Биологическая очистка сточных вод
При этом способе очистки используются определённые микроорганизмы, либо дождевые черви. С их помощью воду очищают от биологических примесей и некоторых минеральных элементов, которые могут стать причиной «цветения водоёмов» (фосфор и азот). Микроорганизмы могут быть аэробными или анаэробными.
Очистка проводится в резервуарах, которые, в зависимости от видов микроорганизмов и способов очистки, называют аэротанки, метантанки, илососы, биофильтры.
При использовании анаэробных методов биологической очистки образуется побочный продукт — метан. Он считается загрязнителем, поэтому, в идеале, должен улавливаться для производства энергии. Образующийся на дне отстойников ил можно использовать как удобрение.
Способы дезинфекции очищенных вод
Дезинфекция применяется на последнем этапе комплексной очистки воды. Самое популярное применение имеет обработка её УФ излучением и хлором. Хлор традиционно используется на большинстве очистных сооружений. Но, поскольку он сам является токсичным загрязнителем, во многих странах от него стали отказываться, отдавая предпочтение таким соединениям, как гипохлорит и озон.
Пирогенная очистка
Такой способ очистки сточных вод применяется в случае образования стойких химических соединений. Для этого используют специальные печи и факелы. Печи больше распространены в развитых странах, но этот способ довольно дорогой. В России используют факельный метод, который обходится гораздо дешевле. Для этого загрязненные стоки вводятся в зону горения факела и обезвреживаются термическим методом.
Мобильные средства очистки воды
Если необходимость очистки возникает лишь периодически, а объём стоков не велик, то бывает целесообразно использовать не стационарные, а передвижные конструкции для очищения вод. Они включают в себя угольный фильтр, барботёры, насос и обеззараживающую ёмкость.
Что нужно учесть при выборе очистных систем
На современном рынке существует большое количество разных установок для очистки воды
Что бы выбрать из них оптимальную, необходимо обратить внимание на следующие моменты:
- Технология, используемая для очистки. Её эффективность и производительность.
- Срок эксплуатации.
- Из каких материалов выполнена конструкция очистных.
- Безопасность и лёгкость в эксплуатации.
- Наличие у производителя гигиенического заключения.
Помимо этого важно будет учесть и географические особенности местности, размеры участка, структуру почвы, уровень грунтовых вод, сезонность или круглогодичность пользования
Механический способ очистки воды (очищение сточных вод механическим методом) и его развитие благодаря нанотехнологиям
Нанотехнологии сегодня активно используются в том числе для очистки воды. Метод СВР был разработан В.И. Петриком – именно он синтезировал особое химическое соединение, способное в взрывообразному разложению. УСВР химически инертен, не боится агрессивных сред, электропроводен и гидрофобен, экологически чист. Данное вещество представляет собой уникальный сорбент, применяемый для очистки питьевой воды и промостоков.
При смачивании УСВР создает массу с очень высоким гидравлическим сопротивлением – намного более высоким, чем у того же активированного угля. В данной массе взвеси запутываются и фиксируются. То есть УСВР – нанотехологичное вещество – выполняет роль сорбента. Главные его преимущества – очень высокая скорость и максимальная эффективность очистки.
Другие методы очистки воды: физико-химические, биологические, реагентные, мембранные
Пройдя систему физического очищения, стоки самотоком переходят к следующим методам очистки – биологическому, химическому либо комбинированному. Рассмотрим их виды.
К физико-химическим методам относят:
- коагуляцию;
- адсорбцию;
- флотацию;
- экстракция;
- ионный обмен;
- диализ;
- кристаллизацию.
Биологические методики очистки воды – это:
- биологические пруды;
- аэротенки;
- биофильтры.
Реагентные методы:
- окисление;
- нейтрализация;
- экстракция.
Мембранный способ предполагает прохождение стоков через особый фильтр – мембрану. Тип и принципы очистки подбираются с учетом состава водных масс и особенностей их дальнейшего применения.
Биологический этап очистки
Для удаления органического мусора, биогенных веществ и растворенных в водной массе включений применяется биологический метод очистки.
При помощи специальных микроорганизмов, которые формируют активный ил, сточные воды проходят глубокую очистку. В первую очередь устраняются органические частицы азота и фосфора, а очищаемая жидкость минерализуется. При этом взвешенная органика оседает на дно, после чего осадок и плавающие загрязнения удаляются из резервуара.
Оборудование и установки, которые используются на биологическим этапе очистки:
- аэротенки (аэробная очистка бактериями);
- вторичные отстойники (илососы, илоскребы);
- биофильтры;
- метантенки (анаэробное брожение).
Основные методы
Система очистки стоков должна работать комплексно, чтобы полностью удалить все вредные и токсичные вещества. Применение какого-либо одного метода не дает стопроцентного результата.
Анаэробная биоочистка
Осуществляется при помощи бактерий, которые получают энергию без использования кислорода. Это наиболее экономически выгодный вариант, который позволяет довести уровень очистки стоков до 90%.
Наиболее эффективна система в домашних канализационных установках, куда сливаются фекальные массы. Анаэробные микроорганизмы добавляют из концентратов, которые можно купить в магазине. При этом есть возможность оборудовать приемку газа метана, который выделяется при переработке органики. Биореактор – это дополнительный плюс метода. Чтобы получить чистый газ, способный к горению, его необходимо очистить от влаги и углекислого газа.
Применяются такие комплексные установки в домашних хозяйствах, где выращивают животных, птиц. При больших объемах сырья биореактор окупает себя в течение года, учитывая, что хозяева пользуются газом и продают органическое удобрение.
Хранилище, куда попадают первичные стоки, называется метантенк. На дне находится активный ил, который представляет собой гранулы – сообщества бактерий
Микроорганизмы размножаются медленно, поэтому важно поддерживать оптимальные условия их выживания. Температура должна находиться в пределах 30 градусов
В процессе работы возникает необходимость откачки части микроорганизмов. Это делается ручным способом или с помощью ассенизаторной машины. Вещество безопасное – может использоваться для подкормки скота или в качестве удобрения на участке, так как содержит большое количество минералов.
Аэробный метод очистки стоков
Для продолжения очистки стоки из метантенка отправляются в аэротенк, в котором работу продолжают аэробные бактерии. Здесь процесс идет быстрее. Микроорганизмы размножаются активнее за счет присутствия кислорода.
Желательно, чтобы анаэробный и аэробный методы использовались вместе, так как аэробы завершают процесс биологической очистки.
Оборудование представляет собой открытые емкости – чаще всего железобетонные прямоугольные конструкции, куда попадает жидкость, предварительно очищенная от твердой органики. Для увеличения популяции бактерий нужно увеличивать концентрацию кислорода, что требует установки дополнительного оборудования.
Есть определенные требования к количественному составу бактерий. Например, простейшие организмы поедают бактерии, устраняя старые клетки и сильно разросшиеся определенные популяции.
Минус установки – высокая цена. Также необходимо найти подходящее место, чтобы установить оба резервуара.
Химические и физико-химические методы
Химические методы чаще всего комбинируют с механическими, так как по отдельности они не дают нужной степени очистки. Применяются препараты, которые нейтрализуют вредные вещества или окисляют их до безопасных соединений, которые потом улавливаются механическими фильтрами или приспособлениями.
Если стоки насыщены кислотными компонентами, в них добавляют щелочные вещества – известь, гидроксиды, соду. Если поступают щелочные стоковые жидкости, то используют кислоты – серную или соляную. В результате получают осадки в виде солей. Для контроля кислотности используют pH метр.
Озонирование – химический способ очистки, суть которого в окислении органики. Процесс происходит быстро — за короткий промежуток времени можно очистить большие массы воды.
Минус метода в том, что перед озонированием необходимо проводить очищение от твердых крупных примесей, что обычно делается в метантенках и аэротенках. Также велики расходы на энергоносители для данной технологии и реагенты, которые рассчитаны на определенные ионы, например – железа или марганца.
Физико-химические методы применяются, когда в предварительно очищенной жидкости присутствуют не только растворимые, но и взвешенные частицы. Основные из них:
- Флотация – пневматическая, напорная, механическая, электрическая. В результате взаимодействия пузырьков воздуха и взвешенных частиц возникают флотокомплексы, которые всплывают на поверхность в виде пены и следующим этапом удаляются.
- Ионообменный метод основан на замещении одних частиц другими. Очистку проводят ионитами – веществами наподобие синтетических смол.
Механические методы
Песколовки для очистки стоков отделяют жидкости от твердых нерастворимых частиц – шлаков, стекла, песка.
Для качественного отделения необходимо правильно отрегулировать скорость протекания жидкости через песколовку, чтобы частицы успели осесть на дно.
Актуальность проблемы
Сточные воды можно условно разделить на бытовые и промышленные. Бытовые – это результат деятельности человека, продукты его существования. К ним относится в первую очередь канализация. При попадании в воду грязные стоки уменьшают количество кислорода, способствуют размножению инфекции, паразитов. Употреблять в пищу такую воду крайне опасно.
Уровень очистки сточных вод зависит от качества оборудования, которое массово фильтрует и обеззараживает жидкость, возвращая ее в водоемы или обратно в систему водообеспечения города.
Промышленные отходы также опасны. К ним относятся:
- отработанная вода с предприятий, насыщенная токсинами;
- стоки после сельскохозяйственных работ, содержащие фосфаты, нитраты и другие минеральные вещества;
- сточные воды с неорганическими отходами – песок, частицы грунта, соли тяжелых металлов.
Промышленную жидкость условно разделяют:
- по степени токсического воздействия;
- концентрации опасных веществ;
- кислотности;
- составу.
Способов очистки сточных вод множество. В зависимости от того, что требуется удалить из воды, применяют определенные технологии. Например, для очищения домашней канализации достаточно построить двухкамерный резервуар и запустить анаэробные микроорганизмы. Вода в таком случае чистится на 70% и уходит в грунт, где продолжается процесс оседания взвешенных частиц и органики.
Этапы проведения очистки
Чтобы стоки можно было безопасно спустить в природные водоемы, ее подвергают четырем видам очистки в следующей последовательности:
- Механическая. На данном этапе происходит отделение нерастворимых остатков и твердых частиц. Используются различные решетки, сита, фильтры, песколовки, жироловки. Ширина отверстий в решетке составляет максимально 1,5 см. Механическая очистка сточных вод также имеет несколько стадий. После решетки стоки попадают в песколовку, где происходит осаждение мелких твердых частиц, в основном – песка. Следующий этап – жироловка. Жир легче воды, поэтому собирается на поверхности, откуда попадает в специальный резервуар и удаляется.
- Биологический вид очистки предусматривает использование различных микроорганизмов, дождевых червей. Они способны утилизировать растворимую органику и превращать ее в безопасное вещество. Применяют аэробные и анаэробные бактерии. Одни работают в присутствии кислорода, другие в нем не нуждаются. При анаэробном брожении выделяется метан – горючий газ, который после получения в биореакторе очищают и используют для бытовых или промышленных нужд.
- Физико-химический этап. Здесь происходит удаление взвешенных частиц, в основном – склеиванием их в более крупные – коагуляция. Методов много – флотация, центрифуга, выпаривание, сорбенты, аэрация (окисление) и другие. Физико-химические методы очистки сточных вод позволяют удалить все растворимые мелкодисперсные вещества из жидкости. В результате получают техническую воду, готовую к отправке в водоемы. Пить такую жидкость не рекомендуется.
- Дезинфекция – окончательный этап. Наиболее распространенные методы – ультрафиолетовое облучение, озонирование, хлорирование.
Утилизация сточных вод
В некоторых случаях сточные воды не очищают, а утилизируют. Для этого используется огневой метод – дешевый и универсальный, при котором грязные стоки попадают в зажженный факел. Вода испаряется, а твердые частицы сгорают. При этом образуется вода и углекислый газ. Минус способа в том, что для него расходуются дополнительные топливные ресурсы.
Утилизируют стоки химическим методом, добиваясь выпадения осадка, после чего используют другие химикаты и расщепляют осадок до простых компонентов. Такой метод применяют для очищения воды на производствах синтетических полимеров.
Устройства для механических методов очистки стоков
Существует несколько видов устройств, позволяющих реализовать механические методы очистки сточных вод:
Решетки. Эти устройства обеспечивают блокировку дальнейшего движения крупных частиц, которые находятся в стоках. Решетки устанавливаются по направлению движения воды. Конструктивно решетка – это металлический каркас, на котором закреплено определенное количество металлических стержней, причем они могут располагаться не только вертикально, но и под наклоном.
В пазухах решеток находятся зубцы граблей. Они работают при помощи шарнирно-пластинчатой цепи, которая двигается за счет шестеренчатого привода. Грабли нужны для извлечения отходов с решетки и их подачи в дробилку посредством подвижной ленты. В дробилке частицы измельчаются.
Иногда в системе устанавливаются механические решетки для очистки сточных вод, совмещенные с дробилками, т.е. пропуская стоки, устройство одновременно измельчает крупные фракции. Такая конструкция устанавливается в камеру, где стоки двигаются по кругу. Работа такой решетки обеспечивается электродвигателем, находящимся снаружи конструкции и передающим энергию за счет передачи. Вращающийся барабан устройства направляет отходы в сторону режущих элементов, которые и обеспечивают измельчения примесей, находящихся в сточных водах. После переработки все вещества снова попадают в систему и двигаются дальше.- Песколовки. Это оборудование для механической очистки сточных вод хорошо справляется с задерживанием минеральных веществ. Поскольку их плотность выше, чем у воды, примеси могут оседать на дно. Песколовки могут работать только в определенных условиях: например, если вода будет двигаться слишком медленно, то из нее будут оседать более мелкие частицы – а это нежелательно. Подходящая скорость движения жидкости составляет около 15-30 см в секунду.
Конструкция песколовок, устанавливающихся на горизонтальных участках, включает два элемента: рабочий, пропускающий через себя стоки, и осадочный, являющийся элементом, предназначенным для сбора выпавших частиц. Песколовки можно очищать при помощи насоса, гидроэлеватора или других средств – все зависит от объема стоков. Хорошая песколовка может обеспечить очистку от 75% загрязнений. - Отстойники. Позволяют удалить из стоков механические частицы. С точки зрения расположения, отстойники делятся на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Существует и классификация, зависящая от назначения устройства: отстойник может располагаться как перед очистительным сооружением, так и после него (такие устройства будут первичными или вторичными соответственно).
- Иловые площадки. Устройство представляет собой конструкцию, обеспечивающую высушивание влажных осадков, попадающих в систему после прохождения отстойника. Влажность стоков в таком случае приближается к 100%, а иловая площадка позволяет снизить этот показатель примерно до 75%, после чего количество отходов снижается в несколько раз. Схема механической очистки сточных вод в данном случае выглядит следующим образом: есть участок земли, вокруг которого располагаются земляные валы. Осадок выпадает в несколько слоев, поэтому определенная часть жидкости выпаривается, а другая проходит в грунт. Высушенные остатки вывозятся вручную, а иловая вода переносится к очистным сооружениям.
ЗаключениеОчистные сооружения ливневых сточных вод – расчет и установка
Как происходит очистка городских сточных вод?
Классическая схема очистки хозяйственно-бытовых сточных вод включает несколько этапов.
- Механическая очистка городских сточных вод.
Первичная обработка стоков, поступающих по канализационной системе, производится в блоке механической очистки. Здесь происходит удаление загрязнений, главным образом находящихся в нерастворённом и частично коллоидном состоянии.
Первоначально из сточных вод извлекается твёрдый мусор, представленный такими загрязнениями, как тряпки, бумага, остатки овощей, фруктов и других включений. Эти отходы задерживаются решётками (ситами, процеживателями) и направляются в решётки-дробилки.
Частицы минерального происхождения, удельный вес которых выше удельной массы сточной воды, осаждаются в песколовках. Они направляются в виде песчаной пульпы на специальные площадки для обезвоживания перед дальнейшей утилизацией.
Крупнодисперсные органические загрязнения извлекаются из сточных вод с помощью первичных отстойников, при этом тяжёлые фракции оседают на дно, а лёгкие (жиры и нефтепродукты) всплывают на поверхность. Иногда для повышения эффекта осветления перед отстойниками устанавливают преаэраторы.
- Биологическая очистка городских сточных вод.
Метод основан на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, с помощью которых находящиеся в сточных водах в растворённом или коллоидном состоянии органические вещества разлагаются и удаляются.
По принципу работы биологические очистные сооружения можно разделить на два типа:
- удаление загрязнений происходит в условиях, максимально приближенных к естественным (биологические пруды, поля фильтрации). Сточные воды очищаются в них малоэффективно, так как используется запас кислорода, присутствующий в воде;
- обработка сточных вод осуществляется искусственно в специальных резервуарах (аэротенках, биологических фильтрах, MBBR-реакторах и т. д.). В данных сооружениях создаются особые условия, при которых очистка происходит довольно интенсивно. В искусственных очистных сооружениях за счет чередования анаэробных и аэробных зон возможно удаление из сточных вод не только органических соединений, но и таких элементов, как фосфаты, нитраты и нитриты.
- Доочистка сточных вод.
Применяется для финишной доочистки стоков до норм сброса в водоем рыбохозяйственного назначения. Здесь часто задействуются многослойные песчаные фильтры, контактные осветлители, фильтры с полимерной загрузкой, сорбционные фильтры.
- Обеззараживание.
Выполняется с целью приведения бактериологических показателей сточных вод в соответствие с санитарными нормами. Для дезинфекции используются сильные окислители и их производные (хлор, озон), а также методы специальной обработки (облучение ультрафиолетом, кавитация).
- Обезвоживание осадка.
В процессе очистки городских сточных вод образуется большое количество осадка. С целью обработки и снижения объема осадка применяется следующее оборудование:
- стабилизаторы осадка;
- осветлители-перегниватели;
- метантенки;
- вакуумные фильтры;
- фильтр-прессы;
- центрифуги;
- шнековые обезвоживатели и пр.
Очистка сточных вод: специальное оборудование
Для очистки сточных вод применяются следующие категории оборудования:
- Насосные канализационные станции – бывают погружными и самовсасывающими. Перекачивают стоки в тех случаях, когда их транспортировка самотеком невозможна.
- Станции механической очистки – оснащаются пескоотделителями, служат для начальной обработки стоков путем их осаждения.
- Системы жироулавливания – выделяют жиры разного происхождения, незаменимы для очистки промышленных сточных вод.
- Станции биологической очистки – бывают наземными и заглубляемыми. Второе название – аэротенк.
- Станции химической очистки – могут использоваться самостоятельно и в комплексе с другими системами, незаменимы на производствах.
- Мембранные очистители – удаляют загрязнения на молекулярном уровне.
- И другое.
Стоимость оборудования зависит от его класса и производительности. В продаже сегодня представлены разные решения – дешевые и дорогие, бытовые и промышленные, решающие широкий или только основной спектр задач. Главное помните – чем дороже установка, тем она эффективнее.
Физико-химические и химические методы очистки
Такие методы эффективны для очистки стоков от растворённых веществ и некоторых взвешенных примесей.
Одним из таких методов является флотация. Этот способ является одновременно и физико-химическим, и механическим. Он позволяет извлечь частицы, которые плохо смачиваются водой (гидрофобные) и поднять их на поверхность вместе с пузырьками газа или жиров. Он применяется в различных областях, а при очистке воды позволяет уменьшить содержание некоторых твёрдых и органических примесей. Метод считается довольно эффективным, так как с его помощью удаляют 9/10 всех примесей.
Применение сорбентов также может использоваться для очистки загрязнённых вод. Адсорбция может быть физической и химической. В качестве сорбентов используют высокопористые материалы: торф, глины, золу и другие.
Коагуляция представляет собой процесс укрупнения частиц за счёт их слипания друг с другом. При этом мельчайшие коллоидные взвеси, которые не удалось удалить механическими способами, превращаются в более крупные частицы, оседающие на дно. Коагуляция может начаться при введении в раствор специальных реагентов (флокуляция, гетерокоагуляция), либо под действием электрического тока (электрокоагуляция).
Метод ионного обмена. Он основан на взаимодействии между ионами загрязняющих веществ и твёрдого вещества – ионита. При очистке сточных вод иногда применяются ионообменные фильтры. Одним из видов ионного обмена является электродиализ. В данном случае вещества перемещаются под влиянием электрического поля, а сам ионный обмен происходит на ионообменных мембранах.
Иногда для очистки вод применяется выпаривание. Оно позволяет увеличить концентрацию растворённых веществ, после чего происходит кристаллизация. Такую очистку можно проводить только при высоких концентрациях загрязняющих веществ.
Механические методы очистки сточных вод
Механическая очистка – это, по сути, предварительный этап очистки сточных вод. Главная задача на данной стадии – удалить из жидкости осевшие или взвешенные волокна, твердые компоненты, которые не растворяются в воде, грубодисперсные примеси. Если не сделать этого, фильтры могут выйти из строя раньше времени.
Планируете использовать сточные воды в качестве технической жидкости? В таком случае механическую очистку нужно проводить обязательно. Она поможет удалить химические соединения и сделает возможным повторное применение технической воды. Это нужно для обеспечения повторной переработки вод, восполнения природных запасов. Рассмотрим основные способы механической очистки.
Процеживание
При процеживании вода протекает через специальные решетки и сетки с ячейками (размеры ячеек могут быть разными). При высоконапорной очистке применяются высокопрочные решетки и сетки. Применение данных установок делает возможным максимально качественное очищение воды и увеличение производительности любого сооружения.
Фильтрация
Вода проходит через пористый либо засыпной материал – под напором или без напора. В роли наполнителя используются частички стекла, металла, песок. За счет фильтрования можно добиться максимально тонкой очистки сточных вод, но многое зависит от наполнителя.
Отстаивание
Процесс отстаивания сточных вод сопровождается гравитационным осаждением и сепарацией фракций. Установка имеет вид системы, состоящей из последовательно установленных камер. Камеры снабжаются переливами, в которых частички разных размеров оседают под воздействием силы тяжести. Верхний слой воды после очистки переливается в следующую камеру. Как только вторая камера будет полностью заполнена, процесс очистки начнется заново. Самое простое устройство, применяемое для отстаивания – это песколовка. Время очистки – несколько часов, точнее можно будет сказать только с учетом степени загрязненности стоков.
Дисковой фильтр
Дисковой фильтр представляет собой цилиндрический пакет, в состав которого входит разное количество полимерных дисков. Поверхность дисков обрабатывается особым образом – в итоге должна получиться объемная структура. За счет такой конструкции степень очистки воды получается максимальной.
Если дисковой фильтр сильно загрязнился, его можно очистить самостоятельно. Это делает решение не только эффективным, но и практичным, удобным, функциональным.
Флотация
Технология широко применяется на нефтеперерабатывающих предприятиях, в металлообработке, химической и пищевой промышленности. Суть флотации заключается в прохождении пузырьков газа через жидкую массу. Пузырьки захватывают частички загрязнений и поднимают их к поверхности в виде пены, которую легко можно убрать. Флотация имеет очень высокую эффективность – 90-95%. Для запуска пузырьков газа в сточные воды применяются такие методики как аэрация, электролиз. Возможно дополнительное применение коагулянтов. Они ускоряют поднятия осадка на поверхность.
Центрифугирование
Данный способ позволяет разделять фракции твердых примесей на потоке. Процесс является эффективным и высокоскоростным, выполнять его можно в полностью автоматическом режиме. Центрифуга используется одна или несколько. Скорость сепарирования в центробежном поле получается максимальной.
Все рассмотренные методики имеют высокую эффективности и доступную цену. Но как быть, если сточные воды содержат не только механические примеси, но и соли металлов? В таком случае подход к очистке нужен особый.
