2. Общая характеристика сточных вод

1.2. Состав и свойства сточных вод

Загрязненные
производственные сточные воды (как
правило, технологические воды) содержат
различные примеси и могут быть разделены
в связи с этим на три группы:

• загрязненные
  преимущественно минеральными примесями
  (предприятия металлургической,
  машиностроительной, горнодобывающей
  промышленностей; заводы по производству
  минеральных удобрений, кислот,
  стройматериалов и др.)

• загрязненные
  преимущественно органическими примесями
  (предприятия пищевой, целлюлозно-бумажной,
  микробиологической промышленности;
  заводы по производству пластмасс,
  каучука и др.);

• загрязненные
  минеральными и органическими примесями
  ( предприятия нефтедобывающей,
  нефтеперерабатывающей, фармацевтической
  промышленностей; заводы по производству
  консервов, сахара, продуктов органического
  синтеза, бумаги, витаминов и др.)

В зависимости от
концентрации загрязняющих веществ
производственные сточные воды можно
представить 4 группами: 1 — 500; 500 — 5000; 5000
— 30000; и более 30000мг/л.

По степени
агрессивности выделяют:

• слабоагрессивные
  (слабокислые с рН=6,06,5
  и слабощелочные с рН=89);

• сильноагрессивные
  (сильнокислые с рН9);

• неагрессивные
  (с рН=6,5
  8,0).

Кроме того,
загрязненные производственные сточные
воды классифицируют по содержанию
токсичных и опасных в эпидемиологическом
отношении веществ и примесей; по наличию
концентрированных отходов производства,
не подлежащих выпуску в водоотводящую
сеть; по физическим свойствам загрязняющих
их органических примесей.

Состав и свойства
производственных сточных вод определяются
конкретными условиями их образования.
Даже на предприятиях с одинаковыми
технологическими процессами эти
характеристики будут различными. Кроме
того, различаться будут режимы
водоотведения и удельный расход воды
на единицу выпускаемой продукции.

Основное значение
в формировании состава производственных
сточных вод имеет вид перерабатываемого
сырья, а также технологические процессы,
промежуточные продукты, выпускаемая
продукция, состав и свойства свежей
воды и др.

При разработке
схем водоотведения, а также при оценке
возможности повторного использования
воды или при создании оборотных систем
водообеспечения, необходимо знать
состав и режим отведения сточных вод.
Для этого необходимо производить анализ
физико-химических показателей и режимов
поступления различных видов сточных
вод, образующихся на предприятии по
отдельным производствам и цехам, а в
некоторых случаях — по отдельным
технологическим процессам и аппаратам.
В сточных водах должны определяться:

содержание
компонентов, специфичных для данного
производства;

• общее
  количество органических веществ,
  выражаемое через БПК_полн(БПК₅)
  и ХПК;

• активная
  реакция (рН);

• степень
  минерализации;

• наличие
  биогенных элементов.

В зависимости от
специфики производства и технологических
процессов анализ состава и свойств
сточных вод может производиться по
разовым часовым, среднесменным и
среднесуточным пропорциональным пробам.
Следует также составлять графики
колебания концентраций загрязнений по
часам смен, суток, дням недели. Необходимо
устанавливать такие параметры, как
кинетика осаждения и всплытия механических
примесей и их объем; возможность
коагулирования примесей и т.д. с целью
определения наиболее целесообразных
и экономически обоснованных системы
водоотведения и технологии очистки
сточных вод на данном предприятии.

Значительное
влияние на качество и состав производственных
сточных вод оказывают особенности
системы водообеспечения. Чем больше
используется воды в оборотных циклах
или повторно (на этом же предприятии
либо на соседнем), тем меньше абсолютное
количество сточных вод и тем выше
содержание в них загрязняющих веществ.

Состав

Твёрдые составляющие отложений на дне – это органические вещества, которые занимают 60-80 % от общего объёма. Главными компонентами являются жировые составляющие, белковые элементы и углеводы. Они занимают 80-85 процентов от всего объёма органических веществ. Остальной объём – это лигнино-гумусовые компоненты.

Основные виды осадочных отложений:

• с минеральным составом;
• с органическими составляющими;
• смешанные.

В составе сырых отложений на дне очистных камер есть такие полезные вещества, как азот, калий и фосфор. Хоть эти компоненты и могут служить удобрениями, они довольно плохо усваиваются растениями.

Сырые отложения очень быстро загнивают и могут быть небезопасными в плане санитарии, ведь в них присутствуют вирусы, грибы, бактерии и яйца гельминтов. Если такие вещества надолго останутся в отстойниках и камерах очистного сооружения, то они быстро вызовут загнивание отложений с выделением газов. В итоге осадки сточных вод могут всплывать на поверхность в отстойнике и нарушать процессы отстаивания. Именно поэтому своевременно должна выполняться ликвидация осадков сточных вод, то есть вычищение их из камеры, обезвоживание и обеззараживание.

Осадок от производственных и бытовых стоков может делиться на несколько видов в зависимости от используемого метода очистки:

• осадочные отложения с решёток;
• песчаные отложения из песколовок;
• тяжёлые отходы из первичных отстойников (сырой осадок);
• донные отложения из отстойников с флокулянтами и коагулянтами;
• активный ил из камер биологического очищения в аэротенках;
• биологическая плёнка из биофильтров;
• активный ил, в составе которого присутствуют флокулянты и коагулянты;
• смесь из активного ила и тяжёлых составляющих стоков.

Состав и свойства судовых сточных вод

Сточные воды (СВ), образующиеся на судах, условно делятся на хозяйственно-фекальные и хозяйственно-бытовые.

К судовым хозяйственно-фекальным сточным водам относятся:

• — стоки и прочие отводы из всех видов туалетов, писсуаров, унитазов, а также шпигатов, находящихся в общих уборных;
• — стоки из раковин, ванн, душевых и шпигатов, находящихся в медицинских помещениях;
• — стоки из помещений, в которых содержатся животные;
• — прочие стоки, если они смешаны со стоками, перечисленными выше.

К хозяйственно-бытовым сточным водам относятся: стоки от умывальников, душей, ванн, шпигатов жилых и санитарно-гигиенических помещений, от моек и оборудования камбуза и других помещений пищеблока. Если хозяйственно-бытовые и СВ не смешанных с хозяйственно-фекальными водами, то их сбор и обработка требованиями конвенции МАРПОЛ-73/78 не предусматриваются.

По своему составу хозяйственно-фекальные СВ состоят из 58 % органических и 42 % минеральных веществ (из них 20 % представляют собой нерастворимые вещества в виде взвешенных частиц), в которых содержатся пять следующих основных загрязняющих компонентов:

• — большое количество бактерий, паразитов, а возможно и вирусов, заражающих морских животных и людей;
• — растворенные органические и взвешенные компоненты, имеющие средневысокую биохимическую потребность в кислороде;
• — твердые частицы (органические и неорганические), осаждающиеся на дно и при своем биохимическом распаде поглощающие кислород;
• — плавающие частицы (органические и неорганические), удерживающиеся на поверхности воды и представляющие серьезную проблему с точки зрения удобств использования морских бассейнов для отдыха;
• — большие концентрации питательных веществ (главным образом фосфорных и азотных соединений).

В случаях чрезмерного или постоянного загрязнении водной среды СВ количество растворенного в ней кислорода уменьшается, что в свою очередь приводит к нарушению процесса естественного самоочищения и, как следствие, к изменению всего экологического характера акватории. Низкая концентрация растворенного кислорода и высокая концентрация органических веществ создают неблагоприятные условия для существования рыбы, которая или гибнет, или уходит из загрязненного района.

До настоящего времени не установлено критерия, который признавался бы всеми государствами как универсальный, удовлетворяющий оценке загрязненности сбрасываемых с судов СВ с точки зрения их вредного воздействия на морскую среду. В этих условиях в различных странах безопасная степень загрязненности лимитируется различными значениями основных показателей, колеблющихся в широких пределах.

Для определения степени загрязнения СВ обычно используютранее, следующие основные показатели:

БПК₅— биохимическое потребление кислорода в течение 5 суток. Это количество кислорода (мг/л), которое требуется для аэробного биохимического разложения органических веществ, содержащихся в воде в течение 5 суток при температуре 20 °С без доступа воздуха и света. Биохимическая потребность в кислороде не учитывает стойкие органические вещества, не затрагиваемые биохимическим процессом, и часть веществ, идущих на прирост бактерий;

хпк — химическое потребление кислорода. Это количество кислорода (мг/л), которое требуется для полного химического окисления содержащихся в воде органических и минеральных веществ под действием окислителей;

ТВВ— твердые взвешенные вещества. Это количество плавающих на поверхности или находящихся во взвешенном состоянии твердых веществ (мг/л);

Коли индекс— это количество бактерий группы кишечной палочки («коли») в единице объема на 1 литр воды или 1 кг субстрата (количественный показатель загрязнения воды — не более 3 в 1 литре). Наличие этих бактерий является указателем на возможность наличия болезнетворных (патогенных) микроорганизмов.

Практика показывает, что болезнетворные бактерии при низкой температуре морской воды сохраняются гораздо дольше, чем в теплых водах. Но в любом случае эти бактерии и вирусы выживают в водной среде длительное время, достаточное для непосредственной передачи инфекции человеку, попадания в организм морских животных и нанесения ущерба их жизнедеятельности.

1.1.Классификация сточных вод

Сточные воды от
промышленных предприятий, в зависимости
от условий образования, подразделяют
на три основные группы:

—
Производственные
сточные воды.
Их наличие непосредственно связано с
выпуском продукции или обеспечением
работы технологического оборудования.
Эти воды, в свою очередь следует разделить
на технические и технологические.

Технические сточные
воды являются следствием использования
воды для обеспечения нормальной работы
технологического оборудования (например,
охлаждение).

Технологические
сточные воды
образуются в результате использования
воды в технологических процессах
(например: гидротранспорт, растворы
реактивов и т.д.)

—
Бытовые
сточные воды.
Образуются в результате использования
воды для бытовых целей (т.е. воды от
санитарных узлов, душевых и т.д.)

—
Атмосферные
(поверхностные) сточные воды.
Являются результатом выпадения осадков
(дождевые и талые). К этой группе следует
отнести воду, используемую для полива
газонов, проездов, а также, для мытья
зданий и т.п.

По степени
загрязненности сточные воды могут быть
двух категорий:

—
загрязненные,
т.е. сброс которых в водный объект или
водоотводящую сеть населенного пункта
без предварительной обработки запрещен;

—
незагрязненные
(условно-чистые),
т.е. сброс которых в водный объект или
водоотводящую сеть населенного пункта,
в данных условиях, разрешен без
предварительной обработки.

В зависимости от
назначения, воду в системах производственного
водоснабжения разделяют на 4 категории:

I
категория — вода используется для
охлаждения жидких и конденсации
газообразных продуктов в теплообменных
аппаратах без соприкосновения с
продуктом, а также вода, используемая
для охлаждения технологического
оборудования; вода нагревается, но
практически не загрязняется (загрязнение
химическими веществами такой воды
наблюдается в результате аварий или
неисправности теплообменных аппаратов
и технологического оборудования);

II
категория — вода используется в качестве
среды, поглощающей различные нерастворимые
(механические) и растворенные примеси;
при этом не нагревается, но загрязняется
механическими и растворенными примесями
(например: обогащение полезных ископаемых,
гидротранспорт);

III
категория — вода используется также,
как и вода II
категории; при этом загрязняется и
нагревается (например: улавливание и
очистка газов в скрубберах, гашение
кокса и т.д.)

IV
категория — вода используется в качестве
растворителя реагентов или экстрагента
(например: при флотационном обогащении
природных ископаемых) и др.

Обработка осадочных отложений

Обработка осадков сточных вод от предприятий и стоков бытового характера начинается со стадии сгущения или уплотнения. На этом этапе происходит удаление свободной влаги. Данная стадия является необходимой для всех технологических схем очищения. Во время сгущения удаляется около 60 процентов свободной воды. В итоге объём отложений уменьшается более чем в 2 раза. Для уплотнения применяют следующие методики:

• вибрационная;
• центробежная;
• гравитационная;
• флотационная;
• фильтрование;
• комбинированные методы.

Гравитационная методика подходит для уплотнения сброженных отложений и активного ила. Это довольно простая и экономичная методика. Для реализации метода применяются радиальные и вертикальные отстойники. Время процедуры зависит от характеристик отложений и составляет 5-24 ч. Для ускорения процесса применяют коагулирование с использованием хлорного железа, нагревание до 90 градусов, уплотнение с другими видами отложений или перемешивание.

Флотационная методика основана на том, что частицы активного ила могут прилипать к воздушным пузырькам и всплывать на поверхность. Скорость процесса выше, чем при использовании гравитации. Процессом легко управлять, увеличивая или уменьшая подачу воздуха. Чаще всего используется напорная флотация.

Для разложения органических сложных соединений на воду, метан и диоксид углерода используется стабилизация. Этот процесс протекает в анаэробных и аэробных условиях:

1. Анаэробные условия создаются в септиках, осветлителях, двухъярусных отстойниках и специальных метантенках. При этом септики и отстойники подходят для малых объёмов сточных вод, то есть для частного использования. Для больших объёмов стоков применяют метантенки.
2. Аэробная стабилизация протекает в аэротенках. Она основана на продолжительном аэрировании ила. Эта методика проще, чем анаэробное сбраживание. Она отличается простотой, отсутствием выделения взрывоопасных газов, устойчивостью и небольшими затратами. После распада биоразлагаемых органических компонентов остальная часть веществ теряет способность к загниванию, то есть осадок стабилизируется.

Для улучшения механического обезвоживания осадочные отложения необходимо подготовить. Для этого используется кондиционирование. При этом изменяется форма и структура связи воды.

При реагентной методике в качестве коагулянтов используют известь, алюминий и соли железа. Наряду с коагулянтами применяют и флокулянты. Безреагентная методика подразумевает:

• тепловую обработку;
• замораживание и оттаивание;
• радиационное облучение;
• электрокоагуляцию.

Обычно обезвоживание осадочных отложений осуществляется на иловых площадках или с использованием механических методов. Иловые площадки – это участки территории с земляными валами по краям. Здесь процесс обезвоживания протекает очень медленно, зато методика довольно простая и не требует больших эксплуатационных расходов.

Механические методы обезвоживания осуществляются с использованием:

• вакуум-фильтров;
• фильтрующих прессов;
• центрифуг;
• виброфильтров.

Также применяется термическая обработка осадков, которая заключается в их сушке. Для этого используют топочные газы, пар или горячий воздух. В методике задействованы сушилки разных конструкций.

Наиболее перспективное направление в утилизации осадочных отложений – пиролиз. Это процесс переработки веществ, которые содержат углерод, посредством нагрева без доступа кислорода при высоких температурах.  После пиролиза образуется порошок, который можно использовать в промышленности, утилизировать как топливо или применять для получения фосфора и азота. Первичный дёготь, образуемый при пиролизе, после фракционной разгонки позволяет получить карбоновые кислоты, парафин, фенолы, органические основания, коксовую пыль.