержащие разное количество загрязнителей.
2. Нейтрализацию — добавление в стоки сульфатной кислоты, известкового молока, углекислого газа и других реагентов для устранения растворенных кислот и щелочей.
3. Охлаждение горячих стоков для удаления взрывоопасных газов.

Технологическая схема работы очистных сооружений. Следующим этапом становится механическое устранение примесей. Основные стадии очистки:

• помещение в отстойники;
• обработка в центрифуге;
• удаление нефтепродуктов, жира и масел;
• фильтрация;
• коагуляция стоков;
• аэрация;
• мембранная фильтрация.

Затем выполняется деструктивная очистка, которая предполагает окисление органических веществ аэробными и анаэробными микроорганизмами, а также химическими реактивами или термической обработкой. Далее проводится глубокая очистка вод. Она включает следующие методы:

• осветление;
• фильтрацию;
• дезинфекцию.

После такого очищения стоки могут быть возвращены в природный водоем или же повторно использованы в производственном цикле.

Определение и назначение

Очистные сооружения – это комплексное оборудование, которое предназначено для решения самых важных проблем – экологии и здоровья человека. Количество сточных отходов постоянно увеличивается, появляются новые виды моющих средств, которые тяжело удалить из воды, чтобы она была пригодна к дальнейшему использованию.

Система рассчитана на прием определенного объема стоков из городской или локальной канализации, очистки ее от всякого рода примесей и органических веществ и последующую отправку в естественные водоемы с помощью насосного оборудования или методом самотека.

Механические методы очистки сточных вод

Существует немало механических методов очистки стоков, которые помогают удалить мусор разной фракции. Это первичная стадия устранения загрязнений.

Решетки — достаточно простое оборудование, на которое попадают стоки при водоотведении. В зависимости от конструкционных особенностей, такие устройства бывают радиальными, вертикальными и горизонтальными. Аппарат захватывает крупные твердые элементы.

Механизированные решетки необходимы для устранения крупных частиц в сточных водах.

Такие установки перемещают мусор в специальный сборник. Часто решетки оснащены особыми отстойниками, задерживающими взвешенные частицы, опускающиеся под действием силы тяжести. Это обеспечивает более глубокую первичную очистку стоков.

На большинстве очистных станций присутствуют специальные отстойники. В процессе переработки наблюдается расслоение отработанной воды. Вниз опускаются тяжелые примеси, на поверхности появляется пленка легких соединений, а в середине резервуара формируется прослойка относительно чистой водной среды с содержанием загрязнителей в виде взвеси. После отстаивания удается устранить твердый мусор и пленку. В дальнейшем стоки перемещаются на более глубокую очистку.

Устранение загрязнений в этой установке основано на физических свойствах центробежной силы. Вода поступает в аппарат и начинает двигаться по спирали. В результате этого механические частицы отделяются от основного потока и оседают в накопителе шлама. Чистая жидкость отводится через трубу. В нижней части гидроциклона накапливаются твердые отходы, которые нужно периодически устранять.

Схема очистки сточных вод с помощью гидроциклона.

Такие приборы используются для устранения мелких загрязнителей, взвеси и минеральных соединений. Чаще на очистных сооружениях применяют тангенциальные песколовки, оснащенные касательным подводом воды. В периферической части стоки двигаются вниз, а в центре — вверх. Вращение медленное, поэтому песок осаждается в конусовидной конструкции. Периодически прибор очищают. Отфильтрованный песок вывозят на специальную площадку или утилизируют.

Этот метод устранения примесей основан на действии центробежной силы. Сток помещают в специальный аппарат, обеспечивающий вращение жидкости. Из одной трубы после переработки вытекает предварительно очищенная от твердых частиц вода, а из другой отводится мусор. Такой метод обеспечивает высокую степень устранения механических загрязнителей.

Для проведения фильтрации в отдельной емкости устанавливается система перфорированных перегородок, на которых размещают материал, задерживающий твердые частицы. В зависимости от конструкции такие приборы могут быть с нисходящим или восходящим потоком. Первые являются более надежными, обеспечивают максимальное удаление твердых примесей.

Схема очистки с помощью фильтрации.

Этот метод удаления примесей предполагает использование специальных мембран, выполненных из керамики, полимера, стекла и т.д. При прохождении через такой фильтр задерживаются частицы до 0,1-1 мкм. Такой способ обработки дает высокие результаты, однако его чаще применяют для финальной очистки, когда в воде присутствует мало нерастворенных примесей. Это связано с тем, что поры фильтра могут быстро забиться при попытке пропустить через него сильно загрязненные стоки.

Аэротенки

Аэротенки — самые современные эффективные устройства для переработки стоков способом биохимического разложения.

Представляют собойоднокамерные или многокамерные резервуары со вспомогательными элементами. Многокамерные аэротенки нуждаются в сложном обслуживании, но очищают канализационные стоки более качественно.

Проходя через аэрационную емкость, сточная вода смешивается с активным илом и кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий, участвующих в биохимическом окислении стоков.

Пневматические или механические аэраторы насыщают илистые стоки активным кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий.

Подающий под давлением кислород обеспечивает постоянное перемешивание ила, что препятствует его гниению, а так же участвует в биохимическом окислении сточных загрязнений.

Для очистки стоков в аэротенках необходимы две составляющие: аэробные микроорганизмы и электроэнергия для обеспечения работы компрессора.

Эффективность работы аэротенков во многом зависит от следующих факторов:

• уровня кислотности и наличия токсических веществ в иловой смеси;
• достаточной насыщаемости сточных вод растворяемым кислородом, в пределах 5мг/м3;
• количества рабочего ила;
• оптимального температурного режима.

Главное условие биохимического процесс в постоянном поступлении кислорода, под действием которого аэробные микроорганизмы полностью расщепляют органику на воду и углекислый газ.

Рис. 4. Устройство аэротенка.

Биохимическая очистка канализационных стоков в аэротенках происходит следующим образом:

1. Канализационные сливы из подводящих трубопроводов поступают в приемный аэротенк, где более тяжелые и крупные частицы загрязнителей оседают в первичный аэробный отстойник.
2. На дне отстойника осевший ил перемешивается с активными микроорганизмами.
3. С помощью компрессора через аэратор в емкость подается кислород. Датчики контроля в автоматическом режиме поддерживают необходимый уровень насыщения стоков.
4. Частично осветленная вода из аэротенкаперекачивается во вторичный отстойник с помощью эрлифта, где происходит ее окончательная очистка.
5. Жировые загрязнители с поверхности стоков выводится через удалитель биопленки.
6. Очищенная вода через выходной патрубок выводится из устройства.

В процессе биохимической очистки нельзя допускать застоя иловой смеси, при котором начинается процесс гниения.

Очищенные стоки могут применяться для технических нужд и полива растений. Биологически переработанные твердые отходы используются в качестве удобрения.

Физическая фильтрация

Физические способы фильтрации помогают удалить из стоков большинство видов химических загрязнителей и патогенных микроорганизмов.

Магнитное воздействие активизирует процессы кристаллизации солей, образующих накипь. При такой обработке в стоках снижается уровень ионов магния и кальция. Эти вещества выпадают в осадок. В прошедших такую очистку стоках уменьшено содержание органических соединений, в т.ч. парафинов.

Схема очистки стоков с помощью магнитного воздействия.

При простой магнитной обработке примеси из воды оседают примерно сутки. Затем этот процесс прекращается. При электромагнитной фильтрации очистка продолжается до 3-5 суток.

Эти методы помогают устранить бактерии, грибки и других вредоносных микроорганизмов.

Под воздействием ультразвука в стоках образуется много маленьких пузырей, в которых находится разогретый газ. Когда эти элементы лопаются, возникает сильнейший перепад давления, уничтожающий клеточную оболочку микробов.

Воздействие ультрафиолета хорошо обеззараживает воду. Интенсивные лучи проникают внутрь оболочки микроорганизмов, разрушая ДНК. После такого воздействия патогенная микрофлора перестает размножаться и быстро погибает.

Метод обработки сточных вод с помощью ультразвука и ультрафиолета.

Воздействие на стоки ионами нейтрализует большинство разновидностей токсинов и ядов. Кроме того, этот метод помогает подавить активность патогенных микроорганизмов. При такой обработке удается устранить до 99% ядовитых примесей.

Этапы извлечения загрязнений

Существует 3 степени извлечения загрязнений из сточных вод:

• Первичная – удаление мусора, крупнодисперсных примесей, поверхностных загрязнений и взвешенных веществ.
• Вторичная – разложение органических стоков.
• Третичная (доочистка) – извлечение взвешенных и коллоидных частиц, пестицидов, фунгицидов, осаждение остатков фосфора, азота, снижение ХПК. Показатели доводятся до норм ОДУ или ПДК.

На этих стадиях прибегают к помощи следующих методов:

1. Механические – использование стационарных или подвижных фильтрующих установок: грубых фильтров, отстойников, ловушек поверхностных загрязнений. После механической очистки количество загрязнений в стоках снижается на 30-60%.
2. Биологический – очистка с помощью живых микроорганизмов: бактерий, грибков, простейших. Микроорганизмы используют органику как пищу и превращают ее в безопасный биогаз, метан и воду. Биологические методы избавляют от 92-96% загрязнений.
3. Физико-химический – очистка стоков от растворенных примесей и взвешенных веществ с помощью законов физики и химических реактивов. Из вод удаляется 96-98% мелкодисперсных частиц.
4. Дезинфекция – уничтожение болезнетворных бактерий, вирусов. По нормативам сточные воды не должны содержать возбудителей заболеваний, поэтому эффективность обеззараживания достигает 99,9%.

Для очистки от бензина, мазута, керосина, нефтяных масел наиболее активно используют нефтеловушки и пористые сорбенты:

• Активированный уголь;
• Глины;
• Кокс;
• Торф;
• Золу;
• Силикагели.

Справка. ПДК нефтепродуктов в стоках не превышает 0,01-0,3 мг/л. Такие малые значения обусловлены токсичностью соединений для живых организмов.

Химические способы очистки

Реагенты используют для связывания и выведения из стоков растворенных химических веществ, которые могут негативно влиять на общий экологический фон.

Использование окислительных реагентов показано для удаления из жидкости ионов цинка, меди, цианидов, сероводорода и сульфидов. Наиболее часто задействуют фтор, хлор, перманганат калия, пероксид водорода и др. Такой вариант очистки используют далеко не на всех станциях, т.к. он является дорогостоящим.

Озонирование применяется для удаления таких опасных примесей, как мышьяк, хром, ртуть и т.д. Вода в специальной установке насыщается молекулами озона, связывающимися с опасными соединениями, провоцируя их выпадение в осадок. Это крайне эффективный метод удаления примесей.

Очистка сточных вод озонированием.

Этот способ применяют для устранения из вод щелочей и кислот. Нередко для удаления примесей используют особые реагенты, в т.ч. соду, доломит, известковое молоко и т.д.

При проведении осаждения в стоки вводят специальные реагенты, которые, оседая на дно, захватывают в свою кристаллическую структуру загрязнители. Метод применяют все реже, т.к. в результате его использования образуется много шлама. К тому же увеличивается содержание солей и токсинов в воде.

Другие методы очистки

Сейчас для устранения загрязнений из стоков активно применяют аэробных и анаэробных микробов. Кроме того, все чаще используется гиперфильтрация и электрохимическая очистка.

При такой обработке используют анаэробные бактерии, которым не нужен кислород для жизнедеятельности. Метод является наименее затратным, т.к. не требуется нагнетания воздуха в емкость. Это уменьшает затраты на устранение загрязнителей из стоков. Применение таких микроорганизмов помогает удалить до 85% примесей.

Метод очистки с помощью анаэробных микроорганизмов.

При этом методе очистки используют специальных бактерий, которые питаются загрязнителями. Часто устанавливают 2-ступенчатые системы. В первую фазу в емкости цилиндрической формы происходит рецикл иловой смеси и увеличение биоценоза. Здесь установлены мешалки и приборы для нагнетания воздуха. На следующей фазе осадок накапливается в днище, имеющем форму конуса. Здесь доокисляются органические соединения.

Применение аэробных бактерий помогает устранить до 99% примесей.

Гиперфильтрацию еще называют обратным осмосом. Это высокоэффективный способ очистки. В этом случае стоки под высоким давлением пропускаются через мембрану, содержащую микропоры. Через фильтр проходят только молекулы воды. Полученная жидкость сходна свойствами с дистиллятом.

Технология очистки вод с применением гиперфильтрации.

Этот метод предполагает пропускание электрического тока через отработанную воду. Могут задействоваться как нерастворимые, так и растворимые электроды. Под воздействием тока происходит кристаллизация многих видов примесей. Затем они выпадают в осадок. Путем электролиза могут быть устранены остатки нефтепродуктов, жиры и т.д.

Монтаж установок

При монтаже объектов очистки воды необходимо учитывать множество факторов. В первую очередь это рельеф местности и производительность системы. Необходимо рассчитывать на то, что объем стоков будет постоянно возрастать.

От качества выполненных работ будет зависеть стабильная работа станции, долговечность оборудования, поэтому объекты общего пользования нужно хорошо проектировать, учитывая все особенности данной местности и комплектации системы.

1. Создание проекта.
2. Осмотр места и подготовительные работы.
3. Монтаж оборудования и соединение узлов.
4. Настройка управления станцией.
5. Тестирование и сдача в эксплуатацию.

Простейшие виды автономной канализации требуют правильного уклона труб, чтобы магистраль не засорялась.

Подробнее об очищении разных типов стоков

Есть рекомендации, касающиеся очищения бытовых, поверхностных и промышленных стоков. Отработанные воды этих видов имеют разный состав химических загрязнителей. Посмотреть реализованные проекты по очистке воды на предприятиях от компании КВАНТА+ можно тут.

Производственные стоки требуется обязательно очищать отдельно, т.к. их сброс в общую систему приведет к перегрузке городских сооружений. Технологическая схема устранения загрязнений с отработанной воды зависит от особенностей примесей. В одних стоках может присутствовать повышенное содержание органических соединений, а в других — тяжелые металлы. Технология очистки жидкости до рекомендованных показателей подбирается с учетом состава загрязнений.

Технология промышленной очистки сточных вод отличается в зависимости от состава стоков.

В бытовых стоках высоко присутствие минеральных и органических соединений.

Чаще для устранения загрязнителей применяют биологические методы очистки, а также специальные реагенты.

К поверхностным водам относится жидкость, попадающая в ливневую канализацию. Такими стоками считают осадки, талый снег и т.д. Вода должна поступать в отстойник. Смытые атмосферными осадками твердые частицы выпадут в осадок. После этого стоки должны быть обработаны во флотаторе для устранения следов нефтепродуктов. В последнюю очередь выполняется финальная очистка за счет сорбционных фильтров. Только после этого стоки могут быть возвращены в природный водоем.

Проектирование очистных систем

Схема устройства очистных сооружений проектируется исходя из следующих факторов:

• Уровень залегания грунтовых вод. Наиболее важный фактор для автономных очистных систем. При обустройстве септика с открытым дном стоки после отстаивания и биологической очистки удаляются в грунт, где попадают в подземные воды. Расстояние до них должно быть достаточным, чтобы жидкость очистилась при прохождении сквозь почву.
• Химический состав. С самого начала необходимо точно знать, какие отходы будут очищаться, какое оборудование для этого необходимо.
• Качество грунта, его проникающая способность. К примеру, песчаные почвы быстрее впитывают жидкость, но глинистые участки не дадут возможности утилизировать стоки через открытое дно, что приведет к переливу.
• Вывоз отходов – подъезды для машин, которые будут обслуживать станцию или септик.
• Возможность слива чистой воды в естественный водоем.

Все очистные сооружения проектируются специальными фирмами, которые имеют лицензию на проведение таких работ. Для обустройства частной канализации разрешение не требуется.

Какие проблемы могут возникнуть

Наиболее часто после прохождения всех ступеней фильтрации вода остается достаточно сильно загрязненной. Такая проблема особенно остро стоит в России. Это связано с износом и устареванием оборудования, предназначенного для устранения примесей.

Кроме того, аппараты для профессиональной очистки являются крайне дорогостоящими, поэтому большинство регионов не могут их приобрести. Так, ультрафиолетовые обеззараживатели установлены только в нескольких крупных городах России. Некоторые очистные сооружения недостаточно финансируются, поэтому в целях экономии электроэнергии и реагентов они не проводят всех необходимых этапов обработки отходов.

Многие предприятия оснащены устаревшей очистительной техникой, поэтому сбрасывают достаточно загрязненные стоки в реки и озера. Часто производители не хотят вкладывать деньги в установку необходимого оборудования или оплачивать утилизацию на специальных предприятиях, поэтому сбрасывают свои отходы в реки. Штрафы за вред, нанесенный окружающей среде, относительно невысоки, поэтому не пугают нарушителей.

Стоимость очистных сооружений

Для частного дома можно заказать самую современную систему очистки, но это будет стоить достаточно дорого, поэтому хозяева нескольких домов объединяются и строят местную локальную станцию, что позволяет качественно выполнять работу, но цена очистных сооружений снижается тем больше, чем больше домов подключено к одному устройству.

Дешевле обустроить септик с двумя камерами, используя пластиковые материалы. Такая система обойдется дешево, но работать на полноценную очистку не сможет — сливать воду в реку нельзя.