Водоотводящие сети и способы очистки сточных вод

Существуют три типа сточных вод: атмосферные (смывы с поверхностей дождевыми и талыми водами), бытовые ЖКХ и промышленные. В технологических процессах источниками сточных вод являются:

– воды, образующие в результате химических реакций;

– воды, находящиесям в сырье и исходных продуктах в свободном или связанном виде;

– промывные воды для промывки сырья и оборудования;

– водные экстракты и адсорбенты;

– воды для охлаждения.

Перед сбросом в водную систему сточные воды необходимо собрать и очистить. Для этих целей в городах и населённых пунктах создаются канализационные системы.

Канализация – комплекс инженерных сооружений, оборудования и санитарных мероприятий, обеспечивающий сбор и отведение за пределы предприятия или населённого места сточных вод, а также их очистку и обезвреживание перед утилизацией или сбросом в водоём (водоток). Канализация бывает общесплавной и раздельной.

Общесплавная канализация – все производственные, коммунально-бытовые и дождевые воды отводятся по общей канализационной сети.

Раздельная канализация содержит ливневую канализацию для дождевых и малозагрязненных производственных вод, сбрасывающую свои стоки в водоём или водоток без очистки, и сеть труб для бытовых и загрязнённых производственных вод, которые отводятся к очистным сооружениям. В крупном плане очистка подразделяется на предварительную и глубокую.

Доля общесплавных канализационных сетей в С.-Петербурге  к 2008 году составляет 2/3, а остальная 1/3 приходится на раздельные. Общая протяжённость этих сетей составляет 7936,4 км , длина тоннельных коллекторов – 196 км. Завершение строительства главного коллектора северной части города доведёт объём очищенных сточных вод в 2012 г. до 97 %.

Методы очистки  сточных вод подразделяются на три группы:

механические, физико-химические и биологические.Применение того или иного способа очистки сточных вод промышленного предприятия, зависит прежде всего от состава и характера загрязнителей.

а) Механическкая очистка применяется для отделения твёрдых и взвешенных веществ с использованием различных способов:

- процеживание - это первичная стадия очистки путём пропускания загрязнённых вод через грабельные металлические решётки с шагом 5…25 мм для улавливания разного мусора (бумаги, тряпок, кусков дерева, пластика и т.п.);

- отстаивание, которое происходит в специальных ёмкостях, разделяемых по направлению движения воды  на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные. Очищенная вода выходит в верхней части, а осадок собирается внизу и удаляется специальными скребками;

- фильтрование, осуществляемого через пористые фильтры с использованием кварцевого песка, гравия, частиц металла или через связанные специальными смолами песчано-гравийные фракции и др.;

- нефтеулавливание - это улавливание с помощью отстойников, где жиро- и нефтепродукты собираются сверху очищенной воды и удаляются скребками;

 - инерционное разделение  осуществляется в гидроциклонах, принцип действия которых аналогичен циклонам для очистки газов.

б) Физико-химические методы используются для тонкой очистки смесей жидкостей, неорганических и органических соединений, газов, паров, вредных и токсичных веществ. При этом используются разные способы, в том числе:

- экстракция - это процесс разделения в колоннах, где стоки смешиваются с экстрагентами, которые отбирают вредные вещества и потом разделяются, например, бензол удаляет фенол;

- флотация - это процесс  всплывания примесей при обволакивании их пузырьками воздуха, пропускаемого через сточную воду;

- нейтрализация - это химическая обработка сточных вод кислотами, щелочами, известью, содой, аммиаком и другими реагентами для достижения нейтрального значения  рН = 6 в очищенной воде;

- окисление, применяемое для уничтожения токсичных биологичеких примесей хлорированием, фторированием, ультрафиолетовым облучением;

- сорбция - это поглощение солей тяжёлых металлов, непредельных углеводородов, красящих частичек и других вредных веществ сорбентами (активированный уголь, минерал шунгит, цеолит, сажа, порошок титана и др.);

- коагуляция - это обработка специальными реагентами (соединениями алюминия и железа, например, FeCl₃) для образования твёрдых нерастворимых примесей для удаления тяжёлых металлов, цианов и других вредных и токсичных веществ;

- ионообменные способы используются для тонкой очистки, например, пропусканием через набор специальных микроплёнок, получая чистые концентрированные соли.

в) Биологическая очисткаиспользуется для извлечения разнообразных органических соединений, в том числе и токсичных и относится к глубокой

очистке, следующей после предварительной.

Метод основан на способности ряда микроорганизмов использовать разнообразные органические соединения в качестве источника питания, превращая их в воду, углекислый газ и другие неорганические вещества. Другая часть веществ идёт на образование биомассы.

Такое разрушение органических соединений называют биохимическим окислением. При этом окисление органических веществ происходит избирательно: одни соединения разрушаются быстро, другие – медленно или совсем не окисляются. Широко используются аэробный и анаэробный методы биологической очистки сточных вод.

Аэробный метод основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых требуется постоянный приток кислорода и температура 20…40 ^оС. При изменении кислородного и температурного режимов меняется состав и количество микроорганизмов, и соответственно, эффективность очистки стоков.

На рис. 8.4, а  изображен трехкоридорный аэротенк, принцип работы которого состоит в следующем. Очищаемая вода с активным илом, содержащим микроорганизмы, «змейкой» движется по коридорам аэротенка. Скорость движения выбирается из расчёта времени пребывания сточных вод в аэротенке примерно 6…30 час в зависимости от требуемой степени очистки. После смешивания сточных вод с активным илом на его поверхности происходит адсорбция загрязнителей и их окисление.

На первой стадии за 1…3 час биологическое потребление кислорода сточными водами снижается на 50…75 %. На второй стадии окисляются трудно окисляемые загрязнители. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем на первой. Затем очищенная вода из аэротенка направляется во вторичный отстойник, где происходит отделение активного ила от воды  в виде хлопьев. На рис. 8.4, б представлен наиболее часто применяемый радиальный отстойник.

При анаэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или биоплёнке, и биохимические процессы протекают без доступа кислорода. Этот метод используют главным образом для обезвреживания осадков.

Органические вещества здесь не извлекаются, а перерабатываются в избыточный ил, также требующий обезвреживания.

б) радиальный отстойник (1- впуск воды, 2 – отвод осадка, 3 – приёмник

осадка, 4 – распределительная камера, 5 – мост обслуживания, 6 – скребок)

В термоокислительных методах обезвреживания органические примеси в сточных водах окисляются кислородом воздуха при повышенной

туре до образования безвредных продуктов (H₂O, CO₂), к ним относятся:

- пламенный («огневой») или сжигание;

- жидкофазное окисление при 100…350 ⁰С и давлении 2…28 МПа;

- парофазное каталитическое окисление при  350…400 ⁰С, степень очистки – 98,5…99,9 %. Органические вещества при этих методах не извлекаются, а перерабатываются в избыточный ил, также требующий обезвреживания.

    Огневой метод является наиболее универсальным и даёт высокую степень очистки до 98…99 %. В этом методе сточная вода вводится в распыленном состоянии в высокотемпературные продукты сгорания топлива при  900…1000 ⁰С.  Вода испаряется, а органические примеси сгорают, образуя воду и углекислоту. Минеральные примеси в твёрдом виде или в виде расплава выводятся из камеры печи. Недостаток метода – высокий расход топлива и, соответственно, большая стоимость и токсичность продуктов сгорания. Поэтому этот метод рекомендуется использовать при небольшом количестве сточных вод, содержащих высокотоксичные примеси, обезвреживание которых другими методами невозможно или невыгодно.