Методы очистки сточных вод: механические, химические, биологические

Основные методы

В натуральных (без участия процессов, созданных человеком), небольших по объёму стоках малая концентрация выбросов, которые самоуничтожатся со временем. Значительный уровень развития разнообразных отраслей человеческой деятельности оперирует объёмом сточных вод, на порядок превосходящим тот, что население Земли создавало в древние века или в доисторическую эпоху. Есть несколько видов очистки стоков: механический, физико-химический и биологический.

Механический метод подразумевает установку в системе решётки, сита, фильтров. Например, решётка и сито отлавливают крупный мусор и крупнофракционный песок. Песколовка – специальный резервуар, в котором мелкий песок осаждается на дно. Фильтр способен задержать глину (глинистая и илистая взвесь отстаивается не один час), ржавчину, нерастворимые соли. Малорастворимые соли удаляются частично.

Одним из физико-химических подвидов является жироловка. Масла и жиры легче воды – они скапливаются на поверхности, а очищенная от этих капелек вода опускается ниже. Чтобы удалить из сточной воды растворимые соли и часть органики, в сточную воду добавляют реактивы – те вступают в реакцию с данными примесями, формируя нерастворимый осадок. Например, для превращения закиси железа, растворимой в воде, производится её доокисление (в воду подаётся воздух или кислород). Закисное железо превращается в ржавчину и выпадает в осадок или отфильтровывается. Физико-химический способ также предполагает длительное отстаивание сточных вод – из них удаляются все нерастворимые реагенты и жировая плёнка.

Наконец, биоочистка воды – избирательная реакция одноклеточных на определённые загрязнители. Например, генно-модифицированные бациллы, являющиеся своего рода одноклеточными экстремофилами, разлагают кал и мочу на более простые составляющие.

Естественные

Для очистки стока естественным путём применяют натуральные процессы, происходящие в воде, грунте, растениях. Загрязняющие реагенты связываются ими, превращаются сначала в минералы, а затем в другие, более безвредные их аналоги или переносятся.

В качестве примера – переработка нефти в океанической среде, содержащей всё многообразие одноклеточных культур, известных человеку. Суть процесса сводится к следующему: случайно разлитая нефть со временем разлагается, превращаясь в летучие и газообразные углеводороды. Недостаток – парниковый эффект, создающий повышение среднегодовой температуры на 20 лет: метан разлагается в десятки раз медленнее, чем, скажем, углекислый газ превращается растениями в кислород.

Искусственные

То, с чем не справилась природа, или аналогичный природный процесс занял бы тысячи, миллионы лет, подвергается переработке при помощи технологий и аппаратов, созданных людьми. Задача – ввести в сточную воду специально выращенные микроорганизмы, перерабатывающие жидкие отходы с доступом или без доступа кислорода. Для них поддерживаются оптимальная температура и давление, близкое к земному атмосферному.

Что это такое и каков принцип работы?

После этапа механической фильтрации (удаления нерастворимых частиц) сточные воды попадают на биологическую очистку.

Принцип основан на способности некоторых микроорганизмов расщеплять органические соединения до простых веществ – воды, углекислого газа, метана, сероводорода. Органика является источником энергии для бактерий и простейших.

Сточные воды включают в себя нитраты, аммиак, аминокислоты – они содержат азот, который обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмов.

Фосфор и калий добывается бактериями из минеральных солей.

Чем больше в сточных водах этих веществ, тем интенсивнее размножение микроорганизмов и эффективнее очистка.

Методы очистки сточных вод

Специалисты выделяют две большие группы методов биоочистки:

• Естественные. Для улучшения качества сточных вод используются природные процессы, протекающие в воде, почве, растительных экосистемах. Загрязнения удерживаются, минерализуются, трансформируются или переносятся. Естественные экосистемы используются для доочистки сточных вод перед их спуском в водоемы.
• Искусственные методы. Для их реализации используются сооружения, созданные человеком. В них помещаются аэробные или анаэробные микроорганизмы и обеспечиваются благоприятные условия для переработки загрязнений.

Нормы

Строгие требования по очистке касаются только промышленной области. При этом в нормативах указаны конкретные допустимые концентрации различных химических веществ касательно источников непромышленного происхождения.  Их сброс в почвы или открытые водоемы без очистки не допускается.

По хозяйственным стокам, сбрасываемые в водоемы, действуют нормативные требования по содержанию и концентрациям.

Общепринятые нормы указаны в СанПиН № 4630–88:

• Значение pH должно быть в пределах 7,4-7,8.
• Среднее содержание фосфатов – 0,95 мг/дм3.
• Содержание сульфатов – 28,5 мг/дм3.
• Содержание хлоридов – 62 мг/дм3.

Важно! Неочищенные воды из канализации запрещено сливать в водоемы. Не следование этому правилу приводит к административной ответственности.

Разница между очищением и обеззараживанием

При очистке удаляются механические и химические примеси.

Важно. Цель обеззараживания – удалить живые микроорганизмы, которые причиняют человеку вред.. К вредным микроорганизмам относятся патогенные и условно-патогенные бактерии, их споры, вирусы, грибки, гельминты и их яйца

К вредным микроорганизмам относятся патогенные и условно-патогенные бактерии, их споры, вирусы, грибки, гельминты и их яйца.

Методы обеззараживания:

1. Химические: обработка воды озоном, диоксидом хлора, гипохлоритом натрия, полимерными антисептиками. Эти вещества убивают патогенов или делают их неспособными к размножению;
2. Физические: обработка воды ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком;
3. Комплексные: комбинирование химических и физических методов.

Синтетические виды

Сегодня в рейтинг наполнителей для подушек входит большое количество синтетических продуктов. Это комфорель, файбер, холфитекс, микрогель, есть и дешевый вариант – модель из поролона или полиэстера.

Полиэфир

Полиэфирное волокно, образованное терефталевой кислотой и этиленгликолем, получают после прядения расплава с 400% тепловым растяжением. Оно легкое, хорошо окрашиваемое, мягкое, прочное и устойчивое к появлению складок. Из положительных качеств:

• устойчивость к плесени;
• не стирается;
• обладает устойчивостью к растяжению и усадке;
• быстро сохнет и легко моется.

Синтепон

Синтепон – наполнитель для подушек, который не требует особенного ухода, при этом выглядит хорошо и через несколько лет эксплуатации. Им наполняют декоративные изделия и предназначенные для сна. Эта прочная ткань сделана на славу, она не мнется, что делает ее отличным выбором для детей и взрослых.

Холлофайбер

Материал, полученный коаксиальным электроспиннингом, в основном включает керамические и углеродные полые волокна NTs. Хоть материал и синтетический, он совершенно безопасен для человека. Из достоинств можно выделить такие, как:

• невысокая стоимость;
• приятный на ощупь;
• легкий;
• неплохо сохраняет тепло человеческого тела;
• можно стирать в машинке;
• не является средой для размножения клещей.

Из недостатков – небольшой срок службы.

Силикон

Этот наполнитель демонстрирует хорошую упругость. Такие подушки долго держат форму. Зимой тепло сохраняется, летом изделие остается прохладным. Кроме всего прочего, силикон прекрасно проветривается, в нем не накапливается пыль, поэтому он не вызывает аллергию.

Такое практичное изделие имеет единственный недостаток – может накапливать статическое электричество. Изделия с подобным наполнителем хорошо воздействуют на шею, убирают боли.

Пенополистирол

Для сна каждый день такой наполнитель использовать не стоит. Это скорее модели для машины и декоративные варианты, на которые можно прилечь на некоторое время. Пенополистирол представляет собой мелкие шарики пенопласта. Несмотря на то что нагрузка распределяется равномерно, когда человек лежит на подушке с этим наполнителем, последний неприятно шуршит, а чехлы часто рвутся.

Латекс

Латекс – это еще один вид наполнителя, который изготавливается из полностью натурального, органического или синтетического материала. Такие модели обычно заполнены измельченным наполнителем, что делает их более высокими и легкими. Латексные подушки имеют много преимуществ:

• отличная поддержка;
• отсутствие давления;
• остается всегда прохладной;
• хорошо дышит.

Один из главных недостатков – стоит недешево. Еще одной характеристикой латекса является то, что он сохраняет свою форму даже через несколько лет после покупки. Эти модели не требуют переворачивания или взбивания, внутри не образуются комки или пустое пространство. Изделия бывают самых разных размеров и степени твердости. Латекс известен тем, что обеспечивает меньшее ощущение «погружения».

Искусственный пух

Это тоже синтетическая начинка, которая представляет собой полиэфирное волокно. Такой своеобразный маркетинговый ход для привлечения покупателя. Внешне материал очень схож с натуральным пухом, но изготавливается по особой технологии в лаборатории. Что касается характеристик, то они тоже похожи на те, которыми обладает натуральный материал. Стоит сказать, что ортопедический эффект отсутствует полностью.

Микроволокно

Химическое вещество, получаемое в результате производственного процесса. В промышленных масштабах делают особые нити, из которых затем прядут более плотное полотно, чтобы использовать его для наполнения подушек, одеял и игрушек.

Такая модель практична, держит форму, не вызывает аллергии и стоит дешевле синтепоновой. Главное, что стоит помнить – нельзя подвергать высокой температуре, поэтому стирают подушку только в холодной воде и не обрабатывают утюгом или парогенератором.

Вискоза

Это та же самая древесина. Но только с добавлением синтетического волокна. Она не является причиной появления раздражения. По свойствам имеет небольшой вес, но довольно прочная. Впитывает и удерживает влагу.

С эффектом памяти

Подушки из пены ППУ принимают контур головы и шеи. Некоторые изделия состоят из одного куска, в то время как другие заполнены измельченной пеной. Выбор правильной подушки с таким наполнителем зависит от желаемой плотности. Служат изделия более 5 лет, за ними просто ухаживать, они не вызывают аллергии. Главный недостаток – высокая стоимость.

Современные технологии очищения

В современных системах водоподготовки приведенные методы используются в комплексе.

Ярким примером служат многоступенчатые бытовые фильтры с механическими предфильтрами, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полноценную подготовку питьевой воды вне зависимости от ее исходных параметров.

К инновационным тенденциям в сфере водоподготовки относят:

• Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисление жидким кислородом) и/или УФ-обработки.
• Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
• Вывод взвесей и растворенных органических примесей с помощью электроприборов фотокатализации.

При всех своих преимуществах такие технологии нельзя назвать бюджетными, соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы обходятся дорого и в быту не окупаются.

Проверенные новые методы (ионообмен, обратный осмос, многоступенчатое исполнение фильтра), наоборот, становятся более доступными для частных лиц.

Очистные сооружения

Для переработки стоков, относящихся к бытовому типу,  применяются комплексные сооружения, к элементам которых относятся:

отстойники, в них происходит расслоение взвешенных частиц. Те, что с большим удельным весом, выпадают виде осадка. Инородные элементы, которые легче жидкости, уходят в поверхностные слои;

Очистные станции

• песколовки, они выполняют роль фильтра, в котором собираются примеси, не поддающиеся растворению, например, песок, битое стекло, шлаки и т.д.;
• решетки, их назначение улавливать содержащийся в стоках крупноразмерный мусор, например, ветошь, полиэтиленовые кульки или ветки.

В быту широко применяются септики, по сути они представляют собой мини отстойники. Для улучшения их результативности используются специальные биопрепараты, называемые антисептиками. Они содержат в своем составе различные виды микроорганизмов, способствующих разложению выпадающей в осадок органики.

Чтобы очистить отстойник при его заполнении илом, используется насос, эту процедуру достаточно выполнять один раз в несколько лет.

Видео: Как чистят сточные воды.

Аэротенк несколько отличается по принципу действия от отстойника, схема его работы отображена на картинке.

Схема работы аэротенка для переработки вод, относящихся к сточным

Используемые обозначения:

• А – аэротенк;
• B – отстойник для обогащенной кислородом смеси ила и канализационных стоков;
• c – патрубок для подачи бытовых стоков (подключается канализация);
• d – поступление смеси стоков и ила;
• е – отвод очищенной жидкости;
• f – патрубок для откачки излишков ила;
• g – возврат ила.

Принцип действия

• поступающие стоки «с» соединяются с активным илом в резервуаре аэротенка «А»;
• смесь обильно аэрируется, что способствует процессу биологического окисления, в результате которого происходит быстрое разложение органики;
• обогащенная кислородом смесь воды и ила «d» подается в резервуар «B»;
• прошедшая очистку жидкость «е» откачивается по мере заполнения;
• необходимое количество ила возвращается через отводы обратно для смеси со стоками «g», в то время, как его излишки выводятся через патрубок «f».

Данный способ довольно эффективен, если произведен правильный расчет и соблюдается технологический процесс, характеристика переработки воды приближается к 98%.

Аэротенки очищают воду от органики, при этом удаляют из нее азот и фтор, а также их соединения. Единственный недостаток этого способа – критичность к содержанию в стоках токсичных и губительных для бактерий соединений.

Использование аэротенка

Заметим, что высушенный ил с аэротенка, как и осадок из септика или отстойника, для бытовых вод, относящихся к сточному типу, являются отличным удобрением.

Для переработки производственных сточных отходов с завода или производственного предприятия используются сооружения, чей принцип действия очистки воды аналогичен отстойникам, например, нефтеловушки, устанавливаемые на НПЗ. Единственное отличие этих устройств связано со способом удаления загрязнений.

Флотаторы, эти сооружения позволяю ускорить процесс выделения из вод, относящихся к сточному типу,  легких фракций. С этой целью резервуар-отстойник подвергается аэрации.

Флотационная установка

Взвешенные вещества, содержащиеся в стоках, также могут выводиться при помощи гидроциклонов. В принцип их работы заложено использование центробежных сил, возникающих при быстром движении воды внутри цилиндроконического корпуса аппарата.

Для отбора из жидкости взвешенных веществ мелкодисперсного типа применяются очистные фильтрующие установки, в качестве фильтра может выступать крупнозернистый песок, а также сетчатый или тканевый материал.

Описание устройств и сооружений

Процесс механической обработки стоков осуществляется с помощью различных видов очистных устройств, к ним относятся несколько.

Специальные отстойные резервуары, которые по своему расположению делятся на вертикальные, горизонтальные и радиальные. Применяемые аппараты предназначены для первичного либо вторичного очищения, поэтому они устанавливаются перед главным сооружением либо за ним.

Взвеси в данном случае устраняются почти до 60% под воздействием силы тяжести, и твёрдые фракции оседают на дно и формируют слой ила. Но декантация может проходить более продуктивно и быстро, если применять декантеры пластинчатого типа. Кроме того, важна скорость оседания примесей в песколовках: вода не должна пропускаться медленно, поскольку на дно упадут самые мелкие элементы. Оптимальная скорость движения стоков – от 16 до 30 см в секунду. Эти устройства время от времени нуждаются в очистке, и для этого используют гидроэлеватор или насос.

Для крупных отходов применяется решетка – металлическое основание с зафиксированными на нём металлическими прутьями, расположенными как наклонно, так и вертикально. Чтобы удалять мусор и осевшие вредные компоненты, решётки имеют детали наподобие граблей, двигающихся с помощью цепи, состоящей из пластин, шарниров и специального привода. Затем отходы подвергаются измельчению в дробилке.

Комбинированная установка решёток одновременно с дробилками помогает избавляться от крупных элементов. Данное совмещённое устройство монтируется в резервуар со сточными водами, двигающимися вкруговую. Дробильные детали, служащие для измельчения, режут отходы благодаря работе электродвигателя. После раздробления, сбора и выведения сточные отходы подвергаются утилизации.

Применение очистки в животноводческом хозяйстве имеет некоторые особенности. Сепарацию осуществляют специальные навозоуловители – в них продукты жизнедеятельности животных находятся в течение получаса. Навозоуловитель отделяет от жидкости сегменты подстилки, корма, перьев, сухих частиц, и, собственно, навоза.

Чтобы разделение и удаление сточных загрязнений происходило эффективнее, большинство промышленных предприятий использует комбинированные очистные структуры и реагенты, вызывающие процесс слипания (агломерации) нежелательных частиц опасных примесей, после чего ускоряется их осаждение на дно системы. В настоящее время для механической обработки могут использоваться и другие сооружения, но всё же перечисленные очистные устройства считаются самыми востребованными.

В этом видео вы узнаете о том, как производится механическая очистка сточных вод на водоканале.