Технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод

Подробнее

Размер

706.26K

Добавлен

21.05.2023

Скачиваний

3

Добавил

Виктория
Актуальность исследования. На протяжении длительного времени люди размещают промышленные объекты в непосредственной близости от пресного водоема, воды которого используют для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных целей и производственных нужд. После многолетнего использования качество воды стало изменяться в худшую сторону, до такой степени, что иногда она представляет серьезную опасность в плане своего санитарного состояния. Проблема очищения и подготовки воды для каких-либо целей приобретает с каждым годом все большее значение, одновременно с этим усложняется и сам процесс очистки, так как появляются новые виды загрязнений, что требует соответственно и новейших исследований, и разработок. Рост городов, промышленных предприятий также способствует загрязнению водоемов. Исходя из этого, можно сделать вывод, что в данном направлении необходимо проводить исследования, выявлять проблемы и искать пути их решения.
Текстовая версия:

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Естественно-географический факультет

Кафедра биологии и химии

Направление 04.03.01 Химия

Профиль Химия окружающей среды, химическая экспертиза и

экологическая безопасность

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ (БАКАЛАВРСКАЯ)

РАБОТА

ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО – БЫТОВЫХ

СТОЧНЫХ ВОД

«Допустить к защите в ГЭК»

Декан факультета, к.г.н.,

Доцент________ О.В. Климова

«___»__________ 20__г.

Заведующий кафедрой

к.б.н., доцент

________ Е.Н. Польникова

«___»__________ 20__г.

Научный руководитель

ст. пр. ________ В.А. Мамрашев

Работа защищена

«___»__________ 20__г.

с оценкой____________

председатель ГЭК _________

(подпись)

Горно-Алтайск 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………..………………………3

1 Виды загрязнения водоемов и способы очистки сточных вод……………5

1.2.1 Механический способ очистки сточных вод……………………….……13

1.2.2 Физико-химические методы очистки сточных вод………………….…..19

1.2.3 Биохимический метод очистки сточных вод……………………….……29

2 Технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод г. Горнолтайск……………………………………………………………………….40

2.1 Работа очистных сооружений г. Горно-Алтайск….……………………….40

2.2 Проблемы эксплуатации очистных сооружений г. Горно-Алтайска и рекомендации по их решению……………………………………………….….55

Заключение………………………………………………………….………62

Список использованных источников и литературы…….…63

Приложение 1………………………………………………………….…….66

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. На протяжении длительного времени люди размещают промышленные объекты в непосредственной близости от пресного водоема, воды которого используют для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных целей и производственных нужд. После многолетнего использования качество воды стало изменяться в худшую сторону, до такой степени, что иногда она представляет серьезную опасность в плане своего санитарного состояния.

Проблема очищения и подготовки воды для каких-либо целей приобретает с каждым годом все большее значение, одновременно с этим усложняется и сам процесс очистки, так как появляются новые виды загрязнений, что требует соответственно и новейших исследований, и разработок. Рост городов, промышленных предприятий также способствует загрязнению водоемов. Исходя из этого, можно сделать вывод, что в данном направлении необходимо проводить исследования, выявлять проблемы и искать пути их решения.

Научная новизна. В данной работе осуществлен комплексный анализ разных видов очистки, выявлены проблемы на примере очитительных сооружений г. Горно-Алтайска.

Практическая значимость работы. Результаты данного исследования могут применяться в дальнейшем для изучения данной проблемы и разработки новых методик.

В настоящее время можно наблюдать интенсивное развитие инженерного оборудования в городах и рост промышленности в целом, соответственно остро встает необходимость в том, чтобы эффективно организовывать способы отведения загрязнённого отработанного потока воды по гидротехническим сооружениям специализированного назначения.

Стоит отметить, что значение пресной воды как определенного сырья природного происхождения с каждым годом возрастает. Вода используется в быту, в промышленности. При этом её загрязняют веществами, которые имеют минеральное и органическое происхождение. Данная вода называется сточной.

Интенсивный рост развития промышленности ставит проблему загрязнения воды в первые ряды, когда возникает острая необходимость в том, чтобы предотвратить негативное воздействие производственных сточных вод, оказываемое на водоемы. Большая часть современных технологических процессов напрямую взаимосвязана со сбросом сточных вод в водные объекты. В связи с тем, что состав, свойства и расход таких сточных вод чрезвычайно разнообразен, необходимо применение специфических методов и строительства сооружений, которые производили бы локальную, предварительную и полную очистку.

Состав инженерных коммуникаций любого промышленного предприятия в настоящий момент включает в себя определенный комплекс канализационных сетей и сооружений, при помощи которых ведется отведение с территорией организации отработанных вод, в дальнейшем использоваться которые не могут в соответствии с рядом технических условий либо с рядом технико-экономических показателей. Также на предприятиях присутствуют сооружение осуществляющие предварительную обработку сточных вод, при этом извлекаются из нее ценные вещества и примеси.

Очевидно, что вода имеющая высокие качественные показатели, та которая отвечает санитарно-гигиеническим нормам и требованиям эпидемиологического характера, является тем важным условием. которые необходимо для того, чтобы сохранять здоровье людей. Для того чтобы вода оказывала положительное влияние, не ряд негативных последствий, необходимо продумать тщательно методы ее очищения от вредных примесей для того, чтобы к людям она доходила полностью очищенной.

Цель работы – исследовать технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.

Задачи:

Объект исследования - очистные сооружения г. Горно-Алтайск.

Предмет исследования - технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.

Методоми иследования в данной работе стали метод теоретического анализа, обобщения информации вязтой из литературных источников, эмперический метод ( анализ, наблюденпие . и обобзение) напримере работы предприятия Открвтого акицонерного общктса (ОАО) «Водопроводно-канализационное хозяйство» по очистке сточных вод.

ГЛАВА 1 ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ И СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

1.1 Виды загрязнения водоемов

Вода является жизненно важным необходимым источником для жизнедеятельности каждого вида живого организма. Российская Федерация относится к числу стран, которые достаточно обеспечены водой, тем не менее, в общем состоянии водных объектов в настоящий момент удовлетворительным назвать нельзя. Как следствие антропогенной деятельности появляется загрязнение источников и поверхностных и находящихся под землёй вод [14].

Загрязнением водных ресурсов принято считать каждое изменение, которое имеет физико-химическую или биологическую природу в связи с тем, что сбрасываются разнообразные вещества в природные водные объекты. Такие вещества могут быть жидкими, твердыми, газообразными. Если концентрация данных веществ превышена, то показатели воды соответственно снижаются, и наносится существенный ущерб народному хозяйству, и в целом страдает здоровье и безопасность населения [11].

Можно составить классификацию, подразделяя загрязнения наземных и подземных вод по следующим видам:

загрязнение механического типа происходит тогда когда повышается содержание ряда механических примесей, в основном оно относится к поверхностным типам загрязнений;

химического типа. В наличии есть органические и неорганические вещества, которые могут оказывать как токсическое так и не токсическое действие;

загрязнение бактериального и биологического типа, в воде присутствует разного рода патогенные микроорганизмы, грибы, мелкие водоросли;

радиоактивный вид загрязнения - наличие ряда радиоактивных веществ. Может быть как в поверхностной воде, так и в подземной.

теплового вида в водоёмы выпускаются подогретые воды тепловых станций и электростанции атомного типа [21].

Основными источниками загрязнения являются та сточная вода, которая сбрасываются после процессов эксплуатации в деятельности разных предприятий промышленности [16]. Каждый год поверхностные источники питьевых вод подвергаются загрязнению такими веществами, которые чужеродны для живых организмов. Природа таких веществ самая разнообразная. Соответственно, когда население снабжается такой водой, она для людей представляет ряд опасностей [14].

Виды загрязнения водных объектов подразделяются на несколько типов:

К органическим загрязнениям водоемов относятся такие сточные воды, в которых наблюдается содержание растительных волокон, жиры растительного и животного происхождения; фекальные и навозные массы; остаток овощной или плодовый – все это органические загрязнения. При разложении таких загрязняющих веществ происходит распад большого количества кислорода, в итоге это может привести к тому, что кислород исчезнет полностью, растворяются взвеси, накапливаются металлы в растворённый форме и появится сероводород. В воде, которая загрязнена отходами органического типа, может создаться благоприятная среда для размножения патогенных организмов, они в свою очередь могут стать причиной болезни людей. К таким болезням относят холеру, дизентерию, брюшной тиф [24]. Доля веществ, имеющих органическое происхождение, в составе хозяйственно-бытовых сточных вод составляет более 50%. К данной категории также относят такие виды как разнообразные бактерии, вирус, грибы, водоросли [11].

В то время, когда материал проходит через столб воды, определенная доля загрязняющих веществ может перейти в раствор, при этом меняется качество воды, другая часть же собирается частицами взвеси, переходя и в донные отложения. Одновременно с этим повышается уровень мутности воды. Если присутствует большая часть органических веществ, может создаваться в донных грунтах устойчивая восстановительная среда, в которой возникнет особый вод илового типа, которые содержат много сероводорода, ионов металла и аммиак [12].

Нефтяной тип загрязнения может иметь разную форму. Может быть тонкой пленкой, которая находится на поверхности воды, вначале после разлива ее толщина всего несколько сантиметров. В последствии же происходит образование эмульсии нефти в воде (прямой) либо воды в нефти (обратной). Далее наблюдается возникновение комочков тяжелых фракций нефти и нефтяных агрегатов, которые способны долго находиться на поверхностях вод. Данные плавающие комочки мазута представляют опасность для мелких животных, так как они прикрепляются к ним а впоследствии и для рыб, которые питаются такими маленькими микроорганизмами, животными. Вместе с животными заглатывается и нефть.

Если эмульсия прямая, состоящая из капелек нефти диаметр, у которых до 10,5 Микрон, то она менее устойчива и больше характерной является для такой нефти, которая содержит поверхностно-активное вещества. Вязкая эмульсия, которые образуются когда удаляются летучие фракции нефти, может находиться на поверхности, также их переносят течение, выбрасывает на берег и впоследствии они оседают на дно [3]. Нефть оказывает прямое влияние на структуры сообществ организмов находящихся в воде, меняя соотношение видов и уменьшая их разнообразие. Доказано на практике, что очень опасным является длительное по времени воздействие, даже если концентрация нефти небольшая. В данном случае наблюдается постепенное падение первичной биологической продуктивности водных объектах [8].

Нефть имеет также ещё одно довольно неблагоприятное побочное свойство. Ее углеводородами растворяется ряд иных загрязняющих веществ, к которым, например, можно отнести пестициды, тяжёлый металл. Соответственно происходит их вместе с нефтью концентрация в поверхностном слое, такой слой становится еще более отравляющим. В ароматической фракции нефти находятся вещества, имеющие мутагенную, канцерогенную природу. Среди них бензопирен, он активно циркулирует по пищевым экологическим цепочкам, впоследствии попадая к людям в пищу [12].

В группу пестицидов входит вещества, созданные искусственным образом. Их используют для того, чтобы бороться с вредителями и болезнями растений. Пестициды подразделяют на следующие подгруппы: инсектицид, который борется с рядом вредных насекомых; фунгицид и бактерицид для предотвращения размножения бактериальных болезней растений; гербицид (его употребляют против растений сорного типа). Данные вещества уничтожают ряд вредителей, но при этом наносится вред и большой части полезных организмов, подрывается в целом здоровье биоценозов. Сельскому хозяйству присуща серьезная проблема, когда нужно производить переход от методов химического типа к более экологическим, чистым видам борьбы с разными группами вредителей. В настоящее время более 15 млн. тонн пестицидов ежегодно находится на мировом рынке. Чуть более 11 млн. тонн данных веществ уже входит в состав морской и наземной экосистемы водным путем. В промышленном производстве, когда производятся пестициды, происходит одновременное появление ряда побочных продуктов, которые существенно загрязняют сточные воды. В водной среде таких предприятий очень часто можно встретить

Одновременно с этим вместе со представителей инсектицидов, гербицидов и фунгицидов [14].

Cсинтетические поверхностно-активные вещества, СПАВы. Детергенты (СПАВ) – это большая группа веществ, которые понижают поверхностное натяжение вод. Данные вещества являются одним из составляющих синтетических моющих средств (СМС), которые широко применимы в быту и промышленности, на предприятиях. Вместе сточной водой такие вещества способны попадать в воду материков и морскую среду. В СМС содержится полифосфат натрия, в нём растворяются токсичные для водных организмов соединения. К таким вредным веществам относятся: ароматизирующие вещества, отбеливающий реагент (персульфат, перборат), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикат натрия. Исходя из того какой природной структура гидрофильной СПАВ можно подразделить на следующие типы: аниактивный, амфортерный, неионогенный (не образует ионов в воде). Анионоактивные ПАВ составляют больше половины всех производимых мировых СПАВ. В сельском хозяйстве ПАВ применяют, включая в состав пестицида [19]

Группа тяжёлых металлов. К таким загрязнениям относятся наличие ртути, свинца, кадмия, цинка, меди, мышьяка и других. Является довольно распространенным и весьма токсичным загрязняющим видом веществ. Такие вещества широко применимы в разных отраслях промышленного производства. Несмотря на то, что происходит ряд различных очистительных мероприятий, в сточной воде промышленных предприятий, бытовых сточных водах содержание таких загрязняющих веществ высокое.

Особенно опасными для водного биоценоза является кадмий, ртуть и свинец. Аморфная пыль содержит примерно 113 тыс. т. ртути и большая часть в данном случае имеет антропогенное происхождение. В ряде рек, которые загрязняются водами промышленных предприятий, ртуть концентрируется в растворах и взвеси в повышенном объёме. Часто рядом бактерий хлориды переводятся в высокотоксичную метилртуть. Благодаря биоаккумуляции накапливаются в рыбах и в моллюсках соединения метилированной ртути. Возникает прямая угроза жизни и здоровью населения. В каждом компоненте окружающей среды есть в какой-либо мере содержание свинца: в горной породе, в почве, природной воде, атмосфере и живом организме. Происходит его активное рассеивание в окружающей среде в процессе деятельности человека хозяйственного характера. Поступает в окружающую среду в виде бытовых стоков, части дыма, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Медь, кадмий, свинец, ртуть, хром, цинк, мышьяк и ряд других тяжелых металлов способны накапливаться в водных организмах. При этом они отравляют тем самым продукты питания, и также происходит отравление воды.

В итоге можно сказать, что эффект антропогенного воздействия на водную среду может проявляться как индивидуально, так и на популяционно-биоценотических уровнях. Если загрязняющие вещества длительное время воздействуют на окружающую среду, это приводит к тому, что упрощается экосистема, обедняются видовые составы, как у растений, так и у животных, также растет заболеваемость населения и в целом ухудшается качество жизни [21]

Существует ряд гигиенических и технических требований к водным источникам снабжения и также свод правил, все они разработаны исходя из интересов здоровья населения, и регламентированы ГОСТ 2761-84 «Источники централизованных хозяйственно-питьевых водоснабжений. Технические и гигиенические требования и правила выбора»[5]. Также необходимые нормы указаны СанПиН «Требований к качеству вод нецентрализованного водоснабжения. Охрана источников»; ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимая концентрация химического вещества в водах объектов хозяйственно питьевого и культурно-бытового водоснабжения»[4]. Ряд требований гигиенического характера к качеству питьевой воды исходящей из центральных систем водоснабжения, указывается в санитарных нормах и правилах. Нормы устанавливают для таких параметров водного объекта, к которым относятся: количество содержащихся примесей и взвешенных частиц; присутствует ли посторонние привкус, цвет; мутная ли вода и степень мутности; температурный режим; показатели PH; состав минеральных примесей и их концентрация, также же степень растворенного в воде кислорода; предельно допустимая концентрация химического вещества и болезнетворных бактерий. Предельно допустимая концентрация является максимальной концентрацией каких-либо веществ в воде, которая если поступает в организм, даже на протяжении всей жизни не будет оказывать прямого или косвенного влияния на здоровье людей, как в настоящем, так и в будущем, у последующих поколений. Также это такая концентрация, при которой не будут ухудшены гигиенические условия использования воды [4].

Если говорить о последствиях загрязнения водных источников, особое внимание стоит уделить бытовым стокам. Природная вода, которую загрязняют сбросы коммунальных хозяйств, являются совершенно непригодной для того, чтобы обеспечивать водой население, так как содержит множество веществ, оказывающих негативное влияние на здоровье населения, такая вода впоследствии может стать к причиной разного рода инфекционных заболеваний. То есть путем передачи через воду могут передаваться ряд серьезных заболеваний , к котором относятся паратиф, дизентерия, вирусные гепатиты инфекционного характера, туляремия. Исследованиями было установлено, что если в питьевой воде содержится более 1 миллиграмма на литр фтора, то происходит разрушение зубной эмали и это может привести в целом к потере зубов у населения.

Загрязнённые поверхностные и подземные воды являются источником коррозии конструкции из бетона и железа, которые распложаются в воде. На них образуются различного рода отложения. В итоге как следствие этого затрудняется и становится более дорогой эксплуатация сооружений.

Негативные последствия от плохого качества воды можно наблюдать и при использовании в сельском хозяйстве. Это является причиной засоления почвы, выщелачивания солей из неё, повышения кислотности, заносов полей грубодисперсным и коллоидным веществом. Негативное влияние сбросов сточных вод может быть у рыбного хозяйства, так как в таком случае гибнет рыба и многие кормовые организмы, впоследствии резко снижается продуктивность водоёма. Из вышесказанного можно отметить, что пресная вода, которую использует человек в огромных количествах должна использоваться бережно и необходимо охранять её и количество, и качество [25]

1.2 Способы очистки сточных вод

Вода, которая загрязнена разного рода отбросами и отходами называется сточной. Ее можно классифицировать и подразделить на определенные типы сток: бытовой, промышленный и атмосферный. К бытовым относятся канализационные стоки, которые являются результатом жизнедеятельности человека. Сточные воды очищают для удаления или разрушения загрязняющих веществ. В процессе очистки образуется твердые вещества, которые необходимо утилизировать, и очищенная вода. Существующие методы очищения можно подразделить на следующие категории: механические, химические, биохимические (биологические) [23].

Выбор метода очистки и очистного сооружения зависит от того, какая запрашивается степень очистки; от того, какой состав загрязнения; от того, какая пропускная способность у очистных станций, и какую мощность имеет водный объект при соответствующих технико-экономических обоснованиях.

Очищение бытовых (хозяйственных) стоков, осуществляется, чаще всего, биологическим и механическим способами [16]. Процесс очистки включает в себя обработку и обеззараживание сточных вод (перед сбросом в водоем) и обработку и утилизацию, образовавшегося в процессе очистки, осадка [19].

1.2.1 Механический способ очистки сточных вод

Для того чтобы производить механическую очистку нужно использовать ряд специальных сооружений которым относятся: механическая решетка и сита; первичный отстойник, песколовка и жиро уловитель. Вышеуказанные виды сооружений должны быть использованы при определённой последовательности. Из канализационных сетей сток поступает в решетку, которая предназначаются для того, чтобы задерживать крупные загрязнения. Она установлена в приемном резервуаре насосной станции перекачки на очистных станциях либо на каналах, которые подводят сточные воды на очистные сооружения. Решетка может быть подвижного типа и не подвижного. Неподвижные более распространены. У решеток бывает ручная и механизированная очистка от отбросов. Механическая очистка должна быть обязательной при количестве отбросов более 0, 2 м3 в сутки. На рисунке 1 располагается схема установки неподвижной решетки при механических очистках.

Рисунок 1 – Схема с установленной неподвижной решеткой с механизированным типом очистки.

1- пол в грабельном помещении; 2 люки каналов; 3 –оси верхних ветвей цепей; 4 –ось направляющей грабли; 5  ось нижних ветвей цепей.

Решётка очищается при помощи грабель, которые двигаются. Их зубцы входят в прозоры между стержнями, при этом снимаются отбросы. Отбросы, которые сняты поступают в последствии на транспортеры, далее направляются по направлению в дробилку, где они размельчаются. Ширина прозора решетки на очистительной станции должна быть равной 16 миллиметров. В поперечном сечении стержни решёток могут быть как прямоугольные, что является наиболее распространённым явлением, так и овальным либо круглым. Допустимо на очистительной станции устанавливать решетки в отдельных зданиях, где должна присутствовать приточно-вытяжная вентиляция [9].

Стоки отфильтрованы и далее поступают в песколовки. В песколовке воздействует сила тяжести и стекло (бой), шлак, песок и иное оседает. Конструкция песколовки зависит от того какой объём у поступающего стока. На рисунке 2 и 3 показаны вертикальные и горизонтальные песколовки, которая применимы на очистных сооружениях, щелевые - на каналах. Если сырье поступает в объеме больше 300 кубических метров за сутки, то используют песколовки вертикального и горизонтального типа. Песколовки выполняют из двух секций, так как в процессе, если ремонтируется одона часть, вторая может осуществлять функционирование. В горизонтальной конструкциям осаждение минеральных частиц происходит при процессе, когда двигается жидкость при скорости 0, 1 м в секунду. В вертикальных песколовках выделяются примеси, когда сток поднимается вверх, жидкость двигается со скоростью при этом 0,5 метров в секунду.

Рисунок 2 – Горизонтальная песколовка

Рисунок 3 – Вертикальная песколовка

1 – водоподводящий лоток; 2 – гидроэлеватор; 3 – водоотводящий лоток

После процесса перехода через песколовку происходит задействование жирловки, при помощи которой устраняются гидрофобные вещества с поверхностей вод при использовании метода флотации [7]. Песок, который выделился при прохождении через песколовку, складируют, в последствии, как правило, он может применяться в работах дорожного характера.

Воды, которые уже очищены от песка песколовкой, переходят в первичный отстойник. Он является таким сооружением, предназначение которого выделять из сточной воды нерастворимые вещества, они при действии гравитационных сил оседают на дно отстойников либо всплывают на его поверхности. Вода осветляется по взвешенным веществам на 40 - 60%, а величина БПК (биологическая потребность в кислороде) в осветленной сточной воде снижается на 20 – 40% от начального значения [18]. Существуют вертикальные, радиальные и горизонтальные виды отстойников, которые отличаются по типу движений потоков очищаемых вод.

Первичным горизонтальном отстойником являются резервуары прямоугольных форм, которые состоят из нескольких коридоров. состав их включены несколько коридоров. По вертикали сооружения делятся на следующие части: рабочая часть (в данном случае происходит осаждение) и иловая (часть, в которой собирается осадок). Между такими условными зонами расстояние как минимум должно быть примерно 40 см. В самом начале горизонтальных отстойников располагается приямок, куда сгребаются либо смываются осадки. Далее из приямков осадки удаляются гидроэлеватором или насосом. Данный тип сооружений имеет один минус- - большую площадь и плюс – оно высокоэффективно.

Вертикальным первичным отстойником, который изображён на рисунке 4, является сооружение, которое имеет форму цилиндра с коническим днищем. Вода, которая предназначена на очистку попадает сверху в трубы, труба расположена в центре сооружений, под трубой находятся отражательные щиты, о которые ударяясь вода меняет направления и двигается уже снизу вверх. Для того чтобы лучше распределять потоки, центральную трубу принято делать с уширением, которое располагается внизу. Осветлённые воды собираются при помощи сборных лотков, они расположены на кромке резервуаров. Накопление осадка происходит в конусной (иловой) части отстойников. Впоследствии осадки удаляются при помощи действия гидростатического давления через иловые трубы. У данной конструкции минус - его большая глубина и то, что невозможно применять при производительности очистных станции до 10 тыс. метров кубических в сутки

Рисунок 4 – Первичный вертикальный отстойник

Радикальные первичные отстойники (изображение на рис. 5) являются частными случаями вертикальных отстойников. В таком виде сооружений вода двигается от центра по направлению к периферии, а не снизу вверх и труба, которая подаёт сточную воду, располагается снизу. Таким образом, сток подаётся в центр и здесь самая большая скорость, по мере приближения к сборным латкам (периферийным) скорость становится меньше.

Осадок накапливается на дне, при помощи скребков он перемещается в иловый приемник, который расположен в центре, а далее при помощи центробежного насоса удаляется. Минус такой конструкции то, что низкая степень эффективности, плюсом является небольшая стоимость.

Рисунок 5 – Первичный радиальный отстойник

Какой выберут тип конструкции отстойника, будет зависеть от того в каком количестве и каком составе подается производственная сточная вода, которая предназначена для очистки. Также данный показатель зависит от характеристик образующихся осадков и ряда условия местного характера на строительных площадках очистительных сооружений [26].

Когда происходит механическая чистка, задерживается не больше 60% взвешенных веществ, которые осаждаются. Большего эффекта можно достигнуть применяя разные способы идентификации, к которым, например, можно отнести простую аэрацию ( при этом происходит улучшение работы первичных отстойников на 5 -8 %, исходя из того как задерживаются взвешенные вещества и снижаются БПK. После механической очистки стоки уже подготовлены и могут поступать на последующую очистку биологического характера. Важно не пренебрегать столь важным и ответственным процессами, так как если первый этап очистки прошел не на должнем уровне, тогда в процессе биологических очисток невозможно будет добиться максимально эффективного результата.

В итоге можно обобщить: главным принципом механической очистки являются то, что удаляются все твёрдые нерастворимые вещества и примеси, которые способны повредить в дальнейшем очистные оборудования и сооружения [27]

1.2.2 Химические методы очистки сточных вод

Химические методы проведения очистки хозяйственно-бытовых стоков сегодня используются для связывания и удаления из сточной воды опасных химических элементов и приведения основных параметров к нормам, позволяющим в дальнейшем провести обычную биологическую очистку. В процессе такой очистки используются основные типы химических реакций: нейтрализация опасных соединений и элементов; реакции окисления и восстановления химических элементов.

В бытовых сточных водах может быть отмечено содержание щелочи и кислот. В основном кислые стоки содержат ряд растворимых солей тяжёлых цветных металлов. Для того чтобы предупредить коррозию материалов канализационного очистного сооружения, нарушение биохимического процесса в водоеме, а также только осаждение из сточной воды солей тяжёлого металла, кислые и щелочные стоки нужно подвергать обязательно очитке химического характера [24]. Режим сброса сточной воды, которая содержит кислоту и щелочь может быть разным. Кислую воду нужно сбрасывать в течение суток равномерными порциями, при этом имеется концентрация постоянная; щелочная вода сбрасывается периодически по мере того, как накапливается. В данной связи для щелочных вод принято устраивать регулирующие резервуары, из которых они равномерно выпускаются в камеры реакции, в которых происходит нейтрализация взаимного типа [15]

Нейтральной считается сточная вода, которая имеет pH 6, 5 – 8,5 ,если данный показатель меньше или больше нормы, нужно подвергать воду процессу нейтрализации, для того чтобы предупредить коррозию материала очистного сооружения, выделение соли металла из сточной воды и предупредить нарушение ряда биохимических процессов в них. Нейтрализация осуществляется следующим образом: смешиваются кислые и щелочные сточные воды, добавляются реагенты, фильтруется кислая вода через нейтрализующий материал и при абсорбции кислых газов щелочной водой или абсорбции аммиака кислой водой.

Нейтрализацию кислых сточных вод можно производить при помощи извести, конкретно применяется известковое молоко 5% концентрации либо известковый порошок. Наибольшего эффекта можно достигнуть измельчая известь до частиц, размер у которых 5-10 (60 -70) % либо 10 - 100 мкм (30- 40%.) Для того чтобы приготовить известковое молоко, известь нужно погасить в специальной горелке, барабанном аппарате либо шаровой мельнице. Впоследствии после того как известковое молоко погашено она поступает в гидравлический классификатор, где отделяются крупные частицы извести и возвращаются на вторичное дробление. Кто в аду которая нейтрализуется растворы суспензия поступает при помощи дозирующего насоса дозатора. К для того чтобы нейтрализовать сточные воды, дозирование добавок осуществляют при помощи насосов - дозаторов. Для того чтобы нейтрализовать возможно использование установок с сухим дозированием реагента. В данном случае известь представлена порошком либо содой. Доза реагентов в таком случае увеличивается на 30-50%. Для того, чтобы дозировать сухие порошкообразный реагенты используются шнековые ленточные или операционного типа, и вестового типа дозаторы .А для того, чтобы перемешивать реагент со сточными водами применяют гидравлический смеситель и механический смеситель. Аппаратура и трубопроводы изготавливаются из таких материалов, которые кисло упорны. Нейтрализовать щелочные сточные воды нужно под действием дымовых газов, к которым относятся CO2, NO2, SO2 и так далее. Производят нейтрализацию при помощи колонной абсорбционной аппаратуры, её рассчитывают на основании закономерностей хемосорбции [21]

Химическое окисление.

Озон, являясь сильным окислителем, разрушает растворённые в воде многие органические и неорганические вещества.

Ниже приведён ряд примеров реакции, которые происходит при очистке вод. Соединение металлов окисляются при помощи озона до соединений высшей валентности. Пример – реакция с соединением железа и марганца, которая протекает в соответствии со следующей схемой:

2FeSO4 + H2SO4+ O3 = Fe2(SO4)3 + H2O +O2

MnSO4 + O3 + 2H2O = H2MnO3 + O2 + H2SO4

2H2MnO3 + 3O3 = 2HMnO4 + 3O2 + H2O

Окисление сероводорода:

H2S + O3 = H2O + SO2

3H2S +4O3 = 3H2SO4

Тиоцианат-ионы (роданид-ионы) реагируют с озоном по такой схеме:

NCS- + 2O3 + 2OH- → CN- + SO3+ 2O2 + H2O

CN- + SO32-+ 2O3 → CNO- + SO42-+ 2O2

Озонирование предварительно очищенных сточных вод используют для: процесса обезоруживания сточных вод озоном перед сбросом в канализацию или водоем; доочистки сточной воды от нефтепродуктов и ПАВ; удаления фенолов; очистки стоков от формальдегида; удаления сероводорода, органических сульфидов и меркаптанов; дополнительного снижение ХПК в сточной воде. Основными параметрами системы озонирования сточной воды являются доза озона и время контакта озона с водой. Для их расчета требуется анализ исходной воды, требования к качеству очищенной воды и производительность системы по воде. Для малых доз озона наиболее целесообразен прямой ввод озона без зацикливания потока воды, для больших доз - от 6 мг/л и выше - рекомендуется использование установок озонирования воды напорно-циркуляционного типа.

Если сравнивать озон с хлором ,то можно отметить наличие ряд преимуществ. Во-первых, его можно получать непосредственно на очистном сооружении, когда сырьем послужит технический кислород либо атмосферный воздух. Во –вторых, такой процесс легко автоматизируется [26]

Хлорирование относят к методу многоцелевую обработки вод, когда происходит дезинфекция, обесцвечивание, дезодорация, устраняется сероводород и железо. Вода обеззараживается при помощи применения хлор содержащего агента, он вступает в реакции с водой либо с теми солями, которые в ней растворены. Вследствие того. что взаимодействуют хлорсодержащие агенты с протеинами и аминосоединениями бактерий, происходит окислительный процесс, бактерии и другие микроорганизмы гибнут. Большая степень окисления и дезинфицирующего характера у таких соединений хлора: свободный хлор, гипохлорит-анион, хлорноватистая кислота, хлорамин. Свободный хлор, когда растворяется в воде диспропорционирует и образуется соляная и хлорноватистая кислоты по реакции:

Cl2 + H2O ↔ HCl + HOCl.

Затем происходит диссоциация хлорноватистой кислоты с образованием гипохлорит–иона:

НОС1 ↔ H++ OCl -

У недиссоциированных молекул хлорноватистой кислоты большой потенциал бактерицидного действия, больше чем у гипохлорита иона. Если величина pH от 5 до 6, то хлор в воде будет присутствовать как хлорноватистая кислота. Если же данный показатель будет повышаться, то в своей концентрации гипохлорита ионов увеличится и будет достигать 97% при pH равным 9. Если хлорируемая вода содержит природный аммиак или азотосодержащие органическое соединение, к которому, например, можно отнести аминокислоту, то активный свободный хлор вступит в химические взаимодействия и образуются хлорамины и ряд других хлорпроизводных, так называемый связанный активный хлор.

У хлора его бактерицидная активность снижается при росте температуры, соответственно понижается и эффективность хлорирования в летний период. То, насколько высока степень обеззараживающего эффекта у хлора зависит от pH воды, если BH равно 7, 2, то в 6 раз больше чем . если этот показать равен 8.5. Если рН больше 8, то будут понижены бактерицидные свойства хлора, вода более мутной и увеличится степень цветности. Трубы и фильтр будут биологически обрастать. Исходя из этого можно сказать, что для того, чтобы сохранить бактерицидный эффект хлора, необходимо увеличении его концентрации, это в свою очередь может приводить помимо нерациональных потерь к тому, что будет раздражаться слизистая оболочка носа и глаз. Если pH меньше 6,5 вода будет иметь высокую степень агрессивности и усиливаются процессы коррозии трубопроводов и оборудования. В данном случае нужно подщелачивание воды, то есть введении в неё дополнительных реагентов.

Небольшой по объему воды можно хлорировать гипохлоритом натрия либо кальция. Если применять гидрохлорид натрия, то практически будет исключено раздражение слизистых оболочек и кожных покровов, которое заметно когда используется газообразный хлор.

Аппаратура выбирается для обеззараживания воды в зависимости от того какой вид обеззараживающего агента. Для того чтобы обеззараживать воды раствором хлорной извести или гипохлоритов в основном используют бочечную систему, которая изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Установка для обеззараживания воды хлорной известью:

1 - затворный бак; 2 - растворные баки; 3 - дозирующий бачок; 4 - водопровод; 5 - выпуск осадка; 6 - подача в смеситель; 7 - подача хлорного раствора; 8 - запорная арматура; 9 - шаровой кран

В затворные баки установок засыпают конкретное количество сухой хлорной извести либо гипохлорита, после этого происходит тщательное перемешивание с небольшим по объему количеством воды. Кашица, которая получилась, сливается через вентиль в один из баков, который рабочий, где впоследствии приготовляется раствор хлор реагента, концентрация которого от 1 до 2%. Раствор отстаивается, нерастворимая доля оседает на дне. В полученном растворе, который осветлён, примерно раз в сутки определяется концентрация активного хлора.

В соответствии с тем, какой установлен расход раствора хлореагента и также во взаимосвязи от того какая скорость поступления воды в контактный резервуар, регулируется подача растворов из дозирующего бачка. Для того чтобы было равномерно истечение растворов из бачка, кран нужно снабжать шаровым клапаном. После того, как произошло опорожнение одного из рабочих баков, можно начинать пропускать осветленный раствор из второго бака. На данном этапе в первом готовят следующую порцию рабочего раствора. Хлорный раствор с дозирующего бака идёт дальше в накопительные резервуары, где обеспечивается определенное время, при котором он контактирует с водой и обеззараживающими агентами, данное время должно быть не менее чем один час [27]
-- 

1.2.3 Биохимический метод очистки сточных вод

Основой для биохимических методов очистки является окисление органических веществ, при помощи микроорганизмов, обладающих способностью употреблять как источник питания разные виды органических и неорганических соединений для того, чтобы получать энергию, обеспечивать свое существование. Принято разделять биологическую очистку сточной воды на такую, которая создана в искусственных условиях (к ним относится биологический фильтр и аэротенки) и в условиях, которые близки естественной среде (поле фильтрации, биологический пруд). Для того, чтобы снизить концентрацию органических соединений биологических очищенных сточных вод рационально применение сорбции активированным углем либо химического окисления озоном [8]. Более широко использует в биологической очистки сточных вод аэротенки, главная характеристика которых постоянная рециркуляция активного ила, интенсивная принудительная аэрация и перемешивание, также присутствует большая концентрация активного ила и он контактирует со сточной жидкостью и растворенным кислородом, при этом низкая концентрация очищенного субстрата. Данные факторы позволяют существенно повышать скорость в процессах, при котором удаляются загрязнения сточной жидкости и также возникает смешиваются индикаторных организмов, которые характерны для начальных (грязные) и конечных (чистые) участки аэротенков. Сооружения, производящие биологическую очистку можно использовать в определенных условиях: средняя температура воздуха более 10 градусов; грунтовые воды должны залегать на глубине большей метра от поверхности; должно быть обеспечение нужной площади для возведения требуемых сооружений.

Активный ил является сложной экосистемой, в его структуру включено достаточно большое количество представителей микролоры и фауны. Основа активного ила в процессе очистки – это бактерии, которые находятся в виде хлопьевидных скоплений, называющиеся зооглией. Также отмечено наличие нитчатых бактерий и дрожжей, бесцветных жгутиконосцев, саркодовых и инфузорий. Если аэрация осуществляется долго и происходят процессы глубокой очистки, появляются коловратки, водный червь и ряд других многоклеточных беспозвоночных тихоходок, водных клещей, гастрохил. Если активные илы работают нормально, то можно встречать 60 и более разнообразных видов организмов [8]

В основе биологической очистки сточных вод лежит реакция окисления в результате ряда процессов. Начинается все с низшего уровня – обмена электронов между атомами, а заканчивается сложным биоценозом. Активный ил состоит из множества различных популяций простейших организмов, находящихся в динамическом равновесии. Оно допускает малое отклонение концентрации в активном иле определенных видов [6] . Рисунок 7 отображает схему основных типов питания и пищевых взаимоотношений организмов в системе активного ила.

Рисунок 7 Схема, указывающая основные типы питания и пищевые взаимоотношения организмов активного ила/

Большая часть организмов активного ила являются облигатными гетеротрофами, отмечено и присутствие миксотрофов, которые способны, если понижается освещенность или полностью отсутствует свет, переходить от автотрофного питания к питанию гетеротрофного типа. На начальных этапах очищается вода при помощи организмов питающихся сапрозойно, то есть когда поступает в тело жидкая органика, проникает она через клеточные мембраны посредством активного либо пассивного транспорта. Данный тип питания является характерным для бактерий, жгутиконосцев ,также к ним относятся инфузории [17].

К преобладающим бактериям можно отнести представителей родов Pseudomonas, Achromo bacter и Flavobacterium.. Для каждого типа бактерий характерен определённый набор ферментов и соответствующая специализация на каком-либо одном загрязнений [10]. По мере того как происходят процессы очистки, сменяются одни виды простейших другими, которые способны разлагать трудноокисляемые виды органических соединений. При начальных стадиях созревания активного ила отмечено появление амёб и жгутиковых, когда создается режим высоконагруженного аэротека, то преобладать начинают жгутиковые, в последствии появляются свободные плавающие инфузории, которые питаются отдельными бактериями. Если же большие органические нагрузки, то доминирующими являются организмы с сапрозойным способом питания. В процессе очистки понижается количество бактерий. А когда происходит пищевая конкуренция побеждают те, которые прикреплены к субстрату - сидячий инфузории, они охарактеризованы голозойным типом питания, используют твёрдую пищу - других организмов либо довольно больших органические частицы [20]

Rогда очищается вода, особая важная роль отводится седиментаторам, или осаждальщикам, они имеют ряд специальных приспособлений для того, чтобы склеивать взвешенные частицы, одиночные бактерии, которые постоянно присутствуют в сточных вод жидкостях. Седиментаторами выделяется большое количество слизи, благодаря ей слипается пища в крупных агрегатах. Данное свойство, которое присуще седиментаторам, имеет играет большую роль, когда и сточной жидкости изымается основная масса растворенной органики и вода осветляется путем того, что удаляются из неё развивающиеся бактерии. К седиментаторам относят свободно плавающих (Paramecium, Colpidium, Glaucoma, Tetrachytnena, Stentor ), также и ряд прикреплённых инфузории – перетрихи (Vorticella, Carchesium, Epistylis, Zoothamnium, Opercularia), они бытро поедают прикрепленных бактерий. По мере того как осуществляется переход от более низких к более высоким уровнем питания, общее число и биомасса организмов в активном иле, как обычно в пищевых пирамидах идет к сокращению.[11]

Глубокая очистка. В современном обществе требования к степени очистки сточной воды становится всё выше, в связи с этим принято подвергать воду доочистке. Глубокая очистка сточных вод необходимо если после очистки биологического характера перед тем как сбрасывать воду в водоем должна быть пониженна концентрация взвешенных веществ и величина показателей БПК (биологическая потребность в кислороде), ХПК (химическая потребность в кислороде).

Когда осуществляется глубокая чистка вод от взвешенных частиц, в основном используют фильтры разнообразной конструкции. Для того, чтобы производить глубокое очистку от растворённых органических веществ применяется сорбционная, биосорбационная, озонаторная и иные типы установок. Глубокую очистку от соединения азота и фосфора осуществляют при помощи биохимического и биологического методов [14].

Заключительный этап очистки вод перед тем как сбрасывать их в водоем - это дезинфекция. В настоящее время технологи очищения сточных вод развиваются и совершенствуются в направлении процессов очистки биологического характера, то есть очищение проводится последовательно посредством процессов очистки биологического и физико-химического типа, с целью того, чтобы была возможность повторно использовать глубоко очищенную сточную воду на промышленном предприятии [11].

Осадки, которые образуются в процессе очищения сточной воды подвергаются дальнейшему обеззараживанию и тщательной обработке. Данная обработка заключена в том, чтобы снижать влажность или уменьшать объем. Загрязнение, которое задерживают решетки, вывозится с территории станции очистки, песок, находящийся в песколовках обезвоживается на песковых площадках, потом он вывозится либо отмывается от разнообразных загрязнений органического характера, его подсушивают и используют в планировочных работах.

Осадки из первичных отстойников и уплотненные осадки вторичных отстойников направляются в метантенки, которые представлены в виде герметических резервуаров. В них при действии анаэробных микроорганизмов происходит минерализация органических веществ. Вместо метатенков применяют методы аэробной стабилизации, ее сущность заключена в продувки осадка в течение большого периода времени при помощи воздуха в сооружениях, которые устраиваются по типу аэротенков. Осадок, который сбраживается в метатенке, хорошо отдает воду, он становится менее опасным в санитарном плане. Содержит много азота, фосфора и калия, что свою очередь является хорошим удобрением. Для того чтобы обеззараживать осадок, применяют иловые площадки, вакуум-фильтр, центрифугу, фильтр-пресс. Обезвоженный осадок подвергается термической сушке, впоследствии осадок, который содержат ряд вредных веществ, сжигается. Когда он сжигается, полностью окисляются органические вещества, впоследствии образуется зола, являющаяся стерильным осадком [17].

ГЛАВА 2 Технология очистки хозяйственно-бытовых сточных вод Г. ГОРНО-АЛТАЙСКа

2.1 Работа очистных сооружений

Город Горно-Алтайск располагается в долине предгорья на месте слияния небольшой речки Маймы и речки Улаушки. Золушка. Низкогорье Алтая - система гор, которые обрамляют город со всех сторон, исключая северо-запад, где раположен выход долины реки Маймы в долину реки Катунь. Водоотведение данного города является сложнейшим комплексом, включающим ряд инженерных сооружений и технологических процессов, который условно можно подразделить на 3 вида составляющих:

Первым являются процесс сбора и транспортировки хозяйственных бытовых сточных вод, который идёт от населения и промышленных предприятий, он направляется по соматическим и напорным коллектором на очистные сооружения канализационного вида.

Вторым видом является механическая и биологическая очистка стоков хозяйственно-бытового характера на канализационных очистных сооружениях.

Третий вид: обрабатываются и