Очистка сточных вод

Вода обладает необыкновенно ценным свойством непрерывного самоочищения, регулируемого биохимическими циклами. Уже было сказано, что поступающие в водоемы загрязнения подвергаются изменениям в пространстве и времени, обретая другую концентрацию, структуру и физико-химические свойства. В результате совокупной деятельности бактерий, водорослей, высших водных растений и различных беспозвоночных организмов в условиях действенной природы процесс самоочищения осуществляется быстро. С увеличением количества загрязняющих веществ так называемая способность самоочищения водоема снижается и при определенном их уровне может вообще исчезнуть. Так, химические, нефтеперерабатывающие и другие предприятия сбрасывают со стоками некоторые органические вещества, которые под действием микроорганизмов окисляются, потребляя для этого кислород, растворенный в воде. Резкое уменьшение кислорода вызывает гибель организмов, составляющих сложную живую систему водоема, нуждающуюся для своей жизнедеятельности в кислороде. В то же время начинают усиленно развиваться анаэробные микроорганизмы, не нуждающиеся в кислороде и активно содействующие нарушению экологического равновесия, развитию процессов загнивания и, в конечном счете, гибели водоема.

С ростом антропогенного воздействия на биосферу и гидросферу загрязнения, поступающие в водоемы пресной воды, приняли масштабы, при которых очистка сточных вод становится неизбежным элементом водопользования.

В ближайшем будущем, вероятно, человечеству не удастся избежать загрязнений воды в процессе ее технологического использования. А это обязывает к решению чрезвычайно важных задач очистки сточных вод от загрязнений любых видов. Необходима очистка воды до такой степени, чтобы при сбросе ее в водоем и смешении с природной водой биохимическая потребность в кислороде (БПК) была в пределах нормы, установленной санитарными правилами. Постоянное накопление загрязняющих веществ в биосфере и гидросфере, а также быстрый рост количества новых, еще плохо изученных химических элементов и их соединений, сбрасываемых со сточными водами, выдвигают проблемы пересмотра санитарных норм в сторону более жестких ограничений. Одни ограничения, однако, не могут стать гарантом сохранения естественных качеств природных вод, необходимо одновременное соблюдение предельно допустимых концентраций загрязнений.

9.3.1. Методы очистки сточных вод

Сточные воды, в зависимости от условий их образования, подразделяются на бытовые или хозяйственно-фекальные (БСВ), атмосферные (АСВ) и промышленные (ПСВ). Наибольшее количество загрязняющих компонентов содержат промышленные сточные воды, жидкие отходы которых являются продуктами переработки органических и неорганических веществ.

По своему фазово-дисперсному состоянию сточные воды согласно классификации, предложенной Л. А. Кульским, подразделяются на четыре группы (табл.9.1).

Таблица 9.1

Классификация примесей по их фазово-дисперсному состоянию

Промышленные сточные воды очищают различными методами, к важнейшим из которых относятся: механический, химический, физико-химический, биологический и термический.

^ Механическую очистку сточных вод применяют при выделении нерастворимых примесей методами процеживания, отстаивания и фильтрования. Обычно эти методы применяют в качестве предварительной очистки сточных вод. Процеживание с помощью разнообразных приспособлений типа решеток, сит, сеток и самоулавливателей позволяет избавиться от грубодисперсных примесей, а мелкие твердые частицы удаляются методом отстаивания и фильтрования. Тяжелые частицы примесей осаждаются, легкие же вещества всплывают на поверхность воды отстойника, откуда могут быть легко удалены. При необходимости очистки вод, содержащих нефтепродукты, применяют широко распространенные маслоловушки, жироловушки, нефтеловушки, которые, однако, малоэффективны, так как процесс очистки в них малоинтенсивен и требует специальных устройств для отвода нефти. К более эффективным устройствам для очистки нефтесодержащих сточных вод относятся усовершенствованные, весьма простые, но дающие большой эффект очистки технические комплексы.

Для интенсификации процессов отстаивания и фильтрации в сточные воды обычно добавляют коагулянты и флокулянты или используют гидроциклоны и центрифуги, которые повышают скорость очистки действием центробежных сил. Использование современных устройств для механической очистки позволяет достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворенных веществ, а из производственных - до 90–95%.

^ Химические методы очистки основаны на добавлении в сточные воды таких реагентов, которые, вступая в химическую реакцию с загрязняющими веществами, способствуют получению малотоксичных веществ, а также выпадению в осадок (нерастворенных коллоидных или частично растворенных водных примесей). Среди химических методов очистки широко распространены нейтрализация и окисление (активным хлором, кислородом воздуха, озоном и другими веществами), способствующие уменьшению количества нерастворенных примесей сточных вод до 95% и растворенных - до 25%.

^ Физико-химическую очистку применяют для удаления из вод суспензированных и эмульгированных примесей, а также органических и неорганических веществ, растворенных в сточной воде с помощью коагуляции, отдувки, ионного обмена, адсорбции, экстракции, ультрафильтрации, кристаллизации, дистилляции, дезодорации и других методов.

^ Термическая очистка сточных вод применяется в тех случаях, когда промышленные сточные воды не поддаются очистке перечисленными методами. В этом случае загрязненную воду подвергают термическому обезвреживанию или же перекачивают ее в глубинные скважины.

^ Биологическая очистка состоит в минерализации органических загрязнений сточных вод, которые окисляются микроорганизмами. В естественных условиях такая очистка проводится на специальных полигонах, называемых полями фильтрации или полями орошения. На этих полях сточные воды разливаются по системам каналов, где очистка их от загрязнений осуществляется путем фильтрации вод в слоях почвы толщиной не менее 0,8 м.

Биологическая очистка воды - процесс, присущий природе, выработавшей в ходе эволюции на Земле устойчивый механизм экологического равновесия. На основе знаний о сложных взаимосвязях живых организмов в биосфере человек создал различные очистные сооружения, работающие на принципе биологической очистки: биологические пруды, представляющие самостоятельные экологические системы; биологические фильтры, использующие в качестве рабочего звена тонкую бактериальную пленку или аэротенки - искусственные сооружения в виде больших бетонных резервуаров, в которых сточные воды продуваются сильными струями мельчайших пузырьков воздуха снизу вверх. В таких устройствах "рабочим телом" служит масса, состоящая из двух компонентов: микроскопических растений и животных. Этот биологический механизм очистки - плод творческой фантазии человека, претворенный в реальные биофильтры, каких в природе не существует.

Процесс так называемой минерализации органических веществ становится интенсивным в условиях, когда имеется избыток кислорода в виде пузырьков воздуха и приток органических веществ со сточными водами. Тогда в иле биологического очистного устройства бурно развиваются бактерии и различные микроорганизмы, бактерии слипаются в комья причудливой формы, образуя огромную активную поверхность, выделяющую ферменты, расщепляющие органические вещества, которые выпадают в осадок в виде минералов. Сущность биологической очистки мало чем отличается от процессов, происходящих на полях орошения и фильтрации, хотя биохимическое окисление в первом случае происходит значительно быстрее.

Интенсивное использование перечисленных устройств с биохимическим способом очистки, естественно, приводит к скоплению огромного количества осадков, которые можно рекуперировать в ценные продукты. Так, из активного ила успешно получают белково-витаминные корма (продукты белвитамин), витамины В12. Активные угли или осадки, получаемые при обработке и очистке сточных вод гидролизной и бумажной промышленности, перерабатывают в продукты, используемые в сельскохозяйственном производстве в качестве удобрений.