Какие бывают сточные воды

Состав сточных вод

В составе сточных вод выделяют две основных группы загрязнителей — консервативные
, т.е. такие, которые с трудом вступают в химические реакции и практически не поддаются биологическому разложению (примеры таких загрязнителей соли тяжёлых металлов, фенолы, пестициды) и неконсервативные
, т.е. такие, которые могут в т.ч. подвергаться процессам самоочищения водоёмов.

В состав сточных вод входят как неорганические (частицы грунта, руды и пустой породы, шлака, неорганические соли, кислоты, щёлочи); так и органические (нефтепродукты, органические кислоты), в т.ч. биологические объекты (грибки, бактерии, дрожжи, в т.ч. болезнетворные).

Физико-химические показатели сточных вод некоторых промышленных предприятий
Показатель	Металлургический комбинат	Фабрика первичной переработки шерсти	Гидролизный завод	Спиртокрахмальный завод	Красиль ноотделочная фабрика
Содержание, мг/л
плотного остатка	600	33500	8600	1400	1200
взвешенных веществ	500	28000	950	470	170
Азота аммонийного	—	210	150	45	12
фосфатов	—	—	40	15	1
нефтепродуктов	40	—	—	—	—
жиров	—	7800	—	—	—
ПАВ	—	—	—	—	100
фурфурола	—	—	50	—	—
Интенсивность окраски по разбавлению, мг/л	—	—	—	—	1:150
БПК5	—	6300	2400	360	200
БПКполн	—	17800	3300	580	250
ХПК	50	44000	4900	830	600
pH	8	9,5	5,5	7,2	9

Канализация

Все стоки должны выводиться к местам удаления загрязнений и сброса через канализационные сети. Применяется несколько видов канализаций в зависимости от местонахождения: промышленная, ливневые и хозяйственно-бытовая. Хозяйственно-бытовые сети сбора стоков бывают централизованными и автономными.
Канализационные системы подразделяются на два типа: внутренние и наружные.

Внутренними считаются те сети, которые расположены в пределах какой-либо постройки или здания. Они включают: домовые стояки, водосточные воронки, отводные трубы, внутренние сборные лотки, ревизионные устройства и колодцы. К внешним системам относят трубы, колодцы, очистные сооружения, насосное оборудование и все другие функциональные объекты за пределами построек.

Наружная канализация подразделяется на три вида:

• общесплавная;
• раздельная;
• полураздельная.

В общесплавной системе выведения ливневые, хозяйственные и бытовые жидкости отводятся совместно, через одни и те же технические сети. В раздельной системе продукты атмосферных осадков и таяния снега выводятся отдельно от хозяйственно-бытовых жидкостей. В полураздельной системе стоки и осадки выводятся отдельно, но соединяются в едином коллекторе очистки.

Автономные канализационные сети используются для вывода стоков в загородных домах, на дачах, производственных и иных объектах, где не подведена централизованная система.

Виды автономных канализационных систем:

1. Выгребные ямы.
2. Биотуалеты.
3. Септики.
4. Фильтрующие установки.

Система централизованной канализации включает следующие составные части:

• внутренние устройства здания для отвода стоков;
• наружная внутриквартальная система;
• наружная уличная система;
• насосное и напорное оборудование;
• очистные сооружения;
• системы сброса в водоёмы и грунт.

Подбор метода очистки

Схема внутренних водостоков.

Поскольку производственные сточные воды имеют разный состав, нужно подбирать надежный и эффективный метод очистки в каждой конкретной ситуации. Научные исследования помогают получить расчетные параметры и технологические регламенты обработки сточной воды. Нормой потребления воды является ее количество, необходимое для производственных процессов.

Норму можно установить при помощи научно обоснованных расчетов или передовой практики. Укрупненная норма водопотребления включает расходы жидкости в компании. Нормами расходов производственных вод пользуются во время проектирования опять возводящихся конструкций водоотведения промышленных организаций. С помощью таких норм можно оценить рациональность применения воды в любой компании.

Схема очистки сточных вод.

На уровень загрязненности атмосферных вод (дождевые и талые воды отводятся вместе с водами от полива улиц, фонтанов и дренажей) могут воздействовать различные факторы, а также общая санитарная обстановка пункта. Используя технологию сухой уборки улицы, невозможно полностью удалить загрязнения. В мусоре с дорог содержатся такие вещества: органика, биогены, нефтепродукты, соли металлов в огромном количестве.

Что по поводу загрязненности дождевых стоков, то она зависит от их расхода. Если расход составляет около 25 л/с га, воды не способны смыть загрязнения, вот поэтому их загрязненность является минимальной. Если расход стока будет увеличиваться, то в нем вырастут концентрации взвешенных компонентов. Почти вся грязная дождевая вода поступает в канализацию в начале осадков. Максимальную величину БПК жидкости можно наблюдать в летнее время, а в осенний период они снижаются в несколько раз.

Способы очистки

В природе все предусмотрено, поэтому вода в водоемах обладает способностью к самоочищению. Однако этот процесс происходит не быстро, поэтому с большим потоком стоков естественные методы очищения не справятся. По этой причине отведение сточных вод без предварительной очистки запрещено.

Безопасная утилизация сточных вод – это обработка с целью удались из воды максимальное количество загрязнений. Организация очистки сточных вод и их отвод – это важная задача, которую нужно решить при постройке здания. Способы, которыми обрабатывают сточные воды, можно разделить на несколько групп, это:

• Механические;
• Физико-химические;
• Химические;
• Биологические.

Каждый из названных способов может быть применен по отдельности, но лучшего результата удается добиться при использовании комбинации нескольких методов.

Механические методы

При использовании механической очистки применяют два способа:

• Отстаивание;
• Фильтрация.

В первом случае применяются отстойники для сточных вод. Здесь происходит разделение веществ на фракции в зависимости от их удельного веса. Для фильтрации используются различные фильтры, которые позволяют отделять крупные включения.

При использовании механического метода можно добиться удаления 65-70% примесей из бытовых сточных вод и примерно 95% примесей из ливневых стоков. Поэтому отстаивание или осветление – это только первый этап, затем хозяйственно-бытовые сточные воды нуждаются в доочистке.

Чаще всего, доочистка сточных вод осуществляется с использованием биологических методов. Дополнительно может быть применено обеззараживание сточных вод с использованием озонаторов или ультрафиолета.

Химические методы

При использовании химических методов в очищаемую среду добавляют специально подобранные химические реагенты. Эти вещества вступают в реакцию с веществами-загрязнителями с образованием нерастворимых веществ, которые осаждаются на дно отстойника. При использовании химического способа можно добиться удаления около 95% загрязнений, растворенных в воде, и около 25% нерастворенных веществ.

Физико-химические методы

При использовании этих методов сточные воды подвергаются специальной обработке, позволяющей удалить, как растворенные, так и нерастворенные загрязнения. Чаще всего применяются следующие методы:

• Коагуляция. В этом случае, в сток вводятся специальные вещества, под действием которых мелкие взвешенные частицы слипаются, образуя крупные агрегаты, оседающие на дно.
• Флокуляция. Этот процесс имеет тот же принцип, что и коагуляция, но реагенты при его использовании применяют другие.
• Экстракция. Это метод извлечения из жидкости определенных веществ. Он достаточно дорог, поэтому применяется тогда, когда извлеченные вещества могут быть использованы повторно.
• Ультрафильтрация. Используются ультрафильтры в промышленных системах канализации, если в системе предусмотрено использование вторичной воды. Ультрафильтрация позволяет отделить высокомолекулярные соединения от низкомолекулярных.

Как правило, физико-химические методы используются для переработки промышленных стоков, так как в них может содержаться большое количество разнообразных химических веществ.

Методы биоочистки

Для переработки бытовых сточных вод, содержащих много органики, применяют биологические методы. Они основаны на использовании присутствующих в природе бактерий, которые используются в естественных процессах самоочистки. В процессе своей жизнедеятельности бактерии перерабатывают органические включения, разлагая их на безопасные составляющие.

Самые простые методы биоочистки используются в выгребных ямах и септиках. Тут органические отходы, осевшие на дно, подвергаются анаэробному брожению, то есть, обрабатываются микроорганизмами, способными существовать без доступа кислорода.

В современных очистных станциях дополнительно используется аэробная очистка, для этого в рабочую зону подается кислород воздуха. Аэробные процессы проходят намного быстрее и позволяют удалять большее количество загрязнений. Станция биоочистки имеет такие элементы, как аэраторы и электронасосы, то есть, является энергозависимой и требует подключения электропитания.

Виды по происхождению

Сточные воды и их классификация подразумевает следующие их виды.

Это:

• Бытовые, которые поступают от ванн, раковин и унитазов. Они образуются как в жилых, общественных, так и в промышленных помещениях, в процессе жизнедеятельности человека.
• Производственные, образуются в технологических процессах производства с использованием воды.
• Дождевые или атмосферные, образуются на поверхностях дорог, площадей, крыш и т.д., в результате выпадения атмосферных осадков.

Классификация сточных вод определена санитарными нормами, подлежащими их соблюдению.

Сточные воды, всех без исключения категорий, содержат небольшое количество загрязнений как органического, так и минерального происхождения.

Рассмотрим состав загрязнений:

1. Более загрязненными считаются бытовые воды, так как в них содержится огромное количество органических веществ, подверженных гниению. К таковым можно отнести фекалии, мочу и различные бактерии. Среди бактерий, могут находиться и так называемые «болезнетворные», то есть бактерии патогенной группы.
2. Производственные же сточные воды, принято подразделять на загрязненные и условно чистые, используемые при охлаждении производственных агрегатов. Все вещества, которые загрязняют производственные сточные воды, весьма разнообразны и полностью зависят от самой технологии производства.
3. В результате длительных ливневых дождей, сточные воды поступают в коллектор малозагрязненными, поэтому для уменьшения диаметра труб канализационной сети и снижения объема очистных сооружений сточных вод, на главном коллекторе предусматривается несколько камер, оборудованных ливнеспуском и ливнеотводом, благодаря которым дождевые воды, смешиваясь с остальными сточными водами, без очистки, напрямую сбрасываются в водоемы.

При общесплавной системе канализации, все воды поступают на очистные сооружения, где происходит их дальнейшая очистка, после которой чистая вода выпускается в водоем.

Населенные пункты

Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление городов обычно оценивают на основе среднего суточного расхода воды на одного человека, в США равного примерно 750 л и включающего воду питьевую, для приготовления пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива лужаек и газонов, тушения пожаров, мытья улиц и других городских нужд

Почти вся использованная вода поступает в канализацию. Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит.

В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.

Классификация и состав сточных вод

Очистка стоков

Классификация сточных вод включает три основные категории в зависимости от их состава, происхождения и качественных показателей примесей и загрязнений:

• Бытовые, или хозяйственно-фекальные, к которым относятся сточные воды, удаляемые из различных бытовых помещений, таких как туалеты, душевые и ванные комнаты, кухни, прачечные, бани, больницы, столовые и т.д. Основными их загрязнениями являются хозяйственно-бытовые и физиологические отходы, а для их сброса действуют специальные правила приема сточных вод в городскую канализацию;
• Промышленные или производственные, использованные при выполнении разнообразных технологических процессов, таких промывание сырья и продукции, охлаждение оборудования и т.д., а также откачанные на поверхность в процессе добывания полезных ископаемых. Чаще всего промышленные стоки загрязнены производственными отходами, в которых могут содержаться такие вредные и отравляющие вещества, как азот аммонийный в сточных водах, синильная кислота, соли свинца, ртути и меди, фенолы, анилин и т.д., а также отходы, которые могут иметь ценность при использовании в качестве вторичного сырья. Промышленные стоки могут быть разделены на две категории: загрязненные, для которых перед повторным использованием или выпусканием в водоемы производится предварительная очистка сточных вод, и слабозагрязненные или условно чистые, которые не требуют предварительной обработки.
• Атмосферные сточные воды, к которым относятся талые и дождевые воды, а также воды от полива зеленых насаждений и улиц. Данная категория сточных вод содержит в себе в основном загрязнения минерального происхождения и представляет меньшую санитарную опасность, чем производственные и бытовые стоки, поэтому очистка ливневых сточных вод является наименее требовательной процедурой.

Уровень загрязнения сточных вод рассчитывается в зависимости от концентрации в них различных примесей, выражающейся в массе на единицу объема (г/м3 или мг/л).

Бытовые сточные воды являются относительно однообразными по своему составу, а концентрация в них загрязнений зависит от того, какой объем воды расходуется на одного человека, проще говоря – от норм водопотребления.

В зависимости от того, какое значение принимает разбавление сточных вод, загрязнения бытовых стоков подразделяют на следующие категории:

• Нерастворимые, в которых образуются крупные взвеси, размеры частиц в которых превышают 0,1 мм;
• Пены, суспензии и эмульсии, размеры частиц которых составляют от 0,1 мкм до 0,1 мм;
• Коллоидные – размер частиц от 1 нм до 0,1 мкм;
• Растворимые, в состав которых входят молекулярно-дисперсные частицы, размер которых не достигает 1 нм.

Кроме того, отличают органические, минеральные и биологические загрязнения бытовых стоков:

• Минеральные загрязнения включают в себя частицы песка, глины и шлака, растворы солей, щелочей, кислот и прочие вещества.
• Органические загрязнения могут быть как животного, так и растительного происхождения. Растительные загрязнения – это различные остатки плодов, растений и овощей, а также бумага, масла растительные и т.д., характеризующиеся повышенным содержанием углерода. К животным загрязнениям можно отнести различные человеческие и животные физиологические выделения, остатки органической ткани, клейкие вещества и т.д., для которых характерно высокое содержание азота.
• Биологические же загрязнения включают в себя различные грибки (плесневые и дрожжевые), микроорганизмы, водоросли и бактерии, среди которых довольно большое количество возбудителей таких болезней, как паратиф, тиф брюшной, дизентерия, сибирская язва и т.д. Такие загрязнения могут быть характерны не только для бытовых сточных вод, но и для части промышленных стоков, например – отходов мясокомбинатов, скотобоен и т.д. Несмотря на то, что химический состав данных загрязнений является органическим, создаваемая ими при поступлении в водоемы санитарная опасность требует их выделения в отдельную категорию.

В состав бытовых стоков входят следующие загрязнения (значения приведены в процентах от общего числа загрязнений):

• Минеральные вещества – 42%;
• Органические вещества – 58%;
• Взвешенные осаждающиеся вещества – 20%;
• Коллоидные смеси – 10%
• Растворимые вещества – 50%.

Состав промышленных сточных вод и их степень загрязнения могут варьироваться в зависимости от характера конкретного производства и различных условий применения воды в технологическом процессе.

На количество же атмосферных сточных вод существенное влияние оказывает рельеф и климат конкретной местности, а также такие показатели, как характер застройки, вид дорожного покрытия и т.п.

Расчет основных параметров

Как для бытового, так и для промышленного использования существуют песколовки разного размера и эффективности.

Для определения того, какой пескоуловитель нужно приобрести по размерам и производительности, следует провести расчет, имея при этом следующие данные:

• объем сбрасываемых вод;
• параметры загрязненности;
• скорость движения потока;
• суточный объем осадка;
• территориальные условия для установки.

Рассчитаем габариты конструкции горизонтального блока с прямолинейным течением воды, состоящей из двух основных частей: рабочей и осадочной.

Пример.

Исходные данные:

• объем сбрасываемых вод – 130000 м3 или qmax=1,50 м3/с (130000/24/3600);
• допустимая скорость потока – 0,15-0,30 м/с;
• гидравлическая крупность осаждаемого песка – 18-24 мм/с;
• планируемое количество жителей – 415300 чел.

Решение:

1. Выбирают три отделения, исходя из расчета 50000 м3/сут.
2. Определяют необходимую площадь сечения одного отделения:

   ω=q_max/vn, где

   • v – средняя скорость потока, м/с;
   • n- количество отделений;
   • ω=1,50/(0,25×3)=2,0 м^2.
3. Рассчитывают длину:

   L=1000KHv/u, где

   • K – коэффициент, берется из таблицы;
   • H – глубина проточной части, принимается для типовых моделей в пределах от 0,5 до 2,0 м, принимается 1,0 м;
   • u – гидравлическая крупность песка, мм/с, берется из таблицы.

   L=(1000⋅1,3 ⋅1⋅0,25)/24,2=13,43 м.

4. Находят ширину одного отделения, м:
   B=ω/H.

   B=2,0/1=2,0 м.

5. Исходя из полученных размеров песколовки, выбирают стандартную из таблицы или проектируют индивидуально.
6. Скорость стока при разных значениях:
   υ_max=q_max/(BH n).

   υ_max=1,50/(2⋅1⋅3)=0,25 м/с.

7. Время нахождения в рабочей части:
   T=L/υ_max.

   T=13,43/0,25=53,72 с.

8. Рассчитывают количество осадка за сутки м3/сут:

   W_сут=(Nq_2)/1000, где

   • N – планируемое число жителей;
   • q_2– удельное количества песка, берется из таблицы.

   W_сут=(415300⋅0,02)/1000=8,31 м^3/сут.

9. Находим объем одного контейнера:
   W_о=(W_сут T)/n, где T- время между выгрузками песка, должно быть не более 2-х суток.

   W_о=(8,31⋅1)/3=2,77 м^3.

10. Находят глубину контейнера:
    h=W_о/B^2.

    h=2,77/2^2 =0,69 м.

11. Рассчитывают высоту осадка песка на дне:
    h_ос=(W_сут k)/BnL, где: k- коэффициент распределения песка по дну, принимается равным 3.

    h_ос=(8,31⋅3)/(2⋅3⋅13,43)=0,31 м.

12. Делают расчет полной строительной высоты:
    H_стр=H+h_ос+0,5.

    H_стр=1+0,31+0,5=1,81 м.

Получен расчет габаритов горизонтальной песколовки, которыми необходимо руководствоваться при проектировании оборудования:

• ширина,
• высота
• и длина.

BхHхL=2 х 1,81 х 13,43 м.

Для удаления минеральных взвесей из сточных вод могут быть также использованы другие устройства:

• гидроциклоны
• и центрифуги.

Их конструкции работают благодаря вращательному движению жидкости, оно производит разделение частиц с различным удельным весом. Более тяжелые падают вниз, легкие – уносятся водным потоком.