Очистка сточных вод на примере ООО 'Водоканал-Сервис'

Очистка сточных вод на примере ООО 'Водоканал-Сервис'

Введение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения - одна из самых значимых экологических задач. Вслед за ее уяснением происходит осознание немаловажности изменения производственных технологий и внедрения новых, более результативных методов очистки воды.

На сегодняшний день очистка сточных вод городов и поселков приобретает исключительное значение. Основным решением проблемы рационального использования водных ресурсов является всевозможная минимизация загрязняющих веществ и отходов, потерь ценных органических веществ, которые сбрасываются бытовыми и производственными сточными водами в канализацию, уменьшение количества сточных вод.

Биологические очистные сооружения должны обеспечивать очистку стоков от загрязняющих веществ до установленных для сброса в водоем норм, не оказывая при этом ущерб здоровью населения и отрицательное воздействие на животных и рыб.

Задачами данной работы являлись:

изучение методов по очистке сточных вод промышленного предприятия;

анализ и усовершенствование технологической схемы очистки сточных вод;

расчет технологических параметров в разработанной технологической схеме;

расчет экономических затрат на внедрение и их окупаемости;

технико-экономическое обоснование реализации разработанной технологической схемы;

анализ безопасности жизнедеятельности при эксплуатации очистных сооружений.

1.      Характеристика предприятия

Предприятие ООО «Водоканал-Сервис» находится в г. Арск Республики Татарстан в г.Арск. Предприятие занимает площадь 7,1941 га.

Основным направлением деятельности ООО «Водоканал-Сервис» является оказание услуг по водоснабжению, теплоснабжению и очистке сточных вод населению и предприятиям г. Арск.

Сброс поверхностных сточных вод с территории предприятия (дождевых, поливомоечных и талых вод) осуществляется неорганизованно на рельеф местности (выпуск № 1).

Хозяйственно-бытовые и производственные сточные воды г. Арск отводятся организованно по канализационному коллектору диаметром 400 мм на биологические очистные сооружения производительностью 7000 м3/сут.

Сброс очищенных сточных вод осуществляется в р. Казанка. Выпуск расположен за пределами г.Арск на расстоянии 880 м (выпуск № 2).

Биологические очистные сооружения ООО «Водоканал-Сервис» расположены в юго-западной части г. Арск, в существующей промышленной зоне, предназначены для приема, механической, химической и биологической очистки и обеззараживания сточных вод от поселковых сетей канализации г.Арск. Биологические очистные сооружения эксплуатируются с 1998 года.

Очищенные и обеззараженные сточные воды сбрасываются береговым выпуском в р. Казанка. Категория водопользования - II рыбохозяйственная.

Характеристика сбрасываемых сточных вод приведена на основании средних концентраций загрязнений, определенных Северной специализированной инспекцией аналитического контроля Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан.

Категория сточных вод - недостаточно очищенные.

Фактический расход сточных вод - 250,333 тыс. м3/год, 685,8 м3/сут, 28,58 м3/час.

Утвержденный расход сточных вод - 250,333 тыс. м3/год, 685,8 м3/сут, 28,58 м3/час.

.1      Назначение и область применения

Канализационные очистные сооружения в комплектно-блочном исполнении производительностью 7000 м3/сутки предназначены для полной биологической очистки бытовых и близких к ним по составу сточных вод систем канализации жилых застроек и промышленных предприятий г. Арск.

.2 Краткое описание объекта

Канализационные очистные сооружения в комплектно-блочном исполнении производительностью 7000 м3/сутки разработаны в 1987 году Научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом по комплектно-блочному строительству Главного технического управления Миннефтегазстроя СССР и изначально предназначался для очистки сточных вод систем канализации городов, поселков, промышленных предприятий расположенных в районах Западно-Сибирского нефтегазового комплекса. На основе данной работы проектной конторой ТАТЖИЛРЕМПРОЕКТ МЖКХ ТАССР был разработан экспериментальный проект «Очистные сооружения в г.Арск производительностью 7000 м3/сутки», на основании которого было осуществлено строительство, при этом были учтены все проектные изменения, вызванные привязкой к территории.

Эксплуатация очистных сооружений начата в 1989 году [1].

.3 Технология очистки сточных вод на ООО «Водоканал-Сервис»

Канализационные очистные сооружения предназначены для полной биологической очистки бытовых и близких к ним по составу сточных вод систем канализации жилых застроек и промышленных предприятий г. Арск.

«Водоканал-Сервис» предусматривает последовательную механическую, биологическую и химическую очистку смеси хозяйственно-бытовых и близких к ним промышленных сточных вод (технологическая схема очистки) с концентрацией БПКполн и взвешенных частиц на входе в сооружения 200 мг/л. Механическая очистка производится на решетках-дробилках и тангенциальных песколовках. Биологическая очистка осуществляется в аэротенках с доведением концентрации БПКполн и взвешенных веществ до 15 мг/л. При повышенных требованиях к очистке сточных вод предусматривается глубокая очистка сточных вод на фильтрах с плавающей загрузкой с доведением концентрации БПКполн до 6 мг/л и взвешенных веществ до 4,5 мг/л. Избыточный ил, образующийся в процессе очистки, стабилизируется, обезвреживается и после механического обезвоживания вывозится в отвал. На предприятии осуществляется химическое обеззараживание осветленной сточной воды, перед выпуском в водоем, путем её хлорирования.

Канализационные очистные сооружения представляют собой единый технологический поток, сырьем которого является загрязненная сточная вода, представляющая собой в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые и производственные сточные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающийся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами. Конечным продуктом данного технологического потока является сточная вода, которая сбрасывается в реку Казанка и твердый осадок, вывозящийся в отвал.

Очистные сооружения включают в себя следующие основные сооружения и оборудование (см. генплан), представленные на схеме 1.1:

. Канализационная насосная станция (КНС).

2. Блок решеток-дробилок.

3.1-3.3 Резервуар для очистки сточных вод (аэротенк) с расположенным в нем песколовкой и вторичным отстойником.

. Контактные резервуары.

. Блок фильтров с плавающей загрузкой.

. Резервуар для обработки осадка.

. Центрифуги.

.Теплообменник.

. Воздуходувки.

. Малая КНС.

. Песковые площадки.

. Иловые площадки.

. Резервуар для промывной воды.

. Газовая котельная.

. Хлораторная.

. Производственно-бытовое здание.

Механическая очистка сточной воды

Бытовые и производственные сточные воды по самотечному коллектору поступают на канализационную насосную станцию(1), которая имеет подземную часть, запроектированная на глубину заложения подводящего коллектора 4м. Подземная часть разделена на два отсека, в одном отсеке расположен приемный резервуар объемом 50м3, в другом машинный зал. В машинном зале размещены основные фекальные насосы ФГ 216/24 с электродвигателями и необходимая арматура. Подводящий трубопровод оборудован решеткой для задержания мусора, состоящий из наклонно установленных параллельных, металлических стержней, укрепленных на металлической раме. В каждую смену необходимо снимать задержанный на ней мусор и отбросы.

Сточные воды от насосной станции по напорному трубопроводу поступают в приемную камеру решеток-дробилок(2).Решетки-дробилки служат для задержания и измельчения крупных загрязнений. Принцип действия решетки дробилки заключается в следующем. Сточная вода поступает на вращающийся барабан со щелевыми отверстиями. Мелкие фракции отбросов вместе с потоком сточной воды проходит через щелевые отверстия внутрь барабана далее вниз на выход из решетки-дробилки. Крупные фракции отбросов задерживаются на перемычках между щелевыми отверстиями барабана, которые составляет как бы круглую решетку, и транспортируется при вращении барабана к трепальным гребням.

Измельчение отбросов, осуществляемые при взаимодействии поочередно подходящих резцов, закрепленных на барабане, с режущими кромками трепальных гребней, установленных неподвижно, происходит по принципу работы гильотинных ножниц, а измельчение, осуществляемое при взаимодействии режущих пластин с трепальными гребнями по принципу работы параллельных ножниц. Измельченные отбросы подхватываются водой и проходят сквозь щелевые отверстия внутрь барабана в общем потоке. При эксплуатации решеток-дробилок необходимо периодически исследовать состояние всех узлов и механизмов. Своевременно выявлять и устранять неполадки. При ремонте рабочей КРД-40 следует запускать резервную, установленную рядом.

После этого стоки поступает в распределительную камеру, из которой по самотечным трубопроводам направляются в резервуары для очистки сточных вод на стадию механической очистки с помощью песколовок. Песколовки приняты тангенциальными с удалением песка и других минеральных примесей при помощи эрлифта на песковые площадки. В таких песколовках возникает поступательно-вращательное движение воды, при котором осаждается песок и минеральные частицы диаметром более, 0,1 -0,15 мм, плотностью 1,5 г/см3 и более, но при этом органические частицы не оседают.

Биологическая очистка сточной воды.

Биологическая очистка сточных вод осуществляется в аэротенке-смесителе. Сточная вода поступает из тангенциальной песколовки через выпускную трубу, проведенную в центр аэротенка. Рабочая глубина аэротенка принята равно 9 м из условия наиболее полного использования объема стального типового резервуара. Аэротенк оборудован системой эрлифтной аэрации, обеспечивающей насыщение иловой смеси кислородом воздуха и её активное перемешивание при использование воздуходувок рабочим давление 8 м.в.ст. Продолжительность аэрации при дозе ила в аэротенке 1,5 кг/л 8 ч. Удельный расход на аэрацию 10,1 м3/ м3, потребный расход воздуха на аэрацию 4808 м3/ч.

В аэротенке очистка сточных вод осуществляется за счет биологического окисления в аэробных условиях органических загрязнений стоков. Процесс этот, по своей сущности, природный и его характер одинаков для процессов, протекающих в водоеме осуществляется сообществом микроорганизмов, биоценозом (активный ил), включающий множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов - водоросли, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс, сложными взаимоотношениями. Главенствующая роль в этом сообществе принадлежат бактериям, количество которых варьируется от 106 до 1014 клеток на 1 г сухой биомассы. Число родов бактерий может достигать 5-10, число видов 10-100.

В аэробных условиях, при благоприятной обстановке в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие, представленные числом видов от 1 до 15-30. Также среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, причем преимущественное развитие, та или иная группа, приобретает в зависимости от условий работы системы. Эти две группы бактерий отличаются по своему отношению к источнику углеводородного питания. Гетеротрофы в качестве источника углерода применяют готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы для синтеза клетки потребляют неорганический углерод, а энергию получают либо за счет фотосинтеза, используя энергию света, либо за счет хемосинтеза путем окисления некоторых неорганических соединений, например аммиака, нитратов, сероводорода.

Обеззараживание сточных вод (химическая очистка)

ООО «Водоканал-Сервис» предусматривает обеззараживание сточной воды путем её хлорирования, с целью уничтожения содержащихся в них патогенных микроорганизмов и устранения опасности заражения водоема микробами при спуске в него очищенных сточных вод. Хорошо известно, что вода может быть источником распространения таких тяжких заболеваний как холера, амебиаз, брюшной тиф, паратифы, дизентерия, гастроэнтерит, туберкулез, диарея и т.п. Естественно, что профилактика этих заболеваний является одной из важнейших проблем в комплексе санитарно-гигиенических мероприятий.

При обеззараживание сточной воды хлорированием основное технологическое требование сводится к тому, чтобы в обеззараживаемой воде концентрация активного хлора сохранялось не менее 1,5 мг/л. При столь высокой остаточной дозе санитарный эффект обеззараживания составляет 100%. Оценку степени санитарной обработки сточной воды производят по коли-индексу (количеству бактерий группы кишечной палочки содержащийся в 1 л очищенной воды) или по коли-титру (объему воды в мл в которой содержатся одна кишечная палочка).

Чтобы в обработанной воде оставалось 1,5 мг/л неиспользованного хлора по санитарным нормам расчетную дозу активного хлора рекомендуется принимать:

для сточной воды прошедшей только механическую очистку 10 мг/л;

после неполной биологической очистки 5 мг/л;

после полной биологической очистки 3 мг/л.

Эффективность обеззараживающего действия зависит от ряда факторов связанных с биологическими особенностями микроорганизмов, бактериальными свойствами действующих препаратов, состоянием водной среды и условиями в которых осуществляется обеззараживание.

Бактерицидная эффективность находится в прямой зависимости от продолжительности контакта, возрастая с увеличением длительности действия хлора.

Очищенная и продезинфицированная вода из контактных резервуаров по самотечному трубопроводу сбрасывается в реку Казанка.

Схема 1.1 Канализационные очистные сооружения в г.Арск

Канализационные очистные сооружения, прежде всего, предназначены для очистки бытовых сточных вод, но при расположении промышленных предприятий в городах, поселках или вблизи них очистка производственных сточных вод в этом случае осуществляется вместе с бытовыми стоками, на единых очистных сооружениях. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую канализацию ограничен комплексом требований.

Выпускаемые в канализацию производственные сточные воды не должны:

нарушать работу сетей и сооружений;

содержать более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ;

содержать вещества, которые способны засорять трубы канализационных сетей и сооружений и отлагаться на стенках труб;

оказывать разрушающее действие на материалы труб и элементы сооружений канализации;

содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси в канализационных сетях и сооружениях;

содержать вредные вещества в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом эффекта очистки);

иметь температуру более 40 0С

Промышленные сточные воды, не удовлетворяющие указанным требованиям должны подвергаться предварительной очистке.

Для обеспечения нормальной работы очистных сооружений канализаций при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод необходимо соблюдать ряд условий. Очищаемая смесь производственных и бытовых сточных вод в любое время суток не должна иметь:

температуру меньше 6 и больше 300С;

активную реакцию рН ниже 6,5 и выше 8,5;

общую концентрацию растворенных солей более 10 г/л;

БПКполн выше 500 мг/л при поступлении на аэротенки - вытеснители и выше 1000 мг/л при поступлении на аэротенки с рассредоточенным впуском сточным воды;

нерастворенных масел, а также смол и мазута;

биологически жестких, синтетических, поверхностно-активных веществ, практически не окисляющихся на сооружениях биологической очистки;

ХПК сточных вод не должна превышать БПКполн более чем в 1,5 раза;

минимальное содержание биологических элементов в смеси определяется из соотношения 100:5:1 (БПКполн : аммонийный азот : фосфор).

Нормы предельно допустимых концентраций вредных веществ в сточных водах, сбрасываемых предприятиями в канализацию приведены в таблице 1.

.5 Нормы очистки сточных вод на очистных сооружениях

Ухудшающаяся экологическая обстановка, особенно в промышленно развитых странах, заставляет разрабатывать и вводить все более жесткие нормативы очистки сточных вод, сбрасываемых с канализационных очистных сооружений в водоемы.

Общие условия выпуска сточных вод определяются народно-хозяйственной значимостью водоема и характером водопользования.

Нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в сточных водах, сбрасываемых предприятиями в городскую канализацию г. Арск приведены в таблице 1.1.

После выпуска допускается некоторое ухудшение качества воды, однако это не должно заметно отражаться на жизни водоема и на возможности дальнейшего его использования в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей [2].

Таблица 1.1 Нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в сточных водах, сбрасываемых предприятиями в городскую канализацию г. Арск

По нормативам качества воды водоёмов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования установлены следующие показатели состава и свойства воды водоёма:

растворенный кислород. В воде водоема (после смешения с ней сточных вод) количество растворенного кислорода не должно быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 часов дня;

биохимическая потребность в кислороде. Полная потребность воды в кислороде при температуре 200С не должна превышать 6 мг/л.

взвешенные вещества. Содержание взвешенных веществ в воде водоёма после спуска сточных вод не должно увеличиваться более чем на 0,75 мг/л.

плавающие примеси. Сточные воды не должны содержать минеральных масел и других плавающих веществ, в таких количествах, которые способны образовать на поверхности водоёма пленки, пятна и скопления.

Вода не должна приобретать запахов и привкусов. Реакция воды водоёма после смешения ее со сточными водами должна быть в пределах 6,5-8,5 рН. Окраска не должна обнаруживаться в столбике воды высотой 10 см. Ядовитые вещества не должны содержаться в концентрациях, которые могут оказать прямо или косвенно вредное действие на здоровье населения. Возбудители заболевания в воде после выпуска не должны содержаться. Температура воды водоёма, в результате спуска в него сточных вод, не должна повышаться летом более чем на 30С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет [1,2].

.6 Расчет предельно допустимого сброса загрязняющих веществ, поступающих в реку Казанка

Определим ПДС загрязняющих веществ, поступающих в реку Казанка в соответствии с определенной кратностью общего разбавления сточных вод в водотоке.

В соответствии с ГОСТ 17.1.01 - 77 (п.39) под предельно допустимым сбросом (ПДС) вредных веществ в водный объект понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

ПДС с учетом требований к составу и свойствам воды в водных объектах определяется как произведение расхода сточных вод «q» (куб.м/час) на концентрацию веществ  (г/куб.м) в сточных водах согласно формуле:

. Взвешенные вещества

Средняя концентрация «C» взвешенных веществ р. Казанка в створе водопользования составляет 27,2 мг/л. Тогда для реки Казанка с учетом влияния сточных вод г. Арск получим:

2. Биохимическое потребление кислорода

Согласно последним требованиям Главрыбвод РФ от 15.11.93 г. БПКполн не должна превышать 2 мг/л.

ПДСБПК =

3. Химические вещества

Содержание химических веществ не должно превышать гигиенические предельно допустимые концентрации и ориентировочные допустимые уровни веществ в воде водных объектов установленные ГН 2.1.5.689-98 и ГН 2.1.5.690-98 с дополнениями.

Согласно «Правилам охраны поверхностных вод» 1991 г. Химические вещества не должны содержаться в воде водотоков  и водоемов в концентрациях, превышающих нормативы, установленные в п.2.2. «Правил охраны поверхностных вод». Согласно п.2.3. «Правил охраны поверхностных вод» для всех нормированных веществ при рыбохозяйственном водопользовании при поступлении в водный объект нескольких веществ с одинаковыми лимитирующими показателями вредности сумма отношений (C1, C2,…Cn) каждого из веществ в контрольном створе к соответствующим ПДК не должна превышать единицы. Тогда устанавливаем содержание химических веществ, присутствующих в сбрасываемых сточных водах с учетом контрольных замеров ЦСИАК Минэкологии РТ, принимая во внимание, что ПДС с учетом требований к составу и свойствам воды в водных объектах определяется для всех категорий водопользования как произведение расхода сточных вод «q» (м3/час) на концентрацию веществ «C» (г/м3) в сточных водах.

- химические вещества, входящие в санитарно-токсикологический лимитирующий показатель вредности определяются по формуле:

Согласно фактических данных лабораторного контроля сточных вод получим:

Условие не выполняется.

Условие выполнено.

ПДССl = 62,5м3/час х 191,25 г/м3 = 11953,125г/час = 104,709 т/год;

ПДСNO3= 62,5 м3/час х 14,5 г/м3 = 906,25г/час = 7,939 т/год;

химические вещества, входящие в токсикологический лимитирующий показатель вредности:

(железо, медь, хром (трехвалентный), сульфаты, СПАВ, нитриты, аммонийный ион, фосфаты)

= 2,41 + 0,92 + 9,75 + 84 + 121,6 + 1,35 + 7,14 + 3 = 230,17 > 1

Условие не выполняется.

В соответствие с п.32 "Инструкции по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты". 1989 г. и п.3.9 "Правил охраны поверхностных вод", от 21.02.91 г. ПДС должен быть равен:

= 0,302 + 0,075 + 0,135 + 0,158 + 0,22 + 0,01 + 0,07 + 0,03 = l = 1

ПДССульфат = 62,5 м3/час х 30,2 г/м3 = 1887,5 г/час = 16,5345 т/год;

ПДССПАВ = 62,5 м3/час х 0,15 г/м3 = 9,375 г/час = 0,08213 т/год;

ПДСНитрит = 62,5 м3/час х 0,0108 г/м3 = 0,675 г/час = 0,0059 т/год;

ПДСФосфат = 62,5 м3/час х 0,0316 г/м3 = 1,975 г/час =0,0173т/год;

ПДС Азот аммон = 62,5 м3/час х 0,11 г/м3 = 6,875 г/час = 0,0602 т/год;

ПДС Железо = 62,5 м3/час х 0,001 г/м3 = 0,0625 г/час = 0,0005 т/год;

ПДСХром = 62,5 м3/час х 0,005 г/м3 = 0,3125 г/час = 0,0027 т/год;

ПДСМедь = 62,5 м3/час х 0,00003 г/м3 = 0,0019 г/час = 0,00002 т/год.

химические вещества, входящие в рыбохозяйственный лимитирующий показатель вредности:

Условие не выполняется.

Условие выполнено.

ПДС н.п. = 62,5 м3/час х 0,035 г/м3 = 2,1875 г/час = 0,0192 т/год;

ПДСфенол = 62,5 м3/час х 0,0003 г/м3 = 0,0188 г/час = 0,0002 т/год;

Утвержденный предельно допустимый сброс и состав сточных вод приведен в таблице 1.2. Сброс веществ, не указанных ниже, запрещен.

Таблица 1.2 Утвержденный предельно допустимый сброс и состав сточных вод

2. Оценка негативного воздействия предприятия на окружающую среду

хлораторный сточный вода загрязняющий

Приемник сточных вод - река Казанка, соответствует рыбохозяйственным объектам высшей категории.

Река Казанка является левым притоком реки Волга, впадает в Куйбышевское водохранилище в районе г. Казани. Река берет свое начало в Балтасинском районе РТ. Длина реки Казанка составляет 140 км. Площадь водосбора - 2711 км2. Река принимает 41 приток.

Бассейн реки представляет собой слабоволнистую равнину, пересеченную овражно-балочными системами. Нижнее течение реки Казанка находится в зоне подпора водами Куйбышевского водохранилища и образует широкий залив.

В результате своей деятельности предприятие оказывает негативное влияние на природные ресурсы. Чтобы снизить отрицательное воздействие на окружающую среду, надо осуществить необходимые природоохранные мероприятия.

Одним из важнейших аспектов охраны окружающей среды является охрана от загрязнения водных ресурсов и обеспечения потребности населения и народного хозяйства чистой водой.

На канализационных очистных сооружениях стоки очищаются и обезвреживаются до такой концентрации, чтобы не оказывать вредного влияния на окружающую среду.

В целях сокращения воды на производственные нужды на предприятии предусмотрено:

применение технической воды на охлаждение сальников воздуходувок;

применение фильтров с плавающей загрузкой, где не требуется чистая промывная вода, а используется вода, идущая на фильтрацию.

Не смотря на выше перечисленные мероприятия по охране окружающей среды, обеззараживание сточных вод на ООО «Водоканал-Сервис» является не эффективным и требует усовершенствования.

На основании расчетов произведенных в 1.6 был утвержден предельно допустимый сброс и состав сточных вод в реку Казанка. Однако, в ходе анализа сточных вод, очищенных по существующей схеме очистки стало очевидным, что сбрасываемая после очистки в водоем вода не отвечает установленным нормам ПДС (таблица 1.2).

Причиной этой проблемы в большей мере является использование устаревших технологий, которые не в состоянии обеспечить требуемую степень очистки сточных вод, в том числе и процесс обеззараживания, который проходит в хлораторной установке, в меньшей мере качество сточных вод, поступающих на очистку.

С целью улучшения качества очистки сточных вод на БОС предлагается усовершенствовать существующую систему очистки, дополнив ее процессом обеззараживания с помощью ультрафиолетовой установки и внедрением зернистого фильтра для полной глубокой очистки сточных вод.

3. Методы обеззараживания сточных вод

Отстаивание и фильтрование воды значительно уменьшают количество содержащихся в ней микроорганизмов, но не дают гарантии окончательного их удаления. Даже в хорошо эксплуатируемых очистных сооружениях через фильтры проходит часть бактерий, содержавшихся в воде источников. Для окончательного удаления микроорганизмов применяют обеззараживание (дезинфекцию) воды. В современных очистных сооружениях обеззараживание воды производится во всех случаях, когда источник водоснабжения ненадежен в санитарном отношении.

Обеззараживание сточных вод имеет целью уничтожение оставшихся в них патогенных бактерий и снижение эпидемиологической опасности при сбросе в поверхностные водоемы. Запрещается сброс в водные объекты сточных вод, содержащих возбудителей инфекционных заболеваний. Стоки, опасные в эпидемиологическом отношении, допустимо сбрасывать в водоем только после их очистки и обеззараживания.

Из опыта очистки сточных вод известно, что при первичном отстаивании общее количество бактерий снижается на 30-40%, а после ступени биологической очистки - на 90-95%. Это доказывает необходимость применения специальных методов обеззараживания очищенных сточных вод для обеспечения их эпидемиологической безопасности.

Применяемые в настоящее время методы обеззараживания воды можно разделить на две основные группы химические и физические.

К химическим методам обеззараживания относят обработку окислителями:

обеззараживание хлором;

обеззараживание озоном;

обеззараживание йодом;

К физическим методам обеззараживания относят:

обеззараживание кипячением;

обеззараживание ультрафиолетом;

обеззараживание ультразвуком;

В современной практике очистки воды наиболее широкое распространение получили:

хлорирование;

ультрафильтрация;

ультрафиолет;

озонирование [4].

.1 Хлорирование

Хлорирование воды - наиболее распространённый способ обеззараживания питьевой воды с применением газообразного хлора или хлорсодержащих соединений, вступающих в реакцию с водой или растворенными в ней солями. Причина этого заключается в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими существующими способами. Хлорирование применяют для удаления из сточных вод фенолов, крезолов, цианидов, сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, а также для борьбы с биологическими обрастаниями сооружений.

В результате взаимодействия хлора с протеинами и аминосоединениями, содержащимися в оболочке бактерий и их внутриклеточном веществе, происходят окислительные процессы, химические изменения внутриклеточного вещества, распад структуры клеток и гибель бактерий и микроорганизмов. Дезинфекция (обеззараживание) питьевой воды осуществляется за счёт дозирования хлора, двуокиси хлора, хлорамина и хлорной извести. Необходимая доза дозируемого вещества устанавливается пробным хлорированием воды: она определяется хлорпоглощаемостью воды (количество хлора, необходимое для связывания содержащихся в воде органических соединений) [5].

Источники водоснабжения в последнее время подвергаются интенсивному загрязнению и их качество во многих регионах нельзя признать удовлетворительным. Сооружения водоподготовки и водоотведения, на которых используются традиционные методы и процессы, не всегда в состоянии обеспечить требуемую степень очистки воды. В полной мере это относится и к обеззараживанию воды - главному барьеру на пути передачи водных инфекций [6].

Немаловажный недостаток хлорирования - присутствие в обработанной воде свободного хлора, ухудшающее ее органолептические свойства и являющееся причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС). Бόльшую часть ГСС составляют тригалометаны (ТГМ) - хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их образование обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Этот процесс растянут по времени до нескольких десятков часов, а количество образующихся ТГМ при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Для устранения примесей требуется доочистка воды на угольных фильтрах. В настоящее время предельно допустимые концентрации для веществ, являющихся побочными продуктами хлорирования, установлены в различных развитых странах в пределах от 0,06 до 0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для здоровья.

Хлорирование обладает значительными недостатками. Отметим основные недостатки:

. Хлорирование не способствует к уничтожению спорообразующих бактерий;

. Требуется постоянный лабораторный контроль над состоянием хлоропоглащаемости воды;

. Работа требует особого внимания и осторожности хлораторщиков, она вредна для здоровья;

. Автоматизировать процесс хлорирования довольно сложно;

. Требуется развозить хлор на специальном транспорте под присмотром обученного персонала;

. Хранить реагенты необходимо в специальных складских помещениях;

. Весьма усложняется схема водопроводных сооружений при использовании для водоснабжения водяных скважин.

Для хлорирования воды используются такие вещества как собственно хлор (жидкий или газообразный), диоксид хлора и другие хлорсодержащие вещества.

.2 Расчет хлораторной установки

Обеззараживание сточных вод производится для уничтожения содержащихся в них патогенных микроорганизмов и устранения опасности загрязнения водоема этими микроорганизмами при спуске в него отстоянных или биологически очищенных сточных вод.

Обеззараживание сточной воды производим хлорированием.

В соответствии со СНиП 2.04.03 - 85, доза активного хлора, необходимая для полной дезинфекции сточной воды принимается 3 г/м3.

.        Потребный максимально часовой расход хлора:

W clmax час = a qmax

где, W clmax час - максимально часовой расход хлора , г/м3;  доза активного хлора, г/м3;

qmax час - часовой расход сточной воды, м3/час

W clmax час =3 г/м3 *28,58 м3/час = 85,74 г/час = 0,085 кг/ч

.        Суточный расход хлора:

Wсут = 24 Wср. час

где, Wсут - максимальный суточный расход хлора, кг/м3;

Wср. час - максимально часовой расход хлора , кг/м3

Wсут = 24 * 0,085 кг/ч =2,04 кг

.        Месячный расход хлора:

Wмес=30 Wсут

где, Wмес - максимальный месячный расход хлора, кг/мес;

Wсут - максимальный суточный расход хлора, кг/м3

Wмес = 30 * 2,04 = 61,2 кг/мес = 734,4 кг/год

Стоимость 1 кг хлора 72 рублей. Таким образом, предприятие за год приобретает хлор стоимостью:

,4 кг/год * 72 руб.* 12= 634 521,6 рублей [8].

Озон (О3) - аллотропная модификация кислорода, наиболее сильный из известных в настоящее время окислителей. Как и хлор, озон является высокотоксичным, ядовитым газом. Это нестойкое вещество саморазлагается, образуя кислород.

Обладая высоким окислительно-восстановительным потенциалом, озон проявляет высокую реакционную активность по отношению к различным родам примесей воды, включая биологические неразлагаемые соединения и микроорганизмы. При взаимодействии озона с примесями воды протекает процесс их окисления. Одно из его преимуществ перед другими окислителями с гигиенической точки зрения - неспособность к реакциям замещения (в отличие от хлора). При озонировании в обрабатываемую воду не вносятся дополнительные примеси, а вероятность образования токсичных соединений значительно ниже, чем при хлорировании.

Бактерицидное действие озона объясняется его способностью нарушать обмен веществ в живой клетке за счет смещения равновесия восстановления сульфидных групп в неактивные дисульфидные формы. Озон очень эффективно обеззараживает споры, патогенные микроорганизмы и вирусы.

Интерес к применению озона для обработки сточных вод возник в связи с его потенциально меньшей опасностью для водоемов. Остаточный растворенный в воде озон полностью разлагается за 7-10 минут и в водоем не поступает. При обработке воды не образуются высокотоксичные галогенорганические соединения. Как правило, использование озона для обработки сточных вод имеет двойную цель - обеспечить обеззараживание и улучшить качество очищенной воды; кроме того, разложившиеся, не вступившие в реакцию молекулы озона обогащают воду растворенным кислородом.

Таким образом, озонирование воды является одним из универсальных методов обработки, позволяющим эффективно обезвреживать большинство загрязнителей искусственного и естественного происхождения. Озонирование предполагает добавление озона к воде или сточным водам с целью дезинфекции, окисления органического вещества либо удаления неприятного вкуса или запаха.

Озонирование воды разрушает органические вещества, способствующие развитию микроорганизмов. Правильно подобранные дозы озона позволяют удалять из воды фенолы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, сернистые соединения, сероводород, окисляет двухвалентное железо. При озонировании пестицидов происходит дезодорация с одновременным глубоким разрушением исходных соединений. Нужно отметить, что технология озонирования требует значительных первичных денежных затрат по сравнению с другими методами очистки воды, но она окупается в течение нескольких лет, так как не требует дополнительных затрат на реагенты.

Также как и метод хлорирования, озонирование имеет ряд недостатков. Отметим некоторые из них:

метод является дорогостоящим;

озон - токсичный газ, поэтому любое его использование требует тщательного контроля техники безопасности;

из-за насыщения воды озоном - воздушной смесью она приобретает высокую окислительную способность и становится коррозионно-активной, что требует использования оборудования и материалов, стойких к озону (трубы из ПВХ или нержавеющей стали, реакторы и емкости для хранения озонированной воды из ПВХ или бетона) и т. п.;

при неправильном подборе режима озонирования воды и дозы озона возможно образование побочных продуктов окисления, которые плохо удаляются в процессе очистки и могут быть более токсичны, чем исходные загрязнения;

непродолжительность воздействия. Это связано с тем, что озон быстро разлагается в воде и не обладает пролонгирующим бактерицидным действием.

Таким образом, для повышения надежности и безопасности качества воды в санитарно-гигиеническом отношении по существующим в Российской Федерации стандартам, которые обеспечивают необходимое дезинфицирующее последействие - ионный обмен, хлорирование и т. д. При использовании озонирования воды одновременно с хлорированием, можно значительно снизить количество применяемых вспомогательных реагентов. С большей частью окислительных процессов озон справляется самостоятельно, а хлор будет служить для дезинфекции [9].

Таким образом, озонирование является не эффективным методом. Недостатков этого метода очень много, самый главный это - дороговизна, и то, что озон является токсичным газом.

3.4 Ультрафиолетовое облучение

Наиболее распространенный безреагентный метод обеззараживания сточных вод - использование бактерицидного ультрафиолетового (УФ) излучения, воздействующего на различные микроорганизмы, включая бактерии, вирусы и грибы.

Обеззараживающий эффект УФ-излучения обусловлен необратимым повреждением молекул ДНК и РНК микроорганизмов, находящихся в сточной воде, за счет фотохимического воздействия лучистой энергии, которое предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии излучения.

Обеззараживание ультрафиолетом становится все более известным, так как отсутствие реагентов делает его безвредным для людей и безопасным для окружающей среды.

Обеззараживание сточных вод с помощью УФ установок является наиболее перспективным и выгодным направлением. Множество отечественных предприятий уже оборудованы необходимыми комплексами, что позволило им отказаться от содержания хлорных хозяйств, тем самым экономя серьёзные суммы.

Метод ультрафиолетового обеззараживания показал свою результативность при дезактивации переносимых водой патогенных микроорганизмов и вирусов без ухудшения вкуса и запаха воды и без внесения в воду нежелательных побочных продуктов. Такой метод обеззараживания становится все более популярным в качестве альтернативы или дополнения к традиционным средствам обеззараживания, таким как хлор, из-за своей безвредности, экономичности и эффективности [10].

4. Предлагаемое решение

С целью улучшения качества очистки сточных вод на стадии биологической очистки предлагается заменить неэффективную среднепузырчатую аэрацию на более эффективную мелкопузырчатую, а также с целью экономии электроэнергии заменить мощный энергозатратный компрессор (200 кВт) на менее мощный (50 кВт).

Аэрационный элемент предназначен для распределения воздуха, подаваемого компрессором, в объеме воды. Наиболее эффективной, с точки зрения интенсивности степени растворения кислорода, является мелкопузырчатая аэрация. Воздух поступает сквозь перфорированный материал, при этом образуется большое количество крошечных пузырьков, которые поднимаются к поверхности воды, насыщая ее кислородом.

Рис. 1. HYDRIG 1000мм-трубчатый аэрационный элемент

Таблица 2. Характеристики трубчатого аэрационного элемента

Аэрационный рукав выполнен из полимерного материала - полиуретана, на поверхности которого с помощью лазерной градуировки выполнена микро перфорация. При подаче воздуха пленка расправляется и раздувается, стряхивая с себя всевозможные бионаростания, одновременно раскрываются все микропоры.

Таким образом, происходит процесс постоянного самоочищения аэрационного элемента. После отключения подачи воздуха все поры под действием давления столба жидкости закрываются и пленка сжимается, доступа воды внутрь аэратора не происходит.

Рис. 2. Трубчатый аэратор: 1 - трубопровод подвода воздуха; 2 - заглушка с подводящим патрубком и опорой; 3 - опорные элементы крепления; 4 - аэрационный рукав; 5 - заглушка с опорой.

Преимущества трубчатых аэраторов:

Мембрана аэратора:

Срок службы свыше 12-ти лет.

Материалы проверенны долголетней надежной эксплуатацией на станциях очистки сточных вод.

Высокая эластичность и долговечность аэрационных мембран в агрессивных средах, где происходит деградация даже специальных резин, обусловлена применением полиуретановой пленки

Надежное закрытие пор при снятии давления воздуха в паузах аэрации предотвращает загрязнение мембран и обрастание (система способна работать в непрерывном и в пульсирующем режимах аэрации).

Устойчивость к гидродинамическим ударам.

Низкие потери напора при прохождени воздуха через аэратор.

Высокая пропускная способностьи равномерное распределение воздуха по всей длине аэратора.

Материал мембраны стоек к гидролизу и влиянию микроорганизмов и плесени. Характеризуются высокими значениями прочности, износостойкости, устойчивостью к набуханию в различных маслах, а также не имеет озонового старения.

Конструкция:

Простая и надежная конструкция. Отсутствие резьбовых и других соединений, требующих инструмент, облегчают процесс сборки/разборки аэрационного элемента

Простота монтажа и демонтажа. Якорные крепежные элементы не требуют инструмента и спец. навыков для установки на них аэраторов.

Все элементы выполнены из пластика и не подвержены коррозии

После истечения срока службы полимерной пленки, ее можно заменить, оставив при этом составные части аэратора (трубу, заглушки), при этом экономия составляет 30-40 % от стоимости аэратора в сборе.

Сборка элементов аэрации различной длины - от 0,3 м до 50 м, без потери эффективности.

Сфера применения в аэротенках: применение аэрации является неотъемлемой частью биологической очистки сточных вод от органических загрязнений путем окисления их кислородом воздуха и наращивания биомассы. Мелкопузырчатая аэрация способствует равномерному распределению воздуха в толще воды, что обеспечивает высокую степень растворения кислорода.

Преимущества мелкопузырчатых аэрационных систем

• Простая и надежная конструкция, легкая и быстрая сборка на месте применения - экономия капиталовложений.

• Высокая эластичность и долговечность аэрационных мембран в агрессивных средах, где происходит деградация даже специальных резин.

• Лазерная перфорация мембран обеспечивает постоянное образование смеси мелких пузырей с небольшим количеством средних.

• Надежное закрытие пор при снятии давления воздуха в паузах аэрации предотвращает загрязнение и обрастание мембраны.

• Материалы проверены долголетней надежной эксплуатацией на станциях очистки сточных вод и других применениях.

• Возможность сборки, перемещения и дальнейшее дополнение элементов по конкретным потребностям технологии.

• Возможность достижения различной интенсивности растворения кислорода в отдельных зонах активационных бассейнов.

• Придонное размещение элементов обеспечивает необходимое движение жидкости в бассейнах.

Литература

1.      Регламент эксплуатации биологических очистных сооружений г.Арск.

.        Экологический паспорт предприятия ООО «Водоканал-Сервис» г.Арск

.        Лапшев Н.Н. Расчеты выпусков сточных вод. - М.: Стройиздат., 2003. - 87 с.

.        Н.Н. Абрамов «Водоснабжение» Москва.: Стройиздат 2001, изд.3

.        Водоотводящие системы промышленных предприятий: Учеб. для вузов С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов. Под ред. С. В. Яковлева. - М.: Стройиздат., 2003. - 511 с.

7.      Промышленная экология: Учебное пособие / Под. ред. В.В. Денисова.- М: ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ»,2007.-720 с. (Серия «Учебный курс»).

.        Когановский А.М., Клименко Н.А., Левченко Т.М., Марутовский Р.М., Рода И.Г. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. - М.: Химия, 2006. - 288 с.

9.      Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. Справ. пособие / под. ред. А.И. Жукова. - М.: Стройиздат, 2005. - 204 с.

10.    Экологический журнал «Экология и промышленность России» ISSN 1816 0395, декабрь 2013

11.    Ю.В Воронов, С.В. Яковлев «Водоотведение и очистка сточных вод» 2008

.        С.В. Яковлев, И.Г. Губий, И.И. «Комплексное использование водных ресурсов»; Москва «Высшая школа» 2008

. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С.Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Химия, 2001, с.98 - 102.

. Ю.В. Воронов, Е.В. Алексеев, В.П. Саломеев, Е.А. Пугачев «Водоотведение» под общей ред. доктора техн. Наук Ю.В. Воронова Москва ИНФРА-М 2008

. Охрана окружающей среды: Учеб. для техн. спец. вузов / С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. 2-е изд. испр. и доп. - М.: Высш. школа, 2004. - 319 с.

. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды. - М.: Недра, 2000.

. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. - М.: Наука, 2008 г.