Биологическая очистка и утилизация сточных вод

Биологическая очистка сточных вод

В сточных водах содержится сложная смесь твердых и растворенных веществ, которые присутствуют в очень малых концентрациях. На очистных станциях концентрации всех этих веществ снижают до приемлемого уровня или химически трансформируют вредные вещества в безопасные соединения.

В сточных водах содержится сложная смесь твердых и растворенных веществ, которые присутствуют в очень малых концентрациях. На очистных станциях концентрации всех этих веществ снижают до приемлемого уровня или химически трансформируют вредные вещества в безопасные соединения. Схема очистной станции зависит от степени загрязненности и количества обрабатываемых стоков, а также от экономических и экологических соображений. Большая часть водоочистных станций, имеет много общего. Так в операциях первичной обработки удаляют наиболее легко отделяющиеся загрязнения, например крупные, легкоосаждающиеся частицы, масляные пленки и другие «легкие» компоненты. Суспендированные твердые частицы и растворимые компоненты отделяют в процессе вторичной обработки. Во многих случаях загрязняющие вещества имеют органическую природу; в таких случаях обычно используют биологическое окисление. Цель третичной обработки заключается в полном или частичном отделении всех оставшихся примесей. На этой стадии используются такие физико-химические методы, как электродиализ, обратный осмос, фильтрование через толстый слой и адсорбция.

В процессе первичной обработки отделяют влажные концентрированные твердые вещества, называемые илом; при вторичной обработке образуется активный клеточный ил. В этом процессе существует взаимосвязь между утилизацией субстрата и образованием биомассы. Хотя процессы вторичной биологической обработки с участием множества видов микроорганизмов очень эффективны при деградации разбавленных смесей органических отходов, при расчётах следует учитывать, что при этом образуется, и биомасса. Таким путем очень мелкие нерастворимые частицы и растворенные компоненты жидких отходов частично превращаются в ил, который легче поддается отделению, чем исходные загрязняющие вещества. Установки для переработки ила являются важной составной частью станций по очистке сточных вод. Для уменьшения объема ила, образующегося при очистке воды, широко применяется операция анаэробной переработки, при которой органические вещества подвергаются биологической деградации в анаэробных условиях.

Но на практике все три уровня очистки сточных вод и переработки ила используются не всегда. Иногда сточные воды спускают в природные водоемы (ручьи, реки, пруды, озера и океан) без обработки. В других случаях применяют только первичную обработку. Например, для большинства городских систем водоочистки в США та или иная форма вторичной обработки является обязательной, а третичная обработка в настоящее время применяется лишь изредка.

Основные характеристики сточных вод

Природа и концентрация загрязняющих веществ в сточных водах зависят от их источника. Существуют два основных вида сточных вод — промышленные и бытовые. Последние загрязнены главным образом уличным мусором, моющими средствами и экскрементами.

Бытовые сточные воды обычно содержат более 99% воды, около 300 млн -1 (мг/л) суспендированных твердых веществ, а также около 500 мг/л летучих веществ. Большая часть суспендированных твердых веществ имеет целлюлозную природу, а другие загрязняющие органические вещества включают жирные кислоты, углеводы и белки. Неприятный запах бытовых сточных вод обусловлен разложением белков в анаэробных условиях.

Если учесть происхождение бытовых сточных вод, то не удивительно, что в них содержатся различные виды почвенных и кишечных микроорганизмов, в том числе аэробные организмы, облигатные и факультативные анаэробы, бактерии, дрожжи, плесени и грибы. Поскольку в бытовых сточных водах часто присутствуют также патогенные организмы и различные вирусы, чрезвычайно важна полная изоляция источников и трубопроводов для подачи питьевой воды от загрязнения сточными водами. Популяции микроорганизмов в сточных водах служат постоянным смешанным посевным материалом для процессов биологической очистки и, кроме того, источником метаболической активности в стандартных методах определения степени загрязнения сточных вод.

Наиболее распространенным критерием концентрации загрязняющих веществ в бытовых сточных водах является показатель биохимической потребности в кислороде (ВПК), равный количеству растворенного кислорода, поглощаемого единицей объема сточных вод за определенное время при 20 °С. Продолжительность периода инкубации обычно указывают в виде подстрочного индекса; так, если ВПК определяют по результатам инкубирования в течение 5 суток (один из принятых периодов), то соответствующий показатель обозначают символом БПК 5 .

Количество растворенного кислорода, поглощаемого в ходе инкубации вплоть до полного прекращения биологического окисления органических веществ, называют предельной (или полной) ВПК (БПКп), Этот тест, разработанный еще в 1898 г. Британской Королевской комиссией по ликвидации отходов, должен был моделировать условия в водных потоках и обеспечивать относительно прямое определение одного из наиболее вредных и опасных последствий сброса сточных вод — истощения растворенного кислорода в водных бассейнах, куда сбрасываются отходы. Снижение концентрации растворенного кислорода быстро приводит к гибели множества аэробных организмов, а также животных; конечным результатом истощения растворенного кислорода будет грязная, неприятно пахнущая река, зараженная патогенными микроорганизмами.

Другим критерием потенциального снижения общей концентрации растворенного кислорода в водоемах, в которые поступают сточные воды, служит химическая потребность в кислороде (ХПК), равная числу миллиграммов кислорода, поглощаемого 1 литром пробы (сточных вод) из горячего подкисленного раствора бихромата калия. В общем случае химическому окислению подвергается больше веществ, чем биологической деградации, и, следовательно, величина ХПК должна быть больше величины БПК для одного и того же образца. Измерение ХПК связано с возможной степенью загрязнения естественных водоемов сточными водами не столь непосредственно, как определение БПК; с другой стороны, ХПК можно определить с помощью доступной простой аппаратуры за 2 ч, а с помощью сложных приборов — за несколько минут. БПК и ХПК являются общими и самыми грубыми индикаторами состава сточных вод. Тем не менее они дают полезную информацию о степени опасности, которую представляют сточные воды для окружающей среды. Другим преимуществом показателей БПК и ХПК является возможность их определения с минимальным количеством несложной аппаратуры, причем выполнение соответствующих анализов требует лишь кратковременного обучения персонала.

Чтобы охарактеризовать качество воды, часто применяют и другие параметры, в том числе концентрации фосфорсодержащих веществ (общего фосфора), азотсодержащих веществ (общего азота) и суспендированных нерастворимых веществ. В таблице 1 приведены характерные параметры потоков, поступающих на станцию очистки бытовых сточных вод, и очищенной воды. В этой таблице не указаны некоторые важные загрязняющие вещества, в первую очередь соли тяжелых металлов и токсичные органические вещества, например пестициды, которые часто присутствуют в очень малых, но способных принести большой вред концентрациях.

Таблица 1.
Некоторые параметры, характеризующие качество воды
(содержание азота и фосфора в воде после очистки проверяется не всегда)

Общий фосфор, мг/л

Суспендированные нерастворимые вещества, мг/л

Состав промышленных сточных вод определяется их происхождением (таблица 2). Стоки промышленных предприятий часто загрязнены в гораздо большей степени, чем бытовые сточные воды. В стоках промышленных предприятий, связанных с переработкой материалов углеводородной природы, часто содержатся и ядовитые вещества, например формальдегид, аммиак или цианиды. Здесь возникают две взаимосвязанные проблемы: во-первых, эти стоки чрезвычайно опасны для живых организмов в водоемах, куда они сбрасываются, во-вторых, они могут убивать микроорганизмы, участвующие в аэробных и анаэробных процессах переработки отходов. Эффективные и достаточно экономичные методы обезвреживания подобных токсичных веществ пока еще не разработаны.

Таблица 2.
Сравнительная степень загрязненности стоков промышленных предприятий*

*По данным, приведенным в работе: Abson I. V., Todhunter К. Н. In Biochemical and Biological Engineering Science, Blakebrough N. (ed.), vol. 1, pp. 318—319, Academic Press, London, 1967.

Процессы с участием активного ила

В процессах с участием активного ила основным типом оборудования является проточный аэрируемый биологический реактор. Как показано на рис. 1, этот аэробный реактор (аэротенк) связан с отстойником, в котором вода осветляется. Часть ила, собирающегося в отстойнике, обычно вновь поступает в биологический реактор, в результате чего обеспечивается постоянная инокуляция илом. Рециркуляция увеличивает среднее время пребывания ила в системе, давая возможность присутствующим в нем микроорганизмам адаптироваться к имеющимся питательным веществам. Ил должен оставаться в аэробном биореакторе достаточно долго и для того, чтобы окислились все адсорбированные органические вещества.

Рис. 1 Схема очистки воды с участием активного ила.

Чтобы понять основные механизмы утилизации субстрата в этом биореакторе, необходимо сначала изучить природу и морфологию смешанной культуры микроорганизмов, живущих в аэрируемом реакторе. Одним из наиболее типичных для активного ила организмов является бактерия Zoogloea ramigera. Возможно, наиболее важной характеристикой как этого организма, так и многих других видов, существующих в активном иле, является способность синтезировать и секретировать в среду полисахаридный гель. Именно наличие геля обусловливает агрегацию микроорганизмов и образование хлопьевидных скоплений (флокул), называемых активным илом (рис. 2).

Рис. 2. Микрофотография некоторых микроорганизмов активного ила.
(Из работы Unz R. P., Dondero N. С., Water Research, 4, 575 (1970).)

Активный ил характеризуется высоким сродством к суспендированным твердым веществам, включая коллоидальные частицы. Именно это обстоятельство служит причиной того, что первой стадией разрушения суспендированных твердых частиц в сточных водах является их присоединение к флокулам. Затем, способные к биодеградации компоненты адсорбированных частиц претерпевают окисление организмами флокулы (рис. 3).

Рис.3 Предполагается, что первой быстрой стадией разрушения органических веществ в аэрируемом реакторе периодического действия с активным илом является физический процесс — адсорбция органических веществ флокулами ила, затем следует более медленная стадия биологического окисления.

Для того чтобы выгоднее использовать высокую адсорбционную способность активного ила, разработан вариант обычного процесса, называемый контактной стабилизацией. Как показано на схеме (рис. 4), в этом процессе рециркулирующий осажденный ил подвергается повторной аэрации прежде, чем он вступит в контакт с отходами, поступающими в аэрируемый резервуар. В последнем органические вещества связываются с флокулами практически исключительно за счет физических сил. Биологическая утилизация связанных органических веществ происходит в основном в процессе повторной аэрации рециркулирующего ила; одновременно восстанавливается адсорбционная способность флокул ила.

Другие модификации процесса с участием активного ила отличаются от базового варианта главным образом способом осуществления контакта сточных вод, ила и воздуха в аэрируемом реакторе. Как показано на приведенной схеме, в процессе со ступенчатой подачей стоков поступающий поток после разделения вводят в аэрируемый резервуар в различных точках. Эффект разделения потока можно оценить, воспользовавшись рассмотренными ранее методами анализа реакторов.

Обычный аэротенк с активным илом представляет собой узкий длинный канал (коридор), который по своим характеристикам приближается к трубчатому реактору с незначительной дисперсией. Распределение поступающего потока подлине реактора изменяет характеристики системы таким образом, что коридорный реактор по своему поведению приближается к емкостному реактору с полным перемешиванием.

Еще ближе к реактору с полным перемешиванием бассейн круглой формы, содержимое которого интенсивно аэрируется с целью обеспечения массопереноса и перемешивания. В такой системе градиенты концентраций растворенного кислорода и питательных веществ минимальны, а развивающаяся популяция организмов активного ила часто лучше переносит флуктуации нагрузки или резкие повышения концентраций токсичных веществ.

Рис. 4. Схемы двух процессов биологического окисления.

Системы аэрации могут быть самыми разными. Помимо барботажа с перемешиванием, обычно используемого в микробиологических процессах, здесь возможно барботирование воздуха через диффузоры, расположенные на дне или в стенках резервуара. В другом варианте на поверхности бассейна вращается мешалка с лопастями, создающая турбулентные течения и способствующая поглощению газа. Третий вариант предусматривает перемешивание и аэрацию с помощью конуса, который забирает жидкость со дна бассейна и разбрызгивает ее на стенки резервуара. Во всех случаях основной задачей системы аэрации и перемешивания является снабжение кислородом микроорганизмов, суспендирование и перемешивание ила и других нерастворимых компонентов системы, а также удаление летучих продуктов метаболизма организмов ила, например диоксида углерода.

Помимо высокой адсорбционной и метаболической активности хороший ил должен также быстро оседать. Например, в цилиндре через 30 мин объем осевшего активного ила должен быть примерно в 40 раз больше объема суспендированных твердых компонентов. Если этот показатель намного выше и объем осевшего ила превышает объем суспендированных твердых частиц, например, в 200 раз, то такой ил не удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, поскольку он будет вытекать из отстойника вместе с очищенными сточными водами. Такое состояние называют объемной перегрузкой; в этом случае обработанные сточные воды не будут отвечать соответствующим стандартам.

Хотя причины, вызывающие объемную перегрузку и механизм этого явления пока еще не выяснены, изучение ила часто показывает, что в нем содержатся филаментозные бактерии и жгутиковые простейшие. Напротив, хороший ил обычно не содержит сколько-нибудь многочисленные популяции филаментозных организмов, а из простейших в нем присутствуют главным образом стебельчатые ресничные виды. В процессе очистки воды эти простейшие выполняют полезную функцию, захватывая свободные, т. е. не включенные в флокулы, бактерии и таким образом осветляя обработанные сточные воды.

В нормальных условиях эксплуатации очистных станций филаментозные бактерии и грибы не могут конкурировать с гетеротрофными бактериями, присутствующими в хорошем иле. Резкие изменения концентраций загрязняющих веществ в поступающих сточных водах или грубое нарушение режима эксплуатации системы водоочистки могут привести к условиям, неблагоприятным для роста полезных популяций, что в свою очередь позволит другим видам микроорганизмов занять доминирующее положение в системе. Отсюда следует, что результаты как объемной перегрузки, так и нормального режима работы системы водоочистки представляют собой проявления принципов конкуренции видов в смешанных популяциях.

Мосин Олег Викторович

Литература:
Hattori Т., Microbial Life in the Soil: An Introduction, Marcel Dekker, Inc., New York, 1973.
Mitchell R., Introduction to Environmental Microbiology, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N. J., 1974
Rich L. G., Environmental Systems Engineering, McGraw-Hill Book Company, New York, 1973.
Abson J. W., Todhunter К. Н., Effluent Disposal, in Biochemical and Biolgical Engineering Science, Blakebrough N. (ed.), vol. 1, chap. 9, Acaemic Press, London, 1967.
Andrews J. F., Review Paper: Dynamic Models and Control Strategies for Wastewater Treatment Processes, Water Res., 8, 261—289 (1974)

Обработка и утилизация осадков сточных вод

Все мы принимаем ванну, используя косметические средства, моем посуду, применяя специальные жироразлагающие жидкости, используем уборные. Вся эта деятельность связана с водой, которая смывается и течёт по стокам. Ещё больше химии и вредных веществ выбрасывают предприятия. Ежедневно тонны сточных вод текут из домов и заводов, городских улиц и канализаций. Если бы не производились обработка и утилизация осадков сточных вод, людям пришлось бы столкнуться с экологической катастрофой.

Рассмотрим проблему подробнее и разберёмся, как её решают современными методами.

Что такое осадки стоков?

Жидкие стоки, содержащие нейтральные вещества и твёрдые загрязнители, скапливающиеся в канализационных системах, это и есть сточные воды. Степень их загрязнения составляет около 10% от общего объёма.

Вне зависимости от природы стоков, все они должны пройти обработку с целью обеззараживания. Прежде чем попасть в окружающую среду и соединиться с природными водами, они должны подвергнуться очистке не менее, чем на 95-98%.

Важно: В процессе очистки и отстаивания водных стоков образуются осадки сточных вод (ОСВ) – твёрдые элементы и вещества.

В зависимости от степени загрязнённости ОСВ могут составлять 0,5-10% от очищаемой жидкости.

В состав осадков входят:

1. Отложения с жидкой консистенцией. В данной части обязательно присутствуют яйца червей-паразитов, грибки, вирусы и бактерии.
2. ОСВ твёрдой консистенции, на 15-20% состоящие из почвенных питательных компонентов, а также из органических элементов – углеводов, белков и жиров.

Классификация сточных вод (СВ)

К СВ применяют различные виды классификации. По концентрации сточные образования подразделяют на 3 группы:

• преимущественно органические;
• преимущественно минеральные;
• комплексные.

Рассматривая осадочные образования с точки зрения источника их поступления, следует применять другую классификацию:

• отработанные плёнки из биофильтров;
• отработанный ил из аэротенков;
• тяжёлые отложения, образовавшиеся в резервуарах первичного отстаивания;
• отложения из песколовок;
• выбранные решётками твёрдые крупные осадки;
• донные отложения из резервуаров с коагулянтами и флокулянтами.

Коагулянты склеивают и сгущают жидкости, флокулянты провоцируют образование рыхлых хлопьевидных агрегатов. ОСВ, получаемым из первичных отстойников, песколовок и решёток, характерна неизмельчённая структура. Осадки, поступающие из прочих блоков очистки, измельчённые.

Важно: Есть 2 основных направления применения осадков сточных вод – сырьё для выработки тепла в процессе сжигания и органоминеральное удобрение.

Большое количество воды использует промышленность. Сточные воды, полученные в результате производственного процесса, утрачивают свои первоначальные свойства и не могут без соответствующей обработки использоваться вторично. СВ производства загрязнены:

Данная категория сточных отложений бывает 3-х видов:

• производственные;
• СВ вспомогательных систем;
• СВ обслуживающих и подсобных цехов.

Остановимся подробнее на особенностях каждого вида.

Производственные

Эта категория создаётся в результате непосредственно производственного процесса. Так как водный поток не прекращает движения, на предприятиях ведётся систематический учёт ПСВ.

Наиболее часто встречающиеся виды стоков:

• пищевые красители;
• содовые растворы;
• производственный конденсат;
• токсичные компоненты;
• аммиачные растворы;
• растворы травильных и гальванических ванн.

СВ, производимые вспомогательными системами

Данная категория не представляет опасности для природы, так как не содержит в составе токсичных веществ. Категорию получают в результате функционирования дополнительных зданий промышленного предприятия. К виду относятся:

• сливы установок охлаждения;
• жидкость из отопительных установок;
• стоки столовых, уборных и душевых.

ОСВ, производимые обслуживающими и подсобными цехами

Данный вид стоков образуют административно-хозяйственные строения, склады, подсобные помещения. Потенциально загрязняющими СВ являются электроцеха и ремонтно-механические цеха.

Как осуществляют утилизацию осадков сточных вод?

ОСВ очищаются по пути следования в природную среду. На крупных предприятиях процесс отстаивания с целью отделения грязного слоя происходит на месте производства. Продуктами отстаивания могут быть:

• нефтепродукты;
• ПАВ;
• тяжёлые металлы и другие опасные компоненты.

Осевший материал перевозят в места дальнейшего обезвреживания – заводы по переработке отходов. Очищенные воды направляются в свою естественную среду.

Этапы и особенности очистки стоков производства

Чтобы сделать утилизацию максимально безопасной, сточные воды подвергаются предварительной очистке в специальных сооружениях. Конструкция сооружений зависит от характеристик производства. Процесс очистки включает несколько этапов.

Процесс первичной обработки

Есть несколько проверенных первичных способов очистки промышленных стоков:

• удаление жиров;
• пропуск через сито для извлечения твёрдых материалов;
• понижение температуры;
• удаление масляных пятен;
• извлечение токсичных солей, металлов, коллоидных частиц;
• химическая нейтрализация.

Для каждого предприятия подбирается оптимальный метод обработки. Если в сливаемой жидкости нет опасных примесей, первичную обработку не осуществляют.

Процедура биологической обработки

Применяются различные методики биообработки. Выбор зависит от отсутствия или наличия факторов:

• количества солей в ОСВ;
• концентрации загрязнений;
• способности биологически разлагаться.

Наиболее часто применяемым методом является использование биопленки либо активного ила. Вещества содержат микроорганизмы, которые нейтрализуют опасные элементы.

Процесс третичной очистки

Данная процедура осуществляется с целью улучшения качества вод перед тем, как они будут слиты в естественную среду. Данная мера применяется тогда, когда показатели качества жидкости не дотягивают до норм ПДК.

• нейтрализация примесей;
• снижение уровня цветности;
• снижение неразлагаемой доли ХПК;
• извлечение фосфора.

Часто на производстве метод третичного очищения применяется для повторного использования сточных вод в механизмах пожаротушения, системах охлаждения, цехах.

Процесс обработки осадка

Важным моментом является снижение количества осадка. Для этого предпринимают такие действия:

• применяют метанизацию;
• используют мембранные биореакторы;
• уменьшают количество минеральных веществ, используемых в процессе производства;
• снижают потери внутри цехов и внутри всего завода.

Процедура устранения запаха

В среду жидкость, подвергаемая переработке, должна попасть без запаха. Его наличие или отсутствие зависит от характеристик производственного процесса. Большая часть компонентов, обладающих неприятными запахами, нейтрализуется ещё на этапе первичной обработки.

Причиной неприятных запахов служит деятельность микроорганизмов, которые используются для биологической очистки. В данном случае применяется одна из проверенных методик устранения запахов:

Этапы утилизации стоков промышленного производства

В регионах, где функционирует сразу несколько промышленных предприятий, особенно остро стоит вопрос утилизации ПСВ. Для его решения на производствах устанавливаются специальные очищающие сточные воды установки.

Общая утилизационная система

Основным способом утилизации ОСВ является слив жидких отходов в ближайшие водоёмы. Этот способ хорош только в том случае, если была произведена предварительная очистка сливаемого материала. Если нет, природе наносится серьёзный урон.

Неправильная, противоречащая законодательству и санитарным нормам утилизация ведёт к тому, что страдают и другие хозяйственные отрасли – аграрная, рыболовная и т. п. Гибнут рыба и животные, люди страдают различными заболеваниями.

Выведение сточных вод промышленности в канализацию

При условии соответствия правилам приёмки сточных вод производства стоки предприятий могут поступать в городские канализационные системы.

При нарушении данного правила начнётся ухудшение экологической ситуации, которая и так находится в плачевном состоянии. Чтобы не ухудшить экологию, СВ проходят этапы очистки.

Системы очистки стоков производства

В зависимости от специфических особенностей предприятия применяются различные методики очистки сточных вод. Наиболее популярными являются методы применения:

• флотационных установок, позволяющих выводить мелкую стружку, пыль, металлические частички;
• вакуумных дозаторов, извлекающих из сточных жидкостей газообразные вещества;
• центрифуг, удаляющих мелкодисперсные частицы;
• сепараторов, выводящих твёрдые частицы.

Современные промышленные предприятия сооружают установки многоступенчатой очистки, что позволяет на выходе получать совершенно безопасную воду, пригодную для вторичного применения.

Сточные воды черной металлургии

Коксохимические, железорудные и металлургические производства образуют большое количество отходов. Источниками загрязнённых сточных вод преимущественно являются доменные, травильные и сталеплавильные цеха.

Если слить неочищенные жидкие отходы в водоёмы, на дне будут собираться опасные отложения, вызывающие вторичное загрязнение. Последнее связано с тем, что вода разносит отходы на большие расстояния. Это приводит к нарушению естественного процесса самоочистки.

ОСВ целлюлозно-бумажного производства

Целлюлозно-бумажная промышленность потребляет на выпуск 1 тонны продукции 350 кубометров жидкости. Этот показатель может достигать 600 кубометров. Прошедшие производственный процесс сточные воды содержат:

• соединения серы;
• растворённую органику;
• взвешенные элементы.

Наиболее эффективным методом утилизации является потоковое канализование. СВ разделяются на несколько индивидуально очищаемых потоков. Также отходы подвергают предварительной механической чистке с целью извлечения загрязняющих частиц. Далее сточные воды проходят биологическую обработку для нейтрализации опасных элементов.

Стоки нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности

Главная опасность, представляемая данными видами производства – нефтяная плёнка, которая образуется в водоёмах в случае сброса сточных вод. Плёнка не только обладает неприятным запахом, но и может поразить всё живое на больших площадях. Если концентрация достигает показателя 2000 мг/л, погибает рыба.

Чтобы избежать экологической катастрофы, на производствах проводится комплекс санитарно-технических и технологических мероприятий. В результате, сливы, прежде чем попасть в естественную среду, очищаются от всех видов загрязнений.

Утилизация осадков сточных вод: применяемые технологии

На сегодняшний день применяется несколько методик утилизации ОСВ и ПСВ. Это:

• пиролиз;
• сжигание осадка;
• применение в качестве удобрений;
• депонирование.

Все перечисленные варианты имеют как достоинства, так и недостатки. Некоторые позволяют вторично использовать утилизируемое сырьё. Это самые прогрессивные и перспективные методы.

Остановимся отдельно на каждом из перечисленных способов.

Пиролиз

За данным способом будущее, так как он исключает попадание в окружающую среду вредных компонентов. Пиролиз направлен на обработку исключительно органических компонентов. В основе метода — разложение под воздействием температур до +700°C. Кислород в процессе не участвует.

В результате переработки получают:

• горючий газ – 55%;
• полукокс – 35%;
• органические элементы жидкой консистенции – 15%.

Полукокс обрабатывают дальше методом газификации и в результате получают горючий газ. Органика уходит вместе с газом. При помощи газификации получают оксиды металлов, представляющие собой очищенный шлак, который можно использовать вторично.

Сжигание

У данного метода долгая история, так как он относится к самым традиционным и давним. Процесс осуществляется по такому алгоритму:

1. Активируется факел из горячего песка.
2. Отходы располагаются над воздушным потоком.
3. Осадки проводятся через факел.
4. Происходит сжигание, в результате которого образуется газ.
5. Газ очищается.

Первые утилизационные заводы с описанным циклом были открыты в 80-х гг. в Европе, США и Японии. В 90-е годы строительство заводов начали приостанавливать, так как было выявлено отрицательное влияние метода на природу.

Утилизация с целью получения удобрений

Жидкие отходы некоторых производств относятся к 4-му классу опасности, потому их разрешают утилизировать для получения удобрений.

Сказанное не относится к сточным водам, которые содержат токсичные компоненты и тяжёлые металлы. Разрешённая для применения в качестве удобрений концентрация опасных веществ устанавливается нормативными актами.

Важно: Фермы Западной Европы, пропагандирующие выращивание экологически чистой продукции, отказались от использования удобрений из ОСВ.

Депонирование

Утилизация данным методом осуществляется на иловых площадках. Этот путь применяют для обезвреживания 90% сточных вод.

У методики есть существенный недостаток – выделяемые в процессе испарения (биогаз) загрязняют атмосферу. Нежелательно попадание испарений в грунт. Это приводит к зашлаковыванию водоёмов и грунтовых вод.

Применение шлака

Шлак, который получают в процессе утилизации сточных вод, используется вторично. Он востребован при ремонте дорог и строительстве. Есть несколько вариантов его вторичного использования:

• заполнение отвалов;
• ремонт повреждённого дорожного полотна;
• изготовление тротуарной плитки.

Последнее достигается путём смешения шлака с цементом и запуска процесса вибропрессовки. Получают качественную плитку различных расцветок толщиной 10 см.

Кому нужна такая процедура?

Первым делом очистка сточных вод необходима предприятиям, которые используют воду для осуществления технологических процессов. Необходима процедура и всему человечеству, потому что от её качества зависит, каким воздухом мы будем дышать, какую воду пить, и какую пищу употреблять.

Предприятия, занимающиеся утилизацией ОСВ, необходимы физическим и юридическим лицам, коммунальным хозяйствам, автомойкам, а также предприятиям лёгкой и тяжёлой промышленности.

Заключение

Современная утилизация вышла на новый уровень. В наши дни учёные и экологи работают над тем, чтобы найти максимально эффективные способы переработки отходов.

Чем больше в государстве применяется вторичное сырьё, тем здоровее и счастливее его граждане. От качества решения экологических проблем зависит качество жизни будущих поколений.

Биологическая очистка и утилизация сточных вод

Известны четыре основных способа утилизации отходов: биотермичннй, захоронения, компостирования и сжигания

биотермических средство основан на способности твердых отходов к самовозгоранию под влиянием особых микроорганизмов – термофильных бактерий

. Компостирование (гнииння) – биологический процесс разложения органических веществ с помощью микроорганизмов. Тепло, выделяемое при этом, имеет дезинфицирующее свойство, благодаря чему образуется ценное удобрение для почвы сгоре ряння отходов происходит в специальных печах. Теплом, что при этом выделяется, можно отапливать дома, подогревать воду. Однако в компосте, а следовательно и в почве, иногда присутствуют примеси тяжелых металлов и других токсичных соединений, накапливающихся и могут нанести вред человеку и окружающей средывищу.

. Сжигание – один из лучших методов ликвидации отходов, используемых в качестве промышленного сырья. При этом нужно учитывать, что сжигание отходов на мусоросжигательных фабриках вызывает загрязнение ат тмосферы. Разработаны технологии, по которым из отходов выделяют черные и цветные металлы, производят строительные материалы. С экономической точки зрения сжигать мусор выгодно: теплотворная способность су хых отходов достигает 9 мДж / к кг.

. Захоронение отходов относится к наиболее распространенному средства их утилизации. В Украине таким способом утилизируется до 98% городских отходов. С этой целью отчуждаются тысячи гектаров не только пустоши, но и плодородных с земелль.

. Сточные воды за физическим состоянием загрязнения делятся на: минеральные (в них содержатся песок, глина, растворы минеральных кислот и щелочей), органические (растительного и животного происхождения), бактериальные и биологические и (состоят из разнообразных микроорганизмов – дрожжевых и плесневых грибков, мелких водорослей, сапрофитных и патогенных бактерий). К растительным загрязнений относят остатки растений, плодов, овощей злаков; к животным остатков – физиологические выделения животных, остатки тканей тощо.

Для обезвреживания сточных вод применяют общие и локальные очистные сооружения

. Локальные очистные сооружения очищают сточные воды определенного вида от некоторых загрязняющих веществ и размещаются на конкретном предприятии. Например, на пункте мойки машин, лакокрасочном или нефтеперерабатывающем заводах, в морской кому порта, на мясокомбинаті.

. Общие очистные сооружения обеспечивают очистку всех видов сточных вод, образующихся

. Сточные воды делятся на производственные и коммунальные

. Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов их разделяют на две основные группы: н неорганические примеси и токсичные вещества и ядовти.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковый завод, горно-обогатительных фабрик по обогащению свинцовых, цинковых, никелевых и других руд, в которых содержатся кислоты, л щелочи, ионы тяжелых металлов. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства води.

Сточные воды второй группы образуют нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и другие. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенол ли.

Нефть и нефтепродукты являются основными загрязнителями внутренних водоемов, морей и. Мирового океана. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, грузькисть воды, уменьшается количество ки исню, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека: 12 л нефти делают непригодной для употребления 1 тонну води.

Вредным загрязнителем водоемов является фенол. Он содержится в сточных водах нефтеперерабатывающих предприятий. При его наличии резко снижаются биологические процессы в водоемах, вода приобретает запах карболки

Выбросы целиолозно-бумажных предприятий сопровождаются окислением древесной массы, интенсивно поглощает кислород из воды и вызывает гибель икры, мальков и взрослых рыб

Атомные електростанциизабруднюють реки радиоактивными отходами. Радиоактивные вещества концентрируются в мелких планктонных микроорганизмах и рыбе, а затем по цепочке питания передаются другим живот инам. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1 л и более), подлежат похо формированию в подземных бессточных бассейнах и специальных резервуарарах.

В зависимости от наличия тех или иных загрязняющих веществ, санитарно-химических показаний, применяются следующие методы очистки: механический, физический, химический, физико-химический, биологический и микробио ологичны.

. Механическая очистка – не процеджування, отстаивание, фильтрование, центрифугирование. Доли, в зависимости от размеров, улавливаются решетками, сетками и ситами различных конструкций. Поверхностные загрязнители воды уловят люються нефтеловушки, маслоуловлювачамы, смолоуловлювачамы. Механическая очистка может очистить сточные воды не более чем на 60%, а промышленные стоки – не более чем на 8080%.

Механическая очистка является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки стоков к другому, более действенного вида очистки. Получили распространение решетки, соединенные с дробилками, позволяющие затримув ваты и молоты примеси без извлечения их из сточных вод. Сверхлегкие вещества, имеют удельный вес меньше, чем удельный вес воды, выделяют отстаиванием (частицы выпадают на действие или всплывают на поверхностью).

Сверхлегкие частицы минерального происхождения (главным образом песок) осаждаются в песколовках. Более мелкая соединение, в основном органического происхождения, осаждается в отстойниках. Вещества, более легкие, чем же вода, выделяются в жироловками, масловидстийниках, нафтоловках или маслоулов-лювачах. Для освобождения сточной воды от очень мелкой взвеси применяют фильтрационныецію.

Песколовки применяют для выведения из сточных вод тяжелых минеральных примесей их устанавливают перед отстойниками. Песколовки представляют собой горизонтальные резервуары из сборного или монолитного железо обетону. Отходы, образующиеся из песка и других механических частиц собирают в специальный приемник и помещают в песочный бункер. Обезвреженный песок затем можно использовать для строительных целоеілей.

Отстойники используются для выделения из сточных вод летучих веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность

Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрации более 100 мг / л, применяются нафтоловый. Эти сооружения представляют собой прямоугольные резервуары, аналогичные горизонтальным проц стийникам, в которых происходит отделение нефти за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются с нафтоловкы на утилизацииію.

Для очистки сточных вод, загрязненных жирами, маслами, смолами стоки подогревают до температуры 60 °. С

На металлургических комбинатах, при производстве керамических изделий и стекла, применяют гидроциклоны. Принцип их действия основан на сепарации твердых частиц во вращающемся потоке жидкости

Физико-химическая очистка производится путем кристаллизации, испарения, аэрации, флотации, сорбции, ионного обмена, сжигания. Все эти методы можно разделить на:

• регенерирующие – предусматривают извлечение из сточных вод ценных веществ;

• деструктивные – при которых загрязняющие вещества подвергаются разрушению

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные примеси, разрушаются органические вещества, которые не окисляются или плохо окисляются. Наиболее распространенным методом в очистки является коагуляция нейтрализация кислот и щелочей, перегонка водяным паром, обработка воды газообразным хлором. Как коагулянты, в зависимости от состава сточных вод, применяют сернокислый аммоний, государь чаной-и соляно-кислые соли железа, гашеная известь. Этот метод чаще применяется на предприятиях химической, нефтехимической, легкой и текстильной промышленности. Находит также применение метод електрох имичного свертывания с использованием электродов, изготовленных из черных сплавов алюминия. Металл анода под действием постоянного тока ионизируется и переходит в сточную воду, частицы загрязнений которой коагу улюються труднорастворимые гидроксиды алюминия или залезаліза.

Нейтрализация применяется для обработки производственных сточных вод, содержащих щелочи и кислоты. Она осуществляется с целью предупреждения коррозии материалов сетей водоотвода и очистных сооружений, нарушения. БиоХим имичних процессов в биологических окислителях и водоемах. В основном применяются такие средства нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных стоков; нейтрализация реагентами (растворы кислот, нега шене известь, кальцинированная сода, аммиакк).

Окислительный метод очистки применяется для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси

качестве окислителей используют хлор, хлорная известь, озон, технический кислород и кислород воздуха

Сорбция – это один из наиболее эффективных методов очистки растворенных веществ в сточных водах предприятий химической, нефтехимической и других отраслей промышленности. Как сорбенты применяют разнообразные ис ученики и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, активные глины, активированный уголь. Наиболее простым является насыпной фильтр, представляющий собой колонку с недвижимостью слоем сорбента, чере из которых фильтруется сточная вода. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных в сточных водах веществ и составляет 1-6 м / с; крупность зерен сорбента – 1,5 – 5 м мм.

Флотация применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. При пропускании воздуха через сточные воды его клубень ашкы прилипают к осадка или частиц нефти и вместе с ними всплывают на поверхность, переходя таким образом в слой пены. Пена проходит в сборники, в которых она разрушаетсяся.

Термический метод очистки сточных вод наиболее эффективный, но и наиболее дорогим. Стоки сжигают, получая нетоксичные газообразные продукты горения и твердый осадок. Это средство целесообразно использовать в в случаях, когда в стоках содержится много органических веществ, которые служат топливоом.

Электролитический метод очистки сточных вод заключается в том, что через сточные воды пропускают электрический ток, при этом ионы электролитов направляются согласно анода и катода и, разряжаясь образуют новые соединения, действуют впредь как реагент.

Метод ионного обмена между ионами, находящимися в раство пни, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет изымать и утилизировать из сточных вод ценные примеси – соединения мышьяка, цин дыха, свинца, меди, ртути.

Французскими химиками разработан метод дезинфекции пляжного песка. В 1г песок содержится до 5000 бактерий, а в разгар пляжного сезона до 35000 обезвреженных электролизом, морская вода активизирует етсяся.

В ней возникают соединения хлора, брома, йода с кислородом. Перед рассветом этой водой поливают песок на глубину до 20 см. С восходом. Солнца ультрафиолетовое излучение разлагает активные соединения

Развитие атомной энергетики способствует использованию ионизирующей радиации для очистки сточных вод. Разработан метод радиационно-полимеризованых очистки сточных вод, суть которого заключается в том, что загрязнение ния выпадают в осадок в результате полимеризационныхї.

Биохимический метод очистки основан на жизнедеятельности микроорганизмов, способствующих окислению или восстановлению органических веществ, содержащихся в сточных водах

Биологическая очистка применяется для обработки бытовых и производственных сточных вод. В его основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисления вания осуществляется сообществом микроорганизмов, включающих множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов – водорослей, грибеів.

Существует несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод:

• в биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке протекают процессы биохимической очистки;

• в биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем;

• аэротенки – огромные резервуары из железобетона. Очистка осуществляется за счет активного ила, состоящая из бактерий и микроорганизмов. Эти организмы развиваются за счет органических соединений, я поступающих со сточными водами. При этом бактерии выделяют ферменты, которые минерализуется органические отходыоди.

Температура является одним из основных факторов, который обеспечивает эффективную производительность сооружений биологической очистки. Оптимальная температура для анаэробных процессов, происходящих в биологических окислителях – – 20-30 °. С, при этом биоценоз при прочих благоприятных условиях представлен разнообразными и хорошо развитыми микроорганизмами.

Осадок, образующийся при очистке сточных вод, подвергается обработке для уменьшения количества сухого вещества и для улучшения санитарных показателей. Для уменьшения влажности осадка сточных вод его збезводню юють на иловых площадках механическим путем и подвергают термической обработке (сушке).

Для уничтожения бактериальных загрязнений сточные воды перед спуском в водоем подвергают дезинфекции (обеззараживают) жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции также используют ультразвук,. Электрол лез, озонированиея.

. Методы очистки газообразных выбросов

. Абсорбционный – основан на свойствах растворимости газообразной смеси в жидкости – воде, аммиачной воде, растворах щелочей. Вещество переходит из газа в жидкость и при этом улавливается: оксиды углерода, азота, диокси ид серы, сероводород, пары различных кислот, фенол, формальдегиди.

. Адсорбционный – основан на извлечении примесей твердыми поглотителями – активированным углем, синтетическими и природными цеолитами. С их помощью улавливаются растворители, диоксид серы. Правда, адсорбционный материал имеет предел насыщения, после чего он сам становится источником загрязнения и требуют регулярной заменыни.

Цеолиты – минералы, встречающиеся в природе, кристаллические алюмосиликаты. Структура их кристаллической решетки имеет полости, в которых могут застревать молекулы воды и различные ионы. Благодаря этому цеолиты применяются как кормовые добавки, фильтры, катализаторы, в стиральных порошках, их можно получать из глины: сначала из нее удаляют тяжелые металлы и другие примеси, нагревая до температуры 100 -200 °. С, после остывания промывают водой, высушивают и прожигает при температуре 500 °°С.

. Каталитический средство очистки основан на химическом взаимодействии примесей на твердых катализаторах, содержащих платину, палладий, родий, никель, хром, медь, цинк, ванадий и другие элементы

Существует много практических средств очистки газообразных выбросов. Один из них – аппарат мокрой очистки, работающий по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель жидкости или пленки жидкости осаждением ния частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновського движениеху.

Туманоуловители используются для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей. При этом используют волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на п поверхность с последующим стечением жидкости под действием силы тяжести. Туманоуловители разделяют на низкоскоростные, в якиих преобладает механизм диффузионного осаждения капель, и высокоскоростные, где осаждения отбыл аеться главным образом под влиянием инерционных сиил.

2. Чем безотходное производство отличается от малоотходного?

3. Какие способы утилизации отходов. Вам известны?

Утилизация осадка сточных вод: как можно заработать.

Современные законодательные нормы РФ требуют наличия очистных сооружений на предприятиях, в населенных пунктах и других зданиях, где есть деятельность человека. Всё это предусматривает сохранения водоёмов и природы в целом. Поэтому каждое предприятие или, например, коттеджный посёлок, который не имеет возможности сброса производимого стока в канализацию, должно иметь станции очистки.

При очистке сточных вод того или иного происхождения, как правило, используется активный ил, который производит биологическую обработку поступаемых вод. В данном процессе образуется осадок, который в последствии обезвоживается с помощью дегидратора. Таким образом, формируется сухая иловая масса, называемая обезвоженный осадок, который необходимо утилизировать. В зависимости от производительности очистных сооружений объем образующихся отходов варьируется и масса сухого остатка, как правило, она составляет от 0,5 до 1 % от общего объема сточных вод. Например, при производительности в 450 м3/сутки на очистных сооружениях для посёлка ежедневно будет скапливаться от 2 до 4 м3/сутки. В дальнейшем данный переработанный и осушенный состав зачастую утилизируется на ТБО полигоны.

Как можно переработать осадок от очистных сооружений

Самым популярным способом в нашей стране по утилизации образованного осадка с очистных сооружений является его утилизация на полигон твердых бытовых отходов. Но это не самый выгодный вариант как для экологии нашей планеты, так и для предприятий, получающих его со своих очистительных установок. Данная проблема стоит достаточно остро, и сегодня существует несколько эффективных и прибыльных способов по утилизации переработанного ила, который можно вознести в отдельную категорию бизнеса.

Прибыльные способы

На данный момент существуют следующие методы эффективной переработки осадка:

• Производство биопочв
• Использование при производстве цемента и асфальта (наиболее популярен)
• Пиролиз, позволяющий получить пирокарбон, который используется при производстве красок и технической резины. (максимально эффективный способ)

Производство биопочв из осадка очистных сооружений

Активный ил – комплекс бактерий и простейших организмов, которые участвуют в очистке сточных вод, содержащие массу сложных микроэлементов. В число микроэлементов входит азот и фосфорные соединения, которые могут быть использованы в качестве удобрения. Так в 1 кубическом метре обезвоженного осадка содержится 9 кг. азота и 18 кг фосфора. По своим характеристикам такого рода биопочва будет уступать тому же гумусу, но такой метод применения имеет место быть в виду выполнения сразу нескольких задач – это утилизация осадка и производство конечного продукта.

Польза от азота и фосфора для растений

Азот для растений – является источником роста и развития. Он участвует в процессах фотосинтеза. Поэтому больше всего азота требуется молодым листьям. Так его нехватка может сказаться на растении следующим образом:

• Замедление роста
• Старые листья становятся желтого или красного цвета
• Опадание плодов
• Плод будет твердым и маленького размера.

Благодаря, в том числе, и азоту, как Вы уже поняли, происходит озеленение растений, а оно напрямую влияет на урожайность.

Фосфор отвечает за энергию растения и его функции развития, в которые входит увеличение корневой системы, созревание плода и рост. При отсутствии фосфора в необходимом количестве корни становятся слабее, само растение имеет меньший рост, чем предусмотрено генетическими характеристиками. Также, как правило, листья имеют багрово-фиолетовый цвет и в последствии осыпаются.

Подводные камни

Производство биопочв, содержащих органические минеральные удобрения, из обезвоженного осадка с очистных сооружений требует тщательного контроля качества получаемого продукта. Контроль должен быть направлен на анализ содержания/отсутствия в органоминеральных удобрениях химических и металлических примесей, а также яиц глистов-паразитов, которые могут погубить растения. Для этого осадок должен подвергаться УФ-обеззараживанию, что встречается на каждой установке хоз-бытовых стоков.

Расчет

При средней производительности очистных сооружений в 450 м3/сутки получается около 2 – 4 м3/сутки обезвоженного осадка. Розничная стоимость 1 л. удобрений, содержащих гумус, составляет порядка 8 руб. Таким образом, ежедневно, при несложной дополнительной обработки, можно производить порядка 2 000 л., что составляет 16 000 Руб. в денежном эквиваленте. Из расходов будет: затраты на вывоз отходов с предприятия и перемещение на собственное производство, З/П сотрудникам (зависит от региона) и упаковка (5 руб./5 л мешок). Также необходимо будет купить фасовочный автомат, который стоит около 400-500 тыс. руб.

Сейчас всё большая часть населения ведет своё хозяйство, поэтому спрос есть и он растет с каждым днем, так как качество, продающихся продуктов, оставляет желать лучшего.

Обработка осадка методом пиролиза

Данный метод подразумевает под собой термическое сжигание, которое производится для разложения органических и неорганических соединений без использования кислорода. Существует множество различных установок, которые имеют свои особенности. Самым технологичным можно назвать способ, когда температура в камере достигает 5 000 °С. После применения данного метода на выходе получается материал, который можно добавлять для производства цемента и асфальтирования дорог.

Многофункциональная установка пиролиза производит как удобрения, так и горючие топлива (газа). С удобрениями всё понятно – мы уже писали выше, а вот горючий газ, пропуская через газопоршневой генератор, вырабатывает электроэнергию. Таким образом, на одну тонну илового осадка получается 25 % полукокса, который формирует хороший материал для удобрения, 25% газа. После переработки газа через установку на 250 кг. получается 179 кВт электроэнергии.

Экономическая выгода

Для расчет экономической выгоды самым эффективным способом будет переработка в электроэнергию. При стоимости установок 15-20 млн. руб. с производительностью 3 т. в сутки окупаемость составит порядка 30 месяцев (при расчете стоимости 1 кВт – 5 руб.).

Да, этот способ является наиболее сложным за счет требуемых как финансовых, так и физических ресурсов. Также встает вопрос о способе реализации электроэнергии?! Данный способ будет эффективным для предприятий, которые требуют большое количество электричества для обеспечения жизнедеятельности.

Выводы

Данные методы являются способами переработки и утилизации осадка, образующегося в процессе работы очистных сооружений, которые достойны называться отдельными видами бизнеса. Согласитесь, что не каждая модель бизнеса может похвастаться такими сроками окупаемости. Помимо всего прочего, такие способы утилизации несут и социальную выгоду, которая направлена на сохранение природы нашей планеты.

Надеюсь, что наша статья была полезна!

В настройках компонента не выбран ни один тип комментариев

Утилизация сточных вод

Ежедневно в результате работы промышленных предприятий и жизнедеятельности людей образуются огромные объемы сточных вод. Современные технологии обработки предотвращают их отрицательное воздействие на экологию.

Как утилизируются сточные воды

Промышленные предприятия и городские канализационные системы ежедневно собирают значительные объемы жидких отходов. Высокое содержание токсических веществ в сточных водах создает угрозу для окружающей среды. Все компании в России обязаны организовывать переработку в промышленных предприятиях, а также продуктов жизнедеятельности человека.

Утилизация сточных вод – процесс сбора осадка и нейтрализации загрязняющих соединений с сопутствующим обеззараживанием жидких масс. В современной промышленности используются различные методы обработки:

• механические;
• химические;
• физико-химические;
• биологические.

Небольшие очистные устройства или крупные сооружения могут производить утилизацию на основании одного или нескольких указанных методов.

Переработка иловых осадков

Российские предприятия приобрели успешный опыт создания биогазовых электростанций. Такие объекты производят переработку собранных иловых осадков, содержащихся в сточных водах. В качестве продукта утилизации на станции получают природный газ, пригодный для дальнейшей выработки электроэнергии.

В Москве в период с 2009 до 2012 года построены крупные биогазовые станции мощностью по 10 МВт. В 2016 году подобный объект был построен на центральном водоканале города Иваново. Отлаженная переработка иловых осадков помогает добиться ряда целей:

• сокращение расходов на утилизацию остатков сточных вод;
• улучшение экологической ситуации в регионе;
• снижение расходов на транспортировку ила;
• создание надежных энергосберегающих систем.

Совершенствование перерабатывающих технологий сокращает время сбраживания иловой смеси и дает возможность отказаться от использования цеха обезвоживания при утилизации.

Монтаж очистных сооружений

Строительство крупных объектов или жилых комплексов осуществляет система отведения сточных вод. Создание очистных сооружений делает предприятие автономным, сокращает расходы на утилизацию отходов и снижает отрицательное влияние на окружающую среду.

Мощность и тип очищающей системы зависит от характера сточных вод и других собираемых отходов. Монтаж производится в несколько этапов:

1. Выбор места. Допускается установка на дистанции не менее метра от основания здания. Ввиду периодического сброса в ходе утилизации отходов, очищенной воды обустраиваются пути для ее сбора или отведения.
2. Земляные работы. Вырывается и обустраивается котлован, укладываются коммуникации для транспортировки стоков и продуктов переработки.
3. Монтаж очищающего оборудования. В котлован, соответствующий по размерам используемой техники, устанавливается очистная станция. Для обеспечения ее работоспособности подключаются подающие и отводящие магистрали, подается энергоснабжение, устанавливается дополнительное оборудование.

В ходе заключительных земляных работ автономная канализация заливается и обсыпается, после чего сооружение можно использовать по назначению.

Очистные системы на промышленных предприятиях

Специфика работы большинства производственных объектов подразумевает утилизацию материалов различной степени опасности. Побочные продукты переработки могут содержать специфические вещества, для работы с которыми не приспособлены обычные очистные сооружения. Система переработки сточных вод на таких предприятиях может включать специфические подходы:

1. Гравитационное отсеивание. Тяжелые частицы под собственным весом оседают на дно резервуара и отсеиваются механически.
2. Химическая нейтрализация. Сточные воды подвергаются обработке нейтрализующими веществами. Содержащиеся в них специфические химические соединения вступают в контролируемую реакцию и становятся нетоксичными.
3. Биопереработка. Аэробные и микроаэрофильные микроорганизмы, для которых содержащиеся в отходах вещества служат продуктом питания. В результате их жизнедеятельности сложные химические соединения разбиваются на более простые и обезвреживаются.

Если промышленное предприятие сбрасывает большое количество отходов разных видов, применяются физико-химические методы. Они подразумевают утилизацию посредством электролиза, ионного обмена, флотации и прочих процессов для обезвреживания сточных вод.

Утилизация шлама

При бурении земли образуется большое количество специфических отходов. Буровой шлам – результат бурения в почве или твердых породах. Это масса твердых частиц, содержащая землю, глину, бетониты и воду. Утилизация шлама проводится путем помещения в подземные пласты или захоронения на территории полигонов. Различные методы обработки позволяют приспособить его для дальнейшего использования:

1. Термический. Путем обжига из шлама получают сырье для производства битума, не содержащего органических веществ.
2. Физический. При помощи центробежной силы или давления сыпучая смесь разбивается на фракции.
3. Химический. Чистая порода выделяется из шламовой массы растворителями и отвердителями.
4. Биологический. Применяются при захоронении, подразумевают применение микроорганизмов для постепенной переработки.
5. Физико-химический. Посредством специального оборудования и реагентов вредящие экологии компоненты удаляются из шлама.

Продукты бурения несут серьезную угрозу для экологии, поэтому порядок обращения с ними закреплен в положениях N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» и других нормативных актах. Каждое предприятие, работающее в горно-рудной сфере, обязано производить утилизацию шлама самостоятельно или путем обращения в специализированные организации.

Утилизация сточных вод необходима для предотвращения отрицательных воздействий на экологию. Для этого используют переработку осадков, очистные сооружения и системы.

Технологии утилизации осадков сточных вод

Сточные воды, поступающие с предприятий или домов, подлежат очистке перед сбросом в грунт или водоемы. Обязательное условие – степень чистоты, составляющая 95-98%. В процессе обработки появляется осадок, который повторно используется или утилизируется. Способ утилизации осадков сточных вод определяется составом и источником.

Состав осадков сточных вод

Виды осадков сточных вод:

• отложения с поверхности решёток;
• отложения с песчаными элементами;
• тяжёлые формы отходов из первичных отстойников;
• компоненты со дна, полученные путем взаимодействия с коагулирующими веществами;
• активный ил, используемый для биохимической очистки воды в аэротенках;
• пленка биологического происхождения, располагающаяся на поверхности сточных вод в биофильтрах;
• смесь из активного ила и тяжёлых составляющих стоков.

Компоненты осадков сточных вод (ОСВ):

1. 80-85% – составляющие жирового, белкового и углеводного характера.
2. 60-80% – твердые органические вещества.
3. Остаточный объём – элементы лигнина и гумуса.

В зависимости от преобладающего компонента ОСВ различаются:

Осадок, который состоит из сырых отложений, остающихся на дне очистных сооружений, содержит азот, калий фосфор. Микроэлементы часто применяются в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Длительное нахождение подобных веществ приводит к загниванию, выделению биогазов. Также провоцируют парадоксальную реакцию, когда осадок вместо выпадения, всплывает на поверхность воды. Поэтому чистить контейнеры требуется регулярно.

Характеристики

Осадки, получаемые при очищении стоков, обладают определенными характеристиками:

Наибольший объем ОСВ (90-99%) – вода. Она делится на гигроскопическую, свободную и коллоидно-связанную.

Обработка и стабилизация осадочных отложений

Обработка включает несколько этапов:

• сгущение с удалением 60% влаги, уменьшением общего объема на 50%;
• уплотнение;
• стабилизация;
• кондиционирование.

Обработка преследует цель – удалить жидкость и получить шлам. Последний представлен мелкодисперсными частицами, переработанными загрязнителями.

Чтобы провести уплотнение используют следующие технологические подходы:

• вибрация;
• гравитация;
• флотация;
• фильтрование;
• комбинация нескольких методов.

Наиболее распространенным и простым способом уплотнения считается гравитационная методика. Предназначена для сжатия активного ила и осадков. Применяют отстойники вертикальной и радиальной ориентации. Продолжительность – от 5 до 24 часов. При необходимости ускорить процедуру используют:

• коагуляцию с хлорным железом;
• нагрев до 90 градусов;
• перемешивание с другими осадками.

Метод флотации основан на способности пузырьков воздуха поднимать на поверхность воды фрагменты осадка. Управление скоростью осуществляется путем изменения потока подачи воздуха.

После обработки начинается фаза стабилизации. Необходима для разделения сложных органических соединений на воду, метан и диоксид углерода. Проводят в анаэробных и аэробных условиях. Если используют аэробную стабилизацию, то степень распада невысокая, но ОСВ характеризуется стабильностью. Недостаток кислородной обработки – сохранение яиц гельминтов, что требует дополнительной дезинвазии сточных вод.

Технологии утилизации осадков сточных вод

Сегодня существует несколько методик утилизации – депонирование, сжигание, пиролиз, использование в виде удобрений. Каждый вариант обладает преимуществами и недостатками. Но все выполняют важную задачу – перерабатывают осадки. Некоторые способны давать сырье для вторичного использования.

С экологической точки зрения перспективными считаются подходы утилизации, позволяющие повторно применять полученные вещества.

Депонирование на иловых площадках

На иловых площадках сегодня утилизируется до 90% всех осадков. Недостаток методики – испарения, загрязняющие атмосферный воздух. Выделяющийся биогаз, превышает допустимые границы, ухудшает качество воздуха. Поэтому дополнительно требуется кондиционирование осадков, полученных из сточных вод. При попадании в грунт – зашлаковывают грунтовые воды и водоемы.

Утилизация в качестве удобрений

По классу опасности относятся к 4 группе, как наименее опасные. Поэтому их разрешается утилизировать в качестве удобрений сельскохозяйственных угодий.

Исключение – осадки, содержащие тяжелые металлы, токсичные вещества. Для контроля загрязнения создаются нормативные документы, в которых установлены допустимые границы концентрации опасных компонентов.

В странах Западной Европы фермы, специализирующиеся на выращивании экологически чистых растений, отказались от применения подобных удобрений на своих землях.

Сжигание осадков сточных вод

Метод утилизации путем сжигания осадков сточных вод реализуется следующим образом:

• активация факела из горячего песка;
• расположение над потоком воздуха;
• проведение жидкости с осадками через факел;
• сжигание с образованием газа;
• очищение газа.

Начало строительства заводов по утилизации, работающих по программе сжигания, датируется 1980 годом в США, Японии, странах Европы. Отрицательное влияние на окружающую среду приостановило дальнейшее использования данной методики уже в 1990 году.

В Европейских странах пользуется популярностью технологии утилизации осадков с получением сырья для вторичного использования. Также подобные способы сокращают эксплуатационные затраты.

Пиролиз

Пиролиз считается самым прогрессивным методом утилизации. В основе пиролиза – разложение органических компонентов под влиянием высоких температур (700 градусов) без участия кислорода (анаэробный способ).

Преимущество перед прямым сжиганием – исключение вредных веществ, попадающих в атмосферу вместе с газом. Причина данного явления заключается в технологии утилизации, ведь с помощью пиролиза обрабатываются исключительно органические компоненты.

Результат термического разложения:

• 55% горючего газа;
• 35% полукокса;
• 15% жидких органических элементов.

Органика улетает вместе с газом, полукокс подвергается дальнейшей обработке (газификация) с получением горючего газа. После газификации оксиды металлов остаются в форме очищенного шлака, доступного дальнейшему использованию.

Использование шлака

Полученный в результате утилизации шлак, успешно применяют в строительстве и ремонте дорог. Предложено несколько способов вторичного применения:

1. Если смешать шлак с цементом, подвергнуть вибропрессовке, то на выходе получается тротуарная плитка. Толщина каждой пластины составляет 10 см. Конфигурация и цвет вариабельны, меняются в зависимости от желания покупателя.
2. Также с помощью шлака заполняют отвалы, ремонтируют поврежденные участки дорожного полотна.

Утилизация сегодня выходит на новый уровень, когда стремятся найти способ максимально полной переработки ОСВ. Применения вторичного сырья – показатель здоровой страны, желающей сохранить экологию для себя и будущих поколений.