Основные виды загрязнителей сточных вод

Оценка степени загрязнения

Определение характеристик сточных вод

Перед оценкой степени загрязнения необходимо определить компоненты сточных вод и их концентрации. Это можно сделать с помощью лабораторных анализов и инструментов оценки качества воды.

Установление норм и требований

Нормы и требования к качеству сточных вод устанавливаются законодательством и зависят от различных факторов: отрасли промышленности, типа предприятия, и наличия посторонних включений в сточной воде.

Например, для выпуска сточных вод в водоемы предусмотрены ограничения по содержанию органических и минеральных веществ, а для сточных вод, удаляемых путем канализации, определяются нормы на микроэлементы и пестициды.

Оценка качества сточных вод

Оценка качества сточных вод производится на основе сравнения концентраций компонентов сточной воды с установленными нормами и требованиями.

Также проводятся оценки воздействия сточных вод на окружающую среду и здоровье людей. Для этого существуют методы экологического и гигиенического анализа, которые позволяют оценить степень воздействия загрязнителей на окружающую среду и здоровье человека.

Категория степени загрязнения	Уровень концентрации загрязнителей
Не загрязнено	Нет параметров, превышающих нормы и требования
Легкая степень	Один или несколько параметров превышают нормы и требования на 20-50%
Средняя степень	Один или несколько параметров превышают нормы и требования на 50-70%
Тяжелая степень	Один или несколько параметров превышают нормы и требования на более чем 70%

Источники загрязнения гидросферы

Вода используется в большинстве видов человеческой деятельности от бытовой до производственной. В соответствии с этим загрязнение гидросферы происходит из многих источников, среди них выделяются:

• естественные;
• антропогенные.

Влияние естественных источников незначительно и обычно сопровождается совместным действием с антропогенными факторами.

Например, извержения подземных вулканов приводят к тепловому заражению, характеризующемуся изменению среды под действием новых более высоких температур. Ярче всего естественные причины проявляются во время катаклизмов: разрушается инфраструктура, что приводит к загрязнению вод.

Антропогенные источники

Практически все загрязнители попадают в воду в результате человеческой деятельности. Среди отраслей и видов деятельности, оказывающих негативное воздействие на гидросферу, выделяются:

Вид деятельности или отрасль	Как влияет	Примеры
Деятельность, связанная с нефтью	При разливе нефтепродуктов на поверхности образуется тонкая пленка, препятствующая естественным процессам в среде. Кроме этого, такая пленка может быть подвержена возгоранию. Разлив может произойти на любом этапе: добыче, транспортировке, переработке, потреблении.	Взрыв нефтеплатформы в Мексиканском заливе (США), объем утечки – почти 800 миллионов литров.
Работа транспорта	Более 70% грузовых перевозок в мире приходится на морской транспорт. Регулярные отходы составляют остатки портовой деятельности, а также топливные выбросы. Кроме этого, возникают нерегулярные утечки отходов, связанные с авариями.	Авария нефтетанкера вблизи Аляски (США) в 1989 году, объем нефтяной утечки – 40 миллионов литров.
Туризм	Туристическая деятельность в курортных прибрежных местах провоцирует образование дополнительных жилищно-коммунальных стоков, других отходов, связанных с обеспечением работы курорта.	Из-за недостаточного развития инфраструктуры в одном из районов Сочи действует несколько тысяч источников нелегального стока отходов. Закрытие пляжа в Геленджике из-за прорыва канализации.
Сельское хозяйство	Наибольшее воздействие на пресные водоемы и грунтовые воды оказывает сельское хозяйство. Использующиеся для удобрения пестициды через почву попадают в грунтовые воды, питающие реки и озера.	Попадание происходит постепенно без отдельных массовых выбросов.
Промышленные выбросы и стоки	Многие предприятия используют воду для технологических нужд: охлаждение реакторов, выработка энергии, сброс отходов. Этим объясняется распространенная практика размещения заводов (чаще всего старых) на берегах водоемов.	С 1966 года на берегу Байкала действовал целлюлозно-бумажный комбинат (БЦБК), сбросы которого составляли несколько десятков миллионов тонн отходов. В 2013 году БЦБК закрыли, но на других водоемах подобные предприятия продолжают деятельность.
Жилищно-коммунальные стоки	В большинстве городов отработанная вода не проходит очистку для ее стока в элементы гидросферы. Деятельность по водоснабжению и водоотведению приводит к загрязнению и снижению уровня грунтовых вод.	В Санкт-Петербурге действует несколько станций аэрации, которые очищают воду, поступающую из канализации. Более 98% воды проходят очистку перед попаданием в Финский залив. Объем стоков – несколько миллионов тонн воды на каждую из 3 станций.
Человеческая жизнедеятельность	Кроме стоковых отходов, в результате человеческой жизнедеятельности гидросфера загрязняется еще обычным мусором. Такой тип загрязнений характерен для городов и мест массового отдыха.	Почти в два сократилась популяция рыб в реке Читарум в Индонезии – это самая грязная река в мире. Вдоль ее берегов проживают 5 миллионов жителей, работает более 2000 промышленных предприятий. Ежедневный размер образования отходов: 20 тысяч тонн мусора и 340 тысяч загрязненных сточных вод.
Тепловое загрязнение	При нагреве воды происходит нарушение естественных условий обитания. Вода используется для охлаждения в энергетике и промышленности. Для этого вблизи объектов строятся отводные каналы, через который проходит отработанная нагретая вода.	Температура в отводных каналах электростанций в течение всего года положительная, из-за чего не происходит их замерзание.

Нормирование выпуска сточных вод

Допустимая степень загрязнения сточных вод и их сбрасываемое количество зависят от возможностей водоема, куда они сбрасываются, и от санитарных требований к воде этого водоема. Это количество определяется расчетами в соответствии с технологическим регламентом.

где С_овзв — допустимая концентрация взвешенных частиц в сточной воде; Св,взв — их концентрация в водоеме до сброса сточной воды; ПДК_взв — предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в водоеме; n — кратность разбавления сточных вод в водоеме.

Расчет состава сточных вод по концентрации вредных веществ:

Расчет кратности разбавления сточных вод:

где С_о,а — допустимая концентрация вредного вещества A; С_вА концентрация вредного вещества A в воде водоема до сброса сточных вод; n — кратность разбавления; C_m A — максимально допустимая концентрация вредного вещества A в присутствии других i-х вредных веществ одного лимитирующего показателя вредности,

где Со — концентрация загрязняющих веществ в сточной воде; Св и С — концентрация загрязняющих веществ в водоеме до и после спуска в него сточных вод.

Расчет кратности разбавления для водоемов с направленным течением:

где Q_e — объем воды, расходуемый водоемом; Q_v — объем сбрасываемых сточных вод; m — коэффициент смешения, показывающий долю воды в водоеме, затрачиваемой на смешение.

При условии полного перемешивания сточных вод концентрация примесей в водоеме С в произвольный момент времени равна:

Расчет допустимого состава сточных вод по концентрацта взвешенных веществ С_в взв проводится по формуле ПДС = Q^ С_ст:

где V — объем водоема; t = V / (Q_v + — Q„) — период полного обмена воды в водоеме; Q _п — потери чистой воды водоема, например при испарении.

Очистка сточных вод. Очистка — это разрушение или удаление загрязнений из воды. Обеззараживание — уничтожение в сточных водах патогенных организмов.

Для очистки сточных вод используют: гидромеханические, физико-химические, химические, электрохимические, термические, биохимические методы. Конкретный способ их очистки зависит от количества вод, от вида и концентрации в них загрязняющих веществ.

Для отделения нерастворимых примесей, кроме отстойных сооружений, применяют гидроциклоны, центрифуги, фильтры, флотаторы.

Физико-химические методы очистки: коагуляция, окисление, сорбция, ионообмен, экстракция, мембранные способы. Они позволяют удалять ионы тяжелых металлов, растворенные соли, кислоты, щелочи, биогенные соединения.

Биохимические методы используют для разложения органических веществ, поскольку некоторые микроорганизмы способны употреблять органические вещества сточных вод для питания. Очистку ведут с применением аэротенков, биофильтров, окситенков; биологических прудов и полей.

Возможности очистки сточных вод разными методами иллюстрирует таблица 4.3.

Таблица 4.3 Степень очистки промышленных сточных вод

Методы очистки	Степень очистки,%
по нерастворимым веществам	по БПКп
Гидромеханические	60-90	30-40
Химические	80-90	40-50
Физико-химические	90	50-75
Биологические	90	80-90

БПК_п — биологическая потребность в кислороде.

Использование сточных вод

Производственные сточные воды после соответствующей очистки могут быть повторно использованы в технологическом процессе, для чего на многих промышленных предприятиях создаются системы оборотного водоснабжения либо замкнутые (бессточные) системы водоснабжения и канализации, при которых исключается сброс каких-либо вод в водоёмы. Большое народно-хозяйственное значение имеет внедрение технологии комплексной безотходной переработки сырья (особенно на предприятиях химической, целлюлозно-бумажной и горно-обогатительной промышленности). Перспективны методы физико-химической очистки (коагулирование, отстаивание, фильтрация) в качестве самостоятельных способов очистки или в сочетании с биологической очисткой, а также методы т. н. дополнительной обработки (сорбция, ионообмен, гиперфильтрация, удаление азотистых веществ и фосфатов и др.), обеспечивающей весьма высокую степень очистки сточных вод перед спуском их в водоёмы или при использовании сточных вод в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Эффективны методы термического обезвреживания и переработки высоко концентрированных стоков во вторичное сырьё, а также способ закачки стоков в глубокие, надёжно изолированные подземные горизонты.

Имеющиеся в сточных водах (преимущественно бытовых) в значительном количестве вещества, содержащие азот, калий, фосфор, кальций и др. элементы, являются ценными удобрениями для сельскохозяйственных культур, в связи с чем сточные воды используются для орошения сельскохозяйственных земель. Целесообразно обезвреживание сточных вод на станциях биологической очистки производить с подачей очищенных сточных вод на поля. Осадки сточных вод после соответствующей обработки (сбраживание, сушка) обычно используют в качестве удобрений.

Загрязнения сточных вод

Сточные воды в своем составе имеют всевозможные примеси органическо­го и минерального происхождения. В бытовых водах кроме этих примесей содержатся еще примеси биологического характера. В их состав входят бактерии, которые могут быть опасными для жизни и здоровья человека.

Производственные воды напротив, загрязнены отходами и отбросами производства, которые могут иметь определенную ценность.

Для снижения степени загрязнения производственных сточных вод следует совершенствовать технологические процессы. Эти процессы направлены на снижение количества отходов и их утилизацию в процессе производства.

Количество органических, минеральных и биологических примесей разнообразны. Это зависит от отрасли промышленности и его технологического процесса. В сточных водах некоторых предприятий могут быть ядовитые или радиоактивные вещества.

Производственные воды можно разделить на загрязненные, состав которых зависит от направленности производства. И условно чистыми, которые используются для охлаждения агрегатов.

А вот атмосферные воды малозагрязненные. Поэтому центральный коллектор оборудован несколькими камерами, которые состоят из ливнеспусков и ливнеотводов. Там они смешиваются с остальными сточными водами и выпускаются в водоемы неочищенными.

Чем загрязняются сточные воды

К загрязнителям относятся три вида бытовых отходов:

• Минеральные – глина, песок, микрочастицы шлака, солевые, кислотные и щелочные растворы.
• Органические массы растительного происхождения – рудименты флоры, овощей, фруктов, целлюлоза, масла из различных видов растений. Эти материалы характеризуются большим содержанием углерода. Отходы животного происхождения – выделения жизнедеятельности человека, остатки скелета животных, клеевых соединений и т.д.
• Биологические – вирусы и разнообразные бактерии, микроорганизмы, болезнетворные возбудители. Кроме того, в эту группу выделяют и отходы, образующиеся на мясокомбинатах, кожевенных мастерских, птицефабриках и бойнях.

Производственные стоки образуются в процессе работы предприятия и загрязнены теми химическими веществами, которые используются на конкретном объекте. В современном мире все крупные хозяйства стараются обеспечить заводы и фабрики очистительным оборудованием для уменьшения концентрации отбросов в процессе деятельности

Особое внимание уделяется промышленностям, которые используют яды и радиоактивные элементы. Для них созданы особенные санитарные правила, отступление от которых грозит штрафами и закрытием

ЧТО СОДЕРЖАТ СТОЧНЫЕ ВОДЫ?

Разберёмся подробнее, какие загрязнители могут содержаться в сточных водах.

Нормативная документация в России отталкивается от противного, вводя ограничения на содержание в стоках определённого перечня веществ. Это регламентировано Приказом №552 от 13 декабря 2016 года Министерства сельского хозяйства РФ. Основная доля указанных там загрязнителей больше относится к промышленным стокам. В хозяйственно-бытовых сточных водах выделяется 13-16 основных показателей, которые можно разделить на несколько классов.

1) Органические вещества биологического происхождения и продукты их распада. Описываются показателями БПК, ХПК, азота аммонийного, нитритов, нитратов, фосфатов. Это так называемые органические сточные воды

2) Мутность воды, описываемая содержанием взвешенных веществ

3) Попутные бытовой жизнедеятельности человека ПАВ (поверхностно-активные вещества или детергенты, в просторечии – моющие средства) и общие нефтепродукты (преимущественно горюче-смазочные материалы).

4) Транзитные минеральные вещества и свойства воды, которые мало меняются при прохождении воды через человечество и свойственны ей по самой природе. Это сульфаты, хлориды, частично железо, жёсткость, рН-фактор.

Поверхностные сточные воды, как правило, проходят мониторинг по взвешенным веществам и нефтепродуктам как наиболее типичным антропогенным загрязнениям.

Не вся жидкость пригодна для ежедневного употребления. Существует влага, которая нуждается в тщательной очистке. В нашей статье мы рассмотрим, что это такое сточные воды, какие бывают виды загрязнений в стоках и дадим определение процесса.

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.

Сооружения для механической очистки сточных вод

Решетки. Задерживают крупные элементы, содержащиеся в сточной воде. Их устанавливают по направлению тока жидкости. Решетки представляют собой укрепленные на металлической рамке металлические стержни, наклонно или вертикально установленные. В пазухах решетки – подвижные зубцы граблей. Они закреплены на шарнирно-пластинчатой цепи, которая приводится в движение через привод с шестеренчатой передачей.

Грабли снимают с металлической стенки решетки отбросы и поднимают их на подвижную ленту. Далее взвешенные частицы направляются для размельчения в специальную дробилку.

Существуют также решетки-дробилки, задерживающие твердые элементы и одновременно перемалывающие их. Эту установку монтируют в камеру с круговым движением сточных вод. Электродвигатель через коробку передач приводит в движение барабан решетки-дробилки. Он задерживает отходы, содержащиеся в сточной воде, и передает их к режущим гребням. Последние перемалывают твердые элементы, которые после такой обработки вновь поступают в сточную воду.

Песколовки. Задерживают минеральные примеси. Удельный вес частиц больше удельного веса воды. Поэтому по мере движения жидкости в резервуаре минеральные элементы выпадают на дно. Работа песколовок зависит от скорости движения воды. Обычно установки рассчитаны на задержание частиц более 0,25 мм. Оседание более мелких минеральных загрязнений крайне нежелательно. По этой причине важна скорость движения воды.

Оптимальная скорость при горизонтальном токе – от 0,15 до 0,3 м/с. Горизонтальные установки монтируются там, где сточные воды движутся в горизонтальном направлении, прямолинейно или по кругу. Такие песколовки состоят из двух основных элементов:

• рабочего, через который движется поток;
• осадочного, который собирает и хранит выпавший песок.

Способы очищения песколовок:

• насосом (при незначительном расходе сточных вод);
• гидроэлеватором, шнеками, скребками и т.п. (на специальных очистных станциях).

Песколовки способны задерживать до 75% минеральных примесей, содержащихся в сточной воде.

Отстойники. Используются для выделения механических примесей из сточных вод. Существуют несколько видов отстойников.

По назначению:

• первичные (устанавливаются перед станциями биологической очистки);
• вторичные (устанавливаются после сооружений биологической обработки).

По конструктивным особенностям:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• радиальные (разновидность горизонтальных отстойников).

Иловые площадки. Используются для сушки влажного осадка, сбрасываемого из отстойников, метантеков и других подобных сооружений (на выходе из них осадок имеет влажность до 97%). Иловая площадка подсушивает до влажности 75% (средняя величина). В результате объем отбросов уменьшается в 3-8 раз.

Иловая площадка представляет собой участок земли, окруженный земляными валками. Осадок наливается слоями. Часть жидкости испаряется, а часть попадает в грунт. Подсушенный осадок погружают на машины и вывозят. Иловую воду перекачивают на очистные сооружения.

Перечислены основные сооружения для механической очистки сточных вод. В зависимости от вида деятельности, количества сточных вод, типа загрязнений предприятие может использовать и другие установки.

Классификация сточных вод

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

• по источнику происхождения: производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в технологических процессах производств), отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации
• бытовые (хозяйственно-бытовые) сточные воды (образующиеся в результате бытовой жизнедеятельности человека), отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации
• поверхностные сточные воды (делятся на дождевые и талые — образующиеся при таянии снега, льда, града), отводятся, как правило, через систему ливневой канализации. Также могут называться «ливневые стоки»

Производственные сточные воды, в отличие от атмосферных и бытовых, не имеют постоянного состава и могут быть разделены:

• по составу загрязнителей на: загрязнённые по преимуществу минеральными примесями
• загрязнённые по преимуществу органическими примесями
• загрязнённые как минеральными, так и органическими примесями

по концентрации загрязняющих веществ:

Слабо-загрязненные (с содержанием примесей 1—500 мг/л)

Средне-загрязненные (с содержанием примесей 500—5000 мг/л) Сильно-загрязненные (с содержанием примесей 5000—30000 мг/л) Опасные (с содержанием примесей более 30000 мг/л) по свойствам загрязнителей по кислотности:

неагрессивные (pH 6,5—8)

слабоагрессивные (слабощелочные — pH 8—9 и слабокислые — pH 6—6,5) сильноагрессивные (сильнощелочные — pH>9 и сильнокислые — pH<6) по токсическому действию и действию загрязнителей на водные объекты:

содержащие вещества, влияющие на общесанитарное состояние водоёма (напр., на скорость процессов самоочищения)

содержащие вещества, изменяющие органолептические свойства (вкус, запах и др.) содержащие вещества, токсичные для человека и обитающих в водоёмах животных и растений