Прикладная экология. Методы очистки сточных вод

1. Прикладная экология

Методы очистки сточных вод
Курс лекций

2. Промышленные и бытовые сточные воды.

Сточные воды – воды, которые образуются в результате бытовой и производственной деятельности
человека, а также которые собираются на водосборной антропогенной площадке и в дальнейшем
отводятся в места их обезвреживания и утилизации.
Классификация:
По степени загрязнения:
условно чистые;
загрязненные.
По источнику происхождения:
производственные (промышленные) - образующиеся в технологических процессах производств,
отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации
бытовые (хозяйственно-бытовые) - образующиеся в результате бытовой жизнедеятельности
человека, отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации
поверхностные - делятся на дождевые и талые - отводятся через систему ливневой канализации
По содержащимся примесям:
загрязненные преимущественно минеральными примесями;
загрязненные преимущественно органическими примесями;
загрязненные минеральными и органическими примесями.
По концентрации загрязняющих веществ:
1 ÷ 500,
500 ÷ 5000,
5000 ÷ 30000,
более 30000 мг/л
По степени агрессивности:
сильноагрессивные (сильнокислые с рН < 6 и сильнощелочные с рН > 9);
слабоагрессивные (слабокислые с рН = 6÷6,5 и слабощелочные с рН = 8÷9);
неагрессивные (рН = 6,5÷8).

3. Классификация методов очистки

Методы очистки сточных вод
Нерастворимые твердые и
жидкие примеси
Механические
Физикомеханические
Физикохимические
-Процеживание
- Флотация
-Фильтрование
- Сорбция
-Отстаивание
- Экстракция
-Центробежное
разделение
- Коагуляция
- Флокуляция
Растворимые примеси
Биологические
Химические
- Природные
-Ионный обмен
условия
-Нейтрализация
- Искусств.
условия
-Окисление

4. Механический метод

Процеживание
Отделение крупных загрязняющих
элементов и взвешенных частиц.
Осуществляется с помощью сит, сеток,
решеток, микропроцеживателей
(последовательное снижение крупности
улавливаемых частиц)
Отстаивание
Выделение взвешенных частиц с различной
плотностью.
Задействуют отстойники разной
конструкции, жироловки, песколовки,
маслоуловители, нефтеловушки,
смолоуловители, сгустители,
шлакоотстойники и др.
Фильтрование и центробежное разделение
Удаление из стоков мелких включений
различного происхождения.
Очищающий элемент – фильтры различной
конструкции и принципа действия
(вакуумные и сетчатые фильтры,
гидроциклоны , центрифуги и др.)
Применюют для очистки сточных вод:
Хоз.-бытовых
Атмосферных
Промышленных
Эффективность очистки от
взвешенных частиц – до 60%,
от грубодисперсных нерастворимых
элементов - до 95%.
Преимущества:
достаточно эффективный,
один из самых дешевых.

5. Решетки и УФС

Решетки - служат для задержания крупных загрязнений
органического и минерального происхождения
В составе очистных сооружений после КНС:
прозоры решеток до 16 мм
скорость движения сточных вод не более 1 м/с.
По конструктивному решению бывают:
со стержнями прямоугольной формы
решётки-дробилки,
ступенчатые самоочищающиеся,
шнековые.
УФС (устройство фильтрующее самоочищающееся) —
оборудование для механической очистки сточных вод.
Применяют для отделения включений размером крупнее
2 мм, осадка первичных отстойников и активного ила
после вторичных отстойников.
Фильтрующее устройство – ряд стержней из
нержавеющей стали, расположенных под определённым
углом и имеющих трапецеидальное сечение.
Ширина зазоров между стержнями - от 2 до 5мм
эффективность задержания взвешенных веществ на УФС
20-23%.

6. Песколовки и отстойники

Песколовка — служит для
отделения мелких тяжёлых
минеральных частиц (песок, шлак,
бой стекла т. п.) путём осаждения.
Конструктивно по принципу работы
песколовки разделяются на:
горизонтальные — имеют круговое
или прямолинейное движение
сточных вод;
вертикальные — водные массы
перемещаются снизу вверх;
песколовки с вращательнопоступательным движением
очищаемой среды.
Отстойники – применяют для
выделения механических частичек из
сточных вод.
Отстойники делятся на:
Первичные и вторичные,
Радиальные, горизонтальные и
вертикальные.
Схема горизонтальной песколовки:
1 и 2 – впуск и выпуск сточных вод соответственно;
3 – цепной скребковый механизм; 4 – бункер для
песка; 5 – гидроэлеватор.
Конструкция радиального отстойника: 1 – центральная
труба; 2 – лоток; 3 – выходная труба; 4 – скребок; 5 –
вращающаяся ферма; 6 – иловый приямок; 7 – труба для
отвода ила

7. Типовая нефтеловушка со скребковым механизмом:

Нефтеловушка — это конструкция из ЖБ, с помощью которой осуществляется основная очистка стоковых вод от
нефтепродукта и мелких примесей:
Это горизонтальные прямоугольные отстойники (габариты: глубина от 1 до 2 м, ширина до 3–6 м);
предназначены для задержания грубодисперсных нефтяных частиц при концентрации нефтепродуктов в сточной воде
более 100 мг/л.
скорость потока не более 4–6 мм/с, длительность 1,5 - 2 ч
По принципу действия:
• с коалесцентным модулем;
• поглощающие;
• отделяющие за счёт разницы
плотности примесей и жидкости.
В зависимости от места
размещения:
• наземные;
• подземные;
• мобильные.
По конструктивному
исполнению
• горизонтальные,
• радиальные;
• многоярусные.

8. Физико-химическая и химическая очистка

Физико-химические методы применяют для
удаления из воды мелкодисперсных, неорганических и
органических
растворенных
веществ
(примеси
К физико-химическим и химическим
методам очистки относятся:
коагуляция,
диализ,
флокуляция,
эвапорация,
сорбция,
кристаллизация,
Установки для физико-химической очистки:
флотация,
магнитная обработка,
коагуляторные аппараты,
экстракция,
электрокоагуляция,
усреднители,
ионный обмен,
электрофлотация и др.
флотационные установки
электрофлотационные установки,
электролизеры,
ионообменные фильтры,
сорбционные блоки и др.
дисперсность которых от 1·10 -2 см до 1·10 -7 см и
менее )
гиперфильтрация,

9. Физико-химические методы очистки сточных вод. Флотация

Флотация – способ промышленной очистки воды, основанный на
удалении загрязнений с помощью пузырьков воздуха.
Способы флотационной очистки:
механическое диспергирование воздуха (пневматическая или
импеллерная);
флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных
растворов воздуха в воде (вакуумная, напорная, эрлифтная);
флотация с подачей воздуха через пористые материалы;
электрофлотация;
химическая и биологическая флотация.
Флотатор с филътросными
пластинами: 1 – камера;
2 - фильтросные пластины;
3 – скребок; 4 - шламоприемник
Схема установки для химической
флотации: 1 – мешалка; 2 – скребок;
3 – шламоприемник; 4 - флотационная
камера; 5 - реакционная камера
Схема пневмомеханической флотационной
установки: 1 – импеллер; 2 - полый вал;
3 –успокоители; 4 - пеносъемник
Схема напорной флотационной
установки : 1- камера; 2 – скребок;
3 – шламоприемник; 4 - поверхностные
скребки

10. Сорбционные методы очистки сточных вод.

Различают:
Адсорбцию – поглощение загрязнений
поверхностью твердого тела.
Абсорбцию – поглощение загрязнений всем
веществом сорбента;
Хемосорбцию – адсорбция, при которой
загрязняющее вещество вступает в химическую
реакцию с сорбентом.
Основные марки активных углей:
Древесный – БАУ-А, ДАК, УКС, ОУ, МАУ-2А, NWN.
Каменноугольный – ДАУСОРБ, АГ-3, МАУ-3ПТ,
УАФ, NWM.
Кокосовый – КАУ-А, МАУ-200, NWC, Chemviron,
Haycarb.
Динамические условия:
Статические условия:
Схема трехступенчатой адсорбционной установки
с последовательным введением адсорбента
Схема трехступенчатой адсорбционной установки с
противоточным введением адсорбента
Сорбционная установка с неподвижным
слоем адсорбента

11. Коагуляция и флокуляция

Коагуляция и флокуляция - физико-химические
процессы слипания мелких частиц дисперсных
систем в более крупные агрегаты под влиянием сил
сцепления с образованием коагуляционных
структур
Классификация коагулянтов:
органические (меламин-формальдегидные,
эпилхлоргидрин-диметиламиновые,
полихлориддиаллидиметиламмонийные)
неорганические (железо-, титано- и
алюмосодержащие).
Алюмосодержащий коагулянт
Сульфат алюминия:
Неочищенный
Очищенный
Гидроксихлорид алюминия
твердая форма
жидкая форма
Алюминат натрия
Формула
Al2(SO4)3 18H2O
Al2(SO4)3 14H2O
Al2(OH)5Cl 6H2O
Al2(OH)5Cl
NaAlO2
Железосодержащие коагулянты
Формула
Хлорид железа
FeCl3
Сульфат железа
FeSO4
Железный купорос хлорированный
FeSO4·7H2O
Флокулянты - синтетические высокомолекулярные
полимерные соединения, которые способствуют
выпадению мелких загрязняющих частиц в хлопьевидный
рыхлый осадок путем механической, тепловой либо
электролитической реакций.
Классификация:
По способу получения (природные, синтетические);
По составу/происхождению (неорганические,
органические);
По электрическому заряду (катионные, неиногенные,
анионные флокулянты);
По агрегатному состоянию (гранулы, порошки, гели,
жидкие эмульсии).

12. Экстракция

Экстракция - извлечение вещества из раствора
или сухой смеси с помощью растворителя
(экстрагеента), практически не
смешивающегося с исходной смесью.
Свойства экстрагента:
Высокая экстрагирующую способность по
отношению к извлекаемому веществу,
Селективность
Малая растворимость в воде;
Плотность сильно отличная от плотности
воды /температура кипения, значительно
отличающаяся от температуры кипения
экстрагируемого вещества,
Инертность к экстрагируемым веществам,
материалу аппаратуры; малая теплота
испарения /теплоемкость,
Меньшая огнеопасность, взрывоопасность,
токсичность, стоимость
Методы экстрагирования делят на:
перекрестноточные,
ступенчато – противоточные,
непрерывно – противоточные.

13. Ионообменные процессы

Гетерогенный ионный обмен или
ионообменная сорбция – это
процесс обмена между ионами,
находящимися в растворе, и ионами,
присутствующими на поверхности
твердой части ионита.
Ионный обмен применяется для
умягчения воды и очистки от
токсичных соединений (циан,
ртуть, мышьяк, хром, никель,
цинк, медь и др.).
Классификация:
По знаку заряда обменивающихся
ионов:
катиониты (проявляют
кислотные свойства)
аниониты (проявляют
основные свойства).
Иониты делятся на природные и
искусственные (синтетические).
Ионообменный способ очистки оборотной воды от тяжелых металлов:
1 - ванна для промывки деталей; 2 - насос; 3 – натрий - катионитовый
фильтр; 4 - соле- растворитель; 5 - водомер; 6 - водопровод; 7 - бак
раствора щелочи; 8 - дозатор раствора щелочи; 9 - емкость для
нейтрализации стоков и осаждения гидроокиси цинка, меди и никеля; 10 выпуск в канализацию; 11 - отвод осадка; 12 - подвод сжатого воздуха
Процесс регенерации
Взрыхление катионита водопроводной водой (q = 3 л/с на м2
площади фильтра; t = 15 мин).
Регенерация катионита. Осуществляется 10% раствором поваренной
соли. Расход соли - 200 г на 1 г-экв. сорбированных ионов.
Отработанный раствор сбрасывается в емкость 9 для нейтрализации и
осаждения гидроокисей металлов. Продолжительность регенерации
катионита t2 = 25 мин.
Отмывка катионита осуществляется обычно водопроводной водой
(qул = 4 м3 на 1 м3 катионита, t3 = 50 мин). Вода собирается в емкость 9.

14. Электродиализ и гиперфильтрация

Электродиализ — процесс сепарации
Технологические схемы электродиализных установок
ионов солей, осуществляемый в
мембранном аппарате под действием (ЭДУ):
постоянного электрического тока,
1) прямоточные ЭДУ, в которых сточная вода
применяемый для опреснения
последовательно или параллельно проходит через
высокоминерализованных сточных вод. аппараты установки и солесодержание воды
снижается от исходного до заданного за один проход;
2) циркуляционные (порционные) ЭДУ, в которых
определенный объем частично обессоленной воды из
бака дилюата перекачивается через мембранный
электродиализный аппарат обратно в бак до тех пор,
пока не будет достигнута необходимая степень
обессоливания;
3) циркуляционные ЭДУ непрерывного действия, в
которых часть сточной воды непрерывно
смешивается с частью неполностью обессоленной
воды (дилюата), проходит через электродиализатор и
подается потребителю или в резервуар очищенной
воды;
4) ЭДУ с аппаратами, имеющими последовательную
гидравлическую систему движения потоков в
рабочих камерах.

15. Биологическая очистка сточных вод

Биологическая
очистка
основана
на
способности
микроорганизмов
использовать
растворенные и коллоидные органические загрязнения
в качестве источника питания и минерализовать их в
процессах своей жизнедеятельности.
В зависимости от протекающих процессов
различают методы аэробной и анаэробной БОСВ.
Требования, предъявляемые к сточным водам:
в промышленных сточных водах должны
содержаться растворенные и коллоидные
органические загрязнения;
вода должна содержать необходимое количество
биогенных элементов (азот, фосфор, калий и др.);
БПК20 < 1000 мг/л;
оптимальное рН = 7...8 (допускается рН = 6,5...9);
содержание ВВ < 150 мг/л;
температура СВ 6...30 оС (оптимальная 20 оС);
сточные воды не должны содержать ядовитых
веществ в концентрациях выше допустимых
(свинец < 5 мг/л; медь < 10 мг/л);
общее солесодержание должно быть < 10 г/л;
Активный ил - биоценоз скоплений бактерий и
простейших организмов.
Оптимальная концентрация активного ила в
аэротенках :
5,5-6 г/л для аэротенков первой ступени и
1-2 г/л для вторичных аэротенков.
Схемы аэротенков:
Аэротенк – вытеснитель с рассредоточенной
подачей воздуха
Аэротенк-смеситель с рассредоточенной подачей
сточной жидкости и активного ила

16.

17.

Мембранные биореакторы
Мембранный биореактор – это
комбинация биореактора (аэротенка) и
мембранного разделения (ультра- или
микрофильтрационных мембраны).
Различают:
— напорную фильтрацию - сточная
вода из аэротенка насосом подается на
мембранный модуль
— вакуумную фильтрацию мембранные модули находятся в
аэротенке. Движущая сила процесса создание вакуума со стороны
фильтрата.
Конструкции мембранных модулей:
половолоконные, плоские, трубчатые.
Мембраны изготавливают из:
поливинилиденфторид,
полиэфирсульфон, полипропилен,
полиэтилен, реже хлорированный
полиэтилен, полисульфон,
полиакрилонитрил и др.
Показатель
Концентрация активного ила
Значение
10 – 20 г/л
Время пребывания воды в МБР
4 – 20 ч
Средний возраст ила
15 – 45 суток
Окислительная мощность
0,5 – 10 кг/м3·сут
Избыточный активный ил
до 0,5 кг/кг
Удельное энергопотребление
0,6 – 1,6 кВт·ч/м3
Удельная производительность мембран
20 – 30 л/м2·ч
Трансмембранное давление
0,2 – 0,3 бар
Удельный расход воздуха
(на единицу площади мембран)
0,2 – 1,3 м3/м2·ч

18. Методы обеззараживания сточных вод

Обеззараживание сточных вод - удаление из воды большей части микроорганизмов (бактерии, вирусы, простейшие,
водоросли)
Для дезинфекции сточных вод применяют реагентные – добавление в воду сильных реагентов-окислителей и безреагентные
методы – ультрафиолетовое обеззараживание воды, воздействие ультразвука, обработка воды при высоких температурах
Реагентный методы:
Хлорирование - добавления в воду хлора и хлорных продуктов
(хлорная известь (Ca(Cl)OCl), хлорит (NaClO2 ) и гипохлорит натрия
(NaClO · 5H 2 O), гипохлорит кальция Ca(ClO)2 и др),
Степень обеззараживания зависит от концентрации активного хлора,
времени контакта, значения pH и температуры воды.
Озонирование - Инактивирующее действие озона обусловлено его
высоким окислительно-восстановительным потенциалом, в результате
чего происходит разрушение протоплазмы, стенок и цитоплазматических
мембран бактерий, протеиновых оболочек вирусов.
Доза озона для обеззараживания городских сточных вод, прошедших
полную биологическую очистку — 8- 14 г/м3, время контакта не менее 15 мин.
Безрагентные методы:
Обработка воды ультрафиолетом - воздействие УФ-излучения основано на необратимых повреждениях в клетках
нуклеиновых кислот (ДНК и РНК),
Дозы, применяемые для обеззараживания, зависят от: физико-химический свойств очищаемой среды;
типа контролируемых микроорганизмов; исходного и требуемого уровней микроорганизмов.
Наилучший результат достигается при длинах волн от 250 до 270 нм.
Оптимальная доза УФ-облучения 16 мДж/см2 (норматив для УФ-установок при обеззараживании питьевой воды)

19. Схемы водоотведения промышленных предприятий

1 − дождевые воды; 2 − бытовые сточные воды; 3 − производственные сточные воды; 4 − очистные сооружения; 5 −
выпуск в водоем; 6 − сеть бытовых и загрязненных производственных сточных вод; 7 − сеть незагрязненных
производственных сточных вод; 8 − сеть дождевых вод; 9 − локальные очистные сооружения; 10 − сооружения по
охлаждению незагрязненных сточных вод; 11,12 − сеть оборотного водоснабжения соответственно после локальной
очистки загрязненных и незагрязненных (после охлаждения) производственных сточных вод; 13,14 − сеть оборотного
водоснабжения после очистки соответственно загрязненных производственных и бытовых сточных вод.