3.4. Общие показатели загрязненности сточных вод. Классификация методов очистки сточных вод.

Общее содержание органических веществ в сточных водах оценивается показателями химической потребности в кислороде (ХПК) и биохимической потребности в кислороде (БПК).

1. ХПК определяется количеством кислорода, необходимого для превращения содержащихся в сточных водах органических веществ в углекислый газ, аммиак (если вещества содержат азот), сульфаты (при наличии серы), воду (при окислении не связанного азотом водорода), фосфаты (при окислении фосфора) и т. д. При этом кислород, выделяющийся при разложении органических веществ, так же действует как окислитель, что соответственно снижает расчетное значение ХПК. Расход кислорода на образование окислов азота (нитрификацию) при определении ХПК не учитывается, поскольку окисление органических веществ, содержащихся в сточных водах, практически заканчивается к началу нитрификации, которая представляет собой фазу последующего окисления собственно азота аммонийных солей.

2. БПК сточных вод определяется количеством кислорода, необходимого для окисления содержащихся в сточных водах органических веществ биохимическим путем. Количество кислорода, требующееся для нитрификации, в БПК не входит. Практически БПК условно можно рассматривать как часть ХПК, так как органические вещества биохимическим путем не окисляются полностью, а некоторые из них окисляются в незначительной степени. Следует иметь в виду, что при биохимическом окислении часть органического вещества расходуется на прирост живой массы микроорганизмов. Различают значение БПК₂₀, соответствующее потреблению кислорода за 20 сут (для большинства органических веществ это значение практически является полным биохимическим потреблением), и значение БПК₅, соответствующее потреблению кислорода за 5 сут. Для некоторых органических веществ биохимическое окисление может продолжаться значительно дольше 20 сут.

3. СУХОЙ остаток - это общее количество растворенных, взвешенных и коллоидных примесей в натуральной пробе сточной воды. Плотный остаток (или сухой остаток в фильтрате)- это количество примесей в фильтрованной пробе, остающееся после отделения от нее взвешенных веществ. Высокое значение плотного остатка (выше 10 г/л) губительно влияет на клетки бактерий и простейших. По ходу очистки значение плотного остатка практически не меняется.

4. Бактериальные и биологические загрязнения сточных вод

Сточные воды содержат большое количество микроорганизмов, в том числе болезнетворных (патогенных) бактерий, что делает эту воду опасной в санитарном отношении. В бытовых сточных водах встречаются бактерии брюшного тифа, дизентерии и другие возбудители желудочно-кишечных заболеваний, а также яйца гельминтов (глистов), поступающие в сточные воды с выделениями людей и животных.

Для определения зараженности воды болезнетворными бактериями проводят анализ на наличие в ней особого вида бактерий — группы кишечной палочки (бактерии Соli), являющейся типичным представителем кишечной микрофлоры.

Кишечная палочка, не являясь сама по себе болезнетворной бактерией, служит показателем того, что вода загрязнена указанными выделениями, а следовательно, в ней могут быть и болезнетворные бактерии.

Чтобы оценить степень бактериального загрязнения воды, определяют к о л и - т и т р (титр кишечной палочки) или то наименьшее количество воды в мл, в котором содержится одна кишечная палочка. Так, если коли-титр кишечной палочки равен 100, это значит, что на 100 мл воды приходится одна кишечная палочка. При коли-титре, равном 0,1, количество бактерий в 1 мл равно 10. Для бытовых сточных вод колититр обычно составляет 0,000001 и ниже, т. е. одна бактерия Соli содержится в объеме сточной воды 0,000001 мл и меньше.

Иногда определяют коли - индекс, т. е. число кишечных палочек в 1 л воды.

Методы очистки сточных вод

• По видам загрязнения:

- очистка от твердого вещества (воздействие на взвеси): седиментацию, осветление во взвешенном слое, центрифугирование, центробежную сепарацию в гидроциклонах, флотацию, фильтрование;

- воздействие на коллоидные примеси, в т.ч. на ВМС и вирусы: коагуляция, электрокоагуляция, флокуляция, биохимические методы, адсорбция на высокодисперсных материалах, в т.ч. глинистых , хлорирование, азонирование, воздействие УФ, ультразвуковая обработка и др.

- воздействие на растворенные органические вещества: адсорбция на активированных углях, природных и синтетических ионитах, экстракция, эвапарация, (например, азеотропная отгонка), пенная флотация, ректификация, окисление (жидкофазное, радиационное, электрохимическое, биологическое);

- воздействие на примеси ионогенных неорганического вещества: ионный обмен, электродиализ, реагентная обработка, кристаллизация;

- воздействие на воду: дистилляция, вымораживание, обратный осмос и др.;

- воздействие на водную систему в целом – деструктивные методы: устранение и уничтожение систем: сжигание, закачка в подземные горизонты, в глубины морей, захоронение.

• По типу процесса:

- гидрохимические (Процеживание, отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование, центрифугирование);

- физико-химические (коагуляция, флокуляция, флотация, адсорбция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, электрохимические методы);

- химические (нейтрализация, окисление и восстановление, обработка комплексообразователями и осадителями);

- термические (выпаривание, сжигание);

- биохимические (аэробные и анаэробные).

• По виду вредных веществ:

- методы выделения примесей без изменения их химического состава и агрегатного состояния;

- методы превращения примесей в другие формы и состояния.

Сточные воды от населенных мест и промышленных предприятий могут быть классифицированы по трем признакам:

• по месту образования;

• по виду содержащихся в стоках веществ;

• по фазово-дисперсному состоянию загрязнений.

По месту образования сточные воды могут быть:

Бытовые – от раковин, унитазов, ванн и др. источников стоков, установленных в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях.

Производственные – стоки, образующиеся при использовании воды для различных технологических процессов производства.

Атмосферные – образуются на поверхности проездов, площадей и крыш зданий при выпадении осадков. К этой категории относятся дождевые и талые стоки, а также воды от поливки улиц (поливомоечные).

Все категории сточных вод в той или иной степени содержат загрязнения, вид и состав которых позволяет делить стоки по виду содержащихся в них веществ. Различают три следующие основные группы загрязнений:

Минеральные загрязнения. К ним относятся: песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворимые неорганические соли, кислоты и щелочи.

Органические загрязнения. Могут быть разделены на загрязнения растительного происхождения, в которых преобладает химический элемент углерод (остатки овощей, плодов и т.д.) и животного происхождения, в которых преобладает азот (физиологические выделения, остатки живых тканей и т.д.). В бытовых стоках содержится примерно 60% загрязнений органического происхож-дения и 40% минерального. Органические загрязнения являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому в стоках содержится еще один, третий вид загрязнений:

Биологические загрязнения. К этой категории относятся бактерии, дрожжевые и плесневелые грибки, яйца гельминтов и вирусы.

По фазово-дисперсному состоянию все загрязнения делятся по степени дисперсности (т.е. измельченности) на:

Растворенные вещества, состоящие из молекулярно-дисперсных частиц, размером не более 0,01 мкм (10-8 м).

Коллоидные вещества – частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм.

Нерастворенные примеси, размер частиц которых составляет более 0,1 мкм. В свою очередь эти примеси делятся на всплывающие, оседающие и взвешенные вещества.

Производственные сточные воды делятся на условно-чистые, которые использовались преимущественно на охлаждение и почти не загрязнены, и загрязненные. Последняя категория может быть разделена на три группы стоков, содержащих:

• преимущественно минеральные вещества;

• преимущественно органические вещества;

• органические, ядовитые вещества.

В зависимости от концентрированности производственные сточные воды могут быть высококонцентрированными и слабоконцентрированными, по значению показателя pH стоки делятся на малоагрессивные (в том числе слабокислые и слабощелочные) и высокоагрессивные (сильнокислые и сильнощелочные).

Обобщенные показатели загрязненности сточных вод

Для характеристики загрязненности сточных вод используют т.н. суммарные или групповые показатели. Эти показатели характеризуют определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Вот некоторые важнейшие показатели загрязненности:

Взвешенные вещества – количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы

Оседающие вещества – часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. В среднем в бытовые стоки поступает 65 гр. взвешенных и 30…35 гр. оседающих веществ на человека в сутки.

Сухой остаток – количество загрязнений, остающееся после выпаривания пробы при 105оС.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода, потребляемое аэробными микроорганизмами в процессе жизнедеятельности для окисления органических веществ, содержащихся в сточной воде. Этот показатель характеризует содержание органики, которая может быть удалена методом биологической очистки, например, с помощью активного ила в аэротенках.

Химическая потребность в кислороде (ХПК) – количество кислорода, необходимое для окисления углерода органических соединений водорода, азота и серы, содержащихся в сточной воде.

Концентрация ионов водорода – выражается величиной pH (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода). Среда считается кислой при pH < 7, и щелочной при pH > 7. Городские стоки обычно имеют слобощелочную реакцию среды pH = 7,2…7,8.

Коли-титр – наименьшее количество воды, в котором содержится 1 кишечная палочка рода Escherichia Coli. Этот показатель косвенно характеризует зараженность воды патогенными микроорганизмами.

Классификация методов очистки сточных вод.

Все химические соединения, присутствующие в воде, можно разделить на органические и неорганические, а также классифицировать по их фазовому состоянию в растворе. Наиболее удачной считается классификация загрязнителей, предложенная академиком Л.А. Кульским

 

Тип загрязнителя	Примеры методов очистки
Нерастворимые в воде грубодисперсные примеси – взвеси, суспензии и эмульсии (первая группа), образуют с водой гетерогенные кинетически неустойчивые соединения	Методы, основанные на использовании сил гравитации
Вещества коллоидной степени дисперсности (R~0,1 мкм), образующие с водой гидрофильные и гидрофобные системы, близкие к коллоидным растворам (вторая группа).	Флотация, седиментация, коагуляция, фильтрация
Вещества молекулярной степени дисперсности (R<0,01 мкм). Растворимые органические соединения (третья группа)	Сорбция с применением активированных углей
Ионные растворы (R<0,001 мкм). Растворы солей, кислот, щелочей, ионы металлов – электролиты (четвертая группа)	Метод обессоливания, реагентный метод – перевод ионов в малорастворимые соединения

 Для определенных типов загрязнителей применяется своя группа методов очистки сточных вод. Используя классификацию по фазовому состоянию веществ в растворе, можно сгруппировать методы обработки стоков.

        Для каждого типа химических производств характерен свой состав сточных вод. Так, например, можно уверенно сказать, что на предприятии, производящем печатные платы, в сточных водах будут присутствовать ионы тяжелых и цветных металлов, однако в стоках не будет нефтепродуктов и масел. И, наоборот, на нефтеперерабатывающем предприятии в стоках будут содержаться фенолы, нефтепродукты, но не будет ионов хрома или никеля.

 Выбор оптимальных технологических схем очистки сточной воды

         Выбор оптимальных технологических схем очистки сточной воды - достаточно сложная задача, обусловленная многообразием находящихся в воде примесей и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству воды. Например, для снижения солесодержания в сточных водах с целью их повторного использования применяются следующие методы: ионный обмен, обратный осмос, электродиализ, дистилляция, выпаривание. Воду, прошедшую стадию обессоливания, можно использовать для технологических нужд: промывки деталей, охлаждения оборудования, получения пара и т. п. Кроме того, из сточных вод возможно извлечение ценных компонентов, кислот, щелочей. Использование воды на этих стадиях зависит от требований к качеству оборотной воды. На основании информации о присутствующих в стоках загрязнителях можно подобрать очистное оборудование для того или иного процесса. Очевидно, что выбор установки для обработки сточных вод необходимо осуществлять путем сопоставления данных о качестве воды с характеристиками этих установок.

        Технологические схемы очистки сточных вод разрабатываются в зависимости от концентрации загрязнений. Применяются деструктивные методы очистки промышленных стоков, предусматривающие разрушение вредных примесей или перевод их в нетоксичные продукты, и регенеративные, основанные на извлечении и утилизации примесей из сточных вод.

       

         В зависимости от количества сточных вод и состава загрязнений могут применяться различные методы их очистки: механические, химические, физико-химические, физические, биохимические и комбинированные. Классификация методов очистки стоков представлена на рисунке. Теоретические основы методов очистки сточных вод изложены в ряде монографий и учебников.