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.

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.

2006-02-08

Из истории Проблемы удаления сточных вод занимают общество очень давно. В древнем городе Ксантен (в наст. вр. на территории Германии), построенном римлянами в 100 г. н.э., проживало около 10 000 человек. Уже в те времена существовала сеть труб для сточных вод: из домов они отводились в главные сточные каналы, а оттуда сливались в близлежащую реку Рейн. Это были две системы и обе были защищены от воздействия внешней среды. Сточные трубы были выложены дубовыми панелями, а позднее главные каналы стали облицовывать камнем и обмазывать глиной. Более отдаленные римские аванпосты использовали другие методы сброса сточных вод из туалетов. И по сей день можно увидеть одну из таких систем (122 г. н.э.) в небольшом римском гарнизоне в Хуастиде на границе между Шотландией и Англией. Туалеты были построены над ручьем, куда стекали сточные воды. В наши дни прямой сброс в окружающую среду становится невозможным как для внутренних, так и для промышленных сточных вод. Даже в старые времена, когда численность населения не была столь велика, сброс сточных вод в ручьи, реки и моря приводил к различным заболеваниям. Количество воды, используемой для внутренних целей в нашем столетии, критически возрастает, создавая эквивалентное повышение объема сточных вод. В большинстве стран слив необработанных сточных вод запрещен и большая их часть в обязательном порядке должна быть очищена перед возвратом в природу.

Очистка бытовых сточных вод

Хозяйственные сточные воды должны быть очищены от присутствующих в них твердых тел и растворимых веществ, таких как фосфаты и нитраты, и бактерий. Большинство станций переработки воды используют аэробный метод, который ускоряет естественные процессы и, тем самым, очищает сточные воды. В общем виде процесс очистки представляет собой последовательность ряда операций, разновидность и последовательность которых зависит от размера очистного предприятия, санитарно-гигиенических норм, в том числе территориальных, и других законодательных актов. Сначала стоки поступают на очистное предприятие либо самотеком, либо по трубопроводу, снабженному насосными станциями. Обычно входящие воды фильтруются для удаления крупных твердых веществ. На рис. 1 представлена схема небольшого типичного очистного предприятия по переработке сточных вод.

Первичное оседание

В процессе первичного оседания сточные воды накапливаются в цистернах в течение определенного периода времени. Находящиеся в воде твердые вещества выпадают на дно цистерны и в последствии убираются для дальнейшей переработки.

Вторичная переработка

На этом этапе сточная вода закачивается в аэрационные цистерны, где она смешивается с бактериями, перерабатывающими органические отходы в воде. Для поддержания жизнеспособности этих бактерий необходим кислород, который обычно подается из баллонов и смешивается с воздухом. Другой метод — нагнетание воздуха в цистерны компрессорами; иногда используют одновременно обе технологии. В ряде случаев вышеописанную технологию заменяет так называемый фильтрующий слой из бактерий: сточная вода протекает над слоем камней, и бактерии, находящиеся в пустотах между ними, способствуют процессу переработки.

Окончательное осаждение

Затем вода закачивается в огромные цистерны, где также действуют бактерии: попадаяснизу в центр цистерны через подземные трубопроводы, вода поднимается наверх и медленно движется в водослив наружу. Остаток бактерий и осадок соскребаются со дна медленно вращающимися скребками, прикрепленными к мосту. Некоторое количество осадков возвращается на станцию аэрации, чтобы обеспечить новый источник бактерий. Вытекающая вода может быть слита в ближайшую реку, канал или озеро, последние несколько процентов очистки завершаются естественным путем.

Переработка осадков

После окончательного осаждения осадки либо складируются на отведенном месте, либо уничтожаются путем сжигания. В настоящее время приоритетной становится тенденция их дальнейшей переработки. Осадки уплотняются и закачиваются в ферментационную цистерну, где они хранятся при температуре 32°С без доступа кислорода. Опасные бактерии при этом уничтожаются, что сопровождается выделением газа метана, а общий объем осадков в конечном итоге уменьшается. Метан хранится в газовой камере и может быть использован как энергетическое сырье, например, для выработки тепла для ферментационной цистерны или центрального отопления станции. После этого осадок обезвоживается прессованием и затем уничтожается. Еще один вариант уменьшения объема осадков (до 1/20) перед уничтожением — складирование их в компостном хранилище.

Очистка промышленных сточных вод

Некоторую специфику имеет процесс очистки промышленных сточных вод. В настоящее время широко применяются как традиционные, так и вновь разработанные технологии. В зависимости от отрасли промышленности, это может быть целый комплекс различных методов, позволяющих получать твердый осадок различной концентрации. Аэрация воздуха используется для увеличения плавучести загрязняющих веществ, которые впоследствии удаляются с поверхности. Также распространены такие физические методы как просеивание, технология мембраны, центрифуги и обратный осмос. Более сложные методы— физико-химической очистки.

К ним относится, например, фильтр с активированным углем, который известен своими свойствами абсорбции многих вредных веществ.Ионный обмен эффективен для очистки небольшого количества сточной воды с растворенными загрязняющими веществами, например, при удалении серебра из воды в фотопромышленности. Широко применяется процесс аэробиологической очистки, ускоряющий природную биологическую активность бактерий, — процесс аналогичен описанному выше для переработки бытовых сточных вод. Биоанаэробная очистка — переработка в восходящем анаэробном отстойном реакторе, заключенном в бетонную оболочку, в среде без доступа кислорода.

При этом органические загрязнения разрушаются, высвобождая биогазы как полезный продукт. В качестве примера рассмотрим процесс переработки сточных вод на фабрике HEINEKEN в Хертогенбоше (Голландия), где установлена очистная система PAQUES BV — эта технология для промышленной очистки отработанной воды достаточно широко распространена в мировой практике. Технологический процесс условно представляет собой четыре стадии:

  • удаление крупных включений;
  • гидравлическая буферизация;
  • предокисление;
  • анаэробная очистка.

Дополнительно предусмотрена так называемая «аварийная цистерна» для сбора и нейтрализации сточных вод с большой амплитудой колебаний pH.

Первая стадия

Крупные включения, не подлежащие разрушению биологическим путем, удаляются из воды сетчатым фильтром. Они могут включать в себя дрожжевые частицы, кизельгур, горлышки бутылок и т.д. Отфильтрованная масса подается с помощью архимедова винта в пресс, где обезвоживается с соответствующим уменьшением в объеме. Спрессованные отходы собираются в контейнеры. Фильтр автоматически очищается под воздействием высокого давления, что предотвращает образование осадка.

Вторая стадия

В двух больших круглых бетонных буферных цистернах объемом 2250 м 3 одновременно протекают следующие химические реакции:

  • выравнивание гидравлической амплитуды и амплитуды загрязнения;
  • гидролиз посредством деятельности микробов, а также частичное окисление;
  • буферизация кислотных и алкалиновых амплитуд в вытравленной сточной воде;
  • осаждение и последующее удаление осевших веществ (в первойбуферной цистерне).

Благодаря помещенным в первую буферную цистерну смесителям процесс смешивания происходит однородно: скреперный механизм медленно перемещает осевшие вещества в центральный сборный пункт. «По дороге» осевшие отходы подвергаются дальнейшей обработке. Дополнительная аварийная цистерна объемом 2250 м 3 используется для сбора сточной воды с высокой кислотной или алкалиновой амплитудой. Когда уровень pH в буферной цистерне приближается к приемлемому, вода с небольшой скоростью поступает в дальнейшую переработку, дополнительно проходя через угольные фильтры.

Третья стадия

Окислительная цистерна дает возможность контролировать уровень кислотности среды и, тем самым, создавать оптимальные условия для процесса предокисления. Он протекает в круглой бетонной цистерне, закрытой пластиковой крышкой. Воздух из цистерны постоянно удаляется и очищается во избежание распространения неприятного запаха. После завершения стадии предокисления вода перекачивается в анаэробные реакторы.

Четвертая стадия

Процесс анаэробизации протекает в шести реакторах Biopaq Internal Circulation (каждый объемом 160 м 3) в два этапа. На первом в каждом из реакторов происходит интенсивное образование биогазов, часть которого используется в работающих на газе насосах, обеспечивающих внутреннюю циркуляцию сточных вод. На втором этапе реакторы используются как буфер для осадков. Количество осадка постепенно увеличивается и его избыток извлекается из каждого реактора и перекачивается в накопительную цистерну. В верхней части реактора скапливается биогаз, который после буферизации очищается и высушивается. После прохождения всех четырех стадий очистки вода подается на местное предприятие по переработке сточной воды.

Коррозия оборудования

Подверженность коррозии оборудования, задействованного в процессе переработки сточных вод, чрезвычайно велика из-за большой влажности, растворенных солей, выделяющегося сероводорода, аммиака, бактерий, солнечного воздействия, органических и неорганических кислот и различных других химических веществ. К сожалению, это неизбежные «спутники» процессов переработки.

Максимальному риску подвержено оборудование, работающее в погруженном или частично погруженном состоянии, особенно используемое на первых стадиях очистки: фильтры-экраны, цистерны предварительного осаждения, скребки и аэраторы — присутствие в атмосфере сероводорода способствует образованию коррозийно-сульфирической кислоты. Многие поверхности, например, внешняя сторона цистерн, подвержены коррозии даже при нормальном использовании в обычном климате. Промышленные сточные воды порой столь агрессивны, что могут стать причиной очень сильной коррозии. В некоторых ситуациях справиться с ней без специалиста невозможно.

Под воздействием агрессивных факторов разлагаются не только стальные и металлические элементы, но и бетонные конструкции (так называемый износ бетона). Например, бетонные резервуары первичной очистки. Они разрушаются под воздействием кислоты. Для разложения органических включений растительного происхождения— отходов картофеля, муки, солода, сахарной свеклы и т.д.— температура в цистерне должна быть не ниже 35-37°С, но и количество образующейся серной кислоты, а следовательно и коррозионная активность, напрямую зависят от температуры: при одинаковой концентрации сероводорода при температуре 18°С серной кислоты образуется в три раза больше, чем при температуре 12°С. Кислород, используемый в процессе гниения, способствует образованию на стенках труб над поверхностью воды сероводорода (в виде конденсата).

Затем он под воздействием аэробных бактерий окисляется в серную кислоту. Процессы разложения довольно длительные и сточные воды зачастую подолгу находятся в резервуарах, концентрация сероводорода в конденсате которых может образовать на бетонной поверхности раствор 6%-ой серной кислоты. Чем длиннее трубопровод, тем дольше сточная вода находится в системе и тем больший объем кислорода участвует в процессе распада.

Например, если сточные воды поступают на станцию очистки из нескольких районов, то воды наиболее отдаленных из них могут находиться в системе долгое время. Возвращаясь к нашему примеру с бетонным резервуаром для первичной очистки, процесс образования сероводорода будет выглядеть следующим образом (рис. 2).

Повышение уровня кислотности происходит в конденсате, образующемся на стенках резервуара выше уровня сточных вод, и воздействует он на бетон выше уровня воды. Закрытые резервуары еще более уязвимы. Последняя тенденция — размещение предприятий по очистке воды под крышей (чтобы устранить неприятный запах и исключить случаи сдувания обильной пены сильным ветром с цистерн первичного осаждения) стала возможной только благодаря современным качественным технологиям борьбы с коррозией.

Проблема коррозии актуальна для оборудования, используемого практически на всех этапах переработки сточных вод. Полиуретаны часто не отвечают предъявляемым требованиям, даже в условиях относительно низкой кислотности. Поливинилхлоридные покрытия могут быть ослаблены в месте стыковочных швов, которые также подвергаются повышенной нагрузке из-за сужения или расширения при перепаде температур. Кислота в этих местах просачивается за трещины и разъедает бетон.

Борьба с коррозией на очистных предприятиях

Конечно, идеальный выход — использовать меньше стали, но в большинстве случаев замена на более коррозионностойкие материалы приводит к несоизмеримомуи зачастую неоправданному увеличению капитальных затрат. Кроме того, срок службы полимерных конструкций в пять раз меньше, чем традиционных стальных с хорошей защитной системой, а стоимость на этапе первоначальных вложений увеличивается в два раза. Главное преимущество стали — это относительно невысокая стоимость и возможность восстановления путем последующей переплавки. По-возможности, следует избегать использования разных металлов, если это невозможно, максимально изолировать их друг от друга.

Защита покрасочными системами

Для защиты стальных отстойных цистерн и других конструкций применяются современные покрасочные системы. Выбор системы для каждого конкретного случая зависит от ожидаемых условий применения. Там, где предполагается воздействие жирных кислот, содержащихся в сточных водах, идеальное решение — покрасочные системы на эпоксидной основе, самым передовым из них присуща прочная защита от истирания и осадков животных и растительных жиров. Она может противостоять кислотности от 2 до 10.

В менее суровых условиях подходят стандартные эпоксидные или угольно-эпоксидные системы. Они хорошо противостоят воздействию серной кислоты. Тем не менее по экологическим причинам в некоторых странах отмечается тенденция к поиску альтернативных покрытий. Последние разработки химической промышленности и испытания показали, что высококачественные эпоксидные краски без смол оказываются более надежными, чем эпоксидные покрытия с угольно-каменистым дегтем.

В качестве альтернативы покрасочной системе используется покрытие «торкет-бетон» — бетон наносится методом разбрызгивания толщиной 5 см с финишным эпоксидным покрытием. Мнения по поводу эффективности этой технологии различны, но при сильном воздействии сероводорода этого оказывается недостаточно. После торкет-бетона можно использовать покрытие PVC, результаты применения которого оцениваются специалистами высоко, но это дорогостоящая технология.

Лучше всего использовать покрасочную систему при постройке новых сооружений, но чаще всего тяжелый и дорогостоящий ремонт проводится на работающих станциях. В любом случае покрытие наносится на чистую и сухую поверхность, чего при работающем оборудовании добиться крайне нелегко. Например насос фановой системы и примыкающая камера не могут быть сухими дольше 12-16 ч.

После этого входные клапаны должны быть открыты для сточных вод на несколько часов, затем цикл может повториться. Насколько это сложно, зависит от вида насосной камеры. В некоторых из них рабочее перекрытие осуществить достаточно легко. В камерах с насосами, погруженными в воду, это сделать невозможно. Единственным решением здесь может быть использование резервных насосов и цистерн. Цена покрасочных систем зависит от типа и сложности технологического цикла каждого конкретного очистного предприятия, но составляет примерно 0,3-3% стоимости новой конструкции.

Резюме

Оборудование в промышленности по очистке воды должно функционировать круглый год 24 ч в сутки с минимальным временем остановки для технического обслуживания. Все конструкции должны быть полностью надежными, выдерживать длительный период времени между профилактическими и техническими обслуживаниями, которые должны быть максимально быстрыми и простыми. Хотя подавляющая часть оборудования по очистке воды действует в коррозионной среде, обычная сталь все еще остается наиболее выгодным материалом для большей части оборудования.

Для эффективной защиты от коррозии в условиях полного и частичного погружения требуется ее защита при помощи современных покрасочных систем. Стандарный и наиболее распространенный вариант — нанесение эпоксидной грунтовки с последующим нанесением эпоксидного покрытия с угольно-каменистым дегтем. Менеджер по экспорту компании «Лэндстари», всемирно известного производителя оборудования для переработки сточных вод, уверяет, что при правильном нанесении такая система исправно работает и после 15-20 лет службы.

Определения

Подобно многим отраслям промышленности, для процессов очистки воды характерна собственная техническая терминология:

  • активный осадок — осадок, содержащий живые бактерии;
  • аэрация — растворение воздуха в жидкости;
  • аэробный — содержащий или использующий воздух;
  • анаэробный — без воздуха;
  • архимедов насос— насос, поднимающий жидкость до верхнего уровня с помощью вращающегося винта;
  • сероводород — растворимый в жидкости токсичный газ с неприятным запахом;
  • эквивалент постоянного населения— мера мощности предприятия по очистке воды по отношению к количеству населения, которое оно обслуживает;
  • кизельгур — диатомовая земля, материал для фильтров;
  • экран — фильтр для извлечения твердых тел из сточных вод;
  • отстойная цистерна — цистерна или резервуар, в котором твердые суспензированные частицы могут опуститься на дно.
  • бактерии, снижающие уровень солей серной кислоты — бактерии, которые могут превратить нерастворенные частицы серы в сероводород, растворимый в воде.

Сброс в окружающую среду бытовых и промышленных стоков без предварительной обработки повлек бы за собой настоящую экологическую катастрофу.

Поскольку химический состав отходов по мере развития технологий становится все более разнообразным и агрессивным, методы очистки сточных вод постоянно совершенствуются.

Из-за большого разнообразия растворимых и нерастворимых загрязнителей в сточных водах создать универсальный способ их обезвреживания и удаления не представляется возможным.

Поэтому на очистных сооружениях применяют целый набор приемов, каждый из которых ориентирован на работу с той или иной группой веществ.

Все эти приемы можно разделить на несколько категорий:

  1. Механические.
  2. Химические.
  3. Биологические и биохимические.
  4. Физико-химические.
Каждая из перечисленных технологий очистки включает в себя несколько ступеней, требующих применения определенных технических устройств, химикатов и биологически активных препаратов.

Способы очистки сточных вод

Рассмотрим подробнее, как именно осуществляется обезвреживание сточных масс. Физико-химические и другие методы очистки сточных вод смотрите ниже.

Химические методы очистки сточных вод

Основаны на применении химикатов, результатом чего становится один из трех процессов:

  1. Нейтрализация: данный метод призван обезвреживать кислоты и щелочи путем преобразования их в безопасные вещества. С такими загрязнителями приходится иметь дело при очистке стоков промышленных предприятий. Если в наличии имеются и кислотные, и щелочные стоки, их можно нейтрализовать путем простого смешивания. Для нейтрализации кислотных вод применяют щелочные отходы, едкий натр, соду, мел и известняк. Для реализации данного метода на предприятиях устанавливают фильтры и различные устройства.
  2. Окисление: окислению подвергают те виды загрязнений, которые невозможно обезвредить другими способами. В качестве окислителей применяют кислород, бихромат и перманганат калия, гипохлорит натрия и кальция, хлорную известь и другие реагенты.
  3. Восстановление: с помощью данного метода можно обезвредить соединения хрома, ртути, мышьяка и некоторых других элементов, которые являются легковосстанавливаемыми. В роли реагентов выступают диоксид серы, гидросульфит натрия, водород и сульфат железа.

Промышленная очистка воды

Обеззараживание очищенной воды осуществляют при помощи газообразного хлора или хлорной извести.

Биохимические

В рамках данной методики помимо химических реагентов применяют различные микроорганизмы, употребляющие органические загрязнения в качестве пищи. Очистные станции, работа которых основана на этом принципе, можно разделить на две группы:

  1. Работающие в естественных условиях: могут представлять собой водоемы (биопруды), либо «сухопутные» сооружения (поле орошения и поле фильтрации), в которых происходит почвенная доочистка стоков. Такие станции обладают низкой эффективностью, требуют больших площадей и сильно зависят от климатических факторов.
  2. Работающие в искусственных условиях: создавая искусственным путем более комфортные для микроорганизмов условия, результативность очистки удается значительно увеличить.

Сооружения, входящие в последнюю категорию, делятся на три типа:

  • аэротенки;
  • биофильтры;
  • аэрофильтры.

Анаэробная система очистки с последующей очисткой МБР

Биофильтр – это установка, в которой имеется фильтрующая засыпка из керамзита, шлака, гравия или аналогичного материала. Колонии микроорганизмов образуют на нем пленку.

Аэрофильтр устроен аналогичным образом, но в нем предусмотрена принудительная подача воздуха в фильтрующий слой. Это позволяет увеличить его мощность до 4-х м и сделать процессы окисления значительно более интенсивными.

В аэротенках полезная биомасса существует в виде активного ила, который с помощью различных механических устройств перемешивается с поступающими стоками в однородную массу.

Согласно СанПиН, санитарные зоны должны быть организованы на всех водопроводов в целью сохранения водных ресурсов. Что такое и какие требования предъявляются по защите источников водозабора, читайте далее.

Как сделать песчаный фильтр для бассейна своими руками, читайте .

А в этой статье вы можете ознакомиться с методами очистки воды от железа. А также вы узнаете, как определить наличие железа в воде.

Биологические

Для переработки сточных вод, содержащих только органические загрязнения, применяют биологический метод. От биохимического он отличается только отсутствием химикатов.

Наиболее производительными являются аэробные микроорганизмы, для жизнедеятельности которых необходим кислород.

Если они работают в сооружении с искусственными условиями, либо в биопруду, в стоки приходится закачивать с помощью компрессора воздух. Менее затратными, но и менее производительными являются анаэробные бактерии, которые кислород не используют.

Чтобы поднять степень биологической фильтрации, переработанные стоки подвергают доочистке. В большинстве случаев для этого применяют многослойные песчаные фильтры или так называемые контактные осветлители. В редких случаях используют микрофильтры.

Если стоки содержат трудноокисляемые вещества, их можно отфильтровать с помощью активированного угля или другого сорбента, либо прибегнуть к химическому окислению, например, с помощью озона.

В ходе очистки биологическим методом вода избавляется от токсичных веществ, но насыщается фосфором и аммонийным азотом.

Если такую воду сбросить в естественный водоем, эти элементы спровоцируют «демографический взрыв» среди водорослей (фосфор в количестве 1 мг обеспечивает появление 115-ти мг биомассы), что нежелательно для экосистемы водоема.

Биологическая очистка воды на предприятии

Для удаления азота применяют два способа:

  1. Физико-химический: воду подвергают известкованию, за счет чего ее рН увеличивается до 10 – 11 единиц. Образующийся при этом аммиак выводят в градирнях при помощи отдувки воздухом.
  2. Биологический.

Биологический метод осуществляется поэтапно:

  • Сначала при помощи особых бактерий в аэротенке происходит нитрификация очищенной воды.
  • Далее жидкость поступает в герметично закрытую емкость – денитрификатор, где находящиеся без доступа воздуха бактерии разрушают молекулы нитритов и нитратов (выделяется молекулярный азот) путем отщепления от них необходимого для жизнедеятельности кислорода.
Для удаления фосфора в воду добавляют известь, а также соли алюминия или железа. Фосфор вступает в реакцию, в результате которой образуются выпадающие в осадок соединения.

Физико-химические методы очистки

  1. Коагуляция: в стоки добавляют особые реагенты – так называемые коагулянты и флокулянты. Их действие сопровождается различными эффектами: растворимые загрязнители могут превратиться в нерастворимые хлопья, удаляемые путем процеживания; опасные компоненты распадаются на безопасные; реакция сточных масс меняется, например, с кислотной на нейтральную.
  2. Ионообменный метод: чаще всего применяется с целью умягчения воды. Суть метода состоит в замене «нежелательных» ионов (в случае умягчения – магния и кальция) «безобидными», например, натрия.
  3. Флотация: метод очистки сточных вод направлен на выделение нефтепродуктов. В сточные массы подается воздух, образующий множество пузырьков. Частички нефтепродуктов имеют свойство прилипать к таким пузырькам, вследствие чего они оказываются на поверхности в виде пены. Ее можно удалить посредством специальных скребков либо путем поднятия уровня воды – при этом пена сама стечет в приемный лоток.

Процесс физико-химической очистки воды

Если загрязнители не обладают достаточной «прилипчивостью», ее стимулируют путем введения специальных реагентов.

Существует несколько разновидностей флотации: напорная, механическая, биологическая, пенная, пневматическая.

Кроме указанных методов в рамках физико-химической очистки применяют обратный осмос, выпаривание, экстракцию и многое другое.

Здоровье человека во многом зависит от качества потребляемой воды. Так как водопроводная вода далека от идеала, люди все чаще устанавливают . Обзор типов фильтров вы найдете на нашем сайте.

Какую модель насосной станции для дачи лучше приобрести, рассмотрим в материале.

Механические и физические методы

Механическим способом избавляются от нерастворимых включений. В большинстве случаев эта стадия является предварительной и используется в сочетании с другими видами очистки. Данная методика включает три этапа.

Отстаивание

Также часто называют гравитационной очисткой. В ходе отстаивания примеси с большей, чем у воды, плотностью собираются на дне, а легкие – всплывают. К последним относятся многие примеси, характерные для стоков промышленных предприятий: масла (отстойник называют маслоуловителем), жиры (жироловушки), нефть (нефтеловушки) и смолы (смолоуловители). Ранее отдельные жироловушки применялись и для очистки бытовых стоков, но сегодня их функция возложена на особые устройства, которыми оснащаются отстойники.

Для удаления песка и других взвесей минеральной природы применяют особую разновидность отстойников — песколовки. Они могут быть трубчатыми, статическими и динамическими.

Гравитационный отстойник

В силу особенностей технологии гравитационным методом очистки удается выделить только 80% примесей, поддающихся такой обработке. В среднем это количество составляет всего 60% от общего объема нерастворенных примесей. Чтобы сделать отстаивание более эффективным, применяют такие методы, как осветление при помощи взвешенного фильтра, биокоагуляцию и преарэрацию (бывает с избыточным илом или без него).

Содержащий большое количество яиц гельминтов и болезнетворных бактерий осадок подвергают доочистке при помощи анаэробных микроорганизмов в септиках и метантенках.

Процеживание

Для отсеивания крупных взвешенных частиц (плотность почти равна плотности воды) стоки процеживают через установленные на их пути решетки и сита.

Фильтрование

Метод аналогичен процеживанию, но направлен на удаление примесей более мелких фракций.

Вместо сит применяют тканевые, пористые или мелкозернистые фильтры.

Существуют специальные устройства – микропроцеживатели, представляющие собой оснащенный сеткой барабан. Отсеянные примеси смываются в бункер-уловитель струей воды, бьющей из специальных форсунок.

Видео на тему


Большинство людей, нажимая на кнопку унитаза не задумываются, что происходит с тем, что они смывают. Утекло и утекло, делов то. В таком большом городе как Москва в день в канализационную систему утекает не много ни мало четыре миллиона кубометров сточных вод. Это примерно столько же, сколько протекает воды в Москва-реке за день напротив Кремля. Весь этот огромный объем сточной воды нужно очищать и задача это весьма непростая.

В Москве действует две крупнейшие станции очистки сточных вод, примерно одинакового размера. Каждая из них очищает половину того, что «производит» Москва. Про Курьяновскую станцию я уже . Сегодня я расскажу про Люберецкую станцию — мы вновь пробежимся по основным этапам очистки воды, но еще и затронем одну весьма важную тему — как на станциях очистки борются с неприятными запахами с помощью низкотемпературной плазмы и отходов парфюмерной промышленности и почему эта проблема вообще стала актуальна как никогда.

Для начала немного истории. Впервые канализация «пришла» в район современных Люберец в начале ХХ века. Тогда были созданы Люберецкие поля орошения, на которых сточные воды, еще по старой технологии просачивались через землю и тем самым очищались. Со временем эта технология стала неприемлема для все возрастающего количества сточных вод и в 1963 году была построена новая станция очистки — Люберецкая. Чуть позже была построена еще одна станция — Новолюберецкая, фактически граничащая с первой и использующая часть ее инфраструктуры. По сути сейчас это одна большая станция очистки, но состоящая из двух частей — старой и новой.

Взглянем на карту — слева, на западе — старая часть станции, справа, на востоке — новая:

Площадь станции — огромная, по прямой из угла в угол около двух километров.

Как не сложно догадаться — от станции идет запах. Раньше он мало кого волновал, а сейчас эта проблема стала актуальна по двум основным причинам:

1)Когда станция была построена, в 60х, вокруг нее практически никто не жил. Рядом был небольшой поселок, где жили сами работники станции. Тогда эта местность была далеко-далеко от Москвы. Сейчас же идет очень активная застройка. Станцию фактически со всех сторон окружают новостройки и будет их еще больше. Новые дома строят даже на бывших иловых площадках станции (поля, на которые свозился ил оставшийся от переработки сточных вод). В результате жители близлежащих домов вынуждены периодически нюхать «канализационные» запахи, ну и естественно они постоянно жалуются.

2)Канализационные воды стали более концентрированные чем раньше, в советские времена. Произошло это из-за того, что объем используемой воды за последнее время сильно сократился , в то время как в туалет ходить меньше не стали, а даже наоборот — население выросло. Причин того, что «разбавляющей» воды стало намного меньше довольно много:
а)использование счетчиков — воду стали экономнее использовать;
б)использование более современной сантехники — все реже можно встретить текущий кран или унитаз;
в)использование более экономной бытовой техники — стиральные машины, посудомоечные машины и т.п.;
г)закрытие огромного количества промышленных предприятий, которые потребляли очень много воды — АЗЛК, ЗИЛ, Серп и Молот(частично) и т.п.
Как результат — если станция при строительстве рассчитывалась на объем 800 литров воды на человека в сутки, то сейчас реально этот показатель не больше 200. Повышение концентрации и снижение потока привело к ряду побочных эффектов — в канализационных трубах рассчитанных на больший поток стал откладываться осадок, приводящий к неприятным запахам. На самой станции стало больше пахнуть.

Для борьбы с запахом Мосводоканал, в ведении которого находятся очистные сооружения проводит поэтапную реконструкцию сооружений, применяя несколько разных способов избавления от запахов, про которые и пойдет рассказ ниже.

Давайте пойдем по порядку, а точнее по току воды. Сточная вода из Москвы поступает на станцию по Люберецкому канализационному каналу, представляющему собой огромный подземный коллектор заполненный сточными водами. Канал самотечный и почти на всем протяжении идет на очень малой глубине, а порой вообще фактически над землей. Его масштаб можно оценить с крыши административного здания очистных сооружений:

Ширина канала — около 15 метров(разделен на три части), высота — 3 метра.

На станции канал приходит в так называемую приемную камеру, откуда разделяется на два потока — часть идет на старую часть станции, часть на новую. Приемная камера выглядит так:

Сам канал приходит справа-сзади, а разделенный на две части поток уходит по зеленым каналам на заднем плане, каждый из которых может перекрываться так называемым шибером — специальным затвором (на фото — темные конструкции). Тут можно заметить первое нововведение для борьбы с запахами. Приемная камера полностью накрыта листами металла. Раньше она выглядела как «бассейн» заполненный фекальными водами, теперь же их не видно, естественно сплошное металлическое покрытие практически полностью перекрывает запах.

Для технологических целей был оставлен лишь совсем небольшой лючок, приподняв который можно насладиться всем букетом запахов.

Эти огромные шиберы позволяют перекрывать каналы идущие от приемной камеры в случае необходимости.

От приемной камеры идет два канала. Они тоже еще совсем недавно были открытыми, теперь же их полностью накрыли металлическим перекрытием.

Под перекрытием скапливаются газы, выделяющиеся из сточных вод. Главным образом это метан и сероводород — оба газа взрывоопасны при высоких концентрациях, поэтому пространство под перекрытием нужно обязательно вентилировать, но тут возникает следующая проблема — если просто поставить вентилятор, то весь смысл перекрытия просто пропадет — запах попадет наружу. Поэтому для решения проблемы МКБ «Горизонт» разработало и изготовило специальную установку для очистки воздуха. Установка находится в отдельной будочке и к ней идет вентиляционная труба от канала.

Данная установка — экспериментальная, для отработки технологии. В ближайшее время такие установки начнут массово ставить на очистных сооружениях и на канализационно-насосных станциях, которых в Москве более 150 штук и от которых тоже исходят неприятные запахи. Справа на фото — один из разработчиков и испытателей установки — Александр Позиновкий.

Принцип действия установки следующий:
в четыре вертикальные трубы из нержавеющей стали снизу подается загрязненный воздух. В этих же трубах находятся электроды, на которые несколько сот раз в секунду подается высокое напряжение(десятки тысяч вольт), в результате чего возникают разряды и низкотемпературная плазма. При взаимодействии с ней большинство пахнущих газов переходят в жидкое состояние и оседают на стенках труб. По стенам труб постоянно стекает тонкий слой воды, с которым эти вещества смешиваются. Вода циркулирует по кругу, резервуар для воды — синяя емкость справа, снизу на фото. Очищенный воздух выходит сверху из нержавеющих труб и просто выпускается в атмосферу.
Для тех кому интереснее подробнее — , на котором все объяснено.

Для патриотов — установка полностью разработана и создана в России, за исключением стабилизатора питания(снизу в шкафу на фото). Высоковольтная часть установки:

Так как установка экспериментальная — в ней имеется дополнительное измерительное оборудование — газоанализатор и осциллограф.

Осциллограф показывает напряжение на конденсаторах. Во время каждого разряда конденсаторы разряжаются и на осциллограмме хорошо виден процесс их заряда.

К газоанализатору идет две трубки — одна забирает воздух до установки, другая после. Кроме того есть краник, который позволяет выбрать ту трубку, которая подключается к датчику газоанализатора. Александр демонстрирует нам сначала «грязный» воздух. Содержание сероводорода — 10.3 мг/м 3 . После переключения крана — содержание падает практически до нуля: 0.0-0.1.

Каждый из каналов также перекрывается отдельным шибером. Вообще говоря, на станции их огромное количество — торчат тут и там 🙂

После очистки от крупного мусора вода попадает в песколовки, которые, как опять же не сложно догадаться из названия предназначены для удаления мелких твердых частиц. Принцип работы песколовок довольно прост — по сути это длинный прямоугольный резервуар, в котором вода движется с определенной скоростью, в результате песок просто успевает осесть. Также туда подается воздух, который способствует процессу. Снизу песок удаляется с помощью специальных механизмов.

Как часто бывает в технике — идея простая, а исполнение — сложное. Так и тут — визуально это самая «навороченная» конструкция на пути очистки воды.

Песколовки облюбовали чайки. Вообще чаек на Люберецкой станции оказалось очень много, но именно на песколовках их было больше всего.

Увеличил фотографию уже дома и посмеялся с их вида — забавные птички. Называются чайки озерные. Нет, темная голова у них не потому что они постоянно окунают ее туда, куда не надо, просто такая конструктивная особенность 🙂
Скоро им впрочем придется не легко — многие открытые водные поверхности на станции будут накрыты.

Вернемся к технике. На фото — дно песколовки (не работающей в данный момент). Именно туда оседает песок и оттуда же и удаляется.

После песколовок вода снова поступает в общий канал.

Тут можно увидеть, как выглядели все каналы на станции, до того как их начали накрывать. Этот канал прямо сейчас накрывается.

Каркас варят из нержавейки, как и большинство металлических конструкций в канализации. Дело в том, что в канализации очень агрессивная среда — вода полная всяких веществ, 100% влажность, газы способствующие коррозии. Обычное железо очень быстро превращается в труху в таких условиях.

Работы ведутся прямо над действующим каналом — так как это один из двух основных каналов, то отключить его нельзя (москвичи ждать не будут:)).

На фото небольшой перепад уровня, около 50 сантиметров. Дно в этом месте сделано специальной формы, для гашения горизонтальной скорости воды. Как результат — очень активное бурление.

После песколовок вода поступает на первичные отстойники. На фото — на переднем плане камера, в которую поступает вода, из нее она попадает в центральную часть отстойника на заднем плане.

Классический отстойник выглядит так:

А без воды — так:

Грязная вода поступает из отверстия в центре отстойника и попадает в общий объем. В самом отстойнике взвесь содержащаяся в грязной воде постепенно оседает на дно, по которому постоянно перемещается илосгребатель, закрепленный на ферме, вращающейся по кругу. Скребок сгребает осадок в специальный кольцевой лоток, а из него, в свою очередь он попадает в круглый приямок, откуда откачивается по трубе специальными насосами. Излишки воды утекают в канал проложенный по кругу отстойника и оттуда в трубу.

Первичные отстойники — еще один источник неприятных запахов на станции, т.к. в них находится фактически грязная (очищенная только от твердых примесей) канализационная вода. Для того чтобы избавится от запаха Москводоканал решил накрыть отстойники, но тут встала большая проблема. Диаметр отстойника составляет 54 метра(!). Фото с человеком для масштаба:

При этом если делать крышу, то она должна во-первых выдерживать снеговую нагрузку зимой, во-вторых иметь только одну опору по центру — над самим отстойником опоры делать нельзя, т.к. там постоянно вращается ферма. В результате было принято элегантное решение — сделать перекрытие плавающим.

Перекрытие собрано из плавающих блоков из нержавеющей стали. Причем внешнее кольцо блоков закреплено неподвижно, а внутренняя часть вращается наплаву, вместе с фермой.

Такое решение оказалось очень удачным, т.к. во-первых отпадает проблема со снеговой нагрузкой, а во вторых не образуется объема воздуха, который пришлось бы вентилировать и дополнительно очищать.

По утверждениям Мосводоканала данная конструкция снизила выбросы пахнущих газов на 97%.

Данный отстойник был первым и экспериментальным, где была отработана данная технология. Эксперимент признан успешным и сейчас на Курьяновской станции уже накрывают подобным образом другие отстойники. Со временем все первичные отстойники будут накрыты подобным образом.

Однако, процесс реконструкции длительный — отключить всю станцию сразу невозможно, реконструировать отстойники можно только друг за другом, отключая по очереди. Да и деньги нужны немалые. Поэтому, пока не все отстойники накрыты применяют третий по счету способ борьбы с запахами — распыление нейтрализующих веществ.

Вокруг первичных отстойников были установлены специальные распылители, которые создают облако веществ нейтрализующих запахи. Сами вещества пахнут не сказать чтобы очень приятно или неприятно, но довольно специфично, впрочем их задача не замаскировать запах, а нейтрализовать его. К сожалению не запомнил конкретных веществ, которые применяются, но как сказали на станции — это отходы парфюмерной промышленности Франции.

Для распыления используются специальные форсунки, которые создают частицы диаметром 5-10 микрон. Давление в трубах если не ошибаюсь 6-8 атмосфер.

После первичных отстойников вода поступает в аэротэнки — длинные бетонные резервуары. В них подается огромное количество воздуха по трубам, а также содержится активный ил — основа всего метода биологической очистки вод. Активный ил перерабатывает «отходы», при этом быстро размножается. Процесс аналогичен тому, что происходит в природе в водоемах, однако протекает во много раз быстрее из-за теплой воды, большого количества воздуха и ила.

Воздух подается из главного машинного зала, в котором установлены турбовоздуходувки. Три башенки над зданием — воздухозаборники. Процесс подачи воздуха требует огромного количества электричества, при этом прекращение подачи воздуха приводит к катастрофическим последствиям, т.к. активный ил очень быстро погибает, а его восстановление может занять месяцы(!).

Аэротэнки, как ни странно особо не источают сильных неприятных запахов, поэтому их накрывать не планируется.

На этой фотографии видно как грязная вода поступает в аэротэнк(темная) и смешивается с активным илом(коричневый).

Часть сооружений в настоящее время отключено и законсервировано, по причинам о которых я писал в начале поста — снижение потока воды в последние годы.

После аэротэнков вода попадает во вторичные отстойники. Конструктивно они полностью повторяют первичные. Их назначение — отделить активный ил от уже очищенной воды.

Законсервированные вторичные отстойники.

Вторичные отстойники не пахнут — по сути тут уже чистая вода.

Вода собираемая в кольцевой лоток отстойника утекает в трубу. Часть воды проходит дополнительное УФ обеззараживание и сливается в речку Пехорку, часть же воды по подземному каналу идет до Москва-реки.

Осевший же активный ил используется для получения метана, который потом хранится в полуподземных резервуарах — метантэнках и используется на собственной ТЭЦ.

Отработавший ил отправляется на иловые площадки в Подмосковье, где его дополнительно обезвоживают и либо захоранивают, либо сжигают.

На последок панорама станции с крыши административного здания. Нажмите для увеличения.

В процессе очистки городских сточных вод на московских очистных сооружениях образуется около 9 млн. куб.м жидких осадков, требующих переработки и обезвреживания.

Для переработки и обезвреживания осадка используются индустриальные методы. Обезвреживание осадка осуществляется в специализированных сооружениях – метантенках при термофильном режиме сбраживания (при температуре 50-53 0 С). В целях максимального уменьшения объема утилизируемых отходов, обезвреженные осадки, предварительно кондиционированные раствором флокулянта, подаются для обезвоживания на декантеры, минуя стадии промывки и уплотнения в уплотнителях сброженного осадка. В процессе механического обезвоживания объем осадка уменьшается более чем в 9 раз.

Анализ передового опыта показал, что в современных условиях использование центробежных аппаратов - декантеров для переработки осадков сточных вод является наиболее предпочтительным.

В 2013-2014 годах проведена реконструкция отделений цеха механического обезвоживания осадка Курьяновских очистных сооружений в Ленинском и Раменском районах Московской области, в ходе которой была проведена замена 12 морально и физически устаревших камерных фильтр-прессов на современное обезвоживающее оборудование – восемь декантеров.

В 2017 году завершена реконструкция цеха механического обезвоживания на Люберецких очистных сооружений с созданием единого центра обезвоживания осадка на территории Новолюберецких очистных сооружениях, в результате которой введены в эксплуатацию девять декантеров.

Модернизация цехов обезвоживания позволила решить ключевые проблемы:

  • обеспечен резервный запас по производительности оборудования, т.е. увеличена его надежность,
  • выведены из эксплуатации 34 уплотнителя сброженного осадка, являющихся источниками дурных запахов,
  • сокращено количество простоев из-за засоров посредством установки решеток на сброженном осадке,
  • уменьшен рецикл взвешенных веществ со сливной водой, тем самым снижена нагрузка по загрязнениям на головные сооружения,
  • сокращена численность обслуживающего персонала.

Проблемы утилизации осадка

Использование индустриальных методов обезвоживания позволяет уменьшить объем осадка более чем в 9 раз.

В настоящее время обезвоженный осадок вывозится сторонними организациями за пределы территории очистных сооружений в целях его обезвреживания или возможного использования для производства готовой продукции. На основе осадков производятся технические/биологические рекультиванты, биопочва и т.д., которые применяются для рекультивации нарушенных земель, отработанных карьеров, полигонов твердых бытовых отходов, проведения планировочных работ. В сложившейся экологической обстановке в Московской области проводить такие работы с каждым годом становится все труднее и затраты на утилизацию осадка неуклонно растут.

Предлагаемые на мировом рынке варианты утилизации осадков, могут быть сведены к следующим методам:

  • использование осадка для производства биопочвы;
  • утилизация осадка на базе современных термических технологий и, как следствие, получение из отходов вторичных продуктов, пригодных к реализации в строительной отрасли для производства строительных материалов или цемента.

Преимущества производства биопочв

Одним из путей решения проблемы загрязненных и деградированных городских почв – применение в зеленом строительстве города почвогрунтов с использованием обезвоженных и обезвреженных осадков сточных вод.

Технология производства почвогрунтов решает сразу несколько важнейших экологических задач:

  • утилизация отходов очистных сооружений;
  • создание достаточного количества кондиционных почвогрунтов в городе.

Преимущества термического метода утилизации осадка

Учитывая сложную экологическую обстановку в городе, принято решение об использовании на первом этапе схемы сушки обезвоженного осадка. При этом объем осадка уменьшится более чем в 3 раза, а калорийность высушенного осадка позволит использовать его в качестве топливной составляющей при производстве готовой продукции.

С 2018 года в АО «Мосводоканал» ведутся работы по производству твердого биологического топлива (ТБТ) из механически обезвоженного осадка ЛОС в соответствии с Техническими условиями "Твердое биотопливо" ТУ 38.32.39.-001-03324418-2017. Производство ТБТ осуществляется на оборудовании ООО "ЕФН Эко Сервис" в отделении сушки осадка на мини-ТЭС с использованием биогаза, образованного на очистных сооружениях.

В настоящее время полученное твердое биотопливо передается для использования в качестве альтернативного топлива цементным заводам ООО "Холсим (Рус) СМ", ООО "БазэлЦемент» и ООО "Хайдельберг-Цемент".