Очистка бытовых сточных вод. 2
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА
КАФЕДРА ТЕПЛОФИЗИКИ И ЭКОЛОГИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Курсовая научно-
ТЕМА: Очистка бытовых сточных вод
Выполнил:
Студент группы ЭО-08-1
Мелентьев В.В.
Преподаватель: Мирошкина Л.А.
Москва
2012
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение
1. Актуальность решения проблемы очистки сточных вод
2. Источники образования,
3. Требования к качеству
4. Механическая очистка сточных вод
5. Биохимические основы методов биологической очистки сточных вод
6. Сооружения и аппараты биологической очистки
7. Установки для обеззараживания сточных вод
8. Обезвоживание и утилизация осадков сточных вод
9. Использование осадков сточных вод и активного ила
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Проблема охраны окружающей
среды требует ускоренного
Основным источником загрязнения водоемов, приводящим к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются сбросы промышленных сточных вод. В настоящее время многие водоемы мира из-за загрязнения утратили свое значение как источники рыбохозяйственного и санитарно-бытового водопользования.
Проблема очистки промышленных стоков и подготовки воды для технических и хозяйственно-питьевых целей с каждым годом приобретает все большее значение. Сложности очистки сказана с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках, количество и состав которых постоянно изменяется в следствие появления новых производств и изменение технологии существующих.
В настоящее время метод очистки сточных вод активным илом является наиболее универсальным и широко применяемым при обработке стоков. Использование технического кислорода, высокоактивных симбиотических иловых культур, стимуляторов биохимического окисления, различного рода усовершенствованных конструкций аэротенков, аэрационного оборудования и систем отделения активного ила позволило в несколько раз повысить производительность метода биологической очистки. Значительные резервы скрыты также в области интенсификации массообмена.
Проблема биологической
Каждый город и промышленное предприятие имеют комплекс подземных трубопроводов, очистных сооружений, с помощью которых осуществляется отвод использованных и отработавших вод, очистка и обеззараживание их, а также обработка и обезвреживание образующихся при этом осадков с одновременной утилизацией ценных веществ.
Сточные воды образуются при использовании природной или водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. Также относятся атмосферные осадки, подземные воды.
Сточные воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий. Они являются источником загрязнения окружающей природной среды. Поэтому очень важно все сточные воды целенаправленно отводить, а главное очищать, чтобы устранить все негативные последствия от воздействия сточных вод.
1. Актуальность решения проблемы очистки сточных вод
Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни человека. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека. Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности в воде заставляют все страны, ученых всего мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.
Круговорот воды в природе - это долгий путь ее движения. Он состоит из нескольких стадий: испарения, образования облаков, выпадения дождя, стока в ручьи и реки и снова испарения, На всем своем пути вода сама способна очищаться от попадающих в нее загрязнений - продуктов гниения органических веществ, растворенных газов и минеральных веществ, взвешенного твердого материала. Но эта способность самоочищения не безгранична. И сейчас мы подошли к этой грани вплотную. За последние годы на экологические системы обрушились огромные количества загрязняющих веществ, от которых они не способны защитить себя самостоятельно. И в основном это неочищенные или плохо очищенные сточные воды.
Если нечистот в почву попадает немного, почвенные микроорганизмы их эффективно перерабатывают, заново используя питательные вещества. В соседние водотоки просачивается уже очищенная вода. Но если нечистот много, почвенные микроорганизмы не справляются с их очисткой и они попадают в воду, где на их окисление расходуется кислород. Создается так называемая биохимическая потребность в кислороде. Чем выше эта потребность, тем меньше кислорода остается в воде для живых организмов, особенно для рыб. И тогда из-за недостатка кислорода гибнет все живое. Вода становится биологически мертвой, в ней остаются только анаэробные бактерии. Они процветают без кислорода, некоторые виды выделяют сероводород. И без того безжизненная вода приобретает гнилостный запах и становится совсем непригодной для человека и животных.
Почти такой же механизм воздействия на водоемы и плохо очищенной сточной воды с большим уровнем соединений азота и фосфора. Эти биогенные вещества стимулируют рост сине-зеленых водорослей, они начинают выделять токсин – микроцистин, опасный для рыб и других водных жителей. В природных условиях озеро, прежде чем заилиться и исчезнуть, существует около 20 тыс. лет. Избыток биогенных веществ ускоряет процесс старения и резко уменьшает срок жизни озера, делая его к тому же малопривлекательным.
Если сточную воду рассасывать в грунты, как делают владельцы септиков с открытым дном или советуют производители некоторых биологических систем, то картина получается еще хуже. Микроорганизмы работают только в верхних слоях плодородного грунта, да и то только в летний период. Сами грунты также не могут отфильтровать растворенные в воде соединения, они только убирают взвеси. Эти воды начинают далее реагировать с химическими элементами грунтов, и продукты этих реакций отравляют подземные водяные горизонты. И это не далекое будущее. В Подмосковье уже сейчас невозможно взять питьевую воду из скважин без серьезной очистки. Мы сами портим воду в скважинах, которую потом чистим дорогими системами, которые опять же требуют слива больших объемов воды с марганцем или солью при регенерации. Может все таки, стоит не бороться с последствиями, а подумать и устранить первопричину всего этого - неочищенный сброс стоков или некачественная их очистка.
Массовый рост коттеджного строительства вокруг городов, обнажил многие проблемы, в том числе и проблему очистки сточных вод. Решать её по привычному пути, т.е. прокладывать многокилометровые канализационные коллекторы до небольших поселков не только накладно. Часто этот путь приносит прямо противоположный результат из-за всевозможных утечек сточных вод в грунты (в результате биокоррозии материала канализационных труб, подвижек грунтов и т.д.) и утечек биогаза в атмосферу. Ко всему этому нужно учитывать интенсивное развитие в канализационных коллекторах различного рода болезнетворных бактерий и паразитов, где для них создаются просто райские условия для размножения. Вместе с прелестями центральной канализации вы получаете лазейку, через которую в ваш дом будут проникать болезни.
В данной ситуации выход один - чистить сточные воды необходимо в местах их происхождения, то есть в непосредственной близости от жилых домов или поселка. Метод очистки стоков должен быть эффективный и не дорогой. И пока ничего более эффективного, чем биологическая очистка для данного вида стоков не придумано. Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях имеет многолетнюю историю. Первые очистные сооружения были построены в Англии; биофильтр в 1893 г. и аэротенк в 1914 г. Процесс этот, по своей сущности, природный, и его характер одинаков для процессов, протекающих в водоеме или очистном сооружении. Биологическая очистка осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями. Интересно отметить, что при очистке одной и той же сточной воды в аэротенке и биофильтре развивается идентичная микрофлора, но с разным количественным соотношением отдельных групп микроорганизмов. В 1967 г. Ц. И. Роговской было подсчитано, что если аэрировать воздухом биофильтр, то через некоторое время число микробов увеличится как минимум в двести раз. Гнилостные бактерии потеряют свою активность и запах исчезнет. К тому же, в лучших аэротенках, в биоценозе начинают появляться простейшие (амебы, коловратки и т.д.), а их роль весьма многопланова. Она заключается, прежде всего, в регулировании числа бактерий в сообществе микроорганизмов, и в омолаживании биомассы. Также главная роль им отводится в процессе изъятия из сточной воды крупных частиц исходных органических примесей.
Сегодня уже никто не спорит о достоинствах аэротенков для очистки сточных вод биологическими методами. Но не всё так просто. Аэробный процесс очистки довольно сложный, потому что из стоков необходимо удалить не только органические загрязнения, но и другие биогенные вещества (соединения азота и фосфора). На сегодня подавляющее число эксплуатируемых аэробных очистных систем основано на последовательной обработке очищаемых стоков, чередуя аэробные и анаэробные зоны. При таком способе очистки можно достигнуть хороших результатов при полном соблюдении довольно сложного алгоритма, требующего наличия большого количества емкостей, и следовательно больших материальных затрат. Попытки сделать очистные по усеченному алгоритму, всегда приводит к резкому ухудшению выходных характеристик.
Хочется сказать, что защита водных ресурсов от истощения, загрязнения и их рациональное использование - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке сточных вод, но проблема очистки малых и средних объемов до сих пор явно не решена. Существенное влияние на повышение качества водооборота, может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод. На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются большие ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода. Недооценивать важность охраны и рационального использование водных ресурсов сегодня, значит получить в скором времени целый букет экологических проблем, преодолевать которые будет уже гораздо сложнее.
Источники образования, количество и состав сточных вод
Бытовые сточные воды в каждом населенном пункте единообразны, а именно:
сточные воды от туалета (содержащие фекальные массы, бумагу, моющие вещества), ванны, стирки белья (содержащие большое количество синтетических поверхностно-активных веществ), приготовления пищи, мытья посуды, уборки помещения и т.п. Изучение типа и количества сточных вод по каждому виду названных статей расхода показало, что в среднем на кухонные нужды (приготовление пищи, мытье посуды) приходится 15-20% сточных вод от семьи, ванну и душ 20-25%, туалетный смыв - до 35%, стирка белья - до 20%. Туалетный и кухонный сток являются источником до 75% загрязнения бытовых сточных вод.
Для населения, проживающего в канализованных зданиях, при отсутствии газоснабжения и централизованного горячего водоснабжения средняя норма водоотведения не бывает ниже 100 л на 1 человека в сутки. В зданиях, оборудованных централизованным горячим водоснабжением, эта норма превышает 250 л на 1 человека в сутки. Эти нормы включают все виды бытовых сточных вод (без расходов производственных сточных вод от промышленных предприятий).
Загрязнения в сточных водах находятся в виде взвесей, коллоидов и растворов. До 40% загрязнений составляют минеральные вещества: частицы грунта, пыли, минеральные соли, такие как фосфаты, азот аммонийный, хлориды, сульфаты и др.
Органические загрязнения
Содержание органических загрязнений в сточных водах определяется косвенными показателями: ХПК (химическая потребность в кислороде) и БПК (биологическая потребность в кислороде). ХПК выражает количество кислорода, необходимое для полного химического окисления органических веществ загрязнений, находящихся в сточных водах. БПК выражает количество кислорода, необходимое для биологического окисления органических веществ бактериями в аэробных условиях (без расхода кислорода на нитрификацию). Биологическое потребление кислорода для бытовых сточных вод заканчивается примерно через 20 суток (БПКполн.), а величина 5-суточного потребления для бытовых сточных вод (BHKs) составляет, как правило, 65-70% от БПКполн., что на практике позволяет значительно сократить время определения этого показателя, и с достаточной степенью точности определить количество органических загрязнений.
Количество загрязнений в
БПКполн.
Взвешенные вещества
Азот аммонийный
Фосфаты
СПАВ 2,5
Хлориды
Таким образом, концентрация загрязнений зависит только от величины водоотведения, которая соответствует степени благоустройства жилья.
Температура сточных вод определяется климатическими условиями, источником водоснабжения, степенью благоустройства жилых и общественных зданий (наличие газа, централизованного горячего водоснабжения и пр.), промышленными предприятиями. Температура существенно влияет на эффективность очистки сточных вод. Так. например, одинаковый эффект удаления взвешенных веществ при прочих равных условиях зимой достигается при времени отстаивания на 30% большем, чем летом. Эффективность биологической очистки снижается при уменьшении температуры сточных вод ниже 9° С; по действующим нормативам на биологическую очистку нельзя подавать воду с температурой ниже 6° С.
Особый вид загрязнения
Кроме бактерий в сточной воде присутствуют яйца гельминтов: аскариды человеческой, власоглава и др.
Яйца гельминтов обладают большой стойкостью и долго сохраняются в окружающей среде. Активный хлор в обычных для дезинфекции сточных вод дозах на яйца гельминтов не действует. Яйца гельминтов гибнут под действием прямых солнечных лучей (от высыхания), под действием высоких температур. Установлено, что яйца аскарид гибнут при 50-550 С через 5-10 минут, при 60° С - через 5 минут, при 70° С - через 10 секунд.
В состав сточных вод населенных пунктов входят ингредиенты, поступающие от промышленных предприятий. В отличие от бытовых сточных вод состав производственных сточных вод более разнообразен и зависит от вида производства и используемых технологических процессов.
Так, например, сточные воды заводов черной и цветной металлургии загрязнены большим количеством взвешенных минеральных веществ, содержат цветные металлы и железо, сульфаты, хлориды, смолы и масла, серную кислоту, железный купорос. Нефтеперерабатывающие заводы и нефтепромыслы сбрасывают нефть и нефтепродукты, хлориды, взвешенные вещества, возможно присутствие железа и сероводорода. Большую опасность представляют сточные воды коксохимичесаких предприятий, так как кроме взвешенных веществ содержат смолы, масла, фенолы, аммиак, цианиды, роданиды, большое количество солей неорганических кислот. Одним из видов сильно загрязненных сточных вод, трудно поддающихся очистке, являются сточные воды целлюлозно-бумажных комбинатов, которые содержат растворенные органические вещества, волокно, каолин и др. Машиностроительные и автомобильные заводы сбрасывают цианиды, хром, масла и нефтепродукты, окалину. Основные загрязнители текстильных предприятий - красители, синтетические поверхностно-активные вещества.
Сточные воды промышленного предприятия содержат специфические загрязнения, которые должны удаляться до смешения со стоками другого предприятия или населенного пункта.
Действительно, увеличение объема воды, в котором содержится отдельный ингредиент, существенно затруднит его удаление и потребует гораздо больших затрат, чем при очистке на месте образования стоков.
По этой причине сточные воды промышленных предприятий должны подвергаться-локальной очистке, основной целью которой является:
- максимальное снижение потерь сырья со сточными водами;
- снижение потребления чистой воды;
- сокращение сброса сточных вод по объему и количеству загрязняющих веществ в водоемы;
- снижение объема внезаводских
очистных сооружений и
Многие из компонентов сточных вод промышленных предприятий содержатся в таком количестве, что из-за высокой токсичности их совместная очистка с бытовыми сточными водами невозможна.
В связи с этим разработаны "Правила приема производственных сточных вод в системы канализации населенных мест", направленные на предотвращение нарушений в работе очистных сооружений и безопасности их эксплуатации за счет правильной организации приема промышленных сточных вод в канализационную сеть насаленных пунктов. "Правила приема" разработаны на основе "Правил охраны поверхностных вод" для расчета допустимых концентраций загрязняющих веществ в производственных сточных водах с учетом требований к качеству очищенных вод в конкретных местных условиях.
"
3. Требования к качеству очищенных вод и условия их сброса в водоем
Требования к эффективности
очистки сточных вод
Каждый водоем в естественном состоянии населен определенным сообществом организмов, состав и интенсивность энергетического обмена которого определяется климатическими и биотическими факторами.
Ни одно сообщество организмов не бывает совершенно стабильным в течение времени. Отмирающие организмы непрерывно замещаются другими. В результате внешних воздействий может произойти появление в данном биоценозе других видов, более приспособленных к изменившимся условиям. В сходных местах обитания существуют сходные сообщества, и в случае их изменения различные виды обычно сменяют друг друга с определенной последовательностью, которую называют сукцессией.
Естественный процесс сукцессии обычно приводит к уменьшению количества воды в водоемах. Этот процесс ускоряется по мере уменьшения глубины водоема. Каждое сообщество наращивает дно путем отложения остатков отмирающих организмов, разложение органических остатков приводит к повышению в воде концентрации органического вещества и биогенных элементов, (азота и фосфора и др.), в результате синтезируется еще больше органического вещества, водоем мелеет, сукцессия продвигается к центру водоема, в конце концов превращая его в болото, а затем в обычный лес.
В естественных условиях сукцессия происходит крайне медленно, в условиях интенсивного антропогенного воздействия "старение" рек и озер происходит в течение десятилетий вместо сотен и тысяч лет их естественной эвтрофикации - явления, заключающегося в повышении уровня продуктивности водных экосистем, сопровождающегося изменением видового состава гидробионтов. В основном этот процесс определяется поступлением в водоемы большого количества органических веществ и биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. Самоочищающая способность рек и озер ограничена и при ее превышении накопление органических и биогенных загрязнений увеличивается прогрессивно, что может привести к полной потере способности водоема к самоочищению.
Для оценки самоочищающей способности водоемов в условиях незначительного загрязнения легкоразлагаемым органическим веществом при рассредоточенных выпусках сточных вод достаточно обычных санитарно-гигиенических показателей, определения разбавления сточных вод, изучения кислородного режима водоема. Однако при современных масштабах загрязнения водной среды, плотности распределения его источников, увеличении количества и номенклатуры загрязняющих веществ проблемы самоочищения водоемов существенно обострились. Понятие "самоочищение" подразумевает совокупность физических, химических, биологических и других процессов, приводящих к восстановлению качества воды до уровня, соответствующего водоемам и водотокам, не подвергающимся загрязнению. В конечном счете самоочищение часть общеприродного процесса трансформации вещества и энергии, при котором происходит распад загрязняющих веществ до соединений, включаемых в круговорот вещества и энергии в биосфере. Если происходит снижение концентрации загрязнений в результате простого разбавления, переноса в другие районы акватории и т.п., то это нельзя считать самоочищением.
Основным фактором естественного процесса трансформации вещества и энергии в биосфере, а следовательно и процесса самоочищения, являются живые организмы. Академик В.И.Вернадский указывает, что "нет химической силы, постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы". Формирование биологически чистой (полноценной) воды, не содержащей токсических и радиоактивных веществ, патогенных организмов, имеющей все необходимые соли, микроэлементы и метаболиты, протекает под влиянием гидробионтов.
Основную роль в самоочищении водоемов играют бактерии, обладающие огромным разнообразием форм метаболизма и развивающиеся при крайне разнообразных условиях среды: температуре, рН, концентрациях кислорода, требующих в качестве питательного субстрата только органические или только минеральные вещества и т.д. Именно широкие метаболические возможности бактерий и позволяют вовлекать в круговорот практически все вещества естественного происхождения и многие синтезированные человеком вещества.
В настоящее время в круговороте вещества и энергии в природе большое значение имеет потребление воды на питьевые и хозяйственные нужды, очистка образующихся сточных вод и сброс очищенной воды в водоем. Полвека назад перед сбросом в водоем достаточно было понизить концентрацию взвешенных органических веществ при отстаивании и провести обеззараживание сточных вод, затем ужесточились требования к сбросу в составе сточных вод различных токсических веществ. В настоящее время перечень веществ, имеющих ограничение концентрации при сбросе в водоем, насчитывает более 1300 наименований, предъявляются требования к удалению биогенных элементов, главным образом азота и фосфора.
Основными документами, определяющими требования в качественному и количественному составу очищенных вод, являются: "Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения" СанПиН 4630-88 от 01.01.89 г., "Правила охраны поверхностных вод (типовые положения)", "Обобщенный перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов", "Правила приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов", ГОСТы "Охрана природы. Гидросфера".
"Санитарные правила и нормы" служат для предупреждения загрязнения водных объектов, устанавливают гигиенические требования и нормативы качества поверхностных вод, регламентируют различные виды хозяйственной деятельности, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на качество воды в водоемах.
Водоемы и водотоки,
предназначенные для
"Обобщенный перечень
предельно допустимых
К первой категории водоемов рыбохозяйственного использования относятся водные объекты, предназначенные для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, особо чувствительных к концентрации кислорода. Ко второй категории - использование водных объектов для других рыбохозяйственных целей.
На участках массового нереста, нагула рыб, расположения зимовальных ям выпуск сточных вод не разрешается.
Требования к условиям
отведения сточных вод в
Учитывая, что большинство водоемов в Российской Федерации в настоящее время отнесено к рыбохозяйственным, при разработке технологий и сооружений очистки сточных вод приходится ориентироваться на требования, предъявляемые к этой категории водоемов.
Следует отметить, что в России по сравнению с другими странами к качеству очищенных сточных вод предъявляются наиболее высокие, часто чрезмерные требования. Для сравнения можно привести требования для воды рыбохозяйственных водоемов в РФ и нормы на сброс городских сточных вод в некоторых странах по БПК (таблица 1).
Таблица 1
Показатель |
РФ |
США |
ФРГ |
Великобритания |
Франция |
Швейцария |
Бельгия |
БПК5, мг/л |
3(БПКполн.) |
20 |
25 |
20 |
20-40 |
20 |
15-50 |
