А.Е. Аствацатуров
Инженерная экология
Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006

Глава 9. Инженерные средства и методы защиты окружающей среды

9.3. Очистка сточных вод

9.3.3. Технические средства очистки сточных вод

Сточные воды как ресурс промышленного водоснабжения по своему составу разнообразны и могут содержать загрязнения, находящиеся в различных агрегатных состояниях. Примеси, загрязняющие сточные воды, подразделяют на три категории.

Мусор и грубодисперсные примеси. Мусор — это полиэтиленовые и пластиковые частицы пакетов, тряпки и прочие предметы, попадающие в систему очистки. Ливнестоки приносят также частицы почвы, глины, песка, эмульсий, попадающие в водоемы с промышленных предприятий. Для удаления этих примесей используются устройства механической очистки: решетки, песколовки, отстойники, септики.

Органические вещества, или коллоидные примеси, которые находятся в воде в виде тонкодисперсных образований. Это как живые организмы (бактерии-редуценты), так и неживая органика (волокна бумаги и тканей, пищевые отходы). Вещества этой категория изменяют цвет воды. Термин "коллоиды" свидетельствует о том, что эти вещества не оседают, а остаются во взвешенном состоянии. Для удаления этих примесей используют коагулянты — вещества, вызывающие слипание и укрупнение частиц.

Растворенные в воде органические соединения и газы. К ним относятся в основном биогены, например, соединения азота, фосфора и калия из продуктов жизнедеятельности, обогащенные фосфатами. Вещества этой категории придают воде различные привкусы, запахи, окраску. Очистку воды осуществляют аэрированием — продувкой воды воздухом, введением окислителей, разрушающих большинство примесей этой категории, адсорбцией — применением активированного угля, который удаляет примеси путем впитывания (сорбирования) многих примесей.

Рис.9.7. Общая схема очистки сточных вод

Общая схема очистки воды включает следующие этапы (рис.9.7):

предочистка — очистка воды от мусора грубодисперсных примесей с помощью стержневой решетки и песколовки или грязеотстойника;

первичная очистка — осуществляется путем медленного пропускания воды через первичные отстойники, при этом вода на выходе из баков-отстойников все еще содержит до 70% неосевших органических веществ и растворенные биогены;

вторичная или биологическая очистка может быть выполнена при помощи капельных биофильтров и активного ила. В этой очистке участвуют живые естественные редуценты, потребляющие органические вещества. В процессе дыхания они превращают это вещество в воду и углекислый газ (см.рис.9.7).

Сточные воды очищают механическим, биологическим, физико-химическим и обеззараживающим (дезинфекционным) методами. Приведем несколько примеров.

Отстойники служат для удаления из сточных вод механических примесей и частично коллоидных (минеральных и органических) загрязнений. Они могут применяться в общей схеме очистки, как это показано на рис.9.7, и как самостоятельные сооружения, если требуется очистка только от технических примесей. При расходе сточных вод не более 50000 м³/сут. используют вертикальные отстойники. Горизонтальные отстойники используются на станциях производительностью 30000 – 50000 м³/сут для удаления из сточных вод коагулированных взвесей или там, где необходимо удалять некоагулированные взвеси при любой производительности.

В промышленности особую проблему составляет очистка сточных вод от нефтепродуктов. В качестве примера приведем одно из устройств, отличающееся простотой конструкции и эффективностью в работе (устройство отмечено дипломом НТО МПС). Авторы серии таких устройств А.Е.Аствацатуров, И.Г.Чайка. Устройство, показанное на рис.9.8, содержит корпус 1 цилиндроконической формы с патрубком 2, снабженным краном 3 для отвода очищенной воды и патрубком 4 с краном 5 для отвода осевших загрязнений. Внутри корпуса 1 размещена камера 6 конусообразной формы, снабженная тангенциально расположенными патрубками 7 с краном 8 для подачи воды на очистку, и патрубком 9 для отвода нефтепродуктов. В нижней части камеры 6 расположены коллектор 10 и патрубок 11 для подачи воздуха, снабженный краном 12.

Рис.9.8. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод (по а. с. А. Е.,Аствацатурова, И. Г. Чайки)

Работает устройство следующим образом. Корпус 1 заполняется водой до уровня расположения патрубка 2. Сточная вода, содержащая нефтепродукты, подается по патрубкам 7 в камеру 6 и приобретает круговое движение, пронизывается восходящими вверх пузырьками воздуха, исходящими из коллектора 10, и интенсивно разделяется. Всплывшие нефтепродукты концентрируются в верхней зауженной части камеры 6 и отводятся по патрубку 9. Воздух, исходящий из коллектора 10, ускоряет процесс выделения из сточной воды нефтепродуктов, а сужающаяся конусообразная форма камеры 6 обеспечивает их интенсивный отвод. Управление процессом разделения и отвода нефтепродуктов обеспечивается кранами 3, 5, 8, 12. Устройства для очистки нефтесодержащих сточных вод и техническое средство для очистки сточных вод от механических примесей, разработанные также под руководством автора данной книги, были еще в 70-е годы внедрены в производство на крупных сооружениях. Например, "Устройство для подачи теплоносителя в котел железнодорожного вагона-цистерны" (А. с. № 538928 от 20.08.76, внедрено в Грозненском вагонном депо); "Установка для очистки внутренних и наружных поверхностей железнодорожного вагона" (А.с.№ 569466 от 20.04.77, внедрено на Новороссийском и Орджоникидзевском вагоноремонтных заводах); "Моечная машина для обмывки тяговых двигателей" — внедрена совместно с устройствами для очистки сточных вод на Ростовском ЭРЗ в 1978 г. Все эти устройства до настоящего времени не утратили своих технико-экономических преимуществ.

Для биологической очистки воды применяют метатенки, аэротенки, биологические фильтры. Метатенки представляют собой бродильные камеры, предназначенные для анаэробной очистки — осадки сточных вод с помощью микробов, которые могут жить без доступа воздуха. Аэротенки — это проточные резервуары длиной до 150 м с отстойником, в котором происходит постепенное уменьшение количества органических веществ, азота, нитритов, аммонийных солей путем разрушения их микроорганизмами — минерализаторами.

Биологические фильтры (рис.9.9) — это устройства, напоминающие собой емкости, загруженные сыпучими материалами, через массу которых пропускают воду.

Рис.9.9. Биологический фильтр: 1 – дозирующий бак; 2 – сифон; 3 – спиральная насадка для разбрызгивания; 4 – магистральный трубопровод; 5 – распределительные трубы; 6 – дренаж из плиток; 7 – каналы для входа воздуха в дренаж; 8 – фильтр из шлака; 9 – канал для отвода очищенной воды

В емкости растворенные вещества сточных вод адсорбируют и разрушаются с помощью микробов (т.е. аэробно), которые могут жить в среде, содержащей кислород. На поверхности сыпучих материалов (шлака, щебня) появляется биологически активная пленка. В верхнем слое — до 10 см — развиваются инфузории, личинки, жгутиковые, которые, разрыхляя биологическую пленку, разлагают клетчатку, хитин. В отечественной и зарубежной практике для очистки сточных вод, загрязненных отходами нефти, продуктами ее переработки, маслами, смолами, красителями, продуктами органического синтеза и др., применяют метод флотации. Наиболее эффективная очистка сточных вод может быть достигнута с помощью сооружений напорной флотации.

Рис.9.10. Схема очистки сточных вод от ПАВ: I – подвод воды; II – отвод всплывших загрязнений; III – подвод воздуха; IV — отвод воздуха; 1- буферный резервуар; 2 – эжектор; 3 – напорный бак; 4- флотационная камера; 5 – насос; 6 – скребковые устройства для сбора пены

Помимо удаления механических примесей, растворенных и коллоидных загрязнений, напорная флотация позволяет растворить в воде достаточное количество воздуха. Технологическая схема очистки сточных вод, содержащих смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также взвешенных и коллоидных примесей показана на рис.9.10. Сточные воды предприятия подаются в усреднитель 1, откуда насосом 2 попадают во флотатор 3. Пена из флотатора поступает в пеногаситель 4, снабженный нагревателем (ускорителем разрушения пены). После сепарации ПАВ сточная вода проходит реактор 5, вертикальный отстойник 6 и угольно-кварцевые фильтры 7, 8. Одновременно пеноконденсат из пеногасителя 4 поступает в реактор 12, в который подается суспензия глины через дозатор. После перемешивания пеноконденсата с глиной (10 мин.) суспензия поступает в отстойник 11. Вакуум-фильтр 9 обезвоживает глиняный шлак из отстойника, а глина может быть утилизирована для производства кирпича. Пройдя озонирование в камере 10, очищенная вода поступает в трубопровод предприятия.