- •Глава 4. Глубокая очистка и обеззараживание сточных вод
- •4.1. Доочистка сточных вод от взвешенных веществ
- •И органических загрязнений
- •4.2. Методы глубокой очистки сточных вод от биогенных элементов
- •4.2.1. Влияние соединений азота и фосфора на состояние водоемов
- •4.2.2. Очистка сточных вод от азота
- •4.2.3. Очистка сточных вод от фосфора
- •4.2.4. Технология удаления биогенных элементов
- •И фосфора при очистке сточных вод разными методами, %
- •4.3. Обеззараживание сточных вод
- •4.4. Насыщение сточных вод кислородом
Глава 4. Глубокая очистка и обеззараживание сточных вод
4.1. Доочистка сточных вод от взвешенных веществ
И органических загрязнений
После обработки на сооружениях механобиологической очистки сточные воды могут быть спущены в водоем либо использованы в системах повторного и оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
Современные очистные сооружения в основном не обеспечивают нормативные требования к сбросу очищенных сточных вод в водоем. Технологические требования к качественным показателям оборотной воды могут быть еще более жесткими. И в том и в другом случае необходима глубокая очистка (доочистка) сточных вод.
В зависимости от требуемой степени глубокой очистки вложения на строительство сооружений глубокой очистки увеличивают общие затраты на 30–100%. Часто необходимо привлечение дополнительных материалов: реагентов, ионообменных смол, активированного угля.
В зависимости от целей и выбранных методов глубокой очистки могут быть решены следующие задачи:
– глубокая очистка сточной воды от органических загрязнений и взвешенных веществ (могут быть достигнуты БПКполн. 1,5 мг/дм3, содержание взвешенных веществ 3,5 мг/дм3);
– глубокая очистка сточной воды от биогенных элементов;
– глубокая очистка сточной воды от отдельных компонентов (нефтепродуктов, ПАВ, тяжелых металлов и др.);
– обеззараживание – удаление из очищенных сточных вод бактериальных загрязнений;
– насыщение сточных вод кислородом.
Фильтрование. Для использования фильтрования как метода глубокой очистки необходимо выполнение двух условий:
1. В очищенной сточной воде должны отсутствовать вещества, затрудняющие промывку фильтрующего слоя (смолы, жиры, нефтепродукты и др.);
2. Концентрация взвешенных веществ не должна превышать 40 мг/л.
Применяют сетчатые барабанные фильтры (микрофильтры) и фильтры с зернистой загрузкой, в которых в качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок, гравий, гранитный щебень, керамзит, полимерную загрузку.
По мере накопления изъятых из фильтруемой воды загрязнений в толще фильтра возрастает гидравлическое сопротивление фильтрующей среды и ухудшается качество фильтрования вследствие выноса частиц. Для регенерации фильтрующего слоя используют водную или водовоздушную промывку.
Доочистка в биопрудах. Биопруды устраивают при наличии свободных земельных участков с водонепроницаемым или слабофильтрующим грунтом.
Глубокая очистка в биопрудах осуществляется за счет дополнительного продолжительного отстаивания и протекающих в теплое время года процессов биологической деструкции загрязнений.
Для доочистки сточных вод рекомендуется устраивать трехкаскадные биопруды, при этом в первых двух каскадах следует устанавливать по две параллельные секции для периодической очистки.
4.2. Методы глубокой очистки сточных вод от биогенных элементов
4.2.1. Влияние соединений азота и фосфора на состояние водоемов
Традиционная биологическая очистка позволяет изъять из воды основную массу органических загрязняющих веществ, но не может обеспечить достаточную глубину удаления соединений азота и фосфора.
В городских сточных водах содержание азота составляет 20–50 мг/дм3, в основном это азот органических соединений и аммонийный азот. Содержание фосфатов колеблется в пределах от 5 до 12 мг/дм3.
В ходе механобиологической очистки протекают процессы аммонификации и последующей нитрификации, гидролиз соединений фосфора. При этом лишь часть азота и фосфора выводится с биомассой активного ила (в сухом веществе ила содержание азота составляет 6–8%, фосфора – 2%). Содержание аммонийного азота и фосфора в очищенной воде на 20–40% меньше, чем в воде, поступающей на очистку, содержание нитратного и нитритного азота может даже увеличиться.
Таким образом, в водоемы поступает большое количество биогенных элементов. Согласно водному кадастру за 2004 г., сброс соединений азота в составе сточных вод в водоемы республики составил, тыс. т/г.: аммонийного азота – 6,2; нитратного – 2,8; нитритного – 0,23. Самыми крупными загрязнителями водоемов по аммонийному азоту являются УП «Минскводоканал» (2,4 тыс. т/г., ГУКПП «Гродноводоканал» и ГКУП «Борисовводоканал» (по 0,5 тыс. т/г., Брестское КУП ВКХ «Водоканал» (0,3 тыс. т/г. и др. Самые высокие среднегодовые концентрации биогенных элементов обнаруживаются в воде таких рек, как Свислочь, Березина, Днепр, Мухавец и др. (табл. 8).
Таблица 8. Средние годовые концентрации соединений биогенных элементов в воде некоторых рек Республики Беларусь
(согласно водному кадастру за 2004 г.)
Река, пункт отбора проб |
Средние годовые концентрации |
||
азота аммонийного, мл/дм3 |
азота нитритного, мг/дм3 |
фосфатов, мг Р/дм3 |
|
Свислочь (10,0 км ниже г. Минска) |
5,95 |
0,22 |
0,58 |
Березина (5,9 км ниже г. Борисова) |
1,23 |
0,02 |
0,16 |
Березина (1,9 км ниже г. Бобруйска) |
0,56 |
0,05 |
0,31 |
Днепр (25,6 км ниже г. Могилева) |
0,67 |
0,02 |
0,31 |
Днепр (0,5 км ниже г. Орши) |
0,69 |
0,02 |
0,26 |
Мухавец (1,7 км ниже г. Кобрина) |
1,21 |
0,02 |
0,08 |
вдхр. Осиповичское (7,0 км ого-западнее г. Осиповичи) |
1,01 |
0,09 |
0,61 |
Ясельда (0,5 км ниже г. Березы) |
1,27 |
0,02 |
0,15 |
Припять (3,5 км ниже г. Пинска) |
1,15 |
0,13 |
0,08 |
Ипуть (1,7 км ниже г. Добруша) |
1,31 |
0,02 |
0,05 |
При высокой концентрации биогенных элементов в воде водоемов (эвтрофикации) происходит нарушение процессов саморегуляции в биоценозах. В них начинают доминировать виды, наиболее приспособленные к изменившимся условиям, вызывая «цветение» воды. Биомасса бактерио- и фитопланктона во время «цветения» возрастает до 200–500 г/м3, тогда как в олиготрофных водоемах она в норме составляет 0,1–0,4 г/м3.
В период «цветения» в водоеме повышается значение рН воды, падает содержание растворенного кислорода. Цианобактерии (Anabaena, Aphanizomenon, Nodularia, Oscillatoria) продуцируют нейротоксины, вызывающие заболевания центральной нервной системы, и гепатоксины, приводящие к разрушению печени. Токсины цианобактерий угнетают беспозвоночных, рыб и других гидробионтов, а также могут вызывать заболевания людей при использовании воды из «цветущего» водоема в качестве питьевой. Особенно опасен Microcystis, яды которого в 10 000 раз токсичнее цианидов.
В периоды массовой гибели цианобактерий, в результате достижения предельной интенсивности развития, в природных водоемах резко возрастает общее содержание фенольных соединений, которое может составлять более 53 мг/дм3.
Кроме того, что азот и фосфор, накапливаясь в водоеме, вызывают его «цветение», разнообразные соединения азота и фосфора оказывают вредное воздействие на гидробионтов и здоровье человека.
Аммонийный азот токсичен для рыб и требует на свое окисление в водоеме большого количества растворенного кислорода. При взаимодействии аммонийного азота с активным хлором в процессе хлорирования очищенных сточных вод образуются хлорамины – токсичные и мутагенные соединения.
Нитраты, попадая в желудочно-кишечный тракт с питьевой водой и продуктами питания, восстанавливаются до нитритов, которые быстро всасываются в кровь, концентрируясь в эритроцитах, обладают выраженной способностью окислять гемоглобин эритроцитов с образованием метгемоглобина, не способного снабжать ткани кислородом, в результате чего развивается гипоксия у человека и рыб.
Кроме того, нитраты в питьевой воде претерпевают химические превращения, при которых могут образоваться нитрозоамины – вещества, обладающие высоким канцерогенным воздействием. По этой причине стандарты на питьевую воду в развитых странах нормируют содержание нитратов. В соответствии с санитарными нормами Республики Беларусь на питьевую воду содержание нитратов в ней не должно превышать 45 мг/дм3 (по NO3–).
Фосфаты малотоксичны, их летальная концентрация для дафний довольно высока – 2,0 г/дм3. Однако именно содержанием соединений фосфора лимитируется «цветение» природных водоемов, поскольку азот может фиксироваться из атмосферы.
Основными источниками поступления биогенных элементов в природные водоемы являются:
– объекты сельского хозяйства по причине его интенсификации и химизации;
– промышленные предприятия, в сточных водах которых повышенное содержание азота и фосфора (мясокомбинаты, молокозаводы и др.);
– бытовые сточные воды, содержащие моющие средства, в составе которые находится до 30–50% полифосфатов, а также азот- и фосфорсодержашие продукты жизнедеятельности людей и животных (мочевина, мочевая кислота, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды и др.).