Содержание:
На сегодняшний день практически любая деятельность человека тесно связана с использованием природных ресурсов для производственных или бытовых нужд. Одним из наиболее потребляемых ресурсов является вода, используемая на всех этапах жизненного цикла большинства производимых товаров, а также в быту и сельском хозяйстве. Водозабор и последующее использование чистой воды сопровождается изменением ее химических и физических свойств, что связано с загрязнением различными веществами и соединениями.
Сточные воды: определение и виды
Согласно Водному кодексу Российской Федерации, сточными водами являются все воды, сброс в водные объекты которых осуществляется после их предварительного использования или сток которых осуществляется с водосборной площади.
Необходимость очистки сточных вод регламентируется в соответствии с законодательной базой Российской Федерации, а именно: Федеральным законом № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», согласно которому, при осуществлении хозяйственной или иной деятельности, необходимо соблюдать принцип минимизации негативного воздействия на окружающую среду посредством использования наилучших доступных технологий и соблюдения нормативных концентраций загрязняющих веществ.
Качество и количество сбрасываемых сточных вод нормируется различными законодательными актами, в зависимости от их происхождения и места сброса. Общие положения и правила при осуществлении водоотведении обозначены в Федеральном законе №416 от 07.12.2011 “О водоснабжении и водоотведении”. При отведении стоков в централизованную систему водоотведения следует руководствоваться положениями постановления Правительства РФ от 29.07.2013 г. №644, а при отведении непосредственно в водный объект - приказом Министерства сельского хозяйства РФ от 13.12.2016 №552. При очистке сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов следует соблюдать Постановление Правительства РФ от 15 сентября 2020 г. № 1430.
Внедрение и корректная эксплуатация грамотно спроектированных очистных сооружений, соблюдающих положения наилучших доступных технологий в области очистки сточных вод, позволяет обеспечивать достижение нормативных показателей концентраций загрязняющих веществ, что не только снижает негативное воздействие на водные экосистемы, но и позволяет избегать регулярные платы за превышения концентраций веществ.
В настоящей статье рассмотрены основные методы и технологии очистки сточных вод, каждые из которых имеют свои преимущества и недостатки, а также различные условия эксплуатации.
Методы очистки: общие принципы и классификация
При разработке технологических схем очистки сточных вод любого типа необходимо соблюдать принцип минимизации эксплуатационных и капитальных затрат, за счет сокращения потребляемых энергоресурсов, реагентов и объема возводимых сооружений при одновременном достижении максимального эффекта очистки. Выбор метода очистки должен основываться на индивидуальном подходе в каждом конкретном случае: детальном изучении исходных данных, результатах проектно-изыскательских работ, опыте и компетентности технолога-проектировщика.
К сегодняшнему дню, разработано множество вариаций технологий очистки сточных вод различными проектными институтами и организациями. Однако почти все из них основываются на следующих базовых методах:
- физических;
- химических;
- физико-химических;
- биологических.
Стоит отметить, что один и тот же метод может быть применен как в целях предварительной очистки, так и на этапе финишной доочистки, поэтому последовательность методов на практике сильно разнится и определяется проектной организацией в индивидуальном порядке в зависимости от специфики исходного стока. Однако общая логика последовательности извлечения примесей от наиболее грубодисперсных и легкоудаляемых (с точки зрения времени и затрат) к коллоидным и растворенным частицам сохраняется в большинстве технологических решений.
Физические методы
Как можно судить из названия, физические методы очистки сточных вод основываются на механических, тепловых, электромагнитных, ультразвуковых и других физических процессах для удаления загрязняющих веществ. Методы данной группы являются универсальными и благодаря разностороннему принципу действия применяются для удаления различных фракций загрязнений практически на всех стадиях очистки сточных вод.
В качестве предварительной стадии обычно применяют механическую очистку сточных вод, предназначенную для удаления крупногабаритного мусора и наиболее грубодисперсных нерастворимых примесей с отрицательной или положительной плавучестью с диаметром частицы до 1 мкм.
К основным и финишным физическим методам очистки относятся следующие процессы:
- флотация;
- фильтрация;
- баромембранные процессы;
- сорбция;
- термическая обработка;
- ультрафиолетовое обеззараживание.
Химические методы
Химические методы очистки основаны на применении реактивов и реагентов, вызывающих протекание химических реакций при их взаимодействии с загрязняющими компонентами системы и/или водой. Процессы, основанные на данном методе, могут быть использованы на различных стадиях очистки сточных вод в качестве основных или вспомогательных этапов очистки. Эффект от применения реагентов напрямую зависит от поставленной перед ними задачи.
К данным методам относят:
- нейтрализацию и pH-коррекцию;
- коагуляцию и флокуляцию;
- реагентное окисление;
- реагентное восстановление;
- обеззараживание.
Также, стоит отметить, что данные методы зачастую тесно связаны с протекающими физическими процессами и могут быть отнесены к физико-химическим методам в случае комбинированного воздействия.
Физико-химические методы
Данные способы очистки сточных вод основаны на комбинированном применении химических и физических процессов, благодаря чему осуществляется деструкция или сепарация загрязняющих компонентов. Процесс очистки сточных вод может осуществляться благодаря:
- электрохимической обработке;
- ионному обмену;
- обезвоживанию осадка с добавлением флокулянта;
- сорбционной очистки;
- напорной реагентной флотации;
- усовершенствованным окислительным процессам (AOPs).
Представленные технологии обеспечивают высокую степень очистки, но требуют значительный эксплуатационных затрат на электроэнергию и реагенты. Физико-химические методы широко распространены и применяются для очистки сточных вод всех типов, однако наиболее рациональным является их использование при очистке производственных вод, благодаря их относительной резистентности к переменчивому составу и расходу.
Биологические методы
Биологические методы очистки сточных вод основываются на окислительной способности микроорганизмов, пребывающих в очистных сооружениях в виде скоплений колоний.
В зависимости от используемой технологии, данные скопления образуются либо на поверхности специально вносимого материала и закрепляются на нем, либо пребывают в иммобилизованном состоянии, образуя флоки. Множество флоков и колоний простейших микроорганизмов образуют активных ил, который сорбирует на своей поверхности частицы различной природы. Вне зависимости от состояния, в котором пребывают колонии микроорганизмов, они способны окислять и потреблять органические соединения по ферментативному механизму для своего питания и деления.
Размер флоков активного ила колеблется от 10 мкм до 1 мм, что позволяет очищать от них воду на вторичных отстойниках или путем фильтрации (технология МБР).
На очистных сооружениях при контакте микроорганизмов активного ила с углеродосодержащими (органическими) соединениями в аэробных условиях происходят следующие процессы:
- окисление органических веществ;
- синтез биомассы;
- окисление клеточной биомассы.
Механизм процесса очистки сточных вод от органических соединений начинается с того, что на хлопки активного ила постепенно адсорбируются коллоидные частицы и высокомолекулярные соединения. Микроорганизмы активного ила, вступая с ними в контакт, начинают выделять пищеварительные ферменты энзимы, именно поэтому взаимодействие носит ферментативный характер. Выделяемые микроорганизмами ферменты являются избирательными катализаторами. После контакта органических соединений с энзимами начинается гидролитическое расщепление сложных молекул до более простых. Получившиеся в процессе распада низкомолекулярные соединения спокойно проходят через мембрану клетки и вступают в ферментативные реакции уже внутри ее.
На сегодняшний день разработано значительное количество различных вариаций схем на основе биологической очистки. Ниже представлены лишь некоторые из них.
- Аэробная биологическая очистка: метод базируется на аэробных микроорганизмах, которые нуждаются в кислороде для своей жизнедеятельности. Важным условием для процесса аэробного окисления органических соединений является концентрация растворенного кислорода в воде не ниже 0,6 мг/л. Из-за того, что микроорганизмы слипаются в хлопки, аэробным бактериям внутри хлопка необходимо содержание кислорода в иловой смеси на уровне 1,0–1,3 мг/л, в противном случае внутри хлопка развиваются анаэробные условия, что приводит к ухудшению качества очистки и гибели аэробного микробного сообщества.
- Анаэробная биологическая очистка: в этом методе используются микроорганизмы, которые не нуждаются в кислороде. Загрязнения разрушаются путем ферментации, и в результате образуется метан, который может быть использован в качестве топлива.
- Биофильтрация: в этом методе микроорганизмы прикрепляются к поверхности фильтрующего материала.
Различные комбинации технологий биологической очистки, а также создание определенных условий на каждом из этапов, способны обеспечивать требуемое качество воды по основным показателям - взвешенные вещества, ХПК, БПК, азот общий, азот аммонийный, фосфор фосфатов.
Комбинированные методы
На практике в большинстве случаев обеспечить соблюдение нормативных показателей концентраций загрязняющих веществ возможно лишь сочетанием разобранных методов, процессов и технологий.
Технологические схемы состоят из следующий блоков, каждый из которых выполняет свою функцию и имеет определенную направленность действия:
- блок предварительной механической очистки;
- блок основной очистки;
- блок доочистки;
- блок обработки осадка (по необходимости);
- блок приготовления и дозирования реагентов.
Рассмотрим более подробно комбинированную схему очистки на примере станции очистки канализационных сточных вод ДекаПроф.
- Сточные воды от самотечной хозяйственно-бытовой канализации поступают в канализационную насосную станцию, где при помощи канальной дробилки происходит измельчение крупногабаритного мусора.
- Далее воды насосами подачи напорно подаются на вертикальную шнековую решетку в результате чего происходит задержание компонентов системы с диаметром частиц более 6 мм.
- Затем воды поступают на горизонтальную песколовку, где извлекаются крупные минеральные и органические примеси диаметром до 0,5 мм.
- Заключительным этапом механической очистки является барабанное сито с прозорами до 0,1 мм, где задерживаются частицы, не подвергшиеся седиментации в песколовке. Образующийся объем отходов удаляется в контейнеры для последующей утилизации на полигоне.
- Затем предварительно подготовленные сточные воды подаются в двухсекционный резервуар-усреднитель, где происходит их частичное накопление и усреднение по составу и расходу. Данный этап необходим, для поддержания стабильной работы основного блока очистки.
- Из двух усреднителей сточные воды насосами подаются в три секции аэротенков с предвключенной аноксидной зоной, за счет чего достигается процесс денитрификации (восстановления азотных соединений (нитритов и нитратов)) и, как следствие, снижение концентрации азота нитратов. Осаждению активного ила препятствуют установленные мешалки.
- После зоны денитрификации воды самотеком поступают в аэротенк с установленной системой аэрации, за счет чего обеспечивается одновременный процесс окисления органических веществ (снижение ХПК и БПК) и нитрификации (восстановление аммиачного азота в нитриты и нитраты).
- Возврат активного ила в зону денитрификации осуществляется погружными насосами. За счет дозирования коагулянта в возвратный поток активного ила достигается реагентное осаждение соединений фосфора. Избыточный активный ил поступает на оборудование обработки осадка, где при помощи дозирования флокулянта происходит его обезвоживание.
- Отделенная иловая вода возвратным потоком поступает в усреднитель, а осадок удаляется в контейнер для последующей утилизации.
Заключительным этапом является пропускание вод через ультрафильтрационную мембрану, за счет чего происходит разделение очищенной воды и активного ила, а также повышение концентрации последнего в биореакторе.
Инактивация патогенных микроорганизмов осуществляется на установке обеззараживания путем ультрафиолетового излучения. Очищенные сточные воды поступают в резервуар очищенной воды, откуда часть воды расходуется на нужды станции, а остальная часть отправляется на выпуск в водный объект.
Заключение
В заключение, отметим, что для очистки одних и тех же сточных вод или сточных вод близких по составу и характеру поступления могут быть использованы различные сочетания и комбинации методов и технологий.
Основными критериями при выборе технологий очистки является степень эффективности их работы, количество потребляемой электроэнергии и реагентов, сложность и стоимость эксплуатации и обслуживания, автономность и минимальная стоимость реализации. Разработка технологического решения, удовлетворяющего всем обозначенным критериям, должна основываться на индивидуальном подходе в каждом конкретном случае, включающем детальное изучение исходные данных и результатов проектно-изыскательских работ.
Специалисты производственной компании Дека обладают всеми необходимыми компетенциями для реализации самых сложных проектов по очистке сточных вод.