Сточные воды

Введение

Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека.


Состав сточных  вод и их классификация

Водоотводящие системы и  сооружения - это один из видов инженерного  оборудования и благоустройства  населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимые санитарно-гигиенические  условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки  состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных  для приема и удаления по трубопроводам  бытовых производственных и атмосферных  сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед  сбросом в водоем или утилизацией.

Объектами водоотведения  являются здания различного назначения, а также вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки, промышленные предприятия, санитарно-курортные  комплексы и т.п.

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения  атмосферных осадков или поливки  улиц.

В зависимости от происхождения  вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории : бытовые, производственные, атмосферные.

Бытовые

сточные воды (от туалетных  комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц ; они поступают  от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений) образуются в результате практической деятельности и жизнедеятельности  людей. Концентрацию загрязняющих веществ  бытовых сточных вод определяется исходя из удельного водоотведения  на одного жителя :

, (1)

где S - концентрация загрязняющих веществ, мг / л,

a

- количество загрязнений,  приходящееся на одного жителя, г/сут,

q

- норма водоотведения  на одного жителя, л / сут. 

Значения a приведены в Таблице 1. При сбросе бытовых сточных вод промышленными предприятиями в канализацию населённого пункта количество загрязняющих веществ от эксплуатационного персонала дополнительно не учитывается.

В сточных водах содержатся примеси минерального и органического  происхождения. Можно принять что  минеральные загрязнения в бытовых  сточных водах в виде нерастворенного  вещества - 5 %, суспензии - 5 %, коллоиды - 2 % и растворимые вещества - 30 %. Для  органических веществ эти проценты соответственно следующие : нерастворимые - 15 %, суспензии - 15 %, коллоиды - 8% и растворимые - 20 %.

Минеральные соединения представлены солями аммония, фосфатами, хлоридами, гидрокарбонатами и другими соединениями. Бытовые сточные воды имеют обычно слабощелочную реакцию среды (рН=7,2 - 7,8). Органические вещества бытовых  сточных вод можно разделить  на две группы : безазотистые и азотосодержащие  вещества. Основная часть безазотистых органических веществ представлена углеводами и жирами. Азотосодержащие  органические соединения представлены белками и продуктами их гидролиза. Особую форму примеси бытовых  сточных вод представляют микроорганизмы. Иногда могут присутствовать и болезнетворные формы микроорганизмов (бактерии и  вирусы).

Состав производственных сточных вод (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству ; к этой категории относят также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых) зависит от характера производственного процесса и отличается большим многообразием. В зависимости от состава примесей и специфичности их действия на водные объекты сточные воды могут быть разделены на следующие группы :

Воды, содержащие неорганические примеси со специфичными токсичными свойствами. Сюда входят стоки металлургии, гальванических цехов, предприятия, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности, заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных  удобрений и другие. Они могут  вызвать изменение рН воды водоёмов. Соли тяжёлых металлов являются токсичными по отношению к водным организмам.

Воды, в которых неорганические примеси не обладают токсичным действием. К этой группе относятся сточные  воды рудообогатительных фабрик, цементных  заводов и других. Примеси такого типа находятся во взвешенном состоянии. Для водоёма особой опасности  эти воды не представляют.

Воды, содержащие нетоксичные  органические вещества. Сюда входят сточные  воды в основном предприятий пищевой  промышленности (мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности, заводы по производству каучука, пластмасс и  другие). При попадании их в водоем возрастает окисляемость, БПК, снижается  концентрация растворённого кислорода.

Воды, содержащие органические вещества со специфическими токсичными свойствами. К этой группе относятся  сточные воды нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности ; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического  синтеза и другие).

Кроме вышеуказанных групп  загрязненных производственных сточных  вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений. Производственные сточные воды могут  различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности  и т. д.

Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость  тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных параметров и технологических регламентов  обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных  научных исследований как в лабораторных, так и полупроизводственных условиях. Количество производственных сточных  вод определяется в зависимости  от производительности предприятия  по укрупненным нормам водопотребления  и водоотведения для различных  отраслей промышленности. Норма водопотребления - это целесообразное количество воды, необходимого для производственного  процесса, установленная на основании  научно обоснованного расчета или  передового опыта. В укрупненную  норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии.

Степень загрязнённости атмосферных вод (дождевые и талые воды отводятся вместе с водами от полива улиц, фонтанов и дренажей) зависит от многих факторов, в том числе от общей санитарной обстановки населённого пункта. Принятая технология сухой уборки улиц не обеспечивает полного удаления загрязнений. Мусор с проезжей части дорог содержит значительное количество органики, биогенов, нефтепродуктов солей тяжёлых металлов. Загрязнённость дождевого стока зависит от его расхода. При расходе менее 25 л/с га сточные воды практически не смывают загрязнений и поэтому загрязнённость их минимальна. По мере увеличения расхода стока в нём растут концентрации взвешенных веществ, фосфора и азота, достигая максимума непосредственно пред пиком дождя. Основная часть загрязнённых дождевых вод поступает в канализацию в начале дождя. Максимальная величина БПК воды наблюдается в летние месяцы, а осенью они снижаются почти в 2 раза. Для биогенных веществ характерен пик ранней весной и второй пик наблюдается осенью после листопада.

Некоторые качественные характеристики городского поверхностного стока приведены  в Таблице 2. Загрязнённость талых  вод в первую очередь зависит  от режима таяния снега. В ряде случаев  при использовании поваренной соли во время гололёда талые воды содержат значительное количество хлоридов.

Качество и состав поверхностного стока с городских территорий зависят от целого ряда трудно учитываемых  и трудно прогнозируемых факторов. Большое разнообразие местных условий  делает практически невозможным  получение усреднённых показателей  качества поверхностного стока в  целом. Приведенные в Таблице 3 данные о загрязнённости дождевых вод с  территории промышленных предприятий  весьма приближённые. Удельный вес  отдельных показателей в этом списке определяется прежде всего видом  производства.

В практике используется также  понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь  бытовых и производственных сточных  вод. Бытовые, производственные и атмосферные  сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое  распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все  три категории сточных вод  отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской  территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей  труб и каналов : по одной из них  отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического  и минерального происхождения, которые  находятся в не растворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень  загрязнения сточных вод оценивается  концентрацией, т. е. массой примесей в  единицу объема мг/л или г/куб. м. Состав сточных вод регулярно  анализируется. Проводятся санитарно-химические анализы по определению величины ХПК (общая концентрация органических веществ) ; БПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим  путем) ; концентрация взвешенных веществ ; активной реакции среды ; интенсивности  окраски ; степени минерализации ; концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др. Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования  сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных  цехов и аппаратов. Помимо определения  основных санитарно-химических показателей  в производственных сточных водах  определяются концентрации специфических  компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых  веществ.

В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как  правило, имеется несколько водоотводящих  сетей. Незагрязненные нагретые сточные  воды поступают на охладительные  установки (брызгальные бассейны, градирни, охладительные пруды), а затем  возвращаются в систему оборотного водообеспечения. Загрязненные сточные  воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему  оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет  нормативным требованиям.

Эффективность использования  воды на промышленных предприятиях оценивается  такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом  ее использования и процентом  ее потерь.

Для промышленных предприятий  составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды потерь, сбросы и добавление компенсирующих расходов воды в систему. Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения населенных пунктов  и промышленных предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли народного  хозяйства, отраслей промышленности и  схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам. При  выборе систем и схем водоотведения  должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации их работы.

При выборе системы и схемы  водоотведения промышленных предприятий  необходимо учитывать :

  • требования к качеству воды, используемой в различных технологических процессах ;
  • количество, состав и свойства сточных вод от дельных производственных цехов и предприятия в целом, а также режимы водоотведения ;
  • возможность сокращения количества загрязненных производственных сточных вод путем рационализации технологических процессов производства ;
  • возможность повторного использования производственных сточных вод в системе оборотного водообеспечения или для технологических нужд другого производства, где допустимо применять воды более низкого качества ;
  • целесообразность извлечения и использования веществ, содержащихся в сточных водах ;
  • возможность и целесообразность совместного отведения и очистки сточных вод нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также возможность комплексного решения очистки сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов ;
  • возможность использования в технологическом процессе очищенных бытовых сточных вод ;
  • возможность и целесообразность использования бытовых и производственных сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур ;
  • целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных цехов предприятия ;
  • само очищающую способность водоема, условия сброса в него сточных вод и необходимую степень их очистки ;
  • целесообразность применения того или иного метода очистки.

При вариантном проектировании водоотводящих систем и очистных сооружений на основании технико-экономических  показателей принимается оптимальный  вариант.

 

 

 

Источники загрязнения  сточных вод

 

     механическое - повышение содержания механических примесей,

свойственное в основном поверхностным  видам загрязнений;

     химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ

токсического и нетоксического действия;

     бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных

патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

     радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных

или подземных водах;

     тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных эс.

основными источниками загрязнения  и засорения водоемов является недостаточно

очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных

животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных

ископаемых;  воды шахт, рудников, обработке  и сплаве лесоматериалов; сбросы

водного и железнодорожного транспорта; отходы  первичной обработки льна,

пестициды и т.д. загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят

к качественным изменениям воды, которые  в основном проявляются в изменении

физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов

и т.д.); в изменении химического  состава воды, в частности, появление  в ней

вредных веществ, в наличии плавающих  веществ на поверхности воды  и

откладывании их на дне водоемов.

производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и  выбросами

производства. количественный и качественный состав их разнообразен и зависит

от отрасли промышленности, ее технологических  процессов; их делят на две

основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и

содержащие яды.

к первой группе относятся сточные  воды содовых, сульфатных, азотно-туковых

заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в

которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. сточные  воды

этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические

заводы, предприятия органического  синтеза, коксохимические и  др. в  стоках

содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие

вредные вещества. вредоносное действие сточных вод этой группы заключается

главным образом в окислительных  процессах, вследствие которых уменьшается

содержание в воде кислорода, увеличивается  биохимическая потребность в  нем,

ухудшаются  органолептические  показатели воды.

нефть и нефтепродукты на современном  этапе являются  основными загрязнителями

внутренних водоемов, вод и морей, мирового океана. попадая в водоемы, они

создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку,

растворенные или эмульгированные  в воде.  нефтепродукты, осевшие  на дно

тяжелые фракции и т.д. при этом изменяется запах, вкус, окраска,

поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода,

появляются  вредные органические вещества, вода приобретает токсические

свойства и  представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти  делают

непригодной для употребления тонну  воды.

довольно вредным загрязнителем  промышленных вод является фенол. он содержится

в сточных водах многих нефтехимических  предприятий. при этом резко снижаются

биологические процессы водоемов, процесс  их самоочищения, вода приобретает

специфический запах карболки.

на жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной

промышленности. окисление древесной  массы сопровождается поглощением

значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков  и

взрослых рыб. волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и

ухудшают ее физико-химические свойства. на рыбах и на их корме -

беспозвоночных - неблагоприятно отражаются  молевые сплавы. из гниющей

древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. смола  и

другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много  кислорода,

вызывая гибель рыбы,

сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб

нерестилищ и кормовых мест.

атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. радиоактивные

вещества концентрируются мельчайшими  планктонными микроорганизмами и рыбой,

затем по цепи питания передаются другим животным. установлено, что

радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в  которой

они живут.

сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более),

подлежат захоронению в подземные  бессточные бассейны и специальные

резервуары.

рост населения, расширение старых и возникновение новых городов  значительно

увеличили поступление бытовых  стоков во внутренние водоемы. эти стоки  стали

источником загрязнения рек  и озер болезнетворными бактериями и гельминтами.

в еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства,

широко используемые в быту. они  находят широкое  применение также  в

промышленности и сельском хозяйстве. содержащиеся в них химические вещества,

поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на

биологический и физический режим  водоемов. в результате снижается  способность

вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий,

минерализующих органические вещества.

вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами  и

минеральными удобрениями, которые  попадают с полей вместе со струями  дождевой

и талой воды. в результате исследований, например, доказано, что инсектициды,

содержащиеся в воде в виде суспензий  растворяются в нефтепродуктах, которыми

загрязнены реки и озера. это  взаимодействие приводит к значительному

ослаблению окислительных функций  водных растений. попадая в водоемы,

пестициды накапливаются  в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания

попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы,

так и на организм в целом.

в связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать  стоки

предприятий данной отрасли сельского  хозяйства.

сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры,

фекальную массу, остатки плодов и  овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-

бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий  мясо-

молочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной

органических загрязнений водоемов.

в сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой

же категории органических относятся  биологические (бактерии, вирусы, грибы,

водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и

отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.

нагретые сточные воды тепловых эс и др. производств причиняют  “тепловое

загрязнение”, которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой

воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно

влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для

массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого

“цветения воды” загрязняются реки  и во время сплава, при гидроэнергетическом

строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение

судами речного флота.

    

 

 

Этапы проведения очистки

Механический этап

Производится предварительная  очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью  подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.

Сооружения для механической очистки  сточных вод:

решётки (или УФС — устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита;

песколовки;

первичные отстойники;

мембранные элементы;

септики.

Для задержания крупных загрязнений  органического и минерального происхождения  применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей — сита. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов.

Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, бой стекла т. п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.

В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембранной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврат их в производственный цикл.

Очищенные таким образом сточные  воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40 %.

В результате механической очистки  удаляется до 60-70 % минеральных загрязнений, а БПК5 снижается на 30 %. Кроме того, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.

 Биологический этап

Биологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами (бактериями и простейшими).

На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК5.

Могут использоваться как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы.

С технической точки зрения различают  несколько вариантов биологической очистки. На данный момент основными являются активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки (анаэробное брожение).

Первичные отстойники, куда на этом этапе  попадает вода, предназначены для  осаждения взвешенной органики. Это  железобетонные резервуары глубиной пять метров и диаметром 40 и 54 метра. В  их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок  проходящими по всей плоскости дна  скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более легкие, чем вода, загрязнения, в бункер.

Также в биологической очистке, после первичных отстойников  и аэротенков существует вторая линия радиальных отстойников. Во вторичных отстойниках находятся илососы. Они предназначены для удаления активного ила со дна вторичных отстойников очистных сооружений промышленных и хозяйственных стоков.

 Физико-химический этап

Для улучшения параметров очистки  могут быть применены различные  химические методы, как, например, дополнительная седиментация фосфора солями Fe и Al, хлорирование, озонирование, а также физико-химические методы, такие как электрофлотация или эвапорация.

 Дезинфекция сточных вод

Для окончательного обеззараживания  сточных вод предназначенных  для сброса на рельеф местности или  в водоем применяют установки ультрафиолетового облучения.

Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с  ультрафиолетовым облучением, которое  используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется  также обработка хлором в течение 30 минут.

Хлор уже давно используется в качестве основного обеззараживающего  реагента практически на всех очистных городов в России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность  очистные предприятия многих городов  России уже активно рассматривают  другие реагенты для обеззараживания  сточных вод такие как гипохлорит, дезавид и озонирование.

 Мобильные устройства водоочистка

Наряду со стационарными станциями  очистки сточных вод в случаях, когда имеется потребность в  очистке небольших их объёмах  или не постоянно, применяются мобильные  станции водоочистки. Как правило, они состоят из барботёра, угольного фильтра, ёмкости обеззараживания и циркуляционного насоса.

 Термическая утилизация

Факельная установка ГФУ-5 сжигает  стоки на месторождении Медвежье. 2009

В ряде случаев механическая и химреагентная  очистка не даёт необходимых результатов. Альтернативой является термическая  утилизация технологических сточных  вод путём их сжигания в печах, горелках и различного рода установках. За рубежом наибольшее распространение  получили печи термического разложения (более совершенные, но дорогостоящие). В России широко используется огневой  метод — универсальный, надежный и недорогой.

Суть его заключается в том, что технологические стоки в  распыленном мелкодисперсном состоянии  впрыскиваются в факел, образуемый при сжигании газообразного или  жидкого топлива. При этом происходит испарение воды, а вредные примеси  разлагаются (сгорают) до безвредных составляющих (СО2 и Н2О).[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В настоящее время во всём мире , в том числе и в России , остро стоят проблемы различных  загрязнений воздуха , почвы, воды . Ни один город и ни одно предприятие  не может обойтись без потребления  воды . Зачастую воды использованные на различные нужды становятся не пригодными для дальнейшего использования, то есть загрязняются. Таким образом  образуются бытовые , производственные и атмосферные сточные воды.