Библиографическая ссылка на статью:
Илюшина В.В. Современные методы очистки сточных вод // Современная техника и технологии. 2017. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2017/02/12446 (дата обращения: 07.02.2019).

В связи с ситуацией, сложившейся в настоящее время: бурное развитие различных отраслей промышленности (металлургических, нефтеперерабатывающих, химических), сельского хозяйства, транспортной инфраструктуры и других видов антропогенной деятельности, водоочистка сточных вод является одной из лидирующих и актуальных проблем наших дней. Необходимость в очищении сточных вод от всевозможных типов загрязнений возникает, если качество исследуемой воды не соответствует общепринятым регламентированным требованиям.

Сточные воды

Сточные воды – это пресные воды, поступившие с разных видов антропогенной деятельности и в результате претерпевшие некоторые изменения своих физико-химических свойств. Основная характеристика, по которой производят классификацию сточных вод, – их происхождение. По этому критерию сточные воды подразделяют на большие 3 группы:

Бытовые сточные воды – это сточные воды, образующиеся в жилых, административных и других помещениях и поступающие в водоотводящую сеть от различных санитарных объектов. В бытовых водах содержатся загрязнители минерального и органического характера, последние из которых являются наиболее опасными с санитарной точки зрения. Бытовые воды имеют БПК = 100-400 мг/л; ХПК = 150-600 мг/л, в результате чего их расценивают как сильно загрязнённые сточные воды. [1, с. 9]

Производственные сточные воды – это сточные воды, образующиеся в результате производства всевозможных видов продукции (использованные технические жидкости, технологические и промывные воды и др.). В зависимости от типа рассматриваемой сферы промышленности в сточных водах могут присутствовать как органические виды загрязнителей, так и неорганические, растворимые и нерастворимые. [1, с.9]

Атмосферные (дождевые) сточные воды – это сточные воды, образующиеся в процессе выпадения осадков на жилых, промышленных территориях, АЗС и т.д. В атмосферных водах преимущественно содержатся нерастворённые минеральные загрязнения и примеси органического происхождения. БПК данных сточных вод равняется 50-60 мг/л. [1, с.9]

Очистка сточных вод

Перейдём непосредственно к самому процессу водоочистки. Методы очистки сточных вод поддаются классификации и бывают 3 видов:

Механическая водоочистка – это, как правило, предварительная стадия перед последующей биологической очисткой. К элементам механической очистки сточных вод относят: решётки, сита, песколовки, отстойники, фильтры различных конструкций. При необходимости снижения концентрации взвешенных веществ в сточных водах на 40-50% и БПК_полн – на 20-30% ограничиваются механической очисткой. [2, с. 85-120]

Рисунок 1. Технологическая схема очистной станции с механической очисткой сточных вод

Такая схема (рис. 1) применяется при расходе сточных вод не более 10 тыс. м 3 /сут. При механическом методе водоочистки также используют комплексные установки, сочетающие в себе все выше изложенные технологические операции. Ярким примером такой установки является пластинчатый фильтр (рис. 2). Работа с пластинчатыми фильтрами значительно снижает энергозатраты, шумовое загрязнение, трудоёмкость процесса водоочистки и сокращает время очистки на 20%, что делает установку один из наиболее эффективных оборудований нашего времени.

Рисунок 2. Пластинчатый фильтр

Основная область применения методов физико-химической водоочистки – очистка производственных сточных вод. Данный вид очистки применяется для водных расходов – 10-20 тыс. м 3 /сут. Схема технологического процесса данного вида очистки представлена ниже (рис.3). [5]

Рисунок 3. Технологическая схема очистной станции с физико-химической очисткой сточных вод

Физико-химическая очистка удаляет из сточных вод тонкодисперсные и растворенные неорганические вещества, уничтожает трудноокисляемые и органические соединения. К методам данной очистки относят: адсорбцию, коагуляцию, флотацию, и др. Одними из наиболее эффективных методов обеззараживания сточных вод являются: термический метод (рис.4), электрокаталитический (рис.5), плазмохимический (рис.6).

Рисунок 4. Термический метод очистки сточных вод том.

Рисунок 5. Электрокаталитический метод очистки сточных вод

Рисунок 6. Плазмохимический метод очистки сточных вод

Термический метод применяют до производительности 50 м 3 /сут., электрокаталитический – до 200 м 3 /сут., плазмохимический – от 100 м 3 /сут. и выше. Все перечисленные виды водоочистки достаточно широко используются на практике и имеют ряд преимуществ перед остальными методами физико-химической водоочистки: возможность полной автоматизации процесса очистки сточных вод, снижение энергозатрат, сооружения водоочистки быстро выходят на режим. [7]

Биологические же методы очистки сточных вод основываются на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворённые органические соединения, являющиеся для микроорганизмов источниками питания. Сооружения по очистке данным методом можно разделить на два направления. К первому виду относят сооружения, в которых процесс биологической очистки протекает в условиях близких к естественным. Ко второму же – сооружения, где аналогичная очистка осуществляется в искусственно созданных условиях (в аэротенках и биофильтрах). Последний вид очистки (искусственный) является наиболее эффективным и часто применяемым в наше время.

Рисунок 7. Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах

Такие схемы (рис. 7) используются для расходов сточных вод порядка 10-20 тыс. м 3 /сут. При биологической очистке используют активный ил, что представляет собой совокупность различных микроорганизмов. В настоящее время использование активного ила стало широко применяться при обработке стоков, отчего считается одним из наиболее актуальных методов современной очистки сточных вод. На основе проведённых исследований в сфере водоочистки была произведена модернизация сооружений искусственной биологической очистки сточных вод за счёт переоборудования действующих аэротенков в режим нитриденитрификации. [8]

Рисунок 8. Схема традиционной искусственной биологической очистки сточных вод

Рисунок 9. Схема модернизированной искусственной биологической очистки сточных вод

Внедрение подобной технологии (рис.9) значительно повысит эффективность процесса очистки сточных вод от соединений азота, сократит эксплуатационные затраты, уменьшит массу загрязняющих веществ. [9]

Ввиду стремительно развивающихся отраслей промышленности, роста населённых пунктов, численности населения потребление водных ресурсов неминуемо растёт, также в результате процесса водопользования увеличиваются объёмы сточных вод. Именно поэтому особое значение имеет развитие современной системы водоотведения бытовых и производственных сточных вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей нас среды от всевозможных загрязнений. Предпосылками успешного решения этих задач являются разработки, выполняемые высококвалифицированными специалистами, использующими новейшие достижения науки и техники в области строительства и реконструкции водоотводящих сетей и очистных сооружений. Таким образом, эффективное удаление всевозможных видов загрязнений из сточных вод позволит обеспечить наиболее благоприятные условия использования водных ресурсов во всех сферах антропогенной деятельности.

Библиографический список

1. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод. 2004.
2. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация. 1978. № 6.
3. Мешалкин А.В., Дмитриева Т.В., Шемель И.Г.. Экологическое состояние гидросферы. под редакцией д.т.н., проф., академика РАЕН Коржавого А.П. 2007.
4. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях. Бюро НТД. 2015.
5. Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2013. №1 (17). Журкин Н.Н., Алибеков С.Я. Усовершенствование механической очистки сточных вод.
6. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (Техносферная безопасность). 2010.
7. Башкирский химический журнал . 2007. №4. Т.14. Назаров В.Д., Гараев И.Ф., Назаров М.В. Физико-химические методы очистки и обеззараживания сточных вод туберкулёзных и инфекционных больниц.
8. Вестник Кузбасского государственного технического университета . 2010. №2. Зайцева И.С., Зайцева Н.А., Воронина А.С. Методы интенсификации биологической очистки сточных вод в аэротенках.
9. Вестник МГСУ. 2012. №11. Гогина Е.С., Кулаков А.А. Разработка технологии модернизации сооружений искусственной биологической очистки сточных вод.

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

источник

Деятельность человека, как и любого другого живого существа, всенепременно сопровождается выделением немалого количества отходов жизнедеятельности. В современных условиях практически все из них уносятся вдаль водами канализационных рек. Наконец, нашу цивилизацию практически невозможно себе представить без огромного количества заводов и прочих предприятий, которые также во множестве продуцируют сточные воды.

Очистка сточных вод является процессом, после прохождения которого стоки пригодны для использования в технических целях или же возврата в окружающую среду без ущерба для последней. Словом, способ зависит от дальнейшего использования жидкости. К примеру, сточные воды от раковин – не то же самое, что содержимое сливных ям, куда спускается содержимое унитаза.

В апреле 1993 года более 400 тысяч человек в Милуоки оказались на больничной койке в результате попадания в питьевую воду криптоспоридии. После этого случая, который получил мощный резонанс в ВОЗ, мировая общественность стала намного осторожнее относиться к той жидкости, которая течет из-под кранов под видом «питьевой воды». Это мнение только окрепло после обнародования некоторых случаев эпидемий в Индии, в результате которых сотни человек умерли. А ведь дело было в обычной кишечной палочке, попавшей в водопровод из плохо очищенных стоков! Так что очистка сточных вод – чрезвычайно важный процесс, который сохраняет жизнь и здоровье людей.

Любые загрязнители коренным образом меняют вкус, цвет и запах жидкости, не говоря уже о ее пригодности для использования в пищевых или технических целях. Наиболее опасными являются промышленные стоки, так как в них нередко содержатся такие концентрации тяжелых металлов и иных веществ, которые в десятки и сотни раз превышают самые «оптимистичные» ПДК. Конечно, в этом случае все зависит от конкретного производства, которое сбрасывает сточные воды. Канализация среднестатистического города по сравнению с ними может показаться «родником», так как в ней, по крайней мере, не бывает радиоактивных изотопов или огромного количества тяжелых металлов.

Опасные загрязнения, которые делают воду непригодной для питья и использования в бытовых целях, можно квалифицировать как физические, химические, биологические факторы. Особняком стоит выброс радиоактивных изотопов. Соответственно, классификация загрязнений будет идентична причинам, которые их вызывают:

• Механические факторы. Характеризуются резким увеличением мельчайшей механической взвеси в жидкости.
• Химические. В воде повышено содержание любых химических соединений. При этом не имеет значения, могут ли эти вещества оказывать негативное влияние на здоровье человеческого организма.
• Биологические и бактериологические (бытовые сточные воды). Очень опасный вид загрязнений, так как в этом случае в воде превышено содержание микроорганизмов. В самом начале статьи мы уже говорили, чем это чревато.
• Тепловые загрязнения. Так называется сброс в реки и другие водоемы воды из прудов-охладителей при ТЭЦ и АЭС. Не стоит относиться к этой разновидности легкомысленно, так как подобные явления приводят к массовой гибели эндемиков, приспособленных к низким температурам воды, которые характерны именно для нашей местности.
• Радиоактивные. В воде и донных осадках обнаруживаются радиоактивные изотопы. Такое бывает, когда неисправна система сточных вод на некоторых промышленных предприятиях или АЭС.

В наших условиях наиболее распространены стоки трех типов:

• Примеси неорганического происхождения, включая даже нетоксические соединения.
• Вещества органического происхождения.
• Смешанные стоки.

Очень опасны отходы металлургических производств, так как в них содержится огромное количество тяжелых металлов и прочих токсичных соединений. Они изменяют физические свойства воды. В тех водоемах, куда попадает эта отрава, погибает все живое, включая деревья и прочую растительность по берегам. Органику же сбрасывают нефтеперерабатывающие комплексы и подобные производства. В стоках есть не только сравнительно безопасная нефть, но и предельно ядовитые фенолы и подобные им вещества. Кроме того, не следует сбрасывать со счетов предприятия животноводческого типа.

Они выбрасывают гигантское количество органики. Последний вызывает резкое ухудшение органолептических свойств воды. В водоемах, куда попадают сточные воды предприятий, происходит резкое развитие микроскопических водорослей, цветение, в жидкости до минимума падает содержание кислорода. Рыбы и прочие гидробионты погибают. Производство электроники, в том числе травление печатных плат и выпуск радиотехнической продукции различных типов, дает стоки смешанного типа. В их составе имеются красители, тяжелые металлы, ацетон, фенолы и прочие соединения.

В настоящее время ученые всего мира бьют тревогу, так как в Мировой океан попадает гигантское количество нефти. Она образует на поверхности воды тончайшую пленку, которую порой можно заметить только по радужным разводам. Это не только приводит к значительному ухудшению органолептических свойств жидкости, но и к резкому снижению поступления кислорода, который попадает в океан путем диффузии. Опять-таки страдают гидробионты, причем особенно бьет нехватка этого вещества по кораллам, численность которых в морях и океанах катастрофически падает с каждым годом. Всего лишь 10 мг нефти и нефтепродуктов делают воду абсолютно непригодной для питья и жизни живых существ.

Чрезвычайно опасны фенолы, о которых мы неоднократно упоминали выше. Они присутствуют в стоках практически всех промышленных предприятий. Особенно это относится к тем из них, которые занимаются производством кокса. В присутствии этих веществ происходит массовая гибель обитателей прудов, рек, морей и океанов, а сама вода приобретает крайне неприятный, гнилостный запах.

На очистные сооружения сточных вод попадают стоки следующего состава:

• Белки – 28%.
• Углеводы – 17,5%.
• Жирные кислоты – 10%.
• Масла, жиры – 27%.
• Детергенты – 7%.

Как можно заметить, основная доля загрязняющих веществ – органика. В промышленных условиях обсуждать какой-то состав сточных вод бессмысленно, так как в каждом случае он свой. В частности в некоторых случаях прямо в реку (!) сбрасывается якобы очищенная «вода», которая по внешнему виду и составу напоминает использованное моторное масло.

Как правило, в загрязнении среды виноваты промышленные и социальные объекты, а также животноводческие и птицеводческие фермы. Очень опасны твердые отходы, которые образуются при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, а также стоки, образующиеся в процессе деревопереработки. Водный и железнодорожный транспорт дают немало отходов биологического происхождения. При попадании в водные источники они вызывают их обсеменение кишечной палочкой или яйцами глистов. Особенно опасно, когда выше по течению реки стоит какое-то медицинское учреждение.

Обработка включает в себя следующие способы:

• Механические. Сюда относится фильтрация, которую используют все очистные сооружения сточных вод, а также отстаивание.
• Физические. Это электролиз, аэрация, обработка стоков ультрафиолетовым излучением.
• Химические методы. Применяются специальные составы для осаждения и обеззараживания веществ, которые могут содержаться в стоках.
• Биологическая очистка сточных вод. В этом случае используются растения, усваивающие органику, а также некоторые виды простейших, улиток и рыб.

Перед началом обработки проводится подготовительная работа. Точнее, анализ сточных вод. Специалисты химических лабораторий определяют, какие именно загрязнители в них содержатся. Это помогает выбрать лучшую стратегию по их нейтрализации. Общая процедура очистки сточных вод включает отсеивание: твердых частиц, бактерий, морских водорослей, растений, неорганических примесей и органических веществ. Удаление твердых частиц – самый простой этап. Он включает в себя фильтрацию и осаждение путем отстаивания. Куда сложнее очистить сточные воды от тонких взвесей, которые обычными фильтрующими материалами не задерживаются.

Одним из наиболее простых и дешевых методов, который, тем не менее, обеспечивает высокую степень очистки, является использование активированного угля. Фильтры с этим материалом используются практически на всех предприятиях, руководство которых серьезно относится к защите окружающей среды.

Главным преимуществом угля является его высокая способность к абсорбции. Проще говоря, на поверхности частичек этого вещества имеется такое количество пор, что они могут задержать такое количество загрязняющих воду соединений, которое в несколько раз превышает объем самого угля. Именно процесс улавливания, связывания загрязняющих реагентов и называется абсорбцией. Следует отметить, что с целью очистки питьевой воды уголь использовался еще до нашей эры. Активное исследование и производство этого материала началось во время двух мировых войн. Факторами, влияющими на поглощение, являются размер частицы, площадь поверхности, структура связываемого вещества, кислотность среды (pH-фактор), температура, которую имеют сточные воды.

Древесный уголь поглощает много веществ, начиная от цветных металлов и заканчивая сложными органическими соединениями (к примеру, фенолами). Конечно, от радиоактивных соединений он не защитит, но основные виды неорганических и органических примесей с его помощью удалить можно.

В некоторых случаях для очистки могут быть использованы специальные жидкости, в состав которых входят частицы коллоидных веществ. Для чего они нужны? Все просто – микроскопические частицы, объединяясь с молекулами загрязняющих веществ, заставляют их выпадать в осадок. Явление известно как коагуляция. В некоторых очистных сооружениях используется также метод электролиза. Метод схож с предыдущим, так как ионы, образующиеся при этом процессе, также способствуют осаждению загрязняющих примесей.

Напротив, современные исследователи все чаще предлагают методы, при которых используются массивные молекулы, которые с большей эффективностью могут связывать и осаждать загрязнители. Такой процесс называют флокуляцией.

Как мы уже и говорили, очистка сточных вод может предусматривать использование отрицательно заряженных ионов. Исторически для этих целей используется сульфат алюминия, а также известь. Эти соединения вызывают резкое изменение рН воды, что приводит к гибели патогенных микроорганизмов, которые во множестве содержатся в стоках. В некоторых случаях могут использоваться вещества на основе трехвалентного железа. Некоторые химики считают, что подобные методы могли использовать еще египтяне за две тысячи лет до нашей эры. Отлично осаждает органику также перманганат калия.

Как бы там ни было, но связанная органика выпадает в виде хлопьев или геля. Эти осадки сточных вод могут быть с легкостью отловлены при помощи простейшего механического фильтра. Данный метод работает лучше всего с относительно плотными частицами (например, илом и прочими тяжелыми органическими примесями), в то же время более легкие частицы (например, микроскопические морские водоросли) лучше удаляются при помощи отстаивания. Осадительный чан должен быть достаточно большим, дабы заполнение его шло как можно медленнее. Связано это с тем, что для нормального протекания процесса требуется не менее четырех часов. После того как органические и неорганические примеси осядут на дно, воду можно считать условно очищенной, годной для использования в технических целях. Этот метод чаще используется при предварительной обработке стоков.

Затем приходит черед аэрации. Вода поступает в гигантские чаны, куда попадает сжатый воздух под большим давлением, выводимый в жидкость посредством распылителей. Вы когда-нибудь видели, как работает компрессор в обычном аквариуме? В этом случае происходит практически то же самое. Аэрация позволяет насытить воду кислородом и вывести в осадок оставшиеся органические примеси. После такой обработки жидкость чаще всего подается в специальные пруды, засаженные высшей водной растительностью (биологическая очистка сточных вод). И только потом вода считается пригодной для использования в технических целях. Ею можно поливать посадки овощей и фруктов, а также сбрасывать в природные водоемы.

источник

Под доочисткой подразумевают методы и процессы, дополняющие традиционные схемы двухступенчатой очистки (механические + биологические) сточных вод данного состава. Возможная степень удаления загрязнений в процессах третичной очистки (доочистки) практически нс ограничена и определяется условиями сброса очищенных сточных вод в водоемы, подачи воды на технические нужды, рекреационное обводнение или в систему питьевого водоснабжения. При этом должны учитываться экономические соображения. Современные методы доочистки городских сточных вод приведены в таблице 28.

Методы доочистки городских сточных вод, области использования воды н критерии оценки [431

Области использования доочищенной воды

Показатели, по которым определяют эффективность доочистки

Снижение содержания взвешенных веществ, легкоокисляю- щихся органических соединений, частично бактериального за1рязнения

Техническое водоснабжение, сброс в водоемы, орошение, пополнение запасов подземных вод

ХПК, БПК, содержание взвешенных веществ, микробное загрязнение

Перед использованием доочищения воды нужно обеззараживать

Очистка воды от растворенных органических соединений. В сочетании с другими методами — получение воды питьевого кач-ва

То же, а также хозяйственно- питьевое водоснабжение

ХПК. БПК, содержание орг-х вещ-в, бихроматная окисляе- мость, соединения азота, микробное загрязнение

Поступающие на доочистку стоки должны быть освобождены от взвеш-х и кол- лоид-х в-в. Перед использованием доочистки стоки обеззараживают

Очистка воды от биологически трудноокисленных орга- нич-х в-в

В системах производственною водоснабжения

ХПК, БПК. микробное загрязне- ние

Перед использованием вода должна быть обеззаражена

Очистка от растворенных органических, взвешенных, коллоидных, веществ, фосфорных соединении, бактериального за|рязнения

Техническое водоснабжение, сброс в водоемы

ХПК, БПК, окислясмость, содержание взвешенных веществ, фосфаты, органический фосфор, остаточные концентрации коагулянтов

Добавки флокулян- тов улучшают процесс осветления. После коагуляции необходимо применение песчаных и угольных фильтров

Очистка сточных вод от ПАВ

Техническое водоснабжение, сброс в водоемы

Очищенная флотацией вода насыщена СЬ перед использованием доочищения воду необходимо обеззараживать

Деминерализация, полное удаление взвешенных и органических веществ, азота и фосфора, бактериального загрязнения, вирусов, а также извлечение ценных веществ, их солей, тяжелых металлов. В сочетании с другими методами — получение воды питьевого кач-ва

Опреснение высокоминерализованных вод.

Техническое водонабжение, сброс в водоемы

Сухой остаток, содержание органических веществ, специфических компонентов мембран, микроэлементы, микробное загрязнение

Мембраны должны обладать селективностью, высокой скоростью фильтрации, химической и механической прочностью. При получении воды для питья используются мембраны, допущенные к применению в водоснабжении

Деминерализация, частичное удаление органических соединений, микробного загрязнения. В сочетании с другими методами получение воды питьевого кач-ва

области использования воды

Сухой остаток, содержание органических веществ, специфических компонентов мембран, микроэлементы, микробное загрязнение

Из воды не удаляются химические вещества природы, требуется обязательное обеззараживание до- очищенных стоков. При получении вода питьевого качества используются смолы, допущенные к применению в водоснабжении

Деминерализация, удаление органических примесей, соединений азота и фосфора, снижение микробного загрязнения. В сочетании с другими методами — получение воды питьевого качества

микроэлементы, специфические в-ва ионообменных смол, микробное загрязнение

Т ребуется обязательное обеззараживание доочи- щенных стоков. При получении воды питьевого качества используются смолы, допущенные к применению в водоснабжении

Снижение органического загрязнения, мутности, цветности, микробного загрязнения. Озонирование удаляет детергенты, запахи, привкусы. В сочетании с другими методами — получение воды питьевого качества

Техническое водоснабжение, сброс в водоемы, питьевое водоснабжение

ХПК, БПК, содержание органических веществ, мутность, цветность, микробное загрязнение, остаточное количество окислителя

Исходная вода должна быть очищена от взвешенных веществ и растворенных газов. Особое внимание следует уделить определению неодо- окисленных продуктов органической природы

Окисление органических веществ, обогащенные растворенным кислородом, снижение содержания взве-шенных веществ, соединений азота, фосфора и других биогенных элементов

Сброс в водоемы, техническое водоснабжение, орошение, пополнение запасов подземных вод

ХПК. БПК, растительный кислород азот, фосфаты, органический фосфор, микробное загрязнение

Исходная вода должна быть биохимически очищена

К ним относятся фильтрование, адсорбция, биосорбция, коагуляция, флотация, ультра- и гиперфильтрация, элсктродиализ, ионный обмен, окисление, а также биологические методы [43]. Анализ эффективности вышеназванных методов показал, что вес они нуждаются в дополнительных приемах, таких как обеззараживание, освобождение от взвешенных и коллоидных веществ, растворенных газов и нсдоокислснных продуктов органической природы, осветление и т.д.

При выборе метода доочистки городских сточных вод (ГСВ) необходимо учитывать, что на практике возможны залповые или пролонгированные выбросы сточных вод с повышенными концентрациями загрязнений. При использовании доочищенных ГСВ в системах оборотного водоснабжения необходимо более глубокое удаление биогенных элементов, которые способствуют биологическим обрастаниям.

Учитывая многообразие применяемых методов доочистки городских сточных вод, предлагается следующая их классификация: механические, биологические, гидроботаничсскис, физико-химические методы. Следует учитывать, что предложенное выше разделение методов доочистки условно, так как некоторые из них одновременно имеют черты, свойственные различными группам, а в одних и тех же сооружениях одновременно протекают процессы различной природы.

Известно, что в течение почти 100 лет одним из основных способов обеззараживания питьевых и сточных вод, особенно в России, является хлорирование с применением жидкого хлора. В последние годы установлено, что хлорирование воды приводит к появлению в ней многих побочных хлоросодержащих веществ (ХСВ), обладающих высокой токсичностью, мутагенностью и канцсрогснностью. К таким ХСВ относятся трига- лометаны, хлорфенолы, галогенированные альдегиды, кетоны, фураны и другие. Причем максимальные концетрации из всех содержащихся в воде ХСВ приходятся на хлороформ, содержание которого превышает содержание всех остальных ХСВ в 30-50 раз [42]. Установлено также, что ХСВ образуются в результате взаимодействия хлора с содержащимися в обрабатываемой воде различными веществами как природного растительного происхождения, обусловливающими сс цветность, так и антропогенного происхождения. К таким веществам относятся гуминовые и другие кислоты, танины, лигнины, фенолы, анилин и др.

Образованию ХСВ способствуют сточные воды целлюлозобумажного и некоторых химических производств, которые содержат особенно много веществ, способствующих образованию ХСВ при взаимодействии их с хлором. Кроме того, причинами увеличения содержания ХСВ в природной воде может являться сброс хлорированных сточных вод инфекционных больниц, плавательных бассейнов, химчисток, а также широкое применение в домашнем хозяйстве хлорсодержащих отбеливающих и чистящих средств. При сбросе хлорированных сточных вод в водные объекты наблюдастся гибель планктона и сапрофитной микрофлоры, замедление процессов самоочищения и массовая гибель рыбы [42].

Отрицательные последствия обеззараживания питьевой и сточных вод хлором и его производными привели к тому, что в развитых странах мира ужесточают нормативы содержания ХСВ в питьевой воде, и Всемирная организация здравоохранения приняла директивы, запрещающие обработку коммунальных сточных вод хлором. Такая же тенденция намечается и в России, что прослеживается, например, из требования Минздрава РФ (МУ 2.1.5 732-99) об обязательном дехлорировании хлорированных сточных вод.

Наиболее сильными бактерицидными и окислительными свойствами среди используемых реагентов обладает озон, поэтому озонирование питьевой и сточных вод в последние 50-80 лет широко применяется в развитых европейских и североамериканских странах. В силу своей высокой энергоемкости (0,2-0,5 кВт чш ), сложности оборудования и соблюдения специфических условий его эксплуатации, в России данный способ обработки воды нс нашел широкого применения, за исключением Москвы, где ведутся работы по озонированию питьевой воды.

Одним из наиболее эффективных безреагентных способов обеззараживания питьевой и сточных вод является их ультрафиолетовое облучение (УФО). Жесткое ультрафиолетовое облучение сбрасываемой воды является мощным разрушителем всех содержащихся в ней микроорганизмов. При этом состав и свойства обрабатываемой воды нс изменяются, так как применение УФО нс сопровождается образованием побочных загрязняющих веществ. Время обеззараживания при УФО составляет 1-10 секунд в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей. Данный метод безопасен для людей, оборудование для него компактно и не подвергается процессам коррозии. Кроме того, в результате действия УФ-излучения в сточной воде реализуется ряд радикальных реакций в которые вовлекаются нс только легко- но и трудно- окислясмые вещества, что способствует дополнительной очистке сточных вод. Экологичность УФО, а также его более низкие эксплуатационные расходы по сравнению с хлорированием и озонированием, позволяют считать данный способ доочистки сточных вод очень перспективным.

Подтверждением высокой эффективности обеззараживания воды УФО является расширение использования этого способа в США и Канаде, где более 50 % всего объема сточных вод подвергается обработке УФО перед их сбросом в водные объекты [66, 90].

Перспективным методом доочистки сточных вод является гидроботанический метод с использованием высшей водной растительности.

Высшая водная растительность, являясь основным компонентом биоценозов мелководий, играет важную роль в биологическом режиме и процессах формирования качества воды. Макрофиты активно влияют на гидрохимический режим водоемов; является механическим фильтром, задерживающим взвеси, проявляя при этом определенную активность в их переработке; поглощают и накапливают биогены, многие микро — и макроэлементы, в том числе и тяжелые металлы, органические и токсичные вещества, которые обезвреживают в процессе метаболизма. Высшая водная растительность влияет на видовой состав, качество и жизнедеятельность окружающей микрофлоры, на санитарное состояние водоема, ликвидирует цветение вод. Наиболее важными функциями макрофитов являются аккумуляция и поглощение. Высшие водные растения принимают участие в очищении водоемов от нефти. Установлено, что при концентрации нефти 1 г/дм 3 пленка на поверхности воды исчезает в присутствии водных растений в течение 5-10 дней [37].

Наиболее устойчивы к нефтяному загрязнению тростник, рогоз узколистный, камыш. Наиболее высокие фильтровальные способности отмечают у тростника (Phragmites communis), рогоза (Typha sp.) и камыша озерного (Scirpus lacustris), способных давать огромную продукцию фитомассы. Кроме того, они обладают специальной воздушной тканью и способны аэрировать верхние слои донного грунта.

P.D. Jcsscn и др. считают, что растения ассимилируют биогенные вещества в биомассе, а в прикорневой зоне создают условия, повышающие активность биохимических реакций, то сеть макрофиты служат катализаторами процессов очистки. A. Lienard также отмечает, что макрофиты могут служить загрузкой создавая в биопруду условия, аналогичные реактору с прикрепленной биомассой (биопленкой). Ряд макрофитов, перемещая атмосферный кислород к корням, нс используют его полностью. В этом случае кислород может диффундировать в сточную воду и использоваться на окисление органических веществ и нитрификацию [97].

Известно, что тростник, рогоз и камыш используются для очистки и доочистки бытовых и производственных сточных вод. За рубежом в практике эксплуатации малых очистных сооружений для удаления биогенных элементов наряду с прудами с высшей водной растительностью, применяются искусственные участки обводненных земель с высаженными на них тростником, камышом, рогозом или другими водными растениями, так называемые wetland. Корни растений пронизывают загрузку, через которую сплошным потоком движется очищаемая вода. Эти участки в отечественной литературе называют биоплато, ботаническими площадками или фильтрующими биопрудами. Такой метод очистки известен около 40 лет, но в последнее десятилетие значительно повысился интерес и технологическим особенностям процесса [65].

В литературе приводятся сведения по очистке сточных вод небольших населенных пунктов в грунтовых емкостях е водонепроницаемым дном с зарослями болотных растений (осока, тростник, камыш и др.). Причем отмечается, что наилучший эффект очистки наблюдается при использовании камыша [95]. Очистка сточных вод, как бытовых, так и производственных с использованием высших водных растений (камыша, тростника и рогоза) осуществляется на полях фильтрации; в очистных и макрофитных прудах; опытных площадках; опытных траншеях; а также в отстойных бассейнах, на дне которых закреплены корневища макрофитов [96].

Таким образом, многолетняя практика использования тростника, камыша и рогоза с целью очистки сточных вод доказывает высокую эффективность биологического способа очистки, особенно в условиях аридного климата с достаточной суммой тепла для развития данных растений, а также нстоксичность и безвредность отмирающих после вегетации частей макрофитов.

Также для очистки сточных вод используют классическую аквасистс- му, в которой в качестве основного растительного компонента используется плавающее растение эйхорния отличная (Eichhornia crassipes) или водяной гиацинт [100]. Надводная часть растения состоит из укороченного стебля с розеткой овальных листьев, цветок напоминает гиацинт. В воду свисает сильно развитая мочка подводных корней, опущенных ресничками.

Растение эффективно очищает водоемы, занесенные в список мертвых или находящихся на грани этого, малые реки, стоки, отстойники промышленного, хозбытового, животноводческого и т.п. происхождения; заметно снижает в стоках содержание большинства элементов: азота, фосфора, калия, кальция, магния, серы, марганца, аммиака; значительно падает активность компонентов тяжелых металлов [100].

Интенсивность фотосинтеза у эйхорнии выше, чем у погруженных в воду растений. Уровень гетеротрофной ассимиляции эйхорнии относительно высок (К = 1,5-2,7). Присутствие в воде низкомолекулярных органических веществ, являющихся характерной особенностью сточных вод, способствует повышаению продуктивности до 30 % и ускоряет наращивание ее биомассы.

Эйхорния ускоряет процесс бактериального разложения нефтепродуктов и детоксикации органических ядов (фенолов, хитонов и др.) за счет выделения корневой системой стимуляторов и ингибиторов роста углсро- доокисляющих бактерий.

Эйхорния, как и все высшие водные растения, способна в значительных количествах накапливать тяжелые металлы (свинец, ртуть, медь, кадмий, никель, кобальт, олово, марганец, железо, цинк, хром), а также радионуклиды (цезия, стронция, церия, кобальта и др.). При этом их концентрации в растительной ткани могут быть в сотни (железо, стронций), тысячи (ртуть, медь, кадмий, цезий), сотни тысяч раз (цинк, марганец) выше их содержания в воде.

На поверхности корней, которые особенно мощно развиты у эйхорнии, формируются селективные микробиоценозы (бактерии, водоросли, простейшие, микробсспозвоночныс), способствующие более активной биодеструкции и поглощению органических и минеральных веществ.

При благоприятном температурном режиме в водах, богатых органическими веществами, эйхорния проявляет высокую скорость вегетативного роста с продуцированием биомассы более 250 т с одного гектара водной поверхности за сезон [98].

Размножение эйхорнии в естественных условиях России вегетативное. Вегетация происходит при температуре стоков выше 16 °С. На юге страны период вегетации на открытых площадях может продолжаться до 9 месяцев. В водах средней полосы и северных районах — от 4 до 7 месяцев. В осенний период, при достижении средней температуры воды ниже 14 °С, водный гиацинт, защищенный от ветра, может переносить кратковременные понижения температуры до 6 °С в ночные часы и при этом выглядеть вполне жизнеспособным, без признаков отмирания. Однако прирост массы растения прекращается. В водоеме, полностью открытом со всех сторон, растения начинали отмирать в большом количестве уже при температуре воздуха около 6 °С [100].

В период вегетации, наращивая зеленую массу, эйхорния извлекает из раствора многочисленные ингредиенты. Очень активно извлекаются азот, фосфор и их соединения, разрушаются фенол, нефтепродукты, причем особенности вегетации во время очистки стоков меняются в зависимости от таких факторов, как концентрация различных ингредиентов, температура воды и воздуха, кислородная обеспеченность, освещенность, долгота дня.

Патогенные микроорганизмы гнилостного ряда в воде уничтожаются полностью, подавляется стафилококк. Коли-индскс и общее микробное число приводятся к значениям, соответствующим гигиеническим требованиям санитарных правил и норм охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН № 4630-88), предъявляемых к составу и свойствам воды водных объектов культурно-бытового водопользования.

Степень доочистки сточных вод после биопрудов е высшей водной растительностью соответствуют требованиям к качеству воды, выпускаемой в естественные водоемы или подаваемой в систему оборотного водоснабжения хозяйства, для различных технических целей, и санитарно- техническим показателям.

Применение данного гидроботанического способа при совместной очистке промышленных и хозяйственно-бытовых стоков позволяет создать систему замкнутого оборотного водоснабжения предприятия, где одним из основных показателей в данной технологии является динамика очистки.

Эйхорния является активным зарастатслсм водоемов, обладает колоссальной скоростью роста и огромными приспособительными возможностями. В местах произрастания образует сплошные, непроницаемые для света куртины, что способствует эффективному перерождению водных экосистем (в сторону естественного улучшения).

Очень пристальное, как для трансгенных растений, внимание уделяется условиям экологической безопасности. Относительно широкого использования эйхорнии для биологической очистки существуют два противоположных мнения. Согласно одному из них — для увеличения эффективности очистки сточных вод, пусть даже только на летний период, целесообразно использовать эйхорнию, которой отводится роль фитомслиоратора и рссур- сообразоватсля — продуцента кормовой массы. Натурализация, то есть самостоятельное существование эйхорнии в условиях средней полосы России, считается невозможной, в связи с отсутствием у нсс морозоустойчивости.

Противоположная точка зрения нс исключает возможности распространения эйхорнии в водоемах южных регионов России с последующей возможностью деградации их экосистем. Опасение может состоять в вероятности приобретения морозоустойчивости эйхорнией и возможности распространения сс в естественных водоемах.

Учитывая оба мнения, определены меры экологической безопасности при использовании культуры эйхорнии. Применяемому растению отказано в самостоятельном существовании, разработаны условия с определением ответственности для пользователей, объектов с уточнениями по их географическому положению. При применении эйхорнии в регионах с нижним минимумом температур выше -7 °С (в Астрахани средняя температура января -5 °С), в связи с малой, но вероятностью се натурализации, способной привести к нежелательным экологическим последствиям, вследствие чего, все работы е эйхорнией в таких регионах должны проводиться под контролем специальных уполномоченных служб.

Данный способ очистки сточных вод гораздо менее капиталоемкий в сравнении е промышленными способами (использование аэротенков, биофильтров и др.), но требует использования больших водных площадей, длителен по времени и нс освобождает от необходимости периодического удаления накопившихся в прудах-отстойниках илов.

Применение эйхорнии в условиях Астраханской области целесообразно, только в случае использования се в контролируемых экосистемах типа биологических прудов на очистных сооружениях или в системах замкнутого оборотного водоснабжения в связи с возможностью распространения сс по водотокам и натурализацией с последующими экологическими последствиями, а также сс высокой аккумулирующей способностью токсикантов и серьезной проблемой утилизации растительного сырья.

Исследования последних лет показали, что одним из перспективных способов очистки и доочистки сточных вод различного состава является использование в технологической цепи биологической очистки, искусственно создаваемых микросообществ на основе микроводорослей. Микроводоросли, в том числе и цианобактерии, являются неотъемлемыми компонентами экосистем, способными нс только к продуцированию органических веществ, но и к деструкции различных соединений, загрязняющих водные объекты.

Очистка сточных вод с помощью микроводорослей или их ассоциаций с бактериями осуществляется как правило, в биопрудах или в различных био- реакторах, где сочетаются прикрепленные и взвешенные монокультуры мик- роводорослсй и бактерий, а также их сообщества в высоких концентрациях.

В основе данной биотехнологии очистки вод лежит принцип пространственной микробной сукцессии, в результате которой происходит постепенная деструкция органических соединений иммобилизованными культурами селекционированных микроорганизмов или сообществ.

Для создания безотходной технологии микробиологическая сукцессия должна переходить в трофическую цепь водных организмов для более полной утилизации загрязнений, а избыточная биомасса использоваться в качестве маточной культуры, кормов и удобрений. Интенсификация дсст- рукционных способностей сообщества может быть достигнута путем изменения его видового состава в качественном и количественном отношении [16, 26, 83].

Улучшение условий жизнедеятельности микроорганизмов в очистных сооружениях может быть достигнуто также за счет иммобилизации их на инертных носителях.

Особенно целесообразен метод пассивной иммобилизации на волокнистых насадках, обладающих развитой поверхностью, малым гидравлическим сопротивлением, высокой механической прочностью, способностью к саморсгснерации. В результате использования носителей биомассы в сооружениях биологической очистки улучшается эффективность очистки в условиях действия неблагоприятных факторов за счет повышения устойчивости организмов, закрепленных на биопленке. Данные ряда авторов показали, что иммобилизированные клетки микроорганизмов обладают повышенной активностью по сравнению со свободными [94].

По мнению основоположников микробиологического метода очистки сточных вод Ц.И. Роговского и М.П. Калабиной, наиболее эффективно применять нс отдельные культуры микроорганизмов, а их комплексы, так как одни ассоцианты минерализуют органические вещества до углекислого газа и воды, другие до промежуточных продуктов, которые утилизируются третьими членами ассоциации.

Более стабильные результаты получены при использовании микроводорослей, фотосинтезирующих бактерий в комбинации с активным илом или с комплексом микроорганизмов, обладающих многообразием ферментных систем [78].

В конце XX в. осуществлялось создание модельных альгобактсриаль- ных сообществ с включением в них в качестве главной компоненты цианобактерий, что обусловлено их структурообразовательной функцией. Благодаря особенностям обмена веществ, способности к фото-, гстсро- и миксо- трофии, образованию различных ассоциаций, цианобактерии обладают удивительной приспособляемостью к колебаниям влажности, температуры, интенсивности света, засоленности и заселяют различные экологические ниши, многие из которых характеризуются как экстремальные. Они встречаются в чистых, эвтрофированных, соленых, теплых и горячих водных экосистемах, стоячих и проточных водоемах, в почве, на поверхности различных каменистых субстратов, в пустынях и в водах Арктики [3, 21,41, 89].

Жизнедеятельность в экстремальных экологических условиях возможна для цианобактерий вследствие их способности многократно переходить из состояния покоя к активной вегетации и наоборот, в субстратной и энергетической относительной независимости от неустойчивого содержания органических компонентов в среде, так как они способны синтезировать их самостоятельно из неорганических соединений. Причем субстратом могут служить такие токсические вещества, как сероводород или сульфиды. Поэтому цианобактерии являются «пионерами» на безжизненных субстратах (вулканах, территориях после ядерных взрывов), начинают сукцессию микроорганизмов и образование почвенного слоя. Многолетними изучениями метаболизма цианобактерий, вызывающих цветение, не обнаружено специфически жизненно-важных звеньев, подавление которых обеспечило бы их уничтожение и сохранение нормального режима водоемов.

В природных условиях цианобактерии практически не обнаруживаются как монокультура, образуя сообщества с другими видами цианобактерий, микроводорослями, бактериями, микромицстами, микрофауной. Возможность симбиоза обусловлена существованием у цианобактерий особой экологической ниши — слизистых образований — чехлов и колониальной слизи, состоящих из сложных полисахаридов [78]. Слизистые образования служат ассоциантам укрытием, источником питания и, самое главное, предохраняют сообщество от высыхания, так как способны поглощать и удерживать большое количество воды.

При изучении природных и лабораторных культур цианобактерий, среди их ассоциантов были идентифицированы следующие роды бактерий и микромицетов: Azotobakter, Rhizobium, Clostridium, Pseudomonas, Bacillus, Chromobacterium, Microccocus, Pseudobacterium, Caulobacter, Sarcina, Lactobacillus, Aerobacter, Steptomyces, Trichoderma, Penicillium, Flavobacterium, Mycobacterium, Agrobacterium, Vibrio, Aspergillus, Fisarium [3, 65].

Среди ассоциантов-микроводорослсй в цианобактериальных сообществах обнаружены диатомовые и протококковые, а микрофауна представлена коловратками, личинками хирономид, жуками, клещами, редко ветвистоусыми ракообразными. Отношения между цианобактериями и микрофауной складываются на основе пищевых и субстратных связей, животные поселяются на них, прикрепляют к ним яйца и питаются слизью и нитями [40, 88, 81, 87]. Самым разнообразным по видовому составу ассоциантов среди цианобактерий являются нитчатые формы. В водоемах они встречаются в виде отдельных нитей, «налета», «пятен», «косм» и матовых образований. Сообщества такого типа характерны для высокотемпературных и холодных минеральных серных источников и соленых мелководных водоемов. Высокие температуры, повышенная минерализация и соленость, присутствие сульфатов, сероводорода создают в них экстремальные условия, невозможные для жизнедеятельности многих водных организмов. Напротив, цианобактсриальныс сообщества в таких водных экосистемах нс только способны к существованию, но и обладают определенной продуктивностью.

Наибольший интерес ео стороны исследователей вызвало наращивание в экстсрмальных условиях крупных биомасс в виде цианобактериальных матов. Работами Cohen ct al. (1975); Krumbein ct al. (1979); Bauld (1981); Awramilk (1984); Заварзина (1984) показано, что цианобактериальные маты являются высокопродуктивными бентосными биологическими системами.

Большое внимание уделяется в последнее время цианобактерии Spirulina platensis вследствие се широкой распространенности и способности к синтезу разнообразных биологически активных веществ.

Анализ имеющейся информации по составу углеводов цианобактерий и микроводорослей, их физико-химической активности в клетке, околоклс- точном пространстве и влиянию на функционирование бактсрио- и альгоце- нозов позволяет рассматривать данную категорию биологически активных веществ как основной структурный и энергетический биополимер, активно учавствующий в формировании качества воды в различных водоемах [78].

Углеводы активно используются бактериями различных физиологических групп и в разной степени утилизируются клетками цианобактерий в связи со свойственным последним миксотрофизмом [65]. Углеводы микро- водорослей и цианобактерий значительно влияют на роет, размножение и функциональную активность сопутствующих бактерий и водорослей различных систематических групп, в тесных ассоциациях с которыми представители альгофлоры развиваются в природных биотопах.

Принимая во внимание важное значение продуцируемых микроводорослями метаболитов и продуктов поетлстального разрушения их клеток, оказываемое на бактсрио-, альго- и фитоценоз водных экосистем, улучшающих качество их воды необходимо дальнейшее совершенствование способов доочистки сточных вод с использованием данного метода.

Проведенные экспериментальные исследования по доочистке сточных вод Северных ОСК г. Астрахани е применением альгобактериального сообщества показали достаточно высокую эффективность данного способа. Отбор проб на исследования осуществлялся с применением общеизвестных микробиологических и гидробиологических методик [39, 73]. Гидрохимические анализы выполняли по аттестованным методикам, допущенным для целей государственного экологического контроля: измерения массовой концентрации ионов аммония, нитрит-ионов, нитрат-ионов, фосфат-ионов (фотометрическим методом), фенолов (на анализаторе «Флюорат-02»), химического потребления кислорода (титриметрическим методом), растворенного кислорода (иодометричсским методом), содержаний сульфатов, взвешенных веществ (гравиметрическим методом), pH (потенциометрическим методом), биохимической потребности в кислороде (методом разбавления) [65].

Численность морфологических и физиологических групп микроорганизмов в объектах исследовали с помощью предельных разведений и высева на плотные питательные среды: Сабуро, Чапека, Эшби, Гаузе, пеп- тонный агар, в том числе разбавленный (1:10), крахмало-аммиачный агар, глкжозо-псптонный агар; биомассу сообщества определяли весовым методом (Разумов, 1932; Романенко, Кузнецов, 1974; Теппер, 2004).

Санитарно-микробиологические анализы выполняли методами, изложенными в методических указаниях по санитарно-микробиологическому анализу воды поверхностных водоемов [65].

В микроэкосистемах исследовали наличие микроорганизмов следующих физиологических групп: аммонификаторов, нитрификатов, денитрификато- ров, азотфиксаторов, целлюлозоразрушающих, крахмало-

углсводолитических, углеводород- и фснолокисляющих.

Изучение морфологических, культуральных и биохимических свойств выделенных бактерий проводили в течение 1-7-14 дней, стрсптомицетов и микромицетов по мере формирования воздушного и субстратного мицелия. Для выделения микроорганизмов-деструкторов загрязняющих веществ использовался метод естественных и гнотобиотичееких микроэкосистсм [67].

Идентифицировали микроорганизмы по Bergey’s manual of Systematik Baeteriologi (1984 с использованием монографий МВ. Горленко и др. (1977); Л.В. Калакуцкого (1977); Е.Н. Кондратьевой (1983); О.А. Нестеренко и др. (1985); В.В. Смирнова и др. (1990), краткого определения бактерий Берги (1980), определителя Гаузе и др. (1983), справочных пособий И.Н. Скворцовой (1981, 1983, 1984); микромицсты по определителям, Н.М. Пидопличко (1953), Н.М. Пидопличко, А.А. Милько (1971), А.А. Милько (1974), В.И. Билай и др. (1990), пособиям Л.И. Егоровой (1986), Э.З. Коваль и др. (1989), каталогу А.Ю. Лугаускаса и др. (1987).

Известны способы доочистки сточных вод с использованием микро- сообщества, помещенного на носители из природных растительных материалов [97]. Недостатком данных технологий является возможность вторичного загрязнения вод от разлагающихся частей макрофитов. В качестве носителя для сообщества микроорганизмов была использована полиамидная (капроновая) фильтроткань (производитель инновационнопроизводственная группа «Аква-Венчур», г. Санкт-Петербург).

Моделями биопрудов служили экспериментальные емкости размером 160x65x45 (см.). Статистическая компьютерная обработка результатов исследования выполнялась с использованием программы «Statistics 6.О.», оценку достоверности разности сравниваемых величин определяли в соответствии с критерием Стьюдента (Плохинский, 1970; Лакин, 1990). Гидрохимическая характеристика поступающих на очистку и биологически очищенных сточных вод на Северных очистных сооружениях, составленная по данным МУП «Астрводоканал», представлена в таблице 29.

Гидрохимическая характеристика процесса биологической очистки _ хозяйственно-бытовых сточных вод г. Астрахани_

источник

Классификация сточных вод и основные методы их очистки. Гидромеханические, химические, биохимические, физико-химические и термические методы очистки промышленных сточных вод. Применение замкнутых водооборотных циклов для защиты гидросферы от загрязнения.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Сравнительный анализ методов очистки промышленных сточных вод»

Введение
• 1. Классификация сточных вод
• 2. Методы очистки сточных вод
• 2.1 Гидромеханические методы очистки сточных вод
• 2.2 Химические методы очистки сточных вод
• 2.3 Биохимические методы очистки сточных вод
• 2.4 Физико-химические методы очистки сточных вод
• 2.5 Термические методы очистки сточны вод
• 3. Замкнутые водооборотные циклы
• Заключение
• Библиографический список

Сточными называются воды, образовавшиеся в процессе использования на бытовые и производственные нужды и получившие при этом дополнительные загрязнения.

Последние формируются за счет атмосферных осадков (дождь, снег), поступающих на территорию предприятия. B зависимости от содержания в них химических веществ АСВ могут быть или сильно загрязненными, или содержащими загрязняющие вещества в небольших количествах. Производственные сточные воды также можно разделить на две большие гpyппы: содержащие загрязняющие вещества и условно чистые. Первая группа должна быть подвергнута очистке на специальных сооружениях, вторая группа может быть использована в цикле оборотного водоснабжения.

Для отведения сточных вод от мест их образования существуют специальные канализационные сети (системы). Режим поступления сточных вод в наружную канализационную сеть промышленного предприятия и их количество зависят от многих условий: мощности предприятия, числа рабочих смен, вида исходного сырья, технологии производства, числа единиц производственного оборудования, а также режима его работы, удельного расхода воды на единицу продукции и т.п. Вследствие этого на предприятиях одного и того же производственного профиля сточные воды имеют неодинаковый состав и поступают в канализацию c различной степенью неравномерности. Режим поступления производственных сточных вод во внутрицеховую канализационную сеть определяется технологическими процессами отдельных цехов и предприятия в целом. [1, с 290]

Для устранения загрязнений сточных вод применяют различные методы очистки. Наиболее удобная классификация методов приводится у А.Н. Голицына. Методы очистки сточных вод классифицируются следующим образом:

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

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

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

— очистка от органических примесей (применение сооружений с использованием биологических фильтров). [3, с 37-38]

Как видно из приведенной выше классификации, способов очистки сточных вод очень много. Ниже рассмотрим некоторые из них.

Процеживание. Сточные воды процеживают через решетки и сита с целью извлечения из них крупных примесей для предотвращения засорения труб и каналов. Решетки состоят из наклонных или вертикально установленных параллельных металлических стержней, укрепленных на металлической раме. Решетки могут быть неподвижные и подвижные. Ширина прозоров в решетке равна 16 — 20 мм. По способу очистки решеток от задержанных загрязнений они разделяются на простейшие, которые очищаются ручным способом, и механические, очищаемые с помощью механических приспособлений. При этом в просветах решетки движутся зубцы граблей, укрепленных на подвижной шарнирно-пластинчатой цепи, которая приводится в движение электродвигателем. Отбросы, снятые со стержней решетки направляются на ленте-транспортере в дробилку для измельчения.

Сита применяют для удаления более мелких взвешенных частиц. Они могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Первые представляют собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от способа подвода воды (снаружи или внутрь). Задерживаемые примеси смываются c сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от размера (диаметра) барабана, его длины, a также от свойств примесей.

Отстаивание. Его применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители.

Песколовки предназначены для задержания минерaльных примесей, содержащихся в сточных водах. Принцип действия этих устройств основан на том, что частицы, плотность которых больше, чем плотность воды, по мере движения их в резервуаре выпадают на дно. Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества очищаемых сточных вод, концентрации взвешенных частиц. Наиболее часто используют гoризонтaльные песколовки. Скорость движения воды в горизонтальных песколовках не превышает 0,3 м/с. [1, с 295-296]

Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким и дешевым методом выделения из сточных вод грубодиспергированных примесей с плотностью, отличной от плотности воды.

Отстойники предназначаются для осаждения нерастворенных частиц вследствие замедленного движения сточных вод. [4, с 205]

B зависимости от конструкции отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными или радиальными. В горизонтaльных отстойниках жидкость движется почти горизонтально вдоль отстойника, в вертикальном — снизу вверх, в радиaльных — от центра к периферии. [1, с 296]

Горизонтальные отстойники — это железобетонные, прямоугольные в плане бассейны воды. Для выравнивания потоков в бассейнах устанавливают через 3 — 6м вертикальные продольные перегородки. Удаление осадков со дна отстойника гидравлическое (без остановки работы) или механическое (при опорожнении отстойника или отсека). [2, с 30]

Вертикальные отстойники — это круглые, квадратные или многоугольные в плане резервуары с конусным или пирамидальным днищем. Вертикальные отстойники обычно имеют производительность от 20 до 50 м 3 /сут, они используются при глубоком залегании грунтовых вод. сточная жидкость подводится к рабочей части отстойника по центральной трубе. После выхода из трубы сточная жидкость движется снизу вверх к сливным желобам, по которым поступает в отводной лоток. Во время движения сточной жидкости по отстойнику из нее выпадают взвешенные частицы, плотность которых больше плотности воды. [1, с 297]

Радиальные отстойники — круглые в плане бассейны, снабженные устройством для непрерывного удаления выпадающей смеси. Сточная вода подается через центральную трубу в бассейн отстойника и движется с убывающей скоростью к периферии. При этом происходит выпадение осадка. Пройдя отстойник, сточная вода через щелевые отверстия поступает в круговой желоб. Дно бассейна имеет уклон в 5-8° от периферии к центру. Выпавший осадок удаляют скребками, укрепленными к подвижной ферме, в приямок для сбора осадка, расположенный в центральной части отстойника. [2, с 31]

Радиальные отстойники являются разновидностью горизонтальных. Их применяют главным образом на крупных станциях очистки сточных вод (более 20 000 м 3 /сут) в системах биологической обработки. В этом случае их разделяют на первичные и вторичные. Первичные предшествуют сооружениям биологической очистки, а вторичные устанавливаются после таких сооружений. [1, с 297]

Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления. [3, c38]

Фильтрование. Процесс применяют для выделения из сточных вод грубо — и мелкодисперсных примесей, не осевших при отстаивании. Фильтрование является обычно завершающей стадией очистки сточных вод, прошедших сооружения механической, физико-химической и биологической очистки.

B зависимости от количества и характера примесей, a также количества очищаемой жидкости и требований к осветленной воде применяют фильтры c фильтровальной перегородкой или зернистой загрузкой.

Для осуществления процесса фильтрования могут быть использованы фильтры любой конструкции. Однако при очистке сточных вод, как правило, в больших объемах выбирают фильтры, для работы которых не требуется применения больших давлений. Исходя из этого, используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры c фильтрующим зернистым слоем. Фильтр последнего типа представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, a затем фильтрующий материал. [1, c.299]

Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода.

Наличие в очищаемой воде ферромагнитных примесей позволяет использовать для очистки магнитные и электромагнитные фильтры. Для фильтрования эмульгированных веществ применяют фильтры c пенополиуретановой загрузкой. [1, c.299]

Центробежные методы. Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах. Для очистки сточных вод, как правило, используют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых примесей, a открытые — для удаления осaждaющихся и всплывающих примесей. Гидроциклоны просты по устройству, компактны, легко обcлyживаются, имеют высокую производительность и небольшую стоимость.

Центробежные силы используют также в центрифугax. Мощность силового поля в таких аппаратах превышает мощность поля сил тяжести в сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз, что позволяет обеспечить любую степень полноты разделения. B практике центрифугирования применяют два принципиально различных способа разделения неоднородных систем — фильтрование и центробежное осаждение.

Фильтрующие центрифуги служат для разделения сравнительно грубодисперсных систем с кристаллической или аморфной твердой фазой; отстойные и осветляющие — для разделения трудно фильтрующихся суспензий. Для разделения эмульсий используют сепараторы разнообразных конструкций.

Для очистки производственных сточных вод наибольшее применение находят комбинированные центрифуги, сочетающие в одном аппарате фильтрацию с последующим осаждением в поле центробежных сил. [1, с.299-300]

Окисление сточных вод производится хлором, перекисью водорода, кислородом воздуха, диоксидом марганца, озоном.

Восстановление используется для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка, для чего в воду вводят сульфит железа, гидросульфит натрия, гидрозин, сероводород или алюминиевую пудру.

Удаление ионов тяжелых металлов производится реагентным методом. Ртуть, хром, кадмий, цинк, свинец, медь и никель удаляются c помощью гидроксидов кальция и натрия, карбонадов и сульфидов натрия, феррохромного шлака и т.п. [3, с.42]

Режим поступления сточных вод

I — нейтрализация смешением со щелочными сточными водами; II — раствором извести; III — фильтрованием через известняк; IV — фильтрованием через доломит; V — фильтрованием через мел.

Режим поступления: Р — равномерный; Н — неравномерный.

«+» — применение способа рекомендуется; 0 — применение способа допускается; «-» — применение способа не рекомендуется.

Аэробные процессы очистки происходят c потреблением микробами кислорода, анаэробные — без потребления кислорода в метантенках, где происходит сбраживание c выделением спиртов, кислот, ацетона, углекислого газа, водорода и метана.

При использовании биохимических методов очистки сточных вод возникают проблемы сохранения активного ила (он не выдерживает низкой температуры), а также удаления и рационального использования продуктов процесса (в том числе взрывоопасных метана и водорода). Кроме того, появляется необходимость доочистки твердых осадков. [3, с.42]

Флотация. Флотационные процессы основаны на всплытии дисперсных частиц вместе c пузырьками воздуха. Флотацию успешно применяют в ряде отраслей техники (например, в процессах обогащения рудного и нерудного минерального сырья, в угледобыче) и для очистки производственных сточных вод.

Процесс флотации состоит в том, что молекулы нерастворенных частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды. Успех флотации и значительной степени зависит от величины поверхности пузырьков воздуха и от площади контакта их c твердыми частицами. Для повышения эффекта флотации в воду вводят реагенты. [1, с.304]

В качестве пенообразователей в воду могут добавлять сосновое масло, креозол, фенолы, способствующие прилипанию частиц к пузырькам пены, которая затем выводится из аппарата. [3, с.40]

Насыщение сточной жидкости воздухом осуществляется следующими способами: подачей воздуха во всасываемую трубу насоса; выделением из раствора пузырьков воздуха вследствие изменения давления; подачей воздуха компрессорами или воздуходувными машинами через пористые пластины; подачей воздуха импеллерными машинами; барботажем воздуха вследствие электрохимических процессов. [1, с.304]

Традиционным признаком классификации флотационных сооружений принят способ получения диспергированной газовой фазы (ДГФ). Все существующие способы можно разделить на следующие группы: дробление газовой фазы (диспергирование) в толще жидкости; непосредственное выделение из обрабатываемой воды. В соответствии с этим составлена классификация флотационных сооружений (рис.1) [4, с.360]

Флотация имеет высокую степень очистки (95-98%), снижает концентрацию легкоокисляемых веществ, уменьшает количество бактерий и микроорганизмов. Недостатком флотации является применение экологически вредных веществ (например фенолов). [3, с.40]

Коагуляция. Метод заключается в том, что к сточной воде добавляют реагенты (коагулянты), способствующие быстрому выделению из нее мелких взвешенных и эмульгированных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагeнт добавляют обычно до поступления сточной воды. в отстойники. Взвеси вместе c коагулянтом осаждаются в отстойных бассейнах. [1, с.304-305]

Для повышения эффективности очистки сточных вод от коллоидных загрязнений используют минеральные коагулянты, представляющие гидролизующиеся соли металлов. [4, с.371]

Наиболее широкое применение в качестве коагулянта получил сульфат алюминия. При коагулировании сульфат алюминия взаимодействует с гидрокарбонатами, имеющимися в воде, образуя малорастворимое основание. Также успешно применяют гидроксохлорид алюминия, для которого требуется меньший щелочной резерв воды.

очистка промышленная сточная вода

Т.к. железо обладает переходной валентностью, соли железа могут применяться не только для коагулирования, но и для проведения реакций окисления-восстановления с последующей седиментацией.

Упрощенная схема гидролиза коагулянта может быть представлена следующими стадиями:

Ме n+ + H₂O — Me (OH) ( n-1 ) + + H +

Me (OH) ( n-1 ) + + H₂O — Me (OH) ₂ ( n-2 ) + + H +

Малорастворимые гидроксиды металлов формируют в воде дисперсную систему с противоположным зарядом, что способствует сближению дисперсных частиц загрязнений и коагулянта. Это вызывает нейтрализацию диффузного слоя и приводит к снижению величины ж-потенциала. В результате коагуляции дисперсная система сточных вод может утратить седиментационную устойчивость и стать доступной для эффективного применения разделительных процессов.

Наряду с явлениями коагуляции, образующиеся флокулы гидроксидов металлов, обладая развитой поверхностью сорбируют многие дисперсные загрязнения сточных вод. При этом могут извлекаться вещества, не участвовавшие в текущем процессе коагуляции.

В процессе очистки с помощью коагулятов можно выделить 4 стадии:

— образование веществ в результате химической реакции;

— кристаллизация малорастворимых соединений;

— адсорбция ионов на поверхности твердой фазы с образованием двойного электрического слоя.

II Стадия — образование и осаждение хлопьев.

III Стадия — созревание осадка (рекристаллизационные процессы упорядочивают кристаллическую структуру осадка).

IV Стадия — уплотнение шлама. [5, с.37]

Процесс очистки сточных вод от коллоидных и мелкодисперсных примесей гетерокоагуляцией c использованием гидроксидов металлов (алюминия, железа) — можно осуществлять, пропуская сточные воды через электролизер c анодами из yкaзанных металлов. Металл анодов под действием постоянного тока ионизируется и переходит в очищаемую воду. Образующиеся в воде гидроксиды алюминия или железа способствуют коагуляции дисперсной системы.

Флокуляция. Для ускорения процесса хлопьеобразования, имеющего место при коагуляции мелкодисперсных примесей, к сточной воде добавляют некоторые высокомолекулярные вещества, называемые флокyлянтами. Обычно флокулянты применяют в дополнение к минеральным коагулянтам, так как они способствуют расширению областей температур и рН коагулирования, снижают расход коагулянтов, повышают плотность и прочность образовавшихся хлопьев, стабилизируют работу очистных сооружений и повышают их производительность. [1, с.306]

Флокулянты разделяют на три группы: неорганические вещества, природные полимеры, синтетические полимеры (рис.2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

К первой группе следует отнести активную кремниевую кислоту, представляющую собой частично структурированный раствор диоксида кремния.

К группе природных флокулянтов относятся крахмал, производные целлюлозы, альгинат натрия, гуаровые смолы, флокулянты, получаемые микробиологическим синтезом и др. Преимущества природных флокулянтов это их практически полная безвредность. Недостаток — невысокие флоккулирующие свойства.

Большое распространение получили синтетические полимерные флокулянты, что объясняется их весьма высокими флоккулирующими свойствами. Ряд флокулянтов этой группы можно применять для очистки воды и осветления тонкодисперсных суспензий, в весьма малых дозах, не используя при этом коагулянты.

К группе синтетических флокулянтов неионного типа относятся: полиакриламид, полиэтиленоксид, поливинилпиролидон, поливиниловый спирт.

Флокулянты анионного типа — полиакрилат натрия, полистиролсульфокислота. Анионные полимерные флокулянты содержат в цепи карбоксильную группу, сульфогруппу, а также фосфатную группу.

Эффективны флокулянты катионного типа — полиэтиленимин (ПЭИ), полиакриамид (ПАА), ВА-2, ВА-3, ВПК-101, ВПК-402 и др. Ниже представлены катионные флокулянты, выпускаемые в промышленных условиях.

источник