Очистка

Состояние окружающей среды во многом зависит от деятельности человека.

Немалый вклад в антропогенное загрязнение вносят сточные воды промышленных предприятий.

Производственные и хозяйственно бытовые стоки содержат вредные химические соединения, соли тяжелых металлов, бактериальную загрязненность.

Сброс в водоем без очистки недопустим – вода с опасными примесями способна нарушить экосистему на километры вокруг, отрицательно влияя на флору, фауну, здоровье людей и животных.

Очистка сточных вод – обязательное условие водопользования, а с постоянным увеличением антропогенного воздействия на биосферу и гидросферу – неизбежность.

Статья познакомит с основными характеристиками сточных вод, особенностями удаления различных компонентов, в том числе очистки от взвешенных веществ, а также требованиями к качеству этого процесса.

Вы узнаете, от чего зависит допустимый уровень очистки, что происходит с водоемом при поступлении опасных загрязнений, к каким последствиям для биосферы может привести сброс неочищенных вод.

Определение термина

Перед тем, как разобраться в процессах очистки, дадим определение этого термина. Очистка сточных вод – комплекс мероприятий, направленных на изменение состава стоков путем удаления загрязняющих примесей.

Цели биологических способов очистки – несколько иные.

• преобразование и удаление питательных веществ (соединений азота и фосфора);
• трансформацию растворенных и твердых биоразлагаемых компонентов в полезный (или безопасный) конечный продукт;
• удаление или инактивацию патогенных организмов;
• глубокую доочистку от следов специфической органики (микрозагрязнителей).

Для очистки стоков используются технологии по удалению:

• крупных включений, грубодисперсных примесей, песка, плавающих веществ;
• органических примесей;
• химических веществ;
• минеральных масел, жиров, нефти и нефтепродуктов;
• СПАВ;
• биогенных загрязнений.

В качестве завершающего этапа производится обеззараживание очищенных вод, а также обработка образующихся при очистке осадков СВ – обеззараживание, снижение показателей влажности и объема.

Цель обработки осадков – получение побочного продукта (биотоплива, органического удобрения, рекультиванта, почвогрунта) или безопасного отхода.

Осадки (как правило, отнесенные к отходам IV класса опасности), подлежат утилизации.

Цель очистки СВ – добиться такого состава стоков, чтобы их можно было сбрасывать в окружающую среду, не причиняя ей вред. Другая задача очистки СВ – получение технической воды, пригодной для повторного использования.

4 категории очистки

Технологии очистки стоков классифицируются по принципу удаления загрязнений.

Принято выделять 4 основные группы способов:

1. Механические и физические: отстаивание, процеживание, фильтрование. Для задержания крупных твердых фракций или плавающих примесей используются решетки, сита, песколовки, отстойники, фильтры, жироловки, нефтеловушки, масло- и смолоуловители.
2. Химические: нейтрализация, окисление, восстановление.
3. Биологические (биохимические). Основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют (окисляют) растворенную органику – источник питательных веществ. Очистка проводится в условиях, близким к естественным (биопруды, поля фильтрации), а также в искусственно созданных сооружениях – биофильтрах, аэротенках, метантенках.
4. Физико-химические: реагентный метод, коагуляция, флокуляция, ионообменный метод, флотация.

Список вариантов составлен кратко, каждая группа очистки включает десятки различных видов. Каждая технология состоит из нескольких стадий, требующих применения определенных технических устройств, реагентов или биологически активных субстанций.

Создать универсальный способ удаления (обезвреживания) растворенных или нерастворенных загрязнений в сточных водах невозможно – для примесей характерно слишком большое разнообразие и самые различные характеристики.

Поэтому на предприятиях или городских очистных сооружениях применяются приемы, направленные на конкретную группу веществ.

Лучший результат очистки дает совокупность нескольких технологий. При грамотном проектировании комплексных очистных сооружений, очищенные от загрязнений стоки на выпуске оказываются чище, чем водоемы, куда они поступают.

Очистные сооружения

Если стоки обрабатываются вблизи источника их образования, такая децентрализованная система очистки называется «локальной». Альтернативный вариант – когда стоки собираются и транспортируются по сети канализационных труб на городские очистные сооружения.

Обычно очистные сооружения выглядят как система герметичных резервуаров и трубопроводов, компактно размещенных на производственной площадке предприятия или в непосредственной близости. Кроме очистных установок, в инфраструктуру входят сооружения обработки осадков и избыточного ила, а также подъездная дорога.

Сооружения проектируются индивидуально для конкретного объекта с учетом характеристик СВ (категории, объема, состава). При правильно составленной схеме обработки концентрация загрязнений может снижаться до минимальных значений.

Очистка стоков от загрязнений обычно проводится в несколько стадий. Общий принцип последовательности на начальных этапах цикла – удаление примесей по их уменьшающейся крупности.

На промышленных предприятиях со сточными водами, характеризующимися большим расходом и нестабильностью состава, в схему очистки включаются усреднители – устройства для выравнивания объема стоков и концентраций загрязнений.

Очистные сооружения способны негативно повлиять на биотический статус водоема, принимающего стоки. Если схема очистки не продумана или применяется только один вид обработки, качество природных вод неизбежно ухудшится.

Например, если цикл очистки не предусматривает удаление питательных веществ, со временем возникает проблема в виде эвтрофикации водоема. Об этом явлении вы прочтете ниже.

Современные системы очистки оснащены аварийными устройствами, поэтому риск залповых сбросов и попадания в природную среду загрязненных вод сведен к нулю.

Для чего производится очистка стоков?

Содержащиеся в СВ химические вещества и другие примеси, не свойственные природной среде, нарушают естественные процессы самоочистки водоемов, ухудшают их санитарное состояние.

Природоохранное законодательство ужесточается, штрафы за несоблюдение требований – возрастают. Поэтому даже небольшие предприятия обязаны позаботиться об очистке своих стоков.

Каждый водопользователь должен выполнять мероприятия по очистке сточных вод перед сбросом в водный объект или отведением в городские канализационные сети. Обязанность установлена Водным кодексом РФ, федеральным законом «О водоснабжении и водоотведении».

Цель очистки – добиться такого качества СВ, чтобы их можно было сбрасывать в окружающую среду, не причиняя ей вред. Другая задача очистки стоков – получение воды, пригодной для повторного использования.

В целом очистка СВ решает комплекс задач, способствуя:

• рациональному потреблению водных ресурсов;
• повторному использованию технической воды;
• уменьшение риска вспышек заболеваний и пандемий;
• извлечению ценных компонентов;
• производству полезных побочных продуктов: биотоплива, органических удобрений, рекультивантов, биогрунтов.

Классификация СВ

Чтобы перейти к особенностям технологий очистки стоков, коротко напомним, какие бывают сточные воды, в зависимости от источника образования.

Производственные:

Хозбытовые стоки

Основные загрязнения СВ жилого сектора – органические соединения. В стоках присутствуют сотни примесей, большинство из которых идентифицируется как белки, жиры и углеводы.

Воды загрязнены:

• бактериями;
• вирусами;
• простейшими организмами;
• возбудителями опасных заболеваний.

Производственные стоки

К отраслям с наиболее значительными объемами сброса промстоков относятся:

• нефтеперерабатывающая;
• металлургическая;
• целлюлозно-бумажная;
• химическая;
• металлообрабатывающая;
• машиностроительная;
• рудодобывающая;
• пищевая;
• легкая;
• энергетическая;
• сельское хозяйство.

Для каждой промышленной сферы характерны различные загрязняющие вещества. Более подробно об этом ниже.

Поверхностные стоки

В состав поверхностных стоков, стекающих в водоемы с территории поселков и городов, входят:

• продукты эрозии почвы;
• пыль;
• бытовой мусор;
• компоненты дорожных покрытий
• частицы строительных материалов;
• нефтепродукты.

Специфические загрязнители ливневых СВ поступают с площадок промышленных зон, из приземной атмосферы.

Типы очистки

Множественные технологии очистки СВ можно условно отнести к высокотехнологичным и низкотехнологичным.

По другой классификации методы являются:

• интенсивными (механизированными, компактными, использующими высокотехнологичные устройства);
• экстенсивными (природными, когда система занимает большие площади и использует естественные процессы очистки).

Схема очистки может включать комбинацию процессов. Стоки каждой промышленной (сельскохозяйственной, бытовой и т. д.) сферы характеризуются определенными загрязнителями.

Исходя из списка приоритетных показателей, подбираются оптимальные технологии очистки, составляется эффективная многоэтапная схема удаления примесей.

Преобладающие загрязняющие вещества в производственных стоках

Основные загрязняющие вещества и их источники мы свели в таблицу:

Технология очистки СВ подбирается с учетом:

• концентрации и состава загрязняющих веществ;
• возможности извлечения ценных примесей;
• необходимости (и возможности) возврата воды в технологический цикл;
• конечного качества очистки.

Взвешенные вещества

Взвешенные минеральные и органические примеси – загрязнения, характерные для большинства видов СВ.

Для их удаления применяются механические методы:

• процеживание;
• отстаивание;
• гидроциклонирование;
• центрифугирование;
• флотация;
• фильтрование.

Перечисленные способы могут дополняться коагулированием и флокулированием. Мусор и грубые крупнодисперсные включения задерживаются решетками, затем снимаются (чаще вручную). Мелкодисперсные взвешенные частицы удаляются в отстойниках. Очистка от

В основном используются горизонтальные отстойные сооружения – компактные и занимающие меньшие площади (при равных гидравлических нагрузках), чем отстойники других конфигураций.

Для интенсификации удаления плавающих примесей (нефтепродуктов, жиров, масел) могут применяться скиммеры. Чтобы сократить период эффективного отстаивания, отстойники оснащают блоками (модулями) тонкослойных пластин сточных вод.

Композиционные материалы, коагулянты и флокулянты повышают эффективность очистки.

В случае планирования их использования, в схему включаются камеры реакции и хлопьеобразования, корректировка pH среды проводится путем подкисления или подщелачивания.

Для глубокой очистки от взвешенных мелкодисперсных примесей в коллоидном состоянии применяется фильтрование. Уровень такой очистки позволяет использовать воду повторно – в технологических процессах, для полива дорог, орошения и охлаждения отходов (например, металлургического шлака).

Тяжелые металлы, в том числе хромсодержащие примеси

Ионы тяжелых металлов попадают в состав стоков в гальванических цехах, при химической и электрохимической обработке металлов.

Цинк контактирует с водопроводной водой, являясь материалом внутренних покрытий труб. Медь и цинк входит в состав латуни – материала смесителей. Хром присутствует во внешнем покрытии водоразборного оборудования.

Для очистки стоков, загрязненных солями металлов, применяются электрохимические методы:

• электрокоагуляция;
• восстановление хроматов на пористом угольном катоде в кислой среде;
• восстановление хроматов на проточном объемно-пористом катоде в электролизере.

Преимущества – простота, удобство обслуживания, малая концентрация солей в обработанной воде. Недостатки – необходимость принудительной вентиляции, пассивация электродов.

При реагентной обработке хромсодержащих СВ используются натриевые соли сернистой кислоты – реагенты-восстановители, а также:

• гидроксиды кальция и натрия;
• карбонат натрия;
• сульфиды натрия;
• металлургические шлаки.

Щелочные реагенты сокращают концентрацию металлов до величин ПДК в водных объектах, предназначенных для купания.

Сбрасывать очищенные щелочными веществами СВ в рыбохозяйственные водоемы нельзя, в этом случае добиться нужных параметров воды возможно только после глубокой доочистки (например, сорбцией). А это приводит к усложнению и удорожанию цикла, способствует формированию значительных объемов высоковлажного, плохо уплотняющегося осадка.

Кроме того, реагентная обработка редко позволяет выделять из воды ценные компоненты. Ионообменная очистка СВ позволяет осуществить рекуперацию ценных компонентов при высоком уровне очистки.

Эффективность извлечения ионов металлов определяется их исходной концентрацией, уровнем pH, показателем общей минерализации воды, присутствием ионов кальция и железа. Для рекуперации металлов используют сильнокислотные и слабокислотные катиониты.

Регенеративная ионообменная обработка нуждается в предварительной подготовке СВ, минерализация среды сильно влияет на эффективность очистки, которая падает при высокой концентрации солей.

Но регенеративный способ при гиперфильтрации высокоминерализованной воды значительно усложняет цикл. Его преимущество – обессоленность обработанной воды, что важно для использования, например, в оборотном цикле основного производства. Полученные концентраты выпариваются.

При очистке СВ от солей тяжелых металлов могут применяться неуглеродные естественные и искусственные сорбенты:

• глины;
• цеолиты;
• производственные отходы.

Сорбционная очистка на фильтрующей загрузке из керамических гранул – высокоэффективный метод. Металлы трансформируются в щелочной среде в гидроксиды, которые фиксируются на поверхности гранул.

Материал подлежит периодической регенерации. Преимущества метода – невысокие капитальные и эксплуатационные расходы, очистка до требуемых показателей.

Для удаления металлов из слабоконцентрированных стоков применяется фильтрование через гранулированный пирит. Соединения тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, поэтому для улучшения процесса очистки используются коагулянты (соединения алюминия и железа) и флокулянты.

Минеральные масла и нефтепродукты

Нефтепродукты, жиры и масла в грубодисперсном состоянии на предварительном этапе отделяются в нефте- и маслоловушках. Затем вода подвергается флотации, фильтрованию, а для глубокой очистки – сорбции.

Если стоки содержат эмульгированные масла до 7 г/л (это характерно для моющих/обезжиривающих растворов), проводится трехступенчатая очистка с использованием:

1. Отстойника, оборудованного масло-нефтеловушками.
2. Электрокоагулятора или электрофлотатора.
3. Сепаратора или фильтра.

Многоэтапная обработка позволяет:

• уменьшить концентрацию масел до ≤5 мг/л;
• использовать воду в оборотном цикле.

Недостаток технологии – большой объем труднообезвоживаемого осадка, проблематичность его утилизации.

Стоки с концентрацией эмульгированных масел до 10–25 г/л подвергаются очистке с помощью:

• реагентно-флотационного;
• реагентно-сепарационного;
• электрокоагуляционного методов,

что позволяет повторно использовать очищенную воду. Перед очисткой основной объем масел удаляется.

Электрокоагуляционный метод с использованием электролизеров и алюминиевых электродов дает хорошие показатели при разрушении стойких эмульсий.

Схема реализуется следующим образом:

1. В СВ вводится кислота до достижения pH = 2.
2. Вода направляется на отстаивание.
3. Происходит удаление осадка и свободных масел.
4. Вода подкисляется до pH = 5–6.
5. Обработка стоков в электролизере с удалением пены.
6. Отстаивание.
7. Фильтрование.

На нефтеперерабатывающих заводах цикл очистки проходит в 5 стадий:

1. Удаление жидких и твердых грубодисперсных примесей в песколовках или в открытых безнапорных гидроциклонах.
2. Удаление всплывающих фракций в нефтеловушках (тонкослойных полочных нефтеловушках) с применением реагентной флотации.
3. Физико-химическая очистка от коллоидных частиц, обезвреживание. Проводится коагуляция солями алюминия и железа, отходами производства диоксида титана (с поддержанием нужного показателя pH), а также катионными органическими полиэлектролитами. Для улучшения качества очистки вводятся флокулянты.
4. Биологическая очистка от органики.
5. Доочистка биологически очищенных СВ.

Стоки после мойки транспорта, содержащие взвешенные примеси, фракции нефтепродуктов, сначала проходят решетки или сита, затем поступают на сооружения грубой очистки. В качестве тонкой очистки применяется флотация, после этого жидкость направляется на зернистые фильтры доочистки. Очищенная вода возвращается в процесс мойки.

Существует метод очистки, когда СВ, загрязненные маслами и механическими включениями, сначала подвергаются коагуляции сульфатом алюминия с добавлением известкового молока, а затем отстаиваются. На завершающем этапе проводится хлорирование и очищенная вода становится пригодной к повторному использованию.

Фенолы

Фенолы попадают в СВ при:

• химической и термической обработке древесины, каменного угля, торфа, сланцев, нефти;
• производстве красителей, лекарств, синтетических волокон и полимеров на основе формальдегидов;
• производстве текстиля.

Фенолсодержащие стоки на предварительном этапе подвергают механической обработке от грубодисперсных взвешенных примесей. Затем наступает черед физико-химических и химических технологий, в результате которых разрушаются комплексы, удаляются мелкодисперсные соединения фенола.

Для глубокого воздействия, удаления коллоидов и растворенных фенолсодержащих примесей применяются варианты биообработки.

Перед биологической очисткой должна понизиться концентрация смол – это достигается путем:

• отстаивания;
• флотации;
• фильтрования.

Физико-химические регенерационные методы (экстракция, эвапорация) обеспечивают не только снижение содержания смолистых загрязнений, но и позволяют извлечь фенолы для полезного использования – производства смол и дубителей.

При эвапорации (отгонке с водяным паром) с фенолами удаляются и крезолы, нафтолы, карбоновые кислоты, показатель обесфеноливания при эвапорации составляет 80-90 %.

Конечная стадия удаления фенолов (биологическая очистка) проводится в один-два этапа. Двухступенчатая схема показывает высокую эффективность – до 99,8 %. После установок экстракционного обесфеноливания часто применяется адсорбция сорбентами – активными углями, коксом, золой, шлаками.

Если наряду с фенолами в СВ присутствуют цианиды, что не редкость в коксохимической промышленности, биоочистку проводят в 3 этапа:

1. Очистка от фенолов с помощью фенолразрушающих бактерий.
2. Очистка от цианидов, роданидов с помощью роданразрушающих бактерий.
3. Доочистка стоков.

Процесс очистки от сульфатов

Во время технологических процессов на предприятиях горнодобывающей, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей промышленности образуются СВ с высокой концентрацией сульфатов – солей серной кислоты.

Кроме того, высококонцентрированные сульфатсодержащие стоки – неизбежные спутники производства минеральных удобрений (сульфата аммония).

При выборе технологии удаления сульфатов учитывается концентрация анионов:

• если показатель ≥ 2000 мг/л, предпочтительнее реагентный метод с последующим отстаиванием и фильтрацией, а также вакуумное выпаривание;
• если показатель ≤ 2000 мг/л, к лучшим результатам приводит нанофильтрация или обратный осмос.

Менее распространены:

• биологическая очистка с применением анаэробных бактерий;
• термические методы — дистилляция (при высоких температурах) и замораживание (при низких температурах);
• мембранные методы;
• ионный обмен;
• барьеры (механические, физико- или биохимические);
• электродиализ.

Известно применение искусственных болотных систем – биоплато. Суть технологии – использование высших околоводных растений (гидрофитов, гигрофитов) и природных процессов. Биоплато имеет ложе фильтрующего слоя из щебня, гравия, песка, на котором произрастают водные растения.

Достоинства системы биоплато:

• отсутствие вреда для окружающей среды;
• отсутствие энергозатрат и химических реагентов;
• отличный результат даже при низких температурах в зимний период.

Оптимальные технологии очистки стоков от сульфатов и оборудование подбираются с учетом специфики производства.

Цианиды и мышьяк

СВ, содержащие ядовитые цианиды (соли цианистоводородной, или синильной, кислоты), образуются в гальванических цехах машиностроительных и металлообрабатывающих производств, при промывке изделий после закалки. Концентрация цианидов в таких стоках колеблется от 20 до 100 мг/л.

Очистку СВ от цианидов производят с помощью:

• химических;
• физикохимических;
• электрохимических;
• биохимических способов.

Для удаления используют реагенты:

• гипосульфид натрия;
• перманганат калия;
• пероксид водорода.

Полное окисление цианидов осуществляется озонированием.

Основные источники образования СВ с содержанием мышьяка – стоки горно-обогатительных и металлургических предприятий цветной металлургии. Загрязненные воды образуются на всех этапах производственного цикла – от добычи руды до металлообработки.

Известны способы очистки СВ от кислородных соединений мышьяка:

• осаждение в присутствии ионов металлов;
• осаждение при высокой температуре и давлении;
• адсорбция гидроксидом алюминия или железа (III);
• электролиз;
• восстановление водородом;
• извлечение при проведении экстракции, ионного обмена, ионной флотации, мембранных методов.

Очистку значительных объемов СВ с высокой концентрацией мышьяка производят путем химического осаждения его в виде труднорастворимых соединений. Глубокую очистку проводят окислением (хлорной известью, озоном, пероксидом водорода) на подготовительном этапе, затем наступает черед адсорбции.

Стоки с малой концентрацией мышьяка окисляют фильтрованием через слой материала с активными сорбционными свойствами – пиролизита.

Для извлечения мышьяка применяют сорбцию на активном угле или фильтрование через ионитовый фильтр.

Метод очистки подбирается в результате химического исследования проб СВ, опытной проверки выбранных реагентов. Выбор рационального метода способов очистки сточных вод от мышьяка в основном связан с фактом образования осадков, которые можно утилизировать, или осадков с минимальной растворимостью, для захоронения в могильниках.

Очистка от красителей

Органические красители и пигменты – основные загрязнители СВ красильно-отделочных производств текстильной и меховой промышленности. Вещества попадают в СВ в результате технологических операций крашения и промывок тканей и мехов.

Объемы сбрасываемых СВ меховых предприятий достигают больших значений, технология требует неоднократных промывок. Эффективность отработки красителей невелика, поэтому до 50% пигментов попадают в стоки.

Сброс в природные водоемы неочищенных от органических пигментов стоков ухудшает санитарно-гигиенические показатели воды. Ухудшаются органолептические показатели – вода окрашивается, приобретает неприятный привкус.

Красители практически не поддаются биологической очистке, оседая на дне природных водоемов и адсорбируясь водными растениями и животными.

Более того, в меховом производстве могут использоваться красители с неизвестным составом, намеренно скрываемым поставщиками. Предсказать поведение таких примесей в окружающей среде невозможно.

При очистке стоков окрасочных производств от красителей наиболее актуальны физико-химические способы:

1. Коагуляция, электрокоагуляция, напорная флотация. Примеси сначала трансформируются в легко собираемый осадок или флотошлам. Также применяется реагентная обработка, когда частицы пигментов сорбируются на хлопьях гидроксидов металлов.
2. Адсорбция и тонкая фильтрация. Для этих способов в качестве фильтрующей загрузки используется активированный уголь и ионообменные смолы.
3. Электрохимические и окислительно-восстановительные методы – реагентное окисление и восстановление, электромеханическая и электрокаталитическая деструкция. Основаны на процессах химической трансформации органических примесей. Технологии характеризуются простотой, экономичностью, отсутствием образования вторичных отходов.

Неплохие результаты показывают и гальванохимические методы. Стоки также очищают путем введения сульфата или хлорида алюминия. В результате ХПК снижается на 65-70 %, взвешенные примеси удаляются на 85-99 %.

Методы обратного осмоса, пенной сепарации, ультрафильтрации и электрофлотации высокоэффективны, но отличаются значительными затратами, сложными процессами, нуждаются в предварительной механической обработке стоков.

Биогенные вещества

К биогенным веществам, растворенным в сточной воде, относятся соединения азота и фосфора. Эти вещества поступают в воду из атмосферы и почвы, появляются при разложении сложных органических соединений. Их источником служат также сельскохозяйственные, промышленные и бытовые стоки.

В результате накопления в воде биогенных элементов под воздействием антропогенных или естественных факторов наступает эвтрофикация вод – повышение биологической продуктивности водного объекта.

Азотсодержащие вещества

Азот в виде:

• нитритов;
• нитратов;
• солей аммония;
• азотсодержащих органических соединений

присутствует в стоках предприятий:

• азотной;
• химической;
• нефтехимической;
• нефтеперерабатывающей;
• резинотехнической промышленности.

В виде аммиака, солей аммония, азотистых соединений – в СВ производств аммиака, карбамида, аммиачной селитры.

Технология удаления азотсодержащих примесей выбирается с учетом формы соединений азота (нитратный, нитритный, аммонийный), их количества.

Применяются:

• отдувка аммиака;
• ионный обмен;
• нитрификация;
• денитрификация.

На некоторых объектах аммиак удаляется путем хлорирования и адсорбции:

1. Хлорирование. В результате в воде образуются монохлорамин или дихлорамин, треххлористый или молекулярный азот.
2. Сорбция хлора и хлораминов. Производится фильтрацией через слой активного угля.

На отдельных объектах для удаления ионов аммония используют клиноптилолит – вещество из категории цеолитов. Перед подачей стоков на клиноптилолитовые фильтры проводится коагуляция и фильтрование для удаления взвешенных веществ. При концентрации аммиака в сточных водах до 100–150 мг/л эффективность очистки достигает 90%–97%.

Азотсодержащую органику удаляют, применяя:

• перегонку;
• экстракцию;
• адсорбцию.

Экстракция позволяет извлечь до 99 % полезных продуктов. В химической отрасли капролактам удаляют из СВ бутилацетатом, нитробензол – бензолом. Извлеченный нитробензол используют при экстракции анилина.

Если в стоках одновременно содержатся и аммонийный азот, и ортофосфаты, применяется электрохимический способ. Наиболее распространенные технологии удаления соединений азота – нитрификация и денитрификация, реализуемые в биофильтрах и аэротенках.

В качестве субстрата используется биологически окисляемая органика:

• органические кислоты;
• углеводы;
• спирты;
• продукты распада белков.

На предприятиях из южных регионов процессы проводятся в естественной среде – в биологических прудах.

Фосфорные соединения

Взвешенные частицы фосфора и его соединений встречаются в СВ в виде:

• ортофосфатов;
• полифосфатов;
• фосфорсодержащей органики;
• элементарного фосфора.

Для удаления фосфорных загрязнений применяют:

• механические;
• физико-химические;
• электрохимические;
• химические;
• биологические способы, а также их комбинации.

Фосфор в форме суспензии удаляется в отстойниках и открытых гидроциклонах. Распространены методы, основанные на окислительных процессах с использованием кислорода воздуха, гипохлоритов.

Для очистки сточных вод от ортофосфатов на ряде предприятий применяют схему, включающую отстойник и два последовательно установленных открытых гидроциклона.

Чтобы ускорить осаждение частиц, вводятся коагулянты (сульфат алюминия, хлорид железа) и флокулянты (праестол, полиакриламид). Фосфорный шлам направляют для упаривания на установку дистилляции или сжигают.

В качестве реагентов могут использоваться отработанные травильные растворы, оптимальные показатели pH среды при этом достигаются введением едкого натра или извести.

Для очистки от растворенных примесей фосфора применяют адсорбцию на доломите или волокнистых загрузках из материалов, смешанных с гранулами оксидов металлов.

Для удаления фосфатов применяется кристаллизация. Процесс очистки выполняется в отстойниках или на фильтрах.

В отстойники засыпаются затравочные материалы из минералов, содержащих:

• фосфат кальция;
• костяной уголь;
• шлак доменных печей.

Применяется для очистки от фосфора и электрокоагуляционно-флотационный способ на электродах из железа или алюминия.

Эффективность удаления нерастворимых соединений фосфора повышается при использовании барботажных флотаторов. В качестве глубокой очистки проводится фильтрование, при котором дополнительно удаляется до 20 % фосфора.

Распространены схемы очистки, представляющие симбиоз биологической обработки и химическое осаждение. Такое сочетание способов увеличивает качество очистки воды, позволяя добиваться лучших результатов, чем при применении одного из них.

Удаление СПАВ

Очистка стоков от СПАВ производится путем применения:

• коагуляционно-флокуляционного метода;
• флотации;
• сорбции;
• экстракции;
• деструктивных технологий (озонирования, УФ-облучения, термических способов, реагентной деструкции, термических методов);
• электрохимических способов;
• обратного осмоса.

Большинство СПАВ биологически устойчивы к биохимическому окислению, поэтому его проводят только для «мягких» анионогенных СПАВ. Схемы ЛОС включают один или несколько этапов в зависимости от конечного качества воды. Технологии могут применяться в различных сочетаниях.

В стоках с содержанием СПАВ обычно присутствуют:

• нефтепродукты;
• смолы;
• минеральные масла.

Для их удаления предусмотрен блок предочистки. СПАВ в этом случае удаляются в результате электрофлотации.

На некоторых объектах применяется комплексная очистка — сорбция плюс реагентная обработка. На первой стадии стоки обрабатываются сорбентом и перемешиваются в реакторе. Затем вода поступает на сооружения реагентной обработки.

Для очистки растворов, используемых на моющих установках, применяется ультрафильтрация. Мембраны задерживают загрязнения, пропуская элементы моющего раствора и ПАВ до 70 %. Это позволяет использовать моющий раствор повторно, например, для мойки автотранспортных средств.

Требования к очистке

На основании ст. 21 7-ФЗ для природопользователей устанавливаются нормативы допустимого воздействия на ОС. Ограничения необходимы, чтобы исключить потенциальный вред от неочищенных или недостаточно очищенных СВ, поступающих в водоем.

Расчеты нормативов проходят согласование в:

• Росгидромете;
• Роспотребнадзоре;
• Росрыболовстве;
• Росприроднадзоре,

затем утверждаются Росводресурсами. Методика разработки НДС утверждена приказом Минприроды России от 29.12.2020 № 1118.

Сброс СВ в природные водоемы допускается на основании выданного уполномоченными госорганами решения о предоставлении водного объекта в пользование, а также разрешения на сброс загрязнений в окружающую среду.

Сброс вод, концентрация опасных веществ в которых превышает нормативы допустимого воздействия на водные объекты, не разрешен. Качество очистки должно обеспечивать достижение установленных нормативных показателей, по этой причине стоки подвергаются обязательной очистке и обезвреживанию.

Контроль очистки стоков при водоотведении в ЦСВ производится в соответствии с ПП от 22.05.2020 № 728.

Чтобы оценить эффективность очистки стоков, предприятия утверждают план-график аналитического контроля работы очистных сооружений и соблюдения НДС.

В зависимости от результатов лабораторных исследований проб воды (в точке сброса, в природном объекте вблизи точки сброса) может потребоваться разработка плана мероприятий по достижению нормативов.

Фактические показатели состава и свойств стоков, предназначенных для отведения в ЦСВ, должны соответствовать данным, указанным организацией-абонентом в соответствующей декларации, а также нормативам, которые установлены Правилами по ПП от 29.07.2013 № 644.

Определение необходимой степени очистки

Сбрасываемые после очистки в природные водоемы стоки не должны:

• изменять параметры водоема – температуру, прозрачность, рН, химический состав;
• быть токсичными по отношению к обитателям водной экосистемы;
• нарушать динамику процессов самовосстановления (способствовать «цветению» воды).

Уровень очистки определяется категорией и нормативами качества воды водного объекта, зависит от его фоновых загрязнений. Для определения необходимой степени очистки стоков нужно иметь подробные данные об их объеме и составе, а также результаты детальных обследований водоема.

Для этого проводят расчеты, используя в качестве исходные данные:

• концентрацию взвешенных веществ;
• потребление стоками растворенного кислорода;
• допустимое значение БПК в смеси природной воды и стоков;
• изменение активной реакции воды водоема;
• органолептическим качествам воды;
• ПДК вредных веществ и микроорганизмов.

Допустимый уровень очистки определяется применительно к общесанитарным, санитарно-токсикологическим и органолептическим показателям вредности, к каждому из нормативных показателей загрязнения.

Значение расчетного показателя загрязнения стоков, которое определяется для существующего или нового объекта, используется в качестве основы при проектировании очистных сооружений, становится контрольной величиной на весь период эксплуатации этих сооружений.

Значение для экологии, биосферы и здоровья людей

Вода – ценный природный ресурс. Она необходима для жизни человека и животных, служит средой обитания для живых существ и растений, имеет большое значение для различных производств и сельского хозяйства.

Увеличение населения Земли (совсем недавно нас стало 8 млрд человек), рост городов, развитие промышленности, расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и множество других факторов – потребности в воде огромны и ежегодно возрастают.

Природные водоемы обладают свойством самоочищения. Восстановление происходит в результате совокупной деятельности бактерий, водорослей, высших водных растений и разнообразных беспозвоночных. Процесс самоочищения регулируется биохимическими циклами.

Поступающие в водоемы загрязнения подвергаются трансформации, обретая другую концентрацию, структуру и физико-химические свойства.

С увеличением концентрации загрязняющих компонентов способность к самоочищению снижается, при достижении критических значений может вообще исчезнуть.

При поступлении больших объемов органических примесей в воде отмечается снижение содержания кислорода. Причина – окисление органики под действием микроорганизмов, потребляющих при этом растворенный в воде кислород.

При этом начинается развитие анаэробных организмов, которым для жизни кислород не нужен. Бактерии способствуют нарушению экологического равновесия, развитию процессов гниения и в конечном итоге гибели водоема.

Несбалансированная эвтрофикация (от греческого «eutrophe» – тучность, жирность, усиленное питание) становится причиной:

• бурного развития водорослей (цветение воды);
• появления цианобактерий, которые в период цветения выделяют токсины (алкалоиды и низкомолекулярные пептиды), вызывающие отравление людей и животных;
• приводит к дефициту кислорода, заморам рыб, гибели других водных обитателей, составляющих сложную живую систему.

Солнечные лучи слабо проникают вглубь водоема, что приводит к отсутствию фотосинтеза у надонных растений и неизбежному отсутствию кислорода.

Биотрансформация примесей в природной среде может проходить с увеличением токсичности, что причиняет вред обитателям водных экосистем:

• животным;
• птицам;
• рыбам (в том числе промысловым).

В организм человека вредные и токсичные вещества могут попадать с питьевой водой или по пищевой цепочке.

Видео

Предлагаем вашему вниманию видео ролик, в котором рассказывается об очистке сточных вод на водоканале:

Заключение

Многочисленные методы очистки СВ направлены на удаление или извлечение определенных загрязнителей. «Парк» вариантов продолжает развиваться, современные очистные установки превосходят предшественников по качеству и скорости очистки.

В мире антропогенного загрязнения внедрение современных технологий очистки на законодательном уровне – это необходимая мера для сохранения экологии, качества жизни и здоровья человека.