Методы очистки сточных вод

Пару столетий назад, когда только зарождалось промышленное производство, водоемы справлялись с очисткой стоков. На данный момент времени в канализационных водах присутствует не только органика, но и разнообразные химические компоненты, соли тяжелых металлов и иные загрязняющие компоненты. На их полный распад без задействования разнообразных ускорителей могут потребоваться десятки и сотни лет.

На практике это означает, что сбрасывать такие стоки в моря, реки нельзя. Нужны очистные сооружения. В них происходит разделение жидкой среды и собственно загрязняющих веществ. Если же сливать в реки, моря и озера неочищенную воду, неизбежны вспышки брюшного тифа, гепатитов, холеры, полиомиелитов разных типов, сальмонеллеза и иных заболеваний, включая туберкулез и гельминтоз.

Виды стоков и загрязняющих компонентов в них

Все стоки можно разделить на две большие группы:

1. Хозяйственно-бытовые. Их основная опасность заключается в содержании значительного объема патогенных бактерий.
2. Производственные. Патогены здесь практически отсутствуют, но есть машинные масла, соли тяжелых металлов и т. д.

Если с хозяйственно-бытовыми сбросами все более-менее ясно, то состав производственных может существенно отличаться в зависимости от места их происхождения: отрасли и специализации конкретных предприятий:

• нефтеперерабатывающие комплексы сбрасывают в очистные сооружения помимо собственно нефти и продуктов ее перегонки фенолы, тяжелые металлы;
• целлюлозно-бумажные заводы в процессе производства используют большие объемы воды. Потом она насыщена волокнами древесины и бумаги, лигнина, фенолов, красящими компонентами. Процессы разложения органики сопровождаются выделением в атмосферу метана, сероводорода, диоксида углерода. Если такие стоки сливать напрямую в реки, вода не будет насыщаться кислородом. В водоеме неизбежно погибнет все живое;
• текстильные фабрики. Здесь в канализацию попадают не только волокна тканей, но и соединения цинка, меди, хрома, никеля, содержащиеся в красителях. Если они накапливаются в биоценозах, неизбежно изменение ферментативных реакций. Если сливать в коллекторы вещества с повышенной склонностью к пенообразованию, водные потоки практически не будут насыщаться кислородом;
• мясоперерабатывающие комбинаты, молокозаводы. Здесь в стоках преобладают жиры, отходы шерсти, содержимое внутренностей животных. Неочищенная вода загнивает с активным снижением кислотности, на ее поверхности плавают творожистые взвеси. В зависимости от специфики производства превышается ПДК хлоридов, нитратов и фосфатов. Последнее характерно для птицефабрик;
• рыбоперерабатывающие заводы тоже являются «поставщиками» компонентов, вредных для окружающей среды. Здесь основная проблема заключается в том, что в рыбьем жире содержится большой объем ненасыщенных жирных кислот в сочетании с небелковыми азотистыми группами и клетчаткой. Они практически не подвержены окислению на биоруровне.

Важно! Также опасны стоки с сельхозполей. В них могут содержаться ядохимикаты, нитриты и нитраты, разнообразные удобрения. А спиртоперерабатывающие комплексы «пополняют» водоемы значительными объемами органики: грубодисперсной, коллоидной и растворимой с повышенной способностью к окислению и гниению.

Методы очистки сточных вод

Отделить загрязняющие компоненты от воды бывает достаточно сложно. Для этого используют методы:

• механические;
• химические;
• физико-химические;
• биологические.

При выборе конкретного метода учитывают характер загрязнений, концентрацию примесей, варианты дальнейшего использования воды (сброс в водоемы или повторный запуск, например, в систему охлаждения промышленного оборудования).

В наиболее сложных случаях, когда в воде содержатся различные отходы (органика, нефть, химические компоненты), приходится последовательно применять все существующие методы. В этом случае очистку называют комбинированной.

Механические методы очистки воды

Механические методы чаще всего предваряют биологическую или химическую очистку. Их цель — отделение твердых субстанций от воды. Для этого используют:

1.  фильтры с ячейками различного размера;
2.  песколовки;
3.  уловители навоза, бензина, нефти, масла;
4.  отстойники и т. д.

Механическая очистка происходит и в приемной камере септиков промышленного производства, предназначенных для приема бытовых стоков. Крупные нерастворимые частицы здесь оседают на дно, жировые пленки остаются на поверхности. И то, и другое периодически приходится убирать.

На заметку! Механические методы часто используют для очистки промышленных стоков, например, воды с нефтепродуктами. Отделенные примеси часто можно использовать повторно, отходы нефти сливают обратно в нефтехранилища и т. д.

Химические методы очистки воды

При использовании данных методов не тратят ресурсы на отстаивание стоков, попытки отделить от них твердые включения. Для нейтрализации применяют сильнейшие химреактивы. После их добавления и завершения химической реакции на поверхности образуются хлопья различного размера и плотности.

Обратите внимание! При правильном подборе компонентов из воды можно удалить до 95% нерастворимых и до 25% растворимых примесей. Для отделения получившихся хлопьев используют фильтровальные установки и отстойники.

Физико-химические способы очистки воды

Методы из данной группы незаменимы, если нужно отделить от воды растворенные компоненты неорганического происхождения и мелкодисперсные структуры. Они также позволяют разрушить органические примеси, практически не подверженные окислению.

К группе физико-химических относят следующие методы очистки воды:

•  коагуляция;
•  сорбция;
•  экстракция;
•  обработка ультразвуком;
•  озонирование;
•  применение ионообменных смол и т. д.

Разрушить органические соединения, отделить от стоков металлы, кислотные растворы позволяет электролиз. Специальные электролизеры строят на предприятиях, перерабатывающих медь, свинец, производящих лаки и краски.

На применении ионообменных смол основан принцип действия практически всех бытовых водяных фильтров. Флотация позволяет отделить от сбросов отходы нефти, а коагуляция базируется на применении специальных реагентов. Она дает возможность превратить растворимые загрязнители в хлопья, которые легко отделить в процессе процеживания.

Биологические методы очистки стоков

Эта группа способов стоит особняком. Они основаны на способности водоемов к самоочистке. На предприятиях для создания аналогичных условий используют:

1. биофильтры. В них стоки протекают через фильтры из специальных материалов крупной фракции. Сверху их покрывают особой бактериальной пленкой, способствующей быстрейшему окислению органики;
2. биологические пруды. Их создают искусственно, но внутри полностью имитируют условия естественного водоема. Пруды способны принять значительные объемы воды, но непосредственно процессы очистки проходят достаточно медленно;
3. аэротенки. Представляют собой пластиковые или железобетонные резервуары различного объема. Разрушение органических примесей здесь происходит при помощи бактерий: аэробных или анаэробных. И те, и другие «перерабатывают» фекалии, пищевые отходы, бумагу в небольших количествах и т. д. Но аэробы «работают» более эффективно, и им для полноценной жизнедеятельности требуется постоянная подача воздуха. Анаэробные бактерии разрушают не более 65-70% загрязнений, но живут в абсолютно безвоздушном пространстве. В аэротенках под воздействием бактерий органика переходит в состояние активного ила. Сами же микроорганизмы, поедая загрязняющие компоненты, постоянно увеличивают массу ила.

Это интересно! Биометоды эффективны при очистке бытовых канализационных стоков, отходов производства предприятий пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности. В отдельных ситуациях так очищают воду, содержащую некоторые объемы нефтепродуктов.

Комбинированные методы очистки стоков

При необходимости грязную воду сначала пропускают через системы фильтров и отстаивают. Затем ее сливают в биологические пруды или аэротенки для окисления и разрушения органики. В качестве альтернативы применяют разнообразные химические реагенты, способствующие обеззараживанию стоков. На заключительном этапе стоки подвергают озонированию, электролизу. Как вариант, возможна обработка ультрафиолетом или ультразвуком. В воду, предназначенную для питьевых целей, часто добавляют жидкий хлор.