Методы очистки сточных вод

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                 3

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД                                                 5          

1.1 Классификация методов  очистки сточных вод                                                  5

1.2 Требования, предъявляемые  к качеству сточных вод                                      11

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД           12

2.1 Биологическая очистка  сточных вод                                                                 12

2.2 Активный ил и биопленка                                                                                  13

2.3 Аэробная очистка                                                                                                14

2.4 Анаэробная очистка                                                                                            20

2.5 Очистка сточных вод   с помощью микроводорослей                                      23

2.6 Биологическая очистка  нефтесодержащих сточных вод                                 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                          27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                                                         29 

ВВЕДЕНИЕ

Вода - ценнейший природный  ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость  ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского  хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых  условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения  водой.

Потребности в воде огромны  и ежегодно возрастают. Ежегодный  расход воды на земном шаре по всем видам  водоснабжения составляет 3300-3500 км³. При этом  70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому  увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также  на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования  для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже  сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности  промышленности и сельского хозяйства  в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе  определяются такие направления  рационального использования водных ресурсов: более полное использование  и расширенное воспроизводство  ресурсов пресных вод; разработка новых  технологических процессов, позволяющих  предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление  свежей воды.

Целью данной работы является изучение методов биологической  очистки сточных вод.

 

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

1.1 Классификация методов очистки сточных вод

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно- бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с  ними. В наш индустриальный век  в связи с резким увеличением  отходов водоемы уже не справляются  со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать  их.

Очистка сточных вод - обработка  сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как  и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и  готовая продукция (очищенная вода). Очистка сточных вод - вынужденное  и дорогостоящее мероприятие, представляющее собой довольно сложную задачу, связанную  с большим разнообразием загрязняющих веществ и появлением в их составе  новых соединений (Справочник по очистке  природных и сточных вод, 1994).

Методы очистки вод  можно разделить на 2 большие группы: деструктивные и регенеративные.

В основе деструктивных методов лежат процессы разрушения загрязняющих веществ. Образующиеся продукты распада удаляются из воды в виде газов, осадков или остаются в воде, но уже в обезвреженном виде.

Регенеративные методы - это не только очистка сточных вод, но и утилизация ценных веществ, образующихся в отходах.

Методы очистки вод  можно разделить на: механические, химические, гидрохимические, электрохимические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примеси.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95 % и растворимых до 25 %.

Гидромеханические методы применяют для извлечения из сточных вод нерастворимых грубодисперсных примесей органических и неорганических веществ путем отстаивания, процеживания, фильтрования, центрифугирования. С этой целью используют различные конструктивные модификации сит, решеток, песколовок, отстойников, центрифуг и гидроциклонов.

Электрохимические методы очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей включают анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляцию, электродиализ. Процессы, лежащие в основе этих методов, протекают при пропускании через сточную воду электрического тока. Под действием электрического поля, положительно заряженные ионы мигрируют к катоду, а заряженные отрицательно - к аноду. В прикатодном пространстве происходят процессы восстановления, а в прианодном - процессы окисления.

Физико-химические методы очистки сточных вод многообразны. Это коагуляция, флотация, адсорбционная очистка, ионный обмен, экстракция, обратный осмос и ультрафикация. При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества.

Биохимические методы очистки сточных вод. Применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания, превращения их в воду, диоксид углерода, сульфат-фосфат-ион и др. и увеличивая свою биомассу (http://studentbank.ru/view.php?id=55493&p=2).

Также к основным методам  очистки воды относятся нижеперечисленные  методы:

Осветление - удаление из воды взвешенных веществ. Реализуется фильтрацией воды через пористые фильтроэлементы (картриджи) или через слой фильтроматериала. Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях и отстойниках вода движется с замедленной скоростью, вследствие чего происходит выпадение в осадок взвешенных частиц. В целях осаждения мельчайших коллоидных частиц, которые могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время, к воде прибавляют раствор коагулянта (обычно сернокислый алюминий, железный купорос или хлорное железо). В результате реакции коагулянта с солями многовалентных металлов, содержащимися в воде, образуются хлопья, увлекающие при осаждении взвеси и коллоидные вещества.

Коагуляция - обработка воды специальными химическими реагентами для укрупнения частиц загрязнений. Делает возможными или интенсифицирует осветление, обесцвечивание, обезжелезивание. Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

Окисление - обработка воды кислородом воздуха, гипохлоритом натрия, марганцевокислым калием или озоном. Обработка воды окислителем (или их комбинацией) делает возможными или интенсифицирует обесцвечивание, дезодорацию, обеззараживание, обезжелезивание, деманганацию.

Обесцвечивание - удаление или видоизменение веществ, придающих воде цвет. Реализуется различными методами, в зависимости от причины цветности. Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание - обработка воды окислителями и/или УФ-излучением для уничтожения микроорганизмов. Обеззараживание воды (удаление бактерий, спор, микробов и вирусов) является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной и поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания. Обычными методами при очистке воды являются:

1. Хлорирование путем  добавления хлора, диоксида хлора,  гипохлорита натрия или кальция.

2. Озонирование. При применении  озона для подготовки питьевой  воды используются окислительные  и дезинфицирующие свойства озона.

3. Ультрафиолетовое облучение.  Используется энергия ультрафиолетового  излучения для уничтожения микробиологических  загрязнений. Кишечная палочка,  бацилла дизентерии, возбудители  холеры и тифа, вирусы гепатита  и гриппа, сальмонелла погибают  при дозе облучения менее 10 мДж/см², а ультрафиолетовые стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см².

Обезжелезивание/деманганация - превращение растворённых соединений железа и марганца в нерастворимые и удаление тех и других путем фильтрования, как правило, через специальные фильтроматериалы. Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей. К наиболее часто используемым методам можно отнести:

1. Аэрирование - окисление  кислородом воздуха с последующим  осаждением и фильтрацией. Расход  воздуха для насыщения воды  кислородом составляет около  30 л/м3. Это традиционный метод,  применяемый уже много десятилетий.  Реакция окисления железа требует  довольно длительного времени  и больших резервуаров, поэтому  этот способ используется только  на крупных муниципальных системах.

2. Каталитическое окисление  с последующей фильтрацией. Наиболее  распространенный на сегодняшний  день метод удаления железа, применяемый  в высокопроизводительных компактных  системах. Суть метода заключается  в том, что реакция окисления  железа происходит на поверхности  гранул специальной фильтрующей  среды, обладающей свойствами  катализатора (ускорителя химической  реакции окисления). Наибольшее распространение  в современной водоподготовке  нашли фильтрующие среды на  основе диоксида марганца (MnO₂). Железо в присутствии диоксида марганца быстро окисляется и оседает на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители.

Умягчение - замена катионов кальция и магния в воде на эквивалентное количество катионов натрия или водорода. Реализуется фильтрованием воды через специальные ионообменные смолы. С жесткой водой сталкивался каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки. В ней хуже пенится стиральный порошок и мыло. Высокая жесткость воды делает её непригодной и для питания газовых и электрических паровых котлов и бойлеров. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15 %, а слой толщиной 10 мм - уже на 50 %. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии, что, в свою очередь, ведет к образованию прогаров, трещин на трубах и стенках котлов, выводя преждевременно из строя системы отопления и горячего водоснабжения. Наиболее эффективным способом борьбы с высокой жесткостью является применение автоматических фильтров - умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде жесткие соли заменяются на мягкие, которые не образуют твердых отложений.