Реферат
по экологии
Состав и свойства осадка бытовых сточных вод
Загрязнения,содержащиеся в бытовых сточных водах, состоят из неорганических иорганических веществ, находящихся в жидкости в растворенной форме и в видевзвешенных веществ (оседающих, всплывающих и коллоидных). Кроме того, в сточнойводе присутствуют микроорганизмы, способствующие разложению органическихвеществ и вызывающие их анаэробную ферментацию.
Одной изосновных характеристик бытовых сточных вод является биоразлагаемость (биодеградация илиподверженность биологической очистке), которая зависит от имеющегося балансапитательных для бактерий веществ (азота ифосфора).
Чтобыпроцесс очистки протекал нормально, сточная вода должна поступать на очистныесооружения в достаточно “свежем” состоянии. Загнившая сточная вода токсична дляпроцесса, и перед первичным отстаиванием ее следует подвергать предварительной аэрации или предварительному хлорированию. Бытовые сточные воды характеризуютсяих расходом, содержа-нием взвешенных веществ и биохимическойпотребностью вкислороде.
Еслисырая сточная вода содержит значительное количество производственных стоков (отскотобоен, молокозаводов и т. п.), то изменения концентрации загрязнений могутбыть более резкими, чем при наличии только бытовых стоков. Это следуетучитывать при проектировании сооружений.
Взвешенныевещества содержатся в сточной воде, прошедшей обработку на решётках ипесколовках.
Содержаниевлаги в этих отбросах после ее естественного дренажа достигает 70—80%.
Объемпеска, удаляемого в расчете на 1 чел. в год, достига-ет 5 дм3 (привысокой плотности населения) и 12 дм3 (при ме-ньшей плотностинаселения).
Объемотбросов, задерживаемых решетками, увеличивается с возрастанием жизненногоуровня населения, особенно вследс-твие использования волокнистых материалов.
Еслибытовые отходы в измельченном виде попадают в кухонные раковины и сбрасываютсяв канализацию (что запре-щено во Франции), то эти вещества не задерживаютсярешет-ками, и нагрузка на очистные сооружения значительно воз-растает (внекоторых городах США БПК5 и содержание взве-шенных веществ всточных водах возрастают практически вдвое).
Еслиприсутствуют органические вещества, очень слабо био-логически разлагаемые,химические восстановители или би-ологические ингибиторы, то это ведет кувеличению соот-ношения ХПК/БПК5 (теоретически) и ХПК/БПК5(практически), что указывает на присутствие производственных сточных вод.
Приналичии таких сточных вод существует опасность, что после обработки водысодержание ХПК в очищенных водах будет чрезмерно высоким. Величина БПК5, определяемая присутствием органических веществ,также может указывать на наличие производственных сточных вод.
Производственныесточные водыоказывают большое влияние на бытовые сточные воды, т.к. их доля постояннорастет. Часто более экономично обрабатывать смесь бытовых и про-изводственныхсточных вод, чем очищать каждый тип сточных вод отдельно, но когда впроизводственных сточных водах присутствуют токсичные вещества илибиологические ингибиторы, необходима их локальная очистка на предприятиях.
Содержаниеобщего азота в бытовых сточных водах составляетдо 15—20% от БПК5. Более высокое содержание азота свидетельствует оприсутствии производственных сточных вод.
УровеньрНоказывает огромное влияние на сточныеводы. Значение рН бытовой сточной воды обычно близко кнейтральному и колеблется в пределах 7—7,5. Другое значение рН указывает на присутствие производственных сточныхвод. Процесс биологической очистки возможен при рН от 6,5 до 8,5.
Окислительно-восстановительныйпотенциал (редокс-потенциал) Ен;окислительно-восстановительная мощ-ность rН. Бытовые сточные воды, достаточно “свежие”, имеют окислительно-восстановительныйпотенциал около +100 мВ, что соответствует rН в пределах 17—21 при рН ~7.Потен-циал +40 мВ (rН =15 при рН ~7) или отрицательный по-тенциал указывает навосстановительный характер среды (загнивание сточных вод, гнилостное брожение,аналогичное процессу в септик-тенке, наличие агентов химическоговосста-новления). Потенциал свыше +300 мВ (rН=24 при рН=7)сви-детельствует о чрезмерном окислительном характере среды.
Токсичностьи ингибирование. Наличие ионов тяжелых металлов, таких как Cu2+, Cr6+, Cd2+ и др., даже в небольших концентрациях (0,1 мг/л), можетподавлять активностьбак-терий.
Сульфиды в концентрации 25 мг/л и вышеполностью ингибируют биологический рост неакклиматизированного активного ила.Через несколько дней адаптации толерантная доза воз-растает до 100 мг/л.
Многиесоединения токсичны, и их спуск в канализацию и особенно в природные водоемызапрещен законом (например, цианиды, цикличные гидроксильные соединения и т. д.).
Некоторыефармацевтические вещества могут быть также вредны для жизнедеятельностибактерий (например, антибиотики).
Чтокасается равновесияпитательных веществв сточныхводах, то зачастую может наблюдаться дефицит азота ифосфора. В некоторыхслучаях следует добавлять биогенные элементы (питательные вещества) для восстановления со-отношений БПК5/ЛГж 20 и БПКУР ~ 100, необходимых для би-ологической очистки.
Отсутствиетакого баланса может вызвать нарушение биологического процесса,сопровождающегося вспуханием активного ила и снижением эффективности очистки.
Высокоесолесодсржаниеможет снизить эффективность очистки; резкое егоповышение более вредно, чем медленное изменение.
Температурныеколебания такжеоказывают влияние на процесс очистки.
Приёмстоков при опорожнении выгребных ям. В городских районах остается еще некоторое количество жилищ,в которых до присоединения к городской канализации сбрасывают стоки в выгребныеямы или септик-тенки. Сточные воды после опорожнения таких резервуаров обычносодержат много песка, иногда гравий и другие примеси, нарушающие процессочистки.
Эти водыимеют следующий состав:
БПК5™ от 4000 до 10 000 мг/л;
ХПК — от6000 до 16 000 мг/л;
взвешенныевещества — от 5000 до 17000 мг/л;
содержаниеNH4— от 1500 до 5000 мг/л.
Передсбросом таких сточных вод на городские очистные соо-ружения они должны бытьпредварительно обработаны на ре-шетках и песколовках и пропущены черезсооружения, где они разбавляются и перемешиваются с сырой сточной водой,желательно в отношении не более 1% общего объема, непосредственно передпоступлением в первичный отстойник (в некоторых случаях необходима преаэрация).
Очисткасточных вод производится с целью снижения содержания загрязнений доконцентраций, не оказывающих неблагоприятного влияния на флору и фауну водоемов.
Содержаниезагрязнений в сточных водах, сбрасываемых в водоемы, должно быть в пределах,ограничиваемых санитарно-гигиеническими нормативами каждой страны. Это общиестан-дарты, составленные на основании различных исследований; местныеспецифические условия (сильное разбавление, ох-рана зон водоснабжения или зонрекреации и т. п.) могут быть учтены в некоторых случаях компетентнымиспециалис-тами.
Критерииочистки следует определять в каждом случае на ос-новании самоочищающейспособности водоема, а также обще-го количества загрязнений всех типов,принимаемых им. Мак-симальный уровень загрязнения рек рассчитывают исходя из ихклассификации (во Франции: а — реки с сильным загрязне-нием вследствие сбросасточных вод с содержанием растворен-ного О2=O2>4 мг/л; с — реки, в которых разводятся лососевые, O2>=7 мг/л).
Очищенныесточные воды могут содержать минеральные загрязнения (азотные и фосфорные) ибиологические неразлагаемые органические загрязнения (детергенты, пестициды ит. д.). Поэтому в ряде случаев требуется третичная очистка. Обработка сточных вод может производиться всооружениях, работающих раздельно или комбинированно:
всооружениях механической очистки, где осуществляют предварительную обработку (удаление грубыхзагрязнений, песка и т. д.) и первичное отстаивание (первичная очистка) дляудаления оседающих или флотируемых суспендированных веществ;
всооружениях физико-химической очистки, где не-оседающие суспендированные вещества могут бытьотделены в сооружениях посредством коагуляции, позволяющей более пол-но ихотделить; путем коагуляции удаляют также некоторые тяжелые металлы и фосфаты;
всооружениях биологической очистки для более полного удаления органических загрязнений врезультате жизнедеятельности бактерий;
всооружениях обработки и сушки осадка (сырогоосад-ка,образовавшегося в первичных отстойниках, и избыточ-ного активногоила из сооруженийбиологической очистки).
Основнаятехнологическая схема для сооружений средней производительности можетизменяться: первичное отстаивание может быть исключено, сточные воды и осадокмогут быть подвергнуты одновременной аэробной биологической очистке (продленнаяаэрация и т. п.).
Иногдадостаточно частичнойочистки, в этомслучае огра-ничиваются механической очисткой. Если требуются очень высокая степень очистки или удалениебиологически нераз-лагаемых веществ, предусматривают третичную очистку, например:
дальнейшееснижение БПК5и взвешенных веществ;
удалениефосфатов;
денитрификацию;
удалениеповерхностно-активныхвеществ;
хлорирование.
Аэробнаябиологическая очистка сточных вод основана на развитиибактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности потребляют органическиевещества, содержащиеся в сточной воде. Развитие бактерий происходит, когдаони находятся в сточной воде в виде суспензии (активный ил) или в видефиксированной пленки (биологический фильтр).
Дляпредотвращения влияния тяжелых и крупных загрязнений на процесс биологической очистки ему предшествуют сооружения предварительной очистки. На маленьких стан-циях можнообойтись без первичного отстаивания, в этом слу-чае необходима предварительнаяобработка, которая должна включать полное удаление жиров.
КонструкцияМ.А. исключает возможность появления неуправ-ляемой денитрификации, как, например, подъем сгустков илапа поверхность. При высокой степени рециркуляции ила и сохранении на постоянном уровне его концентрациипроцесс осуществляется при низких нагрузках на ил. Этим устраняется рисквозникновения засоров, связанных с низким рециркуляцион-ным расходом,подаваемым насосом.
Удалениеазота.Достаточность аэробной фазы, впроцессе которой сток нитрифицируется, и анаэробной фазы, при кото-ройпроисходит денитрификация, позволяет достичь высокой степени удаления азота,составляющий 80% и более, что на-ходится в значительной зависимости оттемпературы.
Помимопредварительных решеток, сооружений для удаления песка и жира и насосногооборудования установка S.A. включает следующее оборудование:
аэротенк;
вторичныйотстойник с донными и поверхностными скребками;
резервуарстабилизации ила.
Типичнаясхема станций этого типа:
предварительныерешетки (обычно механизированные);
удалениепеска, если необходимо (аэрируемыепесколов-ки);
удалениежира, если необходимо (часто объединяетсяс песко-ловками);
сжиганиеила (если необходимо) на станции илисовместно с бытовымиотходами нарасположенной поблизости мусоро-сжигательной станции.
Еще однавозможность обработки осадка — прямое компости-рование сырого осадкас биологическими добавками(отсортированные бытовые отходы, виноградные стеблии т. п.).
Дополнительныесооружения. На очистной станции иногдадополнительно применяют третичную очистку, например, удалениефосфатов, денитрификацию, регулирование скорости рециркуляции активного ила.
Жирыи флотируемые вещества удаляются, в основ-ном, на этапе предварительной обработки, а в процессе первичного отстаивания собираютсяобычно сборным желобом и периодически удаляются.
Когда для удаления веществ, которые неосаждаются в обычных услоловиях, применяется интенсивная флокуляция, количество задержанного осадказначительно возрастает. Весьма перспек-тивным является использование органических полимеров, так как при этом к поступающей водедобавляется очень мало вещества. С другой стороны, все неорганические электро-литы ведут к образованию осаждаемых хлопьевгидроксидов,простых илисложных фосфатов иосаждаемых карбо-натов,которые неизбежно увеличивают количество осадка, удаляемого из отстойников.Более того, известь, когда она применяется в большихдозах, дает плотный осадок, особенно если при ее применении одновременноудаляются присутст-вующие в водекарбонаты; гидроксиды железа иалюми-ния осаждаются в виде очень неплотных и гидрофильных хло-пьев,которые не могут уплотняться. Увеличение массы осадка сопровождается еще болеезначительным увеличением его объема.
Процесс третичной очистки улучшает показатели качестваочищенной воды после биологической или равнозначной ей очистки.
Потребностьв применении третичнойочистки возникает вслучаях, приведенных ниже в порядке возрастания требований к показателямкачества очищенной воды
потребностьв сельском хозяйстве, ирригация;
дляцелей охлаждения в промышленности;
поддержаниебиотического равновесия;
использованиев промышленности;
пополнениеподземных вод;
рыбоводство;
использованиев хозяйственных целях вплоть до потребления человеком.
Степеньочистки сточных вод будет меняться в зависимости от целей, для которыхпредназначена вода.
Известныследующие процессы третичной очистки:
доочистка,которая обеспечивает дальнейшее уменьшение кон-центрации взвешенных веществ и снижение концентрации по БПК5;
удалениефосфора для борьбы с эвтрофикацией озер;
нитрификация и денитрификация, направленные на снижение всего или части органического либоаммонийного азо-та;
удалениебионеразлагаемыхорганических загрязне-ний (ХПК) и органических или неорганических токсич-ныхвеществ;
снижениецветности и удалениеповерхностно-активных веществ;
обеззараживаниеи удаление патогенной микрофлоры.
Третичнаяочистка применима как для производственных, так и для бытовых сточных вод.
Вестественных прудах вследствие роста водорослей значительно уменьшаетсясодержание азота ифосфора, хотя сте-пень снижения ихконцентрации зависит от сезона. Однако про-блема удаления водорослей изсбрасываемой в водоемы очи-щенной воды в настоящее время не решена. Вмелководных прудах длительное освещение оказывает обеззараживающий эффект.
Биологическаяочистка может бытьосуществлена фильт-рацией через почву.
Наиболеешироко используется для доочистки фильтро-вание, которое основано на физическомпроцессе.
Прямоефильтрование черезпесчаную загрузку позволяет снизить концентрацию взвешенных веществ на 60—80% и уменьшить концентрациюсоединений углерода на 30—40%. Чем ниже нагрузка на ил впредшествующем биологическом процессе, тем достигается более высокаяэффективность очистки.
Удаление фосфатов весьма полезно, если очищенный сток сбрасывается в озеро илималопроточный водоем, так как сброс сточной воды, содержащий большое количествогодных к потреблению водной растительностью фосфатов, может способс-твовать развитию эвтрофикации.Указанные фосфаты являются лимитирующим фактором дляразвития водной растительности и планктона. Вследствие этого в таких странах,как Швейцария, стремящихся защитить свои озера, заключено соглаше-ние о сбросепредельной максимальной дозы общих фосфа-тов около 1 мг/л в сточных водах, поступающих в озера илисбрасываемых близко от них.
Впроцессе обычной биологическойочистки фосфор уда-ляется не полностью. Тем неменее благодаря бактериальному действию полифосфаты превращаются в годные для потреб-ления ортофосфаты. В то время как в поступающей ваэротенк сырой сточной воде две трети общего фосфора присутствуют в форме полифосфатов и одна треть — в форме ортофосфа-тов, для биологически очищенных сточных вод имеет место обратноесоотношение.
Современныемоющие средства являются основным источником полифосфатов; количество фосфатов в стоке возрастает с увеличениемиспользования моющих средств.
Дляудаления фосфатов рекомендуются два процесса: симультанное осаждение введением солей железа или алюминия в активный ил и раздельное осаждение, кото-рое производится на третьей ступени очистки с флокуляциейиосаждением илифлотацией. В последнем случае качество очищенного стока более высокое,поскольку содержа-ние взвешенныхвеществ и соответствующаяим БПК5 также уменьшаются.
Симультанноеосаждение в широкихмасштабах успешно применяется в Швейцарии. В процессе очистки используетсябольшое количество реагентов, около 1—1,5 мг железа на 1 мг фосфатов (выраженных в РОг8),достигаемая эффективность составляет 80—90%. Активный ил становится более тяжелым иловый индекс падает. Влияние наэффективность очистки не отмечено, хотя определенные трудности имелись принизконагружаемом процессе. При анаэробном сбраживании избыточного ила,содержащего осажденные фосфаты,высвобождения фосфатов в рециркулирующий поток не наблюдалось.
В связис получением данных, свидетельствующих о том что биологический процесс денитрификации позволяет осуществитьсверхпоглощение фосфорабактериями,открывается новый подход к удалению фосфора. Однако, хотя пока и не ясно, можно ли при таком процессе достичь уровнясодержанияфос-фатов, требуемого правилами ряда стран, ноон, вероятно, должен уменьшить значение химического удаления фосфатов.
Вофранцузском стандарте общийазот упомянут в трехиз шести уровней очистки.
Содержаниеазота регламентируется во многих странах,до-пустимые концентрации для сброса часто бывают очень низ-кими. Имеется рядпричин, объясняющих эти требования:
необходимостьограничения потребления кислорода вводоприёмнике, так как для окисления 1 мг аммонийного азота требуется около 4 мг кислорода;
необходимостьограничения эвтрофикации озер и малопроточных водоемов (вэтомслучае удаление азота должносочетаться с удалением фосфатов);
обеспечениеусловий использования поверхностных речных вод для определенных промышленных ихозяйственных целей, когда присутствие азота или вредно, или запрещено.
Наиболеепростым способом удаления азота являетсяего окисление в процессе очистки до нитратных форм (N/NO3-), в которых он считается полностью безвредным.Действительно, при биологическойнитрификациипроисходит переход от аммонийныхформ N/NH3 в нитратные с образованием промежуточных нитритов N/N02, которые, находясь в воде, отчаститоксичны для детей, и эти недостатки можно предотвратить при осуществлениипроцесса нитрификации. С другой стороны, в водномисточнике возможны обратные процессы, известные как ассимилятивное восстановление. В конечном счете при нитрификации потребляется кислород, а следовательно, и энергия, тогдакак при диссимилятивномвосстановлении,когда нитраты пре-вращаются в газообразный азот, высвобождаемая часть кислорода, использованного ранее для нитрификации, потреб-ляется на окислениезагрязнений, содержащих соединения углерода. Общая тенденция поэтому заключается в полном удалении азота. Возможны два способа:физико-химическое удаление; биологическая нитрификация / денитрификация.
Длязакрепления растворённых бионеразлагаемых моле-кул может быть использована адсорбция порошкообразным игранулированным углём. Если применяется гранулирован-ныйпродукт, то для предотвращения обильного роста бактерий в толще угольнойзагрузки практически всебиоразлагаемые загрязнения должны быть редварительно удалены. Такая очисткаосуществляется на некоторых американских сооруже-ниях, однако в Европе она ненашла применения.
Активныйуголь обычнорегенирируется термическим или химическим методами.
Применениеугля особннно эффективно для очистки отпо-верхностно-активныхвеществ, а также отряда органичес-кихмолекул,обуславливающих ценность некоторых сточных вод.
После биологической и даже третичной очистки перед сбросом сточные воды ддолжныбыть обеззаражены. Это необходимо для таких вод, вкоторых возможно скопление большого количества патогенных микроорганизмов, а именно стоков из санаториев,госпиталей и т.д. обеззараживаниетакже рекомендуется,если очищенный сток должен быть использован повторно разбрызгиванием собразованием аэро-золей.
Обеззараживание бесполезно до тех пор, пока водапред-варительно не очищена. Наиболее распространено обеззара-живание хлорированием.
Чемлучше качество предыдущей очистки, тем более эффек-тивно действие хлора.Присутствие ионов NH4+снижаетбакте-рицидный эффект хлора за счёт образования сравнительнонеактивных хлораминов. Этот недостаток может бытьзначи-тельно уменьшен при использовании диоксида хлора, а при интенсивной нитрификации/денитрификации целесообразно обеззараживание хлором.
Чтобыизбежать образования хлорорганическихсоедине-ний,токсичных для фауны и флоры водоприёмника, предла-гается использование брома иультрафиолетового излуче-ния. Экономичность и эффективность этихпроцессов для очистки бытовых сточных вод должна быть ещё доказана.
Озон является и активнымобеззараживающим средством, особенно по отношению к вирусам, иокислителем органических загрязнений; поэтому он, очевидно, в сравнительнонедалёком будущем будет применятся для очистки бытовых сточных вод.
сточные воды биоразлагаемость очистка
Размещено на www.