книги / Основы общей экологии. Прикладная экология

гут быть горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости (тангенциальные и аэрируемые) [29].

Горизонтальная песколовка представляет собой удли-

ненное прямоугольное сооружение, по которому движется сточная вода, песок оседает на дно под действием силы тяжести. Осевший песок транспортируется скребковыми механизмами или гидросмывом к приямку, откуда откачивается эрлифтом или насосом. Один из вариантов исполнения представлен на рис. 7.1.

а

б

Рис. 7.1. Горизонтальная песколовка: а – общий вид; б – схема: 1 – входной патрубок; 2 – датчик уровня песка; 3 – система сбора шлама; 4 – тонкослойный модуль; 5 – выходной патрубок

161

Вгоризонтальной песколовке с круговым движением воды сточная вода движется по кольцевому лотку, расположенному в конической емкости. Песок оседает на дно конуса через прорезь в дне кольцевого лотка.

Ваэрируемой песколовке сточная вода движется в прямоугольной или радиальной емкости, в которой расположены пристенные аэраторы. Аэраторы создают в сооружении спиральный поток воздуха, который вращательным движением обеспечивает концентрацию осадка в песковом лотке. Удаление песка осуществляется скребковыми механизмами или гидросмывом. Аэрируемые песколовки одновременно с удалением песка выполняют функции улавливания всплывающих загрязнений (жиры, нефтепродукты) и функции преаэраторов.

Тангенциальные (вихревые) песколовки представляют собой конические или круглые в плане емкости, в которых сточные воды движутся в тангенциальном направлении. Пе-

сок оседает под действием центробежной силы и гравитации и удаляется, как правило, гидроэлеваторами. На рис. 7.2 представлен общий вид тангенциальной песколовки.

Выделенные в песколовках грубые минеральные примеси обезвоживают и подсушивают (на песковых площадках и в песковых

бункерах). При их отмывке от органических загрязнений возможно последующее использование песка в качестве строительного материала или для отсыпки дорог.

Следующим этапом очистки сточных вод является самопроизвольное выделение в отстойниках грубодисперсных примесей, имеющих плотность, отличающуюся от плотности

162

воды (оседающие и всплывающие) [14]. С учетом места расположения отстойников в технологической цепочке очистных сооружений они подразделяются на первичные, вторичные, третичные, илоуплотнители и осадкоуплотнители. По направлению движения воды отстойники подразделяются на вертикальные, горизонтальные, радиальные (с центральным, периферийным или радиальным подвижным впуском) и наклонные тонкослойные. Для выгрузки осадков из отстойников используют скребковые механизмы (цепные, тележечные, на радиальной ферме), илососы (неподвижные, подвижные лучевые) и гидросмыв (в проточном или контактном режиме). Всплывающие примеси (масла, нефтепродукты, жиры) удаляют с поверхности отстойников скребковыми механизмами.

Горизонтальный отстойник – это прямоугольное в плане сооружение, разделенное продольными перегородками на отделения. Поток сточной воды распределяется по ширине сооружения с помощью лотка с впускными отверстиями и движется горизонтально в сторону водослива сборного канала, который расположен в противоположном торце отстойника.

Вертикальный отстойник – это круглый в плане резер-

вуар с коническим днищем. Поток сточной воды движется в вертикальном направлении (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Вертикальный отстойник: а – внешний вид; б – схема: 1 – поступающая сточная вода; 2 – осветленная сточная вода; 3 – выпуск осадка

163

Вертикальные отстойники имеют различные типы впускного устройства сточной воды.

Радиальный отстойник – это круглый в плане резервуар, в который сточная вода подается в центр отстойника и движется радиально от центра к периферии (рис. 7.4). Скорость движения осветляемой воды изменяется от максимальных значений в центре до минимальных на периферии радиального отстойника. Осветленная в отстойниках вода подается на последующие этапы очистки.

Рис. 7.4. Радиальный первичный отстойник

2. Физико-химические методы очистки сточных вод

Основой физико-химических методов очистки сточных вод являются процессы, описываемые физико-химическими законами и направленные на нарушение стабильности термодинамической системы сточных вод путем использования внешней энергии. Источником внешней энергии могут быть: электрическая, химическая, тепловая, механическая и др. [14].

Физико-химические методы наиболее распространены для очистки производственных сточных вод, доочистки сточных вод и неэффективной работы сооружений биологи-

164

ческой очистки сточных вод ввиду нестабильности их количественных и качественных характеристик состава. По принципу протекания процессов физико-химические методы можно классифицировать как разделительные и деструкционные. При разделительных методах происходит извлечение загрязнений из воды в виде концентрированных растворов, шламов и осадков. При деструкционных методах загрязнения разрушаются в обрабатываемой воде, и продукты деструкции остаются там же.

К физико-химическим методам относятся: флотация, коагулирование, сорбция, озонирование.

Флотация – адсорбционно-пузырьковое разделение, основанное на образовании всплывающих частиц загрязнений с диспергированной газовой фазой и дальнейшее их совместное отделение от очищаемой сточной воды в виде пенного флотошлама. Процесс флотации реализуется на флотационных установках.

Флотацию используют для удаления из сточных вод нефтепродуктов, масел, СПАВ и взвешенных веществ.

Коагулирование – нарушение агрегативной устойчивости коллоидной системы по причине уменьшения ее заряда в результате воздействия внешней энергии (нагревание, перемешивание, внешнее силовое поле) с укрупнением частиц коллоидной системы. В результате коагулирования дисперсная система сточных вод утрачивает седиментационную устойчивость и становится доступной для разделительных процессов. С учетом этого процесс коагуляции является подготовительной стадией для последующего процесса флокуляции. Сооружения для коагулирования сточных вод состоят из смесителя, камеры флокуляции и разделительного сооружения.

Флокуляция – это выделение из сточной воды скоагулированных загрязнений в виде рыхлых хлопьевидных агрегатов, обладающих хорошими седиментациоными свойствами.

165

Процесс флокуляции происходит также в результате воздействия внешней энергии или добавления специальных веществ (флокулянтов), способствующих формированию трехмерных структур при адсорбции молекул флокулянта одновременно на нескольких частицах и образовании между ними полимерных мостиков. Флокулянты могут быть органическими и неорганическими веществами.

Сорбция – это процесс поглощения загрязняющего вещества твердым телом, жидкостью или газом. Поглощающее тело называется сорбентом, поглощаемое – сорбатом. В процессе сорбции задерживание загрязняющего вещества может происходить по причине физических процессов (физическая сорбция) или сопровождаться химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом (хемосорбция). Для очистки сточных вод применяют процесс сорбции загрязнений твердыми веществами – адсорбентами. Очистку сточных вод сорбционными методами реализуют в сорбционных установках с неподвижным или движущимся слоем сорбента и различными способами введения сорбента.

Сорбционные методы эффективны для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ.

Озонирование – очистка сточных вод при помощи обработки их озоном и последующим химическим взаимодействием путем прямого окисления, окисления радикалами, озонолиза и озонокатализа. Для реализации процесса в сточную воду вводят озоно-кислородную или озоно-воздушную смесь.

Эксплуатируемые в настоящее время сооружения по очистке сточных вод часто не обеспечивают очистку сточных вод до качества, установленного нормативными требованиями. В связи с этим традиционные схемы очистки дополняются глубокой очисткой [5]:

–от органических загрязнений и взвешенных веществ;

–биогенных элементов (азот и фосфор);

166

–отдельных специфических компонентов;

–бактериальных загрязнений.

Глубокая очистка очищенных сточных вод от взвешенных веществ осуществляется методами процеживания и фильтрования. Процеживание происходит на микрофильтрах при прохождении очищенных сточных вод через сетчатые стенки микрофильтров и задержании на сетке различных примесей. При фильтровании удерживание взвешенных частиц происходит фильтрующей загрузкой.

Удаление бактериальных загрязнений из очищенных сточных вод осуществляется реагентными (хлорирование) и безреагентными (озонирование и ультрафиолетовое облучение) методами. Все методы направлены на разрушение бактериальных клеток в очищенной сточной воде и предупреждение распространения инфекционной опасности.

После обеззараживания очищенные сточные воды допускается сбрасывать в водный объект. В каждом водном объекте в естественных условиях формируется своя экосистема водных организмов, характеризующаяся устоявшимися связями между биотическими и абиотическими компонентами. В системе протекают физико-химические, биохимические, биологические и другие процессы, обеспечивающие трансформацию веществ, и процессы самоочищения водных объектов. При благоприятных условиях загрязнения, сбрасываемые со сточными водами, также подвергаются трансформации. Процессы снижения концентрации загрязнений в результате разбавления сточных вод и вод водного объекта нельзя считать процессом самоочищения в полном смысле этого слова.

3. Биохимические методы очистки

Биохимические методы очистки основаны на естественной способности микроорганизмов использовать в качестве источника питания органические и некоторые неорганические загрязняющие вещества сточных вод. Процесс изъятия

167

загрязнений из сточных вод сопровождается синтезом новых микробиальных клеток и увеличением биомассы в системе очистки.

Биохимические методы реализуются в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) и искусственных условиях (аэротенки и биофильтры). При очистке в этих сооружениях микроорганизмам требуется кислород для дыхания, соответственно, очистка происходит

ваэробных условиях [29]. Очистка в естественных условиях характеризуется рядом недостатков: эффективна только в теплое время года, имеет низкую производительность, эффективна при невысоком содержании органического вещества

висходных стоках. С учетом вышеперечисленных особенностей наибольшее распространение получили методы, реализуемые в искусственных условиях – в аэротенках и биофильтрах.

Аэротенки – это сооружения для биохимической очистки сточных вод микроорганизмами активного ила, находящимися во взвешенном состоянии в присутствии кислорода воздуха. При очистке сточных вод в аэротенках в сооружения необходимо подавать воздух для обеспечения процессов дыхания микроорганизмов и поддержания активного ила во взвешенном состоянии. Подача воздуха осуществляется через аэрационные системы, расположенные на дне аэротенка. Аэрационные системы могут быть представлены фильтросными пластинами, перфорированными трубами, щелевыми аэраторами, дисковыми или тарельчатыми аэраторами.

Очистка сточных вод в аэротенках происходит благодаря деятельности микробиальной массы, находящейся во взвешенном состоянии – активного ила. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов различных трофических уровней. Гетеротрофные бактерии, водоросли, сапрофитные грибы и сапрофитные простейшие – первичные поедатели – составляют I трофический уровень. Голозойные

168

простейшие – II, отдельные виды нематод, хищные коловратки, сосущие инфузории, тихоходки, хищные грибы – III трофический уровень. Активный ил способен самоорганизовываться в колонии-хлопья, которые после процесса биохимической очистки отделяются от очищенной воды отстаиванием в отстойниках.

По гидравлическому режиму работы аэротенки можно подразделить на аэротенки-вытеснители и аэротенки-сме- сители.

А аэротенках-смесителях активный ил и сточная вода одновременно поступают в сооружения, быстро смешиваются и равномерно распределяются по объему сооружения. Ввиду одинаковой концентрации активного ила и сточной воды во всем объеме сооружения возможна очистка высококонцентрированных сточных вод. В аэротенках-смесителях сложно интенсифировать процессы очистки, и по этой причине область их применения ограничивается очисткой производственных сточных вод.

В аэротенках-вытеснителях (рис. 7.5) организован проточный режим работы сооружения. В сооружение бесперебойно поступают сточные воды и активный ил, новые порции вытесняют поступившие ранее, и гидравлический режим работы подобен вытеснителю. Аэротенки-вытеснители выполняют, как правило, прямоугольной формы. Внутреннее пространство сооружения может быть разделено поперечными перегородками, не доходящими до противоположной стены и разделяющими аэротенк на коридоры. Количество перегородок может составлять от одной до трех, что соответствует количеству коридоров в аэротенке от двух до четырех. Разделение аэротенка на коридоры позволяет увеличить время нахождения водно-иловой смеси в сооружении и организовать зоны, отличающиеся аэрационными условиями. Нагрузка загрязнений на активный ил является максимальной при входе в сооружение и снижается при продвижении по сооружению.

169

В связи с этим в различных местах аэротенка целесообразно организовать зоны с различной степенью аэрации, соответствующие разной потребности микроорганизмов активного ила в кислороде.

Рис. 7.5. Четырехкоридорный аэротенк-вытеснитель

После контакта сточных вод и активного ила необходимо разделить водно-иловую смесь. Для этого после аэротенков водно-иловую смесь направляют в отстойники. После отстаивания очищенную воду направляют на доочистку или обеззараживание, а выделенный активный ил возвращают

ваэротенки.

Впроцессе биологической очистки сточных вод происходит значительный прирост биомассы организмов активного ила. Часть ила становится избыточной и должна выводиться из процесса, обезвоживаться, обезвреживаться, стаби-

лизироваться и утилизироваться. Биомасса активного ила в процессе контакта со сточными водами сорбирует на поверхности клеток микроорганизмов содержащиеся в стоках различные токсичные элементы (например, тяжелые металлы) и патогенные микроорганизмы. Размещение в объектах окружающей среды и использование таких необработанных илов является опасным по санитарно-эпидемиологическим показателям. Избыточный активный ил, выводимый из процесса очистки, характеризуется высоким содержанием влаги,

170