ХИМИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрено применение озонаторной установки на различных стадиях обработки хозяйственно-бытовых сточных вод. Воздействие озона на загрязнения можно считать универсальным он  может быть применен для обесцвечивания стоков, удаления взвешенных веществ и коллоидов, окисления сложных органо-минеральных комплексов, токсичных ионов, органических микрозагрязнителей, а так же как средство для дезинфекции. Показано, что установление озонатора на первой стадии, в приемном колодце нецелесообразно, т.к. приводит к снижению общей эффективности очистки.

Ключевые слова: сточные воды, очистка сточных вод, токсичные вещества, озонирование.

Ценность воды для человека и окружающей его природной среды оценить невозможно. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие и т.д. [1].

 В процессе своей жизнедеятельности и при протекании различных технологических процессов люди потребляют большое количество чистой воды, основная часть которой возвращается в природную среду загрязненной множеством различных компонентов.

Сточные воды – это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территорий населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков и поливки улиц. Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии.

В зависимости от происхождения, вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории:

• бытовые;
• производственные;
• атмосферные.

Городские сточные воды представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей системе труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или нескольким сетям – бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Для предотвращения нарушения работы водоотводящей сети и городских очистных сооружений сброс производственных сточных вод в городскую сеть регламентируется «Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов». Сточные воды, не удовлетворяющие этим требованиям, требуют предварительной обработки, например, нейтрализации, химического осаждения, коагуляции, использования ионообменников или установок биологической очистки. Однако, на практике, поскольку постоянный непрерывный контроль качества сбрасываемых сточных вод технически неосуществим,  в систему канализации могут поступать (и периодически поступают) различные токсичные вещества в количествах, способных оказывать негативное воздействие на  работу очистных сооружений.

Поступление потенциально токсичных элементов в бытовые сточные соды связано со следующими факторами:

• Потребление воды в домашних хозяйствах;
• Системы трубопроводов и системы для нагрева воды;
• Концентрации потенциально токсичных элементов в продуктах питания и количество потребленных продуктов;
• Схемы рециркуляции «серой» воды;
• Количество продуктов, сбрасываемых со сточными водами..

Всё больше возрастает актуальность проблемы удаления из сточных вод соединений азота и фосфора, которая  обусловлена повышающейся степенью эвтрофикации поверхностных водоемов, которая в значительной мере определяет экологическую ситуацию, как в России, так и за рубежом. Экологическая безопасность водных источников оценивается степенью достижения нормативных показателей, в т.ч. по соединениям азота и фосфора.

Высокий уровень загрязнения водоемов биогенными элементами не позволяет рассчитывать на процессы самоочищения, поэтому при утверждении проектов вновь строящихся очистных сооружений и на действующих станциях очистки к сбрасываемым сточным водам предъявляются требования, как правило, на уровне ПДК водоемов рыбохозяйственного назначения. Азот является одним из биогенных элементов, необходимых для жизнедеятельности организмов; однако окисленные формы азота (особенно нитрит-ионы) токсичны для метаболизма живых организмов.

Необходимость надежной защиты водоемов от загрязнения диктует строгие нормы допустимого содержания примесей в сточных водах. Предельно допустимые концентрации азота нитритов в очищенной воде составляют в настоящее время 0,02 мг/л для водоемов рыбо-хозяйственного назначения.

Условия, при которых может наблюдаться повышенное образование нитрита в нитрифицирующей системе:

• пониженная температура;
• присутствие О₂ или СО₂ в лимитирующих концентрациях;
• повышенный рН;
• присутствие в системе свободного аммиака;
• повышенный вывод избыточного ила;
• стрессовые нагрузки на процесс.

Азот находится в сточных водах в виде органических и неорганических соединений. В городских сточных водах основную часть органических азотистых соединений составляют вещества белковой природы – фекалии, пищевые отходы. Неорганические соединения азота представлены восстановленными формами - NH₃ и NH₄⁺. Аммонийный азот в большом количестве образуется при гидролизе мочевины – продукта жизнедеятельности человека. Кроме того, процесс аммонификации белковых соединений также приводит к образованию соединений аммония. В городских сточных водах до их очистки азот в окисленных формах (в виде нитратов и нитритов), как правило, отсутствует. Окисленные формы азота отсутствуют даже в том случае, если какие-либо производственные стоки при сбросе их в водоотводящую сеть города имели в своем составе нитраты и нитриты. Объясняется это процессами денитрификации, активно протекающими в условиях анаэробиоза  при транспортировании сточных вод по системе водоотведения. Нитраты и нитриты восстанавливаются группой денитрифицирующих бактерий до молекулярного азота. Окисленные формы азота появляются в сточной воде лишь после их биологической очистки. В частности, нитрит может являться продуктом нитрат-нитритного дыхания и метаболитической активности Nitrosomonas,  а также близких видов [2]. Таким образом, кругооборот азота в очистных сооружениях связан с процессами нитрификации и  денитрификации.

Тонкая очистка сточных вод от химических, органических и биологических загрязнений в настоящее время является актуальной задачей, особенно в городах и поселениях, где интенсивно развивается промышленность и растёт антропогенное и техногенное загрязнение водных объектов. А  совершенствование технологических схем очистки, снижающее образование нитритов в очищенной воде, представляет серьезный практический и научный интерес.

Отстаивания, фильтрации и очистки сточных вод в аэротенках не достаточно для достижения санитарных норм. Поэтому для подготовки вод к сбросу в водные объекты применяется обеззараживание. Чаще всего применяется хлорирование, хотя в последние годы наиболее удачным для очистки сточных вод от органических соединений, фосфора, азота и других загрязнителей считается метод озонирования.

Озон имеет высокий окислительно-восстановительный потенциал, это и обуславливает его высокую активность по отношению к различным загрязнителям и микроорганизмам [3].

При воздействии на  сточные воды озона происходит два основных процесса – окисление и дезинфекция, а также происходить активное обогащение воды растворенным кислородом. Так же нельзя не отметить такой факт, что озон быстрее других окислителей вступает в реакции при меньшей концентрации.

Так на предприятии относящемуся к отрасли коммунального хозяйства очистные сооружения изначально не  включали в свою технологическую схему обеззараживание. На рисунке 1 представлена технологическая схема очистки.

Из канализационного коллектора сточные воды попадают в приемный колодец (1), где происходит усреднение концентраций и после они разделяются по объему. С помощью насосов (2) стоки перекачиваются в песколовки где происходит осаждение мелкодисперсных частиц. Затем вода идет на очистку в аэротенк-отстойник (4) где  перемешивается с активным илом, который уже присутствует в этой камере. Отвод обезвоженного осадка из песколовки и аэротенка осуществляется через трубопровод (V). Далее очищенные воды идут на доочистку и усреднение в биопруды (5) и контактные колодцы (6). После прохождения всех стадий очистки стоки сбрасываются в реку .

Рисунок 1. Технологическая схема очистных сооружений

1 – приемный колодец;

2 – блок технологического оборудования;

3 – тангенциальные песколовки;

4 – аэротенк-отстойник;

5 – биопруды;

6 – контактный колодец;

7 – иловые площадки.

I – трубопровод сточной воды, распределительный трубопровод;

II – воздуховод;

III – трубопровод очищенных стоков;

IV – трубопровод дочищенных стоков;

V – трубопровод избыточного ила осадков из песколовок.

Как правило, перед озонированием загрязненные воды подвергают предварительной механической и физико-химической очистке. Хотя в наше время существует такое мнение, что возможно применение озонирования для извлечения разного рода загрязнителей не только на конечной стадии, но и в самом начале процесса очистки[3]. Например: озонирование в сочетании с отстаиванием может применяться: для разрушения сложных органо-минеральных комплексов, окисления и удаления металлов; для ускорения процессов нитрификации аммонийного азота; для окисления и сорбции различных растворенных органических веществ, придающих воде привкус и запах, а также для других целей.

При внесении изменения в схему очистки, в качестве эксперимента было принято решение установить озонатор на первой стадии, в приемном колодце.

На протяжении всего исследования проводился постоянный контроль качества сточных вод на содержание азота и фосфатов. Результаты испытаний представлены в таблицах 1-2.

Таблица 1.

Результаты контроля содержаний в сточной воде азота аммиака

Таблица 2.

Результаты контроля содержаний в сточной воде фосфатов по (Р)

Рисунок 2. Эффективность очистки сточных вод от азота и фосфатов, %

Установку запустили в работу 03.06.2017. Два первых контрольных отбора показал стабильный уровень очистки. Затем наблюдалось резкое ухудшение (образцы отобранные 20 июня, 15 июля и 4 августа). Тогда было принято решение внести изменения в технологическую схему и перенести установку озонировнания в «хвост» системы. Так как в случае с очистными сооружениями типа КУ озон не успевает распадаться до кислорода и происходит обеззараживание активного ила в аэротенках. Что приводит к снижению общей эффективности очистки. Для поддержания постоянного уровня активного ила в аэротенках необходимо постоянно подводить новый, а это экономически невыгодно. 

На основании вышеизложенных данных можно сделать вывод о том,  что применение озонирования для извлечения разного рода загрязнителей может быть рационально лишь для больших объемов сточных вод и при другом типе очистных сооружений.

Список литературы:

1. Актуальность проблемы загрязнения водоемов[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://biofile.ru/bio/36823.html
2. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. – М.: Стройиздат. 200 с.
3. Озонирование воды. Орлов В. А. – М.: Стройиздат. 88 с.,