Визначення необхідного ступеня очищення стічних вод

 

З метою вибору методу та споруди для очищення стічних вод перед пуском їх у водоймище проводиться контроль та розрахунок за такими показниками:

1) За кількістю завислих речовин. Гранично допустимий вміст завислих речовин в контрольному створі (поперечному перетині водотоку, в якому здійснюється контроль за якістю води) визначається за формулою:

 

[мг/л (г/м³)], (1.1)

 

де С – допустиме збільшення вмісту шкідливих речовин, С = 0,25/0,75 мг/л (для 1-ї та 2-ї категорій водокористування відповідно);

Q_в – витрати води водоймищем, м³/с;

q_св – величина потоку стічних вод, м³/с;

С_в – вміст завислих речовин у воді водоймища до місця спуску стічних вод, мг/л;

a – коефіцієнт змішування:

 

, (1.2)

 

де x – коефіцієнт, що враховує місце розташування спуску стічних вод:

для берегового спуску x_б = 1;

для руслового спуску x_б = 1,5;

j – коефіцієнт звивистості русла річки:

 

, (1.3)

 

де l _ф – відстань по фарватеру від місця спуску до місця контролю, м;

l _п – відстань напряму, м;

Е – коефіцієнт турбулентної дифузії:

 

[м²/с], (1.4)

 

де v_ср – середня швидкість течії річки, м/с;

Н_ср – середня глибина русла річки, м.

Ефективність очищення за завислими речовинами:

 

, (1.5)

 

де С_п – концентрація завислих речовин в стічних водах до їх очищення, мг/л.

Рис. 1.1. Схема ділянки річки, що бере участь в змішуванні стічних вод з водою водоймища

2) За розчиненим у воді водоймища киснем.

Допустима біохімічна потреба в кисні (БПК) стічних вод визначається за формулою:

 

[мг/л], (1.6)

 

де L_св, L_в – повна БПК відповідно стічними водами і водою водоймищ, мг/л;

О_в – вміст розчиненого кисню у воді водоймища ³4 мг/л;

О – максимальна БПК 3/6 мг/л (1/2 категорії водокористування);

0,4 – коефіцієнт перерахунку БПК_{повного} в БПК_{добового}.

Ефективність очищення знаходиться за формулою:

 

, (1.7)

 

де L_п – БПК стічних вод до їх очищення, мг/л.

3) За температурою стічних вод, що скидаються у водоймища:

 

[°C], (1.8)

 

де Т_св – температура стічних вод, °C.

Т_доп = 3°C – допустиме підвищення температури води у водоймищі;

Т_max – максимальна температура води у водоймищі;

n – кратність розбавлення води:

 

. (1.9)

 

4) За вмістом шкідливих речовин.

Концентрація шкідливих речовин порівнюється з ГДК:

 

. (1.10)

 

При наявності декількох шкідливих речовин, що відносяться до однієї групи ЛПШ (лімітувальний показник шкідливості), тобто речовин однонаправленої дії повинна виконуватись така умова:

 

. (1.11)

 

Виділяють такі групи ЛПШ: загальносанітарні, санітарно-токсичні, органолептичні, токсикологічні, рибогосподарські (табл. 1.1).

 

Таблиця 1.1 – ГДК та групи ЛПШ шкідливих речовин у воді

Речовина	ГДК, мг/л	група ЛПШ	Речовина	ГДК, мг/л	група ЛПШ
Ртуть	0,005	токсикологічна	Аміак	0,05	токсикологічна
Кадмій	0,01	токсикологічна	Бензол	0,5	токсикологічна
Феноли	0,001	рибогосподарська	Калій		сан.-токсична
Амоній	0,5	токсикологічна	Метанол	0,1	сан.-токсична
Залізо	0,3	токсикологічна	Сірка		токсикологічна
Кальцій		сан.-токсична	Нафтопродукти	0,05	рибогосподарська
Магній		токсикологічна

Попередження забруднення водних об'єктів стічними водами може бути забезпечене організаційними та технічними заходами.

Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод у водойми без їхнього очищення. Технічні заходи передбачають очищення стічних вод різними методами, повторне використання стічних вод для технічних потреб та поливу, створення обортних та замкнених систем водокористування, вдосконалення технологічних процесів на підприємствах у напрямку зменшення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технології, зменшення забруднення територій нафтопродуктами, котрі зі зливовими стоками можуть потрапляти до водойм.

Очищення стічних вод на підприємствах може здійснюватися за однією з таких схем:

— очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;

— очищення стічних вод після їхнього забруднення на заводських, а потім на міських очисних спорудах з подальшим спуском у водойми;

— безперервне очищення промислових вод та розчинів на локальних очисних спорудах протягом певного часу, після чого вони передаються на регенерацію, після регенерації повертаються в оборот та лише після з'ясування неможливості регенерації усереднюються і передаються на заводські очисні споруди та утилізуються.

Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні (рис. 1.2).

 

 

Рис. 1.2. Класифікація способів очищення стічних вод

 

Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень. Механічне очищення здійснюється одним з таких методів:

— подрібнення великих за розміром забруднень у менші за допомогою механічних пристроїв;

— відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів, пісковловлювачів та інших відстійників;

— розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг та гідроциклонів;

— усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливих речовин та домішок до рівня, при котрому стоки можна скидати у водойми або в каналізацію;

— вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;

— дистиляція полягає у вилученні із води усіх розчинених речовин;

— фільтрування – розділення суспензій за допомогою пористих перегородок, які затримують тверду фазу і пропускають рідку; його здійснюють на фільтрах;

— освітлення (або уловлювання) полягає у вилученні дисперсних завислих і колоїдних частинок з води шляхом пропускання її через пісок або спеціальні пристрої, наповнені композиціями або мінералами, здатними поглинати ці завислі частки.

Вибір схеми очищення води від завислих часток та нафтопродуктів залежить від виду та кількості забруднень, необхідного ступеня очищення.

Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, мембранних методах очищення, азотропній відгонці.

Флотація — процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода — повітря, вода — тверда речовина). Процес очищення СПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає в утворенні системи "частинки забруднень — бульбашки повітря", що спливає на поверхню та утилізується. За принципом дії флотаційні установки класифікуються таким чином:

— флотація з механічним диспергуванням повітря;

— флотація з подачею повітря через пористі матеріали;

— електрофлотація;

— біологічна флотація.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) — процес фільтрування стічних вод через напівпроникні мембрани під тиском. При концентрації солей 2—5 г/л повинен бути тиск до 1 МПа, а при концентрації солей 10-30 г/л — близько 10 МПа.

Ультрафільтрація — мембранний процес розподілу розчинів, осмотичний тиск котрих малий. Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярних речовин, завислих частинок та колоїдів.

Електроосмос — спрямований рух рідин (води, водних розчинів) у капілярах поруватої системи в електричному полі постійного струму під впливом електрокінетичних сил, що виникають внаслідок взаємодії прикладеної різниці потенціалів та заряду подвійного електричного шару на границі розділу фаз. Електродіаліз — процес сепарації іонів солей в мембранному апараті, котрий здійснюється під впливом постійного електричного струму. Електродіаліз застосовується для де-мінералізації стічних вод. Основним обладнанням є електро-діалізатори, що складаються з катіонітових та аніонітових мембран.

Хімічне очищення використовується як самостійний метод або як попередній перед фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують для зниження корозійної активності стічних вод, видалення з них важких металів, очищення стоків гальванічних дільниць, для окислення сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.

Нейтралізація застосовується для очищення стоків гальванічних, травильних та інших виробництв, де застосовуються кислоти та луги. Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак тощо) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо).

Окислення застосовується для знезараження стічних вод від токсичних домішок (мідь, цинк, сірководень, сульфіди), а також від органічних сполук. Окислювачами є хлор, озон, кисень, хлорне вапно, гіпохлорид кальцію тощо.

Розглянемо фізико-хімічні методи.

Коагуляція — процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, а для негативно заряджених — катіони. Коагулянтами є вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Коагулююча здатність солей тривалентних металів в десятки разів вища, ніж двовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.

Флокуляція — процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами є активна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічні полімери (поліакриламід, поліоксиетилен, поліакрилати, поліетиленаміни тощо).

Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти, наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакриламід ППА. Коагуляція та флокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.

При очищенні води використовується і електрокоагуляція — процес укрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.

Сорбція — процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, селікагелем, активною глиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від структури пор, їхньої величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активність сорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинаються на одиницю їхнього об'єму або маси (кг/м3).

Пристрої для вилучення зі стічних вод або розчинів за цим методом виготовляють у вигляді фільтрів.

Розрізняють три види сорбційних процесів очищення стоків: абсорбція, адсорбція, хемосорбція.

При абсорбції поглинання забруднень здійснюється всією масою (об'ємом) абсорбованої речовини.

При адсорбції поглинання забруднювачів відбувається тільки поверхнею адсорбента за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.

При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається з утворенням на поверхні розподілу нового компонента або фази.

Вибір сорбента визначається характером та властивостями забруднень. Процес очищення стоків різними видами сорбентів здійснюється в спеціальних колонах, заповнених сорбентами.

Екстракція — вилучення зі стічних вод цінних речовин за допомогою екстрагентів, котрі повинні мати такі властивості: високу екстрагуючу здатність, селективність, малу розчинність у воді, мати густину, що відрізняється від густини води, невелику питому теплоту випаровування, малу теплоємність, бути вибухобезпечними та нетоксичними, мати невелику вартість.

Екстрагування речовин зі стічних вод здійснюється одним з методів: перехреснопотоковим, ступінчастопротипотоковим, неперервнопротипотоковим.

Цей спосіб використовується для вилучення зі стічних вод фенола.

Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді, ПАР за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз "розчин — смола". За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, котрі мають відповідно кислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними. Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилікатів, гідроокислів та солей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітні синтетичні іонообмінні смоли.

Основною властивістю іонітів є їхня поглинальна здатність — обмінна ємність (кількість грам-еквівалентів у стічній воді, що поглинається їм іоніту до повного насичення).

Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічних водах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійні бактерії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірус гепатиту, цитпатогенний вірус, аденовірус, віруси, що викликають захворювання очей). Тому з метою запобігання захворюванням стічні води перед повторним використанням для побутових потреб підлягають біологічному очищенню.

Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли анодом є срібний електрод, а катодом — вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію. Для стерилізації 20 м³ потрібно виділити з анода 1 г срібла.

Другий метод електролізної обробки води полягає в додаванні до води кухонної солі, котра при пропусканні струму розкладається, виділяючи вільний хлор.

Біологічне очищення здійснюється в біофільтрах, в окислювальних каналах, в біотенках, в аеротенках із заповнювачами.

Біологічне очищення може здійснюватися і в природних умовах на полях зрошення, полях фільтрації, у біологічних водоймах.

Залежно від мікроорганізмів, котрі беруть участь у руйнуванні органічних речовин, розрізняють аеробне (окислювальне) та анаеробне (відновлювальне) біологічне очищення стічних вод.

У виробничих умовах часто доводиться використовувати комплексні методи очищення, котрі базуються на механічних, хімічних, фізико-хімічних, біологічних способах та пристроях для вилучення забруднень.

 

Контрольні питання:

1. Що таке стічні води?

2. Які бувають стічні води?

3. У чому полягає очищення стічних вод?

4. Перерахуйте заходи захисту водних ресурсів від промислового забруднення.

5. Які вимоги висуваються до складу та властивостей води водних об’єктів?

6. Дайте визначення поняттю ГДК.

7. Які показники враховуються при виборі методів та споруд для очищення стічних вод?

8. Які Ви знаєте групи ЛПШ?

9. Які існують схеми очищення стічних вод?

10. Перерахуйте способи очищення стічних вод.