При поступлении в водоем сточных вод, содержащих загрязняющие примеси, качество воды в нем претерпевает изменения. До известного предела, называемого допустимым экологическим сдвигом, оно изменяется столь незначительно, что вода остается такой же безвредной для соответствующих видов водопользования, как и при полном отсутствии загрязняющих примесей.
Наиболее широко распространенным видом загрязнителей сточных вод являются нерастворенные примеси или, как часто их называют, взвешенные вещества. Этот вид загрязнений характерен не только для бытовых сточных вод, но и для производственных стоков подавляющего большинства отраслей промышленности.
Отмеченные выше свойства нерастворенных примесей лежат в основе современных методов механической очистки сточных вод. Для выделения гру-бодиспергированных органических и минеральных примесей из сточных вод широкое применение получили три основных метода: процеживание, отстаивание (разделение в поле гравитационных сил) и центрифугирование (разделение в поле центробежных сил). При очистке этими методами используют в различных конструктивных модификациях решетки, сита, отстойники, центрифуги и гидроциклоны.
По направлению основного потока сточной жидкости песколовки подразделяют на вертикальные и горизонтальные; последние, в свою очередь, делятся «а песколовки с прямолинейным и круговым движением воды (рис. 3.7).
В практике очистки сточных вод в нашей стране открытые гидроциклоны (рис. 3.26) применяются с 30-х годов. Существенными преимуществами этих сооружений перед напорными гидроциклонами является большая производительность и небольшие потери напора, обычно не превышающие 0,5 м. Применяются они главным образом для выделения из сточных вод тяжелых примесей, характеризуемых гидравлической крупностью 20 мм/с и более. Открытые гидроциклоны нередко применяются в комплексе с другими сооружениями для механической очистки производственных стоков, являясь первой ее ступенью.
Фильтры применяют для глубокой очистки сточных вод от суспендированных частиц после механической, химической, физико-химической или биологической очистки. Сточные воды промышленных предприятий, даже после биологической очистки, содержат загрязняющие вещества, характерные для этих производств, поэтому результат работы фильтров на стоках однкх производств нельзя механически переносить на работу фильтров других производств.
Физико-химическая очистка сточных вод становится одним из основных методов их обезвреживания. Обусловлено это тем, что она может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами. Ее актуальность особенно возросла в последнее время в связи с тем, что основным принципом защиты водоемов от загрязнения стало создание систем водного хозяйства промышленных предприятий без сброса или с минимальным сбросом сточных вод в водоемы.
Одним из способов удаления из сточных вод нерастворенных примесей является флотация. В основе этого процесса лежит молекулярное слипание частиц примесей и пузырьков тонкодиспергированного в воде воздуха. Слипание обусловлено уменьшением поверхностной энергии флотируемой частицы и пузырька воздуха в пограничных слоях раздела фаз при смачивании частиц. Смачиваемость частиц может быть изменена введением в сточные воды реагентов. Повышение устойчивости пузырьков воздуха достигается введением реагентов-пенообразователей.
Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки сточных вод. Эффективность сорбции обусловлена прежде всего тем, что сорбенты способны извлекать из воды многие органические вещества, в том числе и биологически жесткие, не удаляемые из нее другими методами. При использовании высокоактивных сорбентов воду можно очистить от загрязняющих веществ (сорбатав) до практически нулевых остаточных концентраций. Наконец, сорбенты могут извлекать вещества из воды при любых концентрациях, в том числе и весьма малых, когда другие методы очистки оказываются неэффективными.
Применение электрохимических методов для очистки промышленных сточных вод основано на их электролизе, т. е. на пропускании через них постоянного электрического тока с помощью погруженных электродов при наложении на них соответствующего напряжения.
Электродиализ — процесс сепарации ионов солей, осуществляемый в-многокамерном мембранном аппарате (электродиализаторе) под действием постоянного электрического тока, направленного перпендикулярно плоскости мембран. Электродиализный метод в основном применяется для опреснения соленых вод, однако в последнее время его стали применять и для удаления растворенных солей из шахтных и других сточных вод.
Ультрафильтрация — процесс разделения растворов веществ, содержащих высокомолекулярные вещества, мембранами, которые имеют поры диаметром 50—2000 А.При очистке сточных вод ряда производств гиперфильтрация и ультра-фильтрация по сравнению с традиционными методами обладают существенными преимуществами: энергозатраты на процесс относительно невелики; установки конструктивно просты и компактны; для эксплуатации установок не требуется квалифицированного персонала, работа установок может быть легко автоматизирована; фильтрат получается настолько чистым, что может быть подан в оборотную систему водоснабжения; сконцентрированные вещества легко утилизировать или уничтожить.
При этом величина pH (обратный логарифм концентрации ионов водорода Н+) полученного раствора равна 7, т. е. наблюдается нейтральная реакция, в то время как до нейтрализации она могла быть кислой (рН<7) или щелочной (pH >7).
Наибольшие трудности при очистке бытовых и производственных сточных вод связаны с удалением из них тонкодисперсных и растворенных органических веществ. Для извлечения таких примесей используются биологические, точнее биохимические процессы, осуществляемые комплексом различных видов микроорганизмов, способных адаптироваться (приспосабливаться) к условиям среды, т. е. к составу воды и концентрации в ней загрязнений, а также к температуре и активной реакции воды. Этим свойством объясняется то, что практически биологическая очистка сточных вод, содержащих различного рода органические вещества, производится в основном одним и тем же комплексом микроорганизмов.
Очистка сточных вод на полях фильтрации и полях орошения относится к числу наиболее старых и надежных с санитарной точки зрения методов. Для очистки некоторых видов сточных вод, например бытовых, этот метод сохранил свое значение до настоящего времени; для очистки же производственных сточных вод он не нашел широкого применения, что обусловлено большим абсолютным количеством производственных стоков на современных предприятиях и малой пропускной способностью единицы площади полей, а также непостоянством состава стоков и возможностью попадания на поля токсичных для их микрофлоры примесей. Только при небольшом количестве производственных сточных вод, стабильных по своему составу и аналогичных бытовым водам, можно очищать их на полях фильтрации и полях орошения.
Одними из давно применяемых сооружений для очистки производствен ных сточных вод в искусственных условиях являются биофильтры.В качестве фильтрующего материала для загрузки биофильтров применяется шлак, шебень, керамзит, пластмасса, гравий и т. п. Общие требования к загрузочным материалам — водоустойчивость, устойчивость к специфическим загрязнениям стоков и достаточная прочность. При выборе загрузки: предпочтение следует отдавать материалам с развитой поверхностью (шлак, керамзит, кольца и решетки из пластмассы).
В процессе очистки сточных вод образуются осадки, представляющие собой водные суспензии минеральных и органических веществ различного состава и происхождения. Концентрация осадков составляет от 20 до 100 г/л, а их объем по сравнению с объемом очищаемых стоков колеблется от 0,5 до 2% для станций совместной очистки бытовых и производственных сточных вод или от 10 до 30% для локальных очистных сооружений. Состав и свойства осадков весьма разнообразны. Условно осадки можно разделить на три основные категории — минеральные осадки, органические осадки и избыточные активные илы.
Сбраживание осадков с утилизацией газов брожения осуществляется в метантенках в мезофильных (при температуре 30—35°С) или в термофильных (при температуре 52—55°С) условиях. Основные показатели по типовым проектам метантенков Гипрокоммуиводоканала представлены в табл. 6.1.
Для дополнительного снижения влажности осадки, выделенные в очистных сооружениях, уплотняют. Влажность осадков после уплотнения должна обеспечивать их свободное транспортирование по трубам. На уплотнение могут поступать осадки из первичных отстойников, пена после флотационной очистки, различного рода промывные воды, а также избыточные активные ялы.