Методы и способы очистки сточных вод

На практике чаще всего ис­пользуются: механический, физико-химический, биохимический и электрохимический методы очистки сточных вод.

Механический. Основан на отделении из СВ крупных загрязнителей (бумага, ветошь и т.д.) с последующим их измельчением. Применяются простые фильтрующие сетки или решетки, задержи­вающие загрязнители, которые затем периодически удаляются. Далее процесс отстаивания и очищения механическими фильтрами, или центрифугами. Перед сливом за борт вода обеззараживается. Степень очистки СВ в этих установках не удовлетворяет со­временным требованиям, поэтому этот метод комбинируют с други­ми методами.

Физико-химический.Установки, использующие физико-химический метод очистки судовых СВ имеют ряд достоинств, определяющих их использование на судах:

- малая чувствительность к колебаниям гидравлических характе­ристик потока воды;

- возможность полной автоматизации процессов;

- быстрый выход на номинальный режим работы установки после ввода её в действие;

- возможность обработки всех видов СВ.

Имеется также ряд недостатков, которые препятствуют их широкому распространению:

- высокие построечные и эксплуатационные затраты;

- необходимость частых выводов из действия для очистки уст­ройств;

- сложность системы управления и контроля за работой;

- необходимость усиленной вентиляции;

- токсичность химических реагентов;

- интенсивная коррозия металла оборудования из-за работы в аг­рессивных средах;

- высококвалифицированное обслуживание.

В судовых СВ до 60 % органических загряз­нителей находятся в коллоидном (некристаллизующиеся мелкие вещества диаметром менее 0,0001 мм образуют стойкую взвесь) состоянии, что не позволяет удалить их фильтрацией или отстаиванием. Поэтому выполняют агломерацию (присоединение и накопление) коллоидных примесей с образованием относительно крупных частиц, так называемых хлопьев загрязнений. Наибольшее распространение получили: очистка с помощью хи­мических реагентов, электрохимическая, реагентно-напорная флота­ция, озонирование и испарение.

Для очистки с помощью химических реагентов вводятся специальные коагулянты, обеспечивающие соединение (слипания) частиц в СВ. В качестве коагулянтов обычно применяют хлорное железо, же­лезный купорос, сернокислый алюминий и реже соли магния, цинка, титана. При добавлении в воду они вступают в реакцию с загрязни­телями, способствуя их коагуляции, т.е разделение коллоидного раствора на две фазы: растворитель и студнеобразная масса. К недостаткам этих установок относятся:

- большой расход химреагентов - от 500 до 700 г/м³;

- необходимость специальных резервуаров для растворения, хранения и дозировки химреагентов;

- постоянное участие обслуживающего персонала в подготовке реа­гентов, что затрудняет полную автоматизацию процесса очистки СВ.

Для по­вышения степени очистки СВ в состав установки обычно включают доочистные механические фильтры.

Способ электрохимической очистки основан на пропускании че­рез электролит постоянного тока с помощью погруженных электро­дов. В этом случае на аноде будут происходить анодное растворение металла, а на катоде будет выделяться водород в виде микропузырь­ков газа.

Если разместить электроды в СВ, частицы загрязнителей будут прилипать к пузырькам водорода и всплывать, образуя на поверхно­сти слой эмульсии. Одновременно с этим и ионы металла от анода будут перемещаться к катоду, при их встрече с гидроксильными группами образуются гидраты закиси или окиси металлов. При ис­пользовании железных или алюминиевых электродов в СВ появля­ются их окиси, которые и являются коагулянтами. Далее происходят процессы коагуляции и флотации и осуществляется очистка СВ. Этот способ очистки ещё называют электрохимической коагуляци­ей. Установки работающие по этому принципу действия с алюми­ниевыми электродами, выпускаются в России. В США подобные ус­тановки выпускаются фирмой "Дженерал электрик". Во Франциивыпускаются установки с алюминиевыми и серебряными электрода­ми, которые позволяют одновременно с коагуляцией обеззараживать очищенную воду.

Электрохимическая коагуляция требует значительных расходов металла и электроэнергии.

Очистка реагентно-напорной флотацией заключается в сочетании химической обра­ботки СВ коагулянтом, путем обеспечения их всплытия на поверх­ность с последующим удалением хлопьев загрязнителей. Флотацию, применитель­но к очистке СВ, можно рассматривать как процесс извлечения из жидкости частиц загрязнителей, находящихся во взвешенном или коллоидном состоянии, за счет прилипания их к пузырькам воздуха, образующихся в жидкости или введенных в неё. Прикрепившиеся к пузырькам воздуха частицы всплывают на поверхность, образуя уда­ляемый слой пены.

Кроме напорной флотации, с выделением воздуха из раствора, в некоторых очистных устройствах используют флотацию с механиче­ским диспергированием воздуха, т.е. подачей воздуха через пористые материалы и др.

Очисткаозонированием основана на высокой окислительной способности озона, который при нормальной температуре окружающей среды раз­рушает органические вещества, находящиеся в СВ. В процессе озо­нирования одновременно происходит окисление органических при­месей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание воды и насы­щение её кислородом. Достоинством этого метода является то, что в СВ дополнительно не вводятся никакие дополнительные химические реагенты. В то же время озон является достаточно токсичным газом, его предельно допустимая концентра­ция в воздухе зоны обслуживания должна быть менее 0,1 мг/л. В судовых условиях получение озона затруднительно вследствие высо­кого влагосодержания и высокой температуры воздуха, поступающе­го в разрядный озонатор. Большой расход электроэнергии и химика­тов, а также необходимость в частом удалении осадка сдерживают применение этого способа очистки СВ в судовых условиях.

Очистка испарением СВ проводится при предварительном измельче­нии загрязнителей. Испарившаяся жидкость конденсируется и может использоваться вторично. Твердые отходы отводятся в сбор­ную цистерну для сдачи на берег или утилизируются на борту судна. Большой расход электроэнергии и химикатов, а также необходи­мость в частом удалении осадка ограничивают применение этих ус­тановок на судах.

Биохимический.

Биохимический способ очистки СВ от содержащихся в них орга­нических загрязнителей основан на аэробных биохимических процес­сах, в результате жизнедеятельности определенного набора микроор­ганизмов (биомассы или по-другому активного ила), в рабочих отсеках очистных установок с при­нудительной аэрацией. В активном иле содержатся различные группы бактерий, плесневые и дрожжевые грибы. В нем также нахо­дятся разнообразные более организованные представители фауны: простейшие, коловратки, черви, личинки, водные клещи, т.е. все ви­ды микроорганизмов, которые обычно присутствуют в СВ и питаются разнообразными веществами, со­держащимися в воде

Для ускорения извлечения из СВ загрязнителей в биохимических установках специальными искусст­венными приемами поддерживается заданный объем жизнеспособ­ных микроорганизмов, обрабатывающий определенный объем за­грязнителей за минимально возможное время, и вводится соответст­вующее количество кислорода или воздуха.

После обработки таким способом очищенные СВ отстаиваются, обез­зараживаются и удаляются за борт или направляются на повторное использование (например, в качестве воды для смыва в туалетах

К недостаткам установок биологической очистки СВ необходимо отнести следующие:

- для вывода установки на нормальный режим, при выращивании активного ила на судне, требуется значительное время - от 10 до 25 суток, однако в портах возможно организовать зарядку установок активным илом от действующих очистных сооружений, после чего ввод установок в режим возможен в течение суток;

- установки чувствительны к гидравлическим колебаниям нагрузки, изменениям солесодержания и температуры СВ;

- на процесс очистки отрицательное влияние оказывают жиры, мас­ла, поверхностно-активные вещества, которые могут попасть в СВ.

По сравнению с другими методами, биологическая очистка обла­дает рядом преимуществ:

- высокая степень очистки СВ;

- возможность повторного использования очищенной воды для смыва в туалетах;

- простота установок, что обусловливает их невысокую стои­мость и простоту обслуживания;

- возможность полной автоматизации процесса очистки СВ;

- малые расходы химических реагентов в процессе эксплуата­ции (только для обеззараживания очищенных стоков);

В настоящее время они вытесняют на вновь строящихся судах установки, использующие другие методы очистки СВ. Качество очи­стки полностью соответствует требованиям МАРПОЛ 73/78 в отношении обработанных стоков с судов.

Обеззараживанию сточные водыподвергаются перед удалением в море или другие водоёмы, с целью предупреждения бактериального загрязнения. Применение получили следующие способы: обработка воды хлорсодержащими реагента­ми, озоном или ультрафиолетовым облучением.

Хлорирование является наиболее распространенным способом обеззараживания СВ. При насыщении воды хлором образуется хлор­ная вода, которая обладает сильными окислительными свойствами, вследствие чего парализуются жизненные процессы клеток бактерий и они погибают. Наиболее чувствительны к хлору бациллы брюшного тифа, дизентерии и вибрионы холеры. Степень обез­зараживания зависит в основном от концентрации активного хлора, времени контакта, значения рН и температуры воды. Рекомендуемая доза хлора для обеззараживания СВ составляет 8...15 мг/л при времени контакта 20...30 минут.

Наиболее приемлемыми, для судовых условий, хлорсодержащими обеззараживающими реагентами являются гипохлориты кальция и натрия, монохлорамин. Менее приемлемым является использование хлорной извести.

Озон показал себя высокоэффективным реагентом для обработки сточных вод. Обработка воды озоном основана на перемешивании определенного количества озоновоздушной смеси в объеме обраба­тываемой жидкости. Эффективность действия озона зависит от ско­рости подъема пузырьков озоновоздушной смеси. Чем меньше эта скорость, тем более полное взаимодействие озона с примесями и меньше потери озона в атмосферу. Как обеззараживающий реа­гент озон действует быстрее хлора в 15…20 раз. Механизм бактери­цидного воздействия озона заключается в разрушении ферментов бактерий, что приводит к нарушению обмена веществ клеток и к их гибели.

Для обеззараживания очищенной воды доза озона составляет все­го 5..7 г/м³ при времени контакта со стоками около 10 минут. Однако обработка судовых СВ озоном применяется редко из-за его токсично­сти, повышенному пенообразование в цистерне дезинфекции, сложности производства в судовых условиях.

Ультрафиолетовое облучение для обеззараживания СВ показало высокую эффективность. Ультрафиолетовая лампа мощностью 100 Вт обеспечивает дезинфекцию 5 м³ сточных вод в сутки. Лампа может автоматически очищаться от образующихся отложений с помощью металлических щеток. Установки удобны в эксплуатации и легко комбинируются в зависимости от расхода СВ.