Механические методы очистки сточных вод

Бытовые и промышленные стоки рано или поздно попадают в реки и озера, чем вызывают гибель живых организмов, а также бактерий, которые утилизируют органические остатки. Эта проблема актуальна в масштабах Земли. Печально известное Тихоокеанское мусорное пятно вмещает более 350 миллионов тонн мусора – пластика, смолы, стекла, которые попали туда вместе с течениями от населенных берегов. Оно постоянно растет и представляет угрозу для жизни всех морских обитателей.

Актуальность проблемы

Сточные воды можно условно разделить на бытовые и промышленные. Бытовые – это результат деятельности человека, продукты его существования. К ним относится в первую очередь канализация. При попадании в воду грязные стоки уменьшают количество кислорода, способствуют размножению инфекции, паразитов. Употреблять в пищу такую воду крайне опасно.

Уровень очистки сточных вод зависит от качества оборудования, которое массово фильтрует и обеззараживает жидкость, возвращая ее в водоемы или обратно в систему водообеспечения города.

Промышленные отходы также опасны. К ним относятся:

• отработанная вода с предприятий, насыщенная токсинами;
• стоки после сельскохозяйственных работ, содержащие фосфаты, нитраты и другие минеральные вещества;
• сточные воды с неорганическими отходами – песок, частицы грунта, соли тяжелых металлов.

Промышленную жидкость условно разделяют:

• по степени токсического воздействия;
• концентрации опасных веществ;
• кислотности;
• составу.

Вещества делятся на консервативные и неконсервативные. Первые не вступают в реакцию с другими компонентами, не образуют новых химических связей. Их трудно удалить – это соли тяжелых металлов, радиоактивные элементы, фенолы и пестициды. Данные вещества практически не разлагаются. Неконсервативные компоненты грязной воды могут со временем перерабатываться биологическим методом – анаэробными бактериями – это органические остатки.

Способов очистки сточных вод множество. В зависимости от того, что требуется удалить из воды, применяют определенные технологии. Например, для очищения домашней канализации достаточно построить двухкамерный резервуар и запустить анаэробные микроорганизмы. Вода в таком случае чистится на 70% и уходит в грунт, где продолжается процесс оседания взвешенных частиц и органики.

Этапы проведения очистки

Чтобы стоки можно было безопасно спустить в природные водоемы, ее подвергают четырем видам очистки в следующей последовательности:

1. Механическая. На данном этапе происходит отделение нерастворимых остатков и твердых частиц. Используются различные решетки, сита, фильтры, песколовки, жироловки. Ширина отверстий в решетке составляет максимально 1,5 см. Механическая очистка сточных вод также имеет несколько стадий. После решетки стоки попадают в песколовку, где происходит осаждение мелких твердых частиц, в основном – песка. Следующий этап – жироловка. Жир легче воды, поэтому собирается на поверхности, откуда попадает в специальный резервуар и удаляется.
2. Биологический вид очистки предусматривает использование различных микроорганизмов, дождевых червей. Они способны утилизировать растворимую органику и превращать ее в безопасное вещество. Применяют аэробные и анаэробные бактерии. Одни работают в присутствии кислорода, другие в нем не нуждаются. При анаэробном брожении выделяется метан – горючий газ, который после получения в биореакторе очищают и используют для бытовых или промышленных нужд.
3. Физико-химический этап. Здесь происходит удаление взвешенных частиц, в основном – склеиванием их в более крупные – коагуляция. Методов много – флотация, центрифуга, выпаривание, сорбенты, аэрация (окисление) и другие. Физико-химические методы очистки сточных вод позволяют удалить все растворимые мелкодисперсные вещества из жидкости. В результате получают техническую воду, готовую к отправке в водоемы. Пить такую жидкость не рекомендуется.
4. Дезинфекция – окончательный этап. Наиболее распространенные методы – ультрафиолетовое облучение, озонирование, хлорирование.

В России основным методом дезинфекции является 30-минутное воздействие хлором. В Европе такой метод давно запрещен. После очистки воду теоретически можно пить, но лучше применять дополнительную обработку: фильтрование в домашних условиях или кипячение.

Утилизация сточных вод

В некоторых случаях сточные воды не очищают, а утилизируют. Для этого используется огневой метод – дешевый и универсальный, при котором грязные стоки попадают в зажженный факел. Вода испаряется, а твердые частицы сгорают. При этом образуется вода и углекислый газ. Минус способа в том, что для него расходуются дополнительные топливные ресурсы.

Утилизируют стоки химическим методом, добиваясь выпадения осадка, после чего используют другие химикаты и расщепляют осадок до простых компонентов. Такой метод применяют для очищения воды на производствах синтетических полимеров.

Нормы для очищения воды

По закону, прежде чем отработанная жидкость попадет в водоемы, она должна быть идентифицирована на предмет наличия вредных веществ. Для этого замеряется ориентировочный допустимый уровень загрязнения, выставляются требования, каким способом жидкость необходимо очищать.

Учитываются:

• нагрузка на окружающую среду;
• допустимые параметры загрязнения;
• количество сточных вод;
• частота выбросов в водоемы.

Мощность очистной установки должна соответствовать объему производимых сточных вод.

Основные методы

Система очистки стоков должна работать комплексно, чтобы полностью удалить все вредные и токсичные вещества. Применение какого-либо одного метода не дает стопроцентного результата.

Анаэробная биоочистка

Осуществляется при помощи бактерий, которые получают энергию без использования кислорода. Это наиболее экономически выгодный вариант, который позволяет довести уровень очистки стоков до 90%.

Наиболее эффективна система в домашних канализационных установках, куда сливаются фекальные массы. Анаэробные микроорганизмы добавляют из концентратов, которые можно купить в магазине. При этом есть возможность оборудовать приемку газа метана, который выделяется при переработке органики. Биореактор – это дополнительный плюс метода. Чтобы получить чистый газ, способный к горению, его необходимо очистить от влаги и углекислого газа.

Применяются такие комплексные установки в домашних хозяйствах, где выращивают животных, птиц. При больших объемах сырья биореактор окупает себя в течение года, учитывая, что хозяева пользуются газом и продают органическое удобрение.

Хранилище, куда попадают первичные стоки, называется метантенк. На дне находится активный ил, который представляет собой гранулы – сообщества бактерий. Микроорганизмы размножаются медленно, поэтому важно поддерживать оптимальные условия их выживания. Температура должна находиться в пределах 30 градусов. В процессе работы возникает необходимость откачки части микроорганизмов. Это делается ручным способом или с помощью ассенизаторной машины. Вещество безопасное – может использоваться для подкормки скота или в качестве удобрения на участке, так как содержит большое количество минералов.

Минус анаэробной очистки – низкая скорость процессов и необходимость в дополнительных мерах по удалению органических компонентов. Оборудование дорогое, бактерии требуют постоянного контроля за температурой среды обитания.

Аэробный метод очистки стоков

Для продолжения очистки стоки из метантенка отправляются в аэротенк, в котором работу продолжают аэробные бактерии. Здесь процесс идет быстрее. Микроорганизмы размножаются активнее за счет присутствия кислорода.

Желательно, чтобы анаэробный и аэробный методы использовались вместе, так как аэробы завершают процесс биологической очистки.

Оборудование представляет собой открытые емкости – чаще всего железобетонные прямоугольные конструкции, куда попадает жидкость, предварительно очищенная от твердой органики. Для увеличения популяции бактерий нужно увеличивать концентрацию кислорода, что требует установки дополнительного оборудования.

Есть определенные требования к количественному составу бактерий. Например, простейшие организмы поедают бактерии, устраняя старые клетки и сильно разросшиеся определенные популяции.

Минус установки – высокая цена. Также необходимо найти подходящее место, чтобы установить оба резервуара.

Химические и физико-химические методы

Химические методы чаще всего комбинируют с механическими, так как по отдельности они не дают нужной степени очистки. Применяются препараты, которые нейтрализуют вредные вещества или окисляют их до безопасных соединений, которые потом улавливаются механическими фильтрами или приспособлениями.

Если стоки насыщены кислотными компонентами, в них добавляют щелочные вещества – известь, гидроксиды, соду. Если поступают щелочные стоковые жидкости, то используют кислоты – серную или соляную. В результате получают осадки в виде солей. Для контроля кислотности используют pH метр.

Озонирование – химический способ очистки, суть которого в окислении органики. Процесс происходит быстро — за короткий промежуток времени можно очистить большие массы воды.

Минус метода в том, что перед озонированием необходимо проводить очищение от твердых крупных примесей, что обычно делается в метантенках и аэротенках. Также велики расходы на энергоносители для данной технологии и реагенты, которые рассчитаны на определенные ионы, например – железа или марганца.

Физико-химические методы применяются, когда в предварительно очищенной жидкости присутствуют не только растворимые, но и взвешенные частицы. Основные из них:

• Флотация – пневматическая, напорная, механическая, электрическая. В результате взаимодействия пузырьков воздуха и взвешенных частиц возникают флотокомплексы, которые всплывают на поверхность в виде пены и следующим этапом удаляются.
• Ионообменный метод основан на замещении одних частиц другими. Очистку проводят ионитами – веществами наподобие синтетических смол.

Смолу после нескольких циклов применения необходимо регенерировать, чтобы снять загрязненный слой. Используются различные схемы очистки, которые зависят от типа загрязнения и концентрации вредных веществ.

Механические методы

Песколовки для очистки стоков отделяют жидкости от твердых нерастворимых частиц – шлаков, стекла, песка.

Для качественного отделения необходимо правильно отрегулировать скорость протекания жидкости через песколовку, чтобы частицы успели осесть на дно.

Размещение сооружений очистки

Для очистных установок подходят ровные участки с низким расположением грунтовых вод, чтобы жидкость могла пройти окончательную очистку в грунте. В частных домах это участок, скрытый от посторонних глаз. Желательно, чтобы запахи, иногда появляющиеся при разложении органики, не доходили до соседей.

Обычно оборудование подбирается исходя из особенностей участка и типа почвы. К примеру, на суглинках технические стоки плохо впитываются, может возникнуть застой. Поэтому монтируются водоотводные коммуникации, которые удаляют жидкость с участка по трубам.

По санитарным требованиям канализационная емкость должна находиться в удалении от питьевой скважины не менее чем на 50 метров. Существуют фильтрационные поля вокруг фильтрационного колодца, в радиусе которых не закладывают скважины, предназначенные для питьевой воды.

Нужно соблюдать расстояние от края дороги – не менее 3 метров. Если имеется проложенный электрический кабель, от него канализацию удаляют на 1 метр. От газопровода — на 1,5 метра.