Технический контроль процессов очистки сточных вод
план-конспект занятия

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Контроль за работой очистных сооружений и сбросом сточных вод проводится для предупреждения и прекращения загрязнения водных объектов неочищенными и недостаточно очищенными сточными водами, а также повторного их использования в промышленности и сельском хозяйстве. Он включает в себя учет и регистрацию очистных сооружений; проверку эффективности очистки сточных вод; определение влияния сбрасываемых сточных вод на водные объекты и технологические процессы; выдачу предписаний по совершенствованию работы очистных сооружений.

Обследование очистных сооружений предполагает изучение проектных данных, технологической схемы и регламента работы очистных сооружений, а также их паспортов; ознакомление с ранее выданным разрешением на сброс очищенных сточных вод; проверку выполнения ранее выданных предписаний по улучшению работы очистных сооружений. Одновременно ведут контроль работы лаборатории, осуществляющей ведомственный контроль за эксплуатацией очистных сооружений. Причем особое внимание обращают на укомплектованность ее квалифицированными кадрами, оснащенность необходимым оборудованием, соблюдение согласованных с органами водоохраны методик, периодичности и объема анализов сточных вод, а также точек и порядка взятия проб, ведение отчетной документации, изучение данных лабораторного анализа сточных вод, поступающих на очистные сооружения, и сравнение их с проектными данными.

Во время обследования проверяют соблюдение регламентов на эксплуатацию каждого сооружения и организацию учета количества очищаемой воды, обращают внимание на степень автоматизации технологических процессов, подачу и дозирование реагентов, работу насосных станций, скребковых механизмов в отстойниках, регулирование работы аэрационных сооружений, метантенков, механического обезвоживания осадков, обеззараживания хлором и других процессов, устанавливают соответствие находящихся в эксплуатации сооружений запроектированным.

При необходимости отбирают пробы и проводят анализ сточных вод для определения степени их очистки как на очистных сооружениях в целом, так и по отдельным ступеням. Место, время и способ взятия проб зависят от цели осуществляемой проверки и определяются в каждом конкретном случае с учетом режима работы очистных сооружений и возможных колебаний по времени состава и расхода сточных вод (рис. 2.1—2.3).

В табл. 2.1 дана характеристика состава указанных на рис. 2.1—2.3 проб и перечень определений, которые должны выполняться с их содержимым.

Необходимо отметить, что взятие проб производится в обязательном порядке на входе и выходе из очистных сооружений или проверяемой ступени очистки с учетом времени прохождения сточных вод через сооружения. По результатам контрольных анализов определяют эффективность работы очистных сооружений и оценивают достаточность очистки сточных вод на них.

В последние годы одновременно с физико-химическими анализами обрабатываемой воды проводят биологические ее исследования с использованием живых организмов. В качестве тест - объектов выбирается один организм из следующих четырех категорий:

• Бактерии (Pseudomonas, Mycobacterium, Escherchia Coli И т.д.);

• Водоросли (Chlamydomonas, Dunaliella, Selenastrum И т.д.);

• беспозвоночные (чаще всего ракообразные, но также черви, простейшие и т. д.);

• рыбы (форель, гольян, гуппии, карп и Brachydanio).

Эти тесты могут быть либо статическими, либо динамическими. В статике изучаются, например, поведение и физиологические рефлексы рыб в лабораторном аквариуме, заполненном исследуемой водой. Наблюдение за жизнедеятельностью подопытных рыб производится с помощью приборов, размещенных также в аквариуме и работающих в автономном режиме. Если в воду введены токсичные вещества, то физическое состояние рыб ухудшается, что фиксируется этими приборами.

В динамических условиях биологические тесты применяют для определения случайного загрязнения водотока. Обычно используются рыбы (чаще всего форель или карп).

Согласно п. 2 ст. 23 закона РФ №7-ФЗ «Об охране окружающей среды» нормативы контроля сбросов сточных вод должны устанавливаться на основе наилучших существующих технологий (НСТ) с учетом экономических и социальных факторов. В настоящее время в Российской Федерации достаточно широко применяются следующие НСТ: полная биологическая очистка (НСТ-1), полная биологическая очистка с доочисткой (НСТ-2), биологическая очистка с полным окислением (НСТ-3), биологическая очистка с нитри-денитрификацией (НСТ-4) и физико-химическая очистка (НСТ-5). Показатели, которые достигаются при этих технологиях, приведены в табл. 2.2. Из таблицы видно, что применяемые в нашей стране НСТ по основным показателям, за исключением фосфатов, соответствуют нормативам, установленным в странах ЕЭС. Следует, однако, отметить, что для большинства регионов Российской Федерации удаление фосфатов до концентрации ниже 2 мг/дм3 нецелесообразно, так как 70—80% данного биогенного элемента поступает в водные объекты с неорганизованными стоками.

Классификация и состав сточных вод. Виды загрязнителей.

Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком , свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека .

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).

Классификация сточных вод

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

• по источнику происхождения:

• производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в технологических процессах при производстве или добыче полезных ископаемых), отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации
• бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные воды (образующиеся в жилых помещениях, а также в бытовых помещениях на производстве, например, душевые кабины, туалеты), отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации
• поверхностные сточные воды (делятся на дождевые и талые, то есть образующиеся при таянии снега, льда, града), отводятся как правило через систему ливневой канализации. Так же могут называться «ливневые стоки»

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

По своей природе загрязнения делятся на:

а) минеральные (песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворы минеральных солей, кислот и щелочей, минеральные масла, железо, калий, магний и др. неорганические вещества);

б) органические

1) растительного происхождения (остатки растений, плодоовощей, злаков, бумага, масла растительные). Основным химическим элементом этого рода загрязнений является углерод;

2) животного происхождения (физиологические выделения людей и животных, остатки мускульных и жировых тканей животных, клеевые вещества и пр.). Эти загрязнения характеризуются довольно значительным содержанием азота, фосфора, серы и водорода;

3) бактериальные и биологические загрязнения. Это различные микроорганизмы, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе болезнетворные — возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии и др. Этот вид загрязнений свойствен в основном бытовым водам и некоторым видам производственных сточных вод (сточные воды боен, кожевенных заводов, шерстомоек, биофабрик и др.)

•  по концентрации загрязняющих веществ :

• с содержанием примесей 1—500 мг/л
• с содержанием примесей 500—5000 мг/л
• с содержанием примесей 5000—30000 мг/л
• 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.

Методы очистки сточных вод.

Очистка сточных вод — это разрушение или удаление из них загрязняющих веществ, обеззараживание и удаление патогенных организмов.

Существует большое многообразие методов очистки, которые можно разделить на следующие основные группы по основным используемым принципам:

• механические. Они основаны на процедурах процеживания, фильтрования, отстаивания, инерционного разделения. Позволяют отделить нерастворимые примеси. По стоимости механические методы очистки относятся к одним из самых дешёвых методов.
• химические. Применяются для выделения из сточных вод растворимых неорганических примесей. При обработке сточных вод реагентами происходит их нейтрализация, обесцвечивание и обеззараживание. В процессе химической очистки может накапливаться достаточно большое количество осадка.
• физико-химические. При этом используются процессы коагуляции, окисления, сорбции, экстракции, электролиза, ультрафильтрации, ионообменной очистки, обратного осмоса. Это высокопроизводительный способ очистки, отличающийся высокой стоимостью. Позволяет очистить сточные воды от мелко- и грубодисперсных частиц, а также растворённых соединений.
• биологические. В основе этих методов лежит использование микроорганизмов, поглощающих загрязнители сточных вод. Применяются биофильтры с тонкой бактериальной плёнкой, биологические пруды с населяющими их микроорганизмами, аэротенки с активным илом из бактерий и микроорганизмов.

Часто применяются комбинированные методы, использующие на нескольких этапах различные методы очистки. Применение того или иного метода зависит от концентрации и вредности примесей.

В зависимости от того, извлекаются ли компоненты загрязняющих веществ из сточных вод, все методы очистки можно разделить на регенеративные и деструктивные.

Механический метод очистки сточных вод.

Механический очистки воды рассматривается как начальный этап очистки сточных вод предприятия, в ходе которого из сточных вод удаляются крупнодисперсные примеси с помощью фильтров грубой механической очистки.

Диапазон очистки, в котором механические методы очистки сточных вод помогают очищать воду, достаточно широк. При очистке бытовых сточных вод до шестидесяти процентов примесей может быть удалено из воды, а в случае очистки промышленных сточных вод – до девяноста процентов примесей может быть удалено из воды при помощи механических методов очистки сточных вод. Подобные технологии могут использоваться при очистке воды на автомойке или НПЗ.

Кроме того, важно понимать, что механические методы очистки сточных вод, являясь на деле самыми дешевыми среди остальных методов очистки, призваны подготовить сточные воды для участия в процессах химической и биологической очистки. Крупнодисперсные взвеси, содержащиеся в сточных водах, могут повредить дорогое оборудование, работающее на основе методов биологической и физико-химической очистки.

Для удаления из воды таких механических примесей, как песок, гидроокись железа (ржавчина), используются фильтры осветления воды или, говоря простым языком, механические фильтры. Механические фильтры представляют собой корпус из стекловолокна, наполненный фильтрующей загрузкой и блок управления, позволяющий проводить стадии взрыхления и отмывки загрузки в автоматическом режиме.

Существует три основных методы механической очистки сточных вод:
- технология очистки воды при помощи отстаивания
- метод очистки сточных вод при помощи процеживания
- метод очистки сточных вод при помощи фильтрования

Наиболее крупнодисперсные взвеси, присутствующие в сточных водах, задерживают при помощи специальных проволочных решеток, сита и др. При этом методы механической очистки воды подразумевают использование таких устройств, как песколовки и нефте/маслоуловители.

Песколовками называют сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы. Маслоуловителями и нефтеловушками называют сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы.

Наконец, механические методы очистки сточных вод подразумевают также и фильтрование с использованием пористых и тканевых фильтров, таких как Waterboss, Waterboss 700, Waterboss 900, изготовленных из специальных материалов. Пористые фильтры, представляющие собой засыпную загрузку с пористой структурой, способны задерживать частицы диаметром 10 мкм.

Скорость фильтрования зависит от нескольких факторов: природы фильтрующего материала, характера загрязнителя, температуры воды. По мере насыщения верхних слоев загрузки процесс фильтрции переходит на нижерасположенные зоны: так происходит насыщение всего слоя загрузки.

Перечислим основные методы механической очистки сточных вод, использующиеся в наши дни:
- метод очистки сточных вод при помощи статических отстойников

На НПЗ и подобных предприятиях нередко используют так называемей статические отстойники для промышленной очистки воды. В статических отстойниках из смеси воды и нефти удаляют примерно 90 процентов так называемой легкоотделимой нефти, более глубокое очищение в рамках данного метода очистки сточных вод не происходит, так как требует значительного времени.

- метод очистки сточных вод при помощи динамических отстойников

В рамках методов механической очистки сточных вод также активно используются динамические отстойники, в которых жидкость очищается в движении. В зависимости от того. вертикально или горизонтально движется жидкость отстойники подразделяются на горизонтальные и вертикальные.

- метод очистки сточных вод при помощи тонкослойных отстойников

В ходе очистки сточных вод на станциях очистки воды используются две технологии отделения различных загрязняющих частиц от воды: более легкие частицы всплывают, более тяжелые осаждаются. Чем больше высота стенок отстойника, тем дольше, соответственно, частицы всплывают или осаждаются. Уменьшение высоты стенок отстойника приводит к увеличению площади конструкции и ее удорожанию.

Чтобы решить эту проблему, были созданы трубчатые и пластинчатые тонкослойные отстойники.

В трубчатых отстойниках используют круто наклонные трубки и трубки с малым углом наклона, в которых осадок, благодаря естественному наклону трубок и их малому диаметру сползает в нижнюю часть трубки. Диаметр трубок, как правило, составляет 2-3 см, длина – около 1 м.

В пластинчатых отстойниках для очистки сточных вод используются схожие принципы. Пластинчатый отстойник для очистки сточных вод представляет собой пакет параллельно установленных пластин, вдоль которых движется жидкость. Пластинчатые отстойники бывают прямоточные и противоточные.

Сложность в применении как пластинчатых, так и трубчатых отстойников состоит в том, что в ходе эксплуатации такие отстойники легко могут быть забиты крупными кусками отложений, и выведены ими из строя.

Методы физико-химической очистки сточных вод.

Физические схемы очистки воды основываются на взаимодействии обрабатываемой жидкости с неким реагентом ( коауглянтом или флокулянтом). Данный реагент, в ходе химической очистки воды, взаимодействует с растворимыми соединениями, находящимися в очищаемой жидкости, вызывая превращение загрязнителей в нерастворимые соединения, которые затем отфильтровываются из сточных вод при помощи методов механической очистки сточных вод.
При этом те загрязнители , которые остаются в растворимой форме, в ходе применения методов физико-химической очистки переходят в какую-либо безвредную форму: таким образом возможно осуществить очистку воды от железа или солей жесткости.

Однако методы физико-химической очистки далеко не всегда обеспечивают полную очистку сточных вод от всех загрязняющих веществ. Чаще всего третьим этапом очистки сточных вод являются методы биологической очистки сточных вод.

Биологические методы очистки сточных вод.

Системы биологические очистки воды основываются на способности некоторых простейших и микроорганизмов к разложению сложных и опасных для человека органических соединений на простые и безопасные вещества: воду, азот, кислород, углекислый газ.

По типу сооружения для очистки сточных вод биологическим методом поразделяются на два типа: естественные и искусственные. Естественные сооружения для очистки сточных вод –это различные пруды, поля орошения и фильтрации. Однако в наши дни естественные сооружения для биологической очистки сточных вод используются реже, так как они доказали свою невысокую эффективность по сравнению с искусственными сооружениями для очистки воды.

Искусственные сооружения для биологической очистки сточных вод представляют собой аэротенки: резервуары специальной формы, в которых происходит взаимодействие растворенных в воде опасных веществ с микроорганизмами и частичное обезжелезивание.
В ходе методов биологической очистки сточных вод в очищаемую воду подается активный ил, содержащий микроорганизмы, которые взаимодействуют с вредными веществами, содержащимися в воде.

Методы биологической очистки сточных вод позволяют осуществить превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H2O, CO2, NO3-, SO42- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении, а так же способствующих умягчению воды.

Методы биологической очистки воды подразумевают глубокое знание физиологических процессов и биохимических особенностей простейших, составляющих часть активного ила.

Дело в том, что методы биологической очистки подразумевают строгий контроль за температурой подающихся сточных вод, их кислотностью и щелочностью, концентрацией различных вредных веществ. Нередко в ходе практического применения методов биологической очистки сточных вод микроорганизмы гибли в результате превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ в очищаемой воде. Поэтому в наши дни в ходе биологических методов очистки сточных вод используется разбавление очищаемой воды чистой водой для достижения оптимальных концентраций вредных веществ.

Технологический контроль процессов механической очистки. Решётки, сита, песколовки.

Механическая очистка сточных вод обычно предшествует биологической или физико-химической очистке. В сооружениях для механической очистки сначала отделяются наиболее крупные загрязнения (на решетках и ситах), затем тяжелые взвеси (в песколовках) и на заключительном этапе — основная масса тонкодис - пергированных нерастворенных загрязнений (в отстойниках и гидроциклонах).

Решетки и сита. Эффективность работы решеток может быть оценена по числу отказов (поломок оборудования, закупорок и т. п. явлений), происшедших на очистной станции. Основным технологическим параметром является скорость движения воды в про - зорах решеток. Максимальное ее значение 1,0 м/с обусловлено недопустимостью продавливания отбросов и их проскока между прутьями. Снижение скорости движения воды благоприятно отражается на задержании отбросов, но приводит к накоплению песка и тяжелых примесей перед решеткой.

При сепарации из сточных вод на ленточных ситах волокнистых включений окружная скорость вращающихся барабанов должна быть не менее 1,5 м/с. Технологическая характеристика работы

 решеток и сит дается на основе оценки количества и качества задерживаемых отбросов.

На станциях производительностью > 500 тыс. м3/сут количество снимаемых с решеток отбросов обычно находится в пределах от 10 до 16 дм3 на 1000 м3, на станциях меньшей производительности количество отбросов может доходить до 50 дм3 и более на 1000 м3 сточных вод.

Песколовки. Они подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением воды (тангенциальные и аэрируемые).

При производительности очистных станций до 5000 м3/сут целесообразно устраивать тангенциальные песколовки, свыше 10 000 м3/сут — горизонтальные и свыше 20 000 м3/сут — аэрируемые.

После прохождения сточной воды через песколовки, где она находится в течение 1—5 мин, ее химические показатели не изменяются. Однако в санитарном отношении качество водынесколько улучшается, так как с частицами песка и другой крупной взвеси удаляется до 10—25% количества яиц гельминтов.

В характеристике снятых с решеток загрязнений указывается влажность удаляемой массы (70—80%), зольность (5—7%) и содержание трепья и бумаги (порядка 80% массы снимаемых с решеток отбросов). Плотность отбросов меняется в зависимости от состава в незначительных пределах и для расчетов принимается равной 750 кг/м3.

Учет количества загрязнений (отбросов) производится объемным способом по форме, приведенной в табл. 2.8.

Расчет основных параметров производят на основании гидравлической крупности песка U0,мм/с. Для бытовых сточных вод U0 в расчетах принимается в пределах 13,2—24,2 мм/с. Скорость движения воды в горизонтальных песколовках должна быть в пределах от 0,15 до 0,3 м/с, а в аэрируемых — 0,08 и 0,12 м/с.

Для контроля их работы в поступающей и очищенной воде определяют прозрачность, взвешенные и оседающие вещества (осадок по объему), периодически рассчитывают потери при прокаливании и окисляемость.

Незначительное увеличение (а иногда уменьшение) прозрачности, рост количества взвесей и оседающих веществ в воде, прошедшей через песколовки, снижение количества взвешенных веществ менее чем на 5 % — все это указывает на плохую работу * данных устройств. В этом случае поступающие загрязнения песколовками не задерживаются, а частично выносятся и осевшие в них ранее осадки.

Резкое увеличение потерь при прокаливании взвешенных веществ в сточных водах после песколовок свидетельствует об оседании органических веществ. При этом значительно снижается окисляемость воды (более чем на 5—10%).

О работе песколовок можно судить и по характеристике осевшего в них осадка. Для этого определяют сухое вещество (и влажность), потери при прокаливании (органическое вещество) и зольность, фракционный состав песка.

Нормальная влажность осадка 25—30%, плотность 1,6—1,8 т/м3. Большая влажность осадка и малая его плотность свидетельствуют о том, что в нем содержится много органических загрязнений. Такой осадок трудно обезвоживается на Песковых площадках и загнивает, его нельзя использовать для планировки местности. Если зольность осадка из песколовки > 80%, содержание песка в осадке > 75%, а доля песка фракции < 0,25 мм больше 30%, то работу песколовки можно считать удовлетворительной.

Учет работы песколовок осуществляется по форме, данной в табл. 2.9.

Нормальная эксплуатация песколовок характеризуется проектными скоростями движения воды, что достигается путем включения или отключения отдельных секций в соответствии с количеством поступающих сточных вод. Нарушение нормальной работы связано с повышенным выносом песка (при сверхнормативных скоростях движения воды) или с задержанием органических соединений, способных к загниванию (при скоростях протока меньше нормативных).

Важным показателем работы песколовок является количество песка, задерживаемого на последующих сооружениях (первичных отстойниках) и его фракционный состав. При этом в осадке первичных отстойников песка должно быть не более 5%, а диаметр его зерен — меньше 0,25 мм.

Технологический контроль процессов механической очистки. Первичные отстойники, гидроциклоны.

Первичные отстойники (горизонтальные, вертикальные и радиальные). Продолжительность пребывания воды в них может колебаться в широких пределах — от 0,5 до 2,5 ч, но чаще всего составляет 1,5—2 ч.

Расчет производительности отстойников производится по кинетике выпадения взвешенных веществ, зависящей от гидравлической крупности частиц.

Для достижения высокого эффекта очистки расчетные скорости движения бытовых сточных вод не должны превышать для горизонтальных 5—7 мм/с, вертикальных — 0,7 мм/с и радиальных — 7 мм/с.

Для контроля задержания осадка и осветления воды достаточно в поступающей и выходящей из отстойников сточной воде определить взвешенные вещества, осадок по объему за 2 ч отстаивания (иногда и осадок по массе) и прозрачность. Количество взвешенных веществ должно уменьшаться не менее чем на 40% и не более чем на 60%.

Сырой осадок, выпускаемый из отстойников, должен иметь влажность не более 92—95%, так как более высокая влажность тормозит процесс метанового брожения при обработке осадка. При нерегулярном выпуске осадок загнивает. Поверхность воды в отстойнике покрывается пузырями выделяющихся газов, окисля - емость выходящей из него воды увеличивается по сравнению с окисляемостью поступающей воды. Норма накопления осадка составляет 0,7—0,8 дм3/(м3 х сут) на жителя.

В процессе отстаивания сточной воды в результате сорбции и соосаждения происходит снижение концентрации загрязнений, фиксируемых величинами БПК и ХПК, примерно на 10—25%, фосфатов — на 20—30%, азота общего — на 20—30%, биологических загрязнений — до 50%.

Удаляемый из отстойников осадок имеет полугустую консистенцию, обычно темно-серый цвет и содержит большое количество посторонних включений — тряпья, палок, волос, кухонных отбросов. Осадок обильно заражен яйцами глистов и патогенной микрофлорой. Содержание песка в осадке обычно составляет не более 5—8%, зольность — 25—35%.

Из горизонтальных и вертикальных отстойников осадок удаляется 1 -2 раза в сутки, а из радиальных — 1-2 раза в смену. При выпуске осадка из радиальных отстойников сдвиг осадка ило - скребом к иловому приямку производится за час до открытия иловой задвижки. Прекращение работы илоскребов осуществляется после удаления осадка. Илопроводы и иловые колодцы после выпуска ила должны быть промыты сточной водой. В процессе промывки должны быть удалены песок и крупные отбросы.

Учет работы первичных отстойников производится по форме, представленной в табл. 2.10.

Гидроциклоны. Контроль за работой гидроциклонов производится по манометрам, установленным на напорном водоводе. По их показаниям оценивают объемную производительность гидроциклонов.

При постоянном режиме питания регулирование работы гидроциклона после наладочных работ не требуется, но если в этом возникает необходимость, регулирование производится при помощи изменения диаметра нижнего отводного отверстия.

При работе со сменными насадками получается ступенчатое регулирование. Если манометр показывает постоянное давление, а выход осадка через нижнее отверстие прекращается, значит, оно забито. Для предотвращения попадания крупноразмерных частиц в гидроциклон, которые могут забивать нижнее входное отверстие, на всасывающем трубопроводе насоса необходимо устанавливать сетчатый фильтр.

Технологический контроль работы полей орошения, полей фильтрации, биологических прудов.

Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды), так и в специальных сооружениях (аэро - тенки, окситенки, биофильтры и др.).

Поля орошения. При их проектировании следует учитывать, что наиболее интенсивно процесс окисления идет в верхних слоях почвы (0,2—0,4 м), в порах которой израсходованный запас кислорода быстро пополняется.

Для успешной эксплуатации полей необходимо подавать на них предварительно осветленную сточную воду, что снижает загрязнение почвы в 7—10 раз.

Поля фильтрации. На них не достигается баланс между количеством биогенов, вводимых со сточными водами и выносимых с дренажными водами, поэтому очищенная вода может содержать остаточные их количества. Качество дренажных вод считается удовлетворительным, если оно приближается к качеству воды после биологической очистки с последующей фильтрацией на песчаных фильтрах. При назначении поливной нормы учитывают окислительную способность почв, составляющую 0,5—1,5 г БПК/(м2 х сут) в центральных и северных климатических зонах страны и 2—3 г БПКДм2 х сут) в южных черноземных районах.

В основе почвенно-биологической очистки лежит способность почвы поглощать и использовать загрязнения сточных вод. Наибольшее значение из всех ее видов имеет поглощение, вызываемое действием поверхностных сил молекулярного и ионно-электроста - тического происхождения и обусловленное способностью микроорганизмов и корней растений адсорбировать питательные вещества с растворимыми в воде веществами. При этом одновременно с процессом минерализации происходит гумификация органических веществ сточных вод, что повышает содержание гумуса и потенциальное плодородие почв.

Пригодными и полезными для удобрительного орошения признаны промышленные сточные воды консервных, сахарных, крахмало-паточных, спиртовых, пивоваренных, дрожжевых и молочных заводов, а также некоторых предприятий нефте - и коксохимии.

Пригодность сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур определяется как допустимой минерализацией, аналогично применяемой при орошении речными и подземными водами, так и концентрацией органических веществ. Сточные воды при использовании их для орошения должны отвечать агромелиоративным требованиям, предъявляемым к поливной воде, в целях получения высоких урожаев, полноценного качества продукции и повышения плодородия почвы, которые в разных почвенно-кли- матических условиях различны. Для условий Нечерноземной зоны Российской Федерации, где распространены дерново-подзолистые, дерново-глеевые почвы, характеризующиеся кислой или слабокислой реакцией среды и низким потенциальным и эффективным плодородием, установлены такие требования, как: рН от 6 до 8,5 (лучше 7—8); сухой остаток до 5 мг/дм3; прокаленный остаток до 3 г/дм3; катионы: Са2+ до 500 мг/дм3, Na+ до 500 мг/дм3; анионы: HCOJ до 500 мг/дм3, S042 до 500 мг/дм3; СГ до 200 мг/дм3, СОз~ не более 150 мг/дм3; азот общий до 250 мг/дм3, аммиачный до 150 мг/дм3; К+ до 250 мг/дм3; общее содержание отдельных специфических органических веществ не допускается более 150 мг/дм3; бихроматная окисляемость во вневегетационный период допускается до 3000 мг/дм3, в вегетационный период — до 2000 мг/дм3.

Для светло-каштановых тяжелосуглинистых солонцеватых почв Нижнего Поволжья в основу оценки качества воды для целей орошения положено определение общей концентрации солей и эквивалентного отношения натрия к сумме кальция и магния, которое должно быть меньше двух при общей минерализации до 1,5 г/дм3.

При контроле пригодности промышленных сточных вод для орошения встает также другой вопрос — о допустимости содержания токсичных веществ в поливных водах, которые могут попадать в воду в силу особенностей производства. Установлено, что при почвенном обезвреживании сточных вод ПДК может быть значительно выше, чем в приемниках сточных вод (табл. 2.11).

Контроль очистительной способности почвогрунтов в химическом, санитарно-бактериологическом и гельминтологическом отношении с проработкой микробиологических процессов производят лизиметрическим методом.

Контроль за работой полей фильтрации можно осуществлять при помощи анализов грунтовых вод, взятых при бурении скважины на расстоянии 1 м от этих полей. Разница (в процентах) между количеством загрязнений, обнаруженных в сточных водах, и в фильтрате выражает эффект очистки их на поле фильтрации.

Если состав сточных вод не соответствует указанным требованиям, то перед орошением необходимо проводить предварительную подготовку сточных вод (разбавление, нейтрализацию, смешение и др.).

Биологические пруды. В обязанности эксплуатационного персонала входит постоянное наблюдение за развитием донных отложений в биопрудах. При небольшом объеме эти отложения перерабатываются сообществом организмов донного слоя, преобладающими в котором являются личинки комаров. Непринятие мер по удалению осадков приводит к резкому ухудшению качества воды, вплоть до более высоких концентраций, чем на входе в пруды (за счет выноса осадка).

Технологический контроль работы аэротенков, окситенков, биофильтров.

Аэротенки. Различают аэротенки-смесители, аэротенки-вытес - нители и аэротенки промежуточного типа. Аэротенки обычно рассчитывают на полную биологическую очистку со снижением БПКПолн сточной воды до 15 мг/дм3.

К числу основных технологических параметров, характеризующих процесс биохимической очистки сточных вод и определяющих эффективность работы аэротенков, относятся нагрузка, скорость окисления, окислительная мощность аэротенка и ила, возраст ила, удельный прирост ила, иловый индекс, необходимое время аэрации, расход воздуха на 1 м3 очищенной воды и на 1 кг

Снятой БПК5, затраты электроэнергии и вместимость аэрацион - ной секции.

Индекс ила оценивает седиментационные его свойства и представляет собой объем в миллилитрах, который занимает ил в цилиндре после 30 мин отстаивания. Объем должен быть отнесен к 1 г сухого вещества ила. Хорошо оседающий ил имеет иловой индекс от 60 до 150 мл/г в зависимости от технологического регламента работы аэрационных сооружений и состава сточных вод. При индексе ила > 150 мл/г говорят о «вспухании» ила.

Если величина нагрузки (Н) характеризует количество поданных загрязнений, то окислительной мощностью (ОМ) оценивается количество снятых переработанных загрязнений:

ОМ = Н х ЭБПК, (2.1)

Где ЭБПК — эффективность очистки воды по БПК в долях единицы; единицы измерений у ОМ и Н одинаковые: БПК на 1 г беззольного вещества в сутки или г БПКДм3 х сут).

Прирост ила (Пр), мг/дм3 — количество вновь образующегося ила (за счет изъятия и усвоения загрязнений воды), определяемое при проектировании систем по формуле

Пр = 0,8В + 0,3La, (2.2)

Где В и La — концентрация загрязнений в воде, поступающей в аэротенки, соответственно по взвешенным веществам и по БПКполн.

Окислительная мощность, отнесенная к одному часу, есть средняя скорость окисления загрязнений активным илом.

Возраст ила — это среднее время (сут) его пребывания в системе аэрационных сооружений, определяемое как частное от деления общей массы ила в аэрационной системе на суточный прирост ила.

Расход воздуха при пневматической системе аэрации подсчитывают по отношению к 1 м3 очищенной воды и 1 кг снятой БПК5. Для городских сточных вод при мелкопузырчатой системе аэрации на 1 м3 воды расходуется 5—10 м3 воздуха или 40—60 кг на 1 кг снятой БПК5.

Оперативный контроль за работой аэротенков ведут путем систематически выполняемых определений концентрации растворенного кислорода, минимальное количество которого в любом месте аэрационной системы не должно быть ниже 2 мг/дм3, дозы ила и его гидробиологического состава. Количество бактерий в иле колеблется от 108 до 1013 на 1 мг беззольного вещества, большинство из которых принадлежит родам Pseudomonas, Bacillus, Bacterium и др. Ориентировочно можно считать, что при удовлетворительном развитии вида количество его особей колеблется в пределах от 10 до 100 тыс. в 1 мл.

Повышенный вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников является одной из характерных особенностей вспухания ила. Причиной этого является перегрузка аэротенка загрязнениями, наличие большого количества углеводов, недостаточное количество воздуха, низкая активная реакция рН. Микрофлора такого ила отличается большим количеством нитевидных бактерий, замедлением скоростей отстаивания и увеличением илового индекса.

При наладке и эксплуатации аэротенков необходимо также контролировать конструктивные их параметры: равенство отметок каждого ряда гребней водосливов для всех систем подачи и удаления сточной воды и активного ила; соответствие проектным решениям расположения фильтросных каналов относительно стен бассейнов, состояние воздушных стояков, водовоздушных (продувочных) трубок; калибровка и сортировка фильтросных пластин в соответствии с их пропускной способностью и сопротивлением. Фильтросные пластины следует чистить металлическими щетками, а промывку производить 20—30%-ной соляной кислотой.

Учет работы аэротенков проводится в соответствии с формой, приведенной в табл. 2.12.

Окситенки. По технической сути процессы биологической очистки в окситенках идентичны очистным процессам в аэротен - ках. Основное отличие заключается в применении в окситенках для обеспечения аэробных условий технического кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, вместо атмосферного воздуха. Окситенк оборудуется системой автоматизации, обеспечивающей подачу кислорода в зону аэрации в строгом соответствии со скоростью его потребления.

Высокая концентрация растворенного кислорода в окситенке позволяет значительно повысить дозу активного ила в сооружении и интенсифицировать процессы нитрификации аммонийного азота.

Технологический расчет и контроль за их работой основывается на тех же принципах, что и аэротенков-смесителей, но с рабочей дозой ила в пределах 6— 10 г/дм3 и концентрацией растворенного кислорода 6—12 мг/дм3.

Биофильтры. По характеру загрузочного материала различают биологические фильтры с объемной (зернистой) и плоскостной загрузкой. Биологические фильтры с объемной загрузкой могут быть капельными, высоконагружаемыми и башенными. Биологические фильтры с плоскостной загрузкой различаются в зависимости от характера загрузочного материала.

Контроль работы биофильтров имеет много общего с контролем аэротенков, поскольку в обоих типах сооружений проходят принципиально сходные процессы. Существенным отличием является отсутствие необходимости в частом анализе количества биопленки. Она прочно прикреплена к материалу загрузки биофильтра, а очищаемой водой смывается лишь отмершая, отработанная ее часть. Общая масса прироста биопленки за год эксплуатации биофильтра примерно равна массе взвешенных веществ, поступивших за этот же период на биофильтр.

В нормально работающем биофильтре общая толщина слоя биопленки может составлять от нескольких микрон в верхних его слоях до 3—6 мм в нижних. При большей толщине слоя биопленки часто наблюдается прекращение потребления ею кислорода, вследствие чего возникают процессы гниения. Показателем жизнестойкости экосистемы биофильтра является большое разнообразие видового состава биопленки.

Для поддержания аэробного режима работы биофильтра достаточно поступления воздуха в количестве 20 м3/ч на 1 м2 площади его поверхности.

С целью предупреждения переохлаждения биофильтров в зимний период их работы необходимо устанавливать противо - ветровую их защиту, сооружать над биофильтром купольное перекрытие и снижать коэффициент неравномерности притока сточных вод. Минимальную допустимую температуру сточных вод, поступающих на биофильтры, можно рекомендовать не ниже +7°С.

Основным технологическим параметром, определяющим эффективную работу биофильтров, является окислительная мощность, под которой понимают количество органических загрязнений по БПК, которое может быть изъято из сточной воды 1 м3 загрузочного материала в течение суток. Она может изменяться от 150 до 600 г БПКДсут х м3).

БПК определяют в основном разбавлением пробы водой, насыщенной кислородом воздуха, имитируя процесс окисления органических веществ в естественных условиях. Встречаются такие органические соединения, полное окисление которых завершается уже через 2 сут с начала анализа, для других оно затягивается до 25—30 сут, что в ряде случаев затрудняет оперативный контроль и управление качеством сточной воды. В то же время пятисуточная БПК (БПК5) далеко не всегда объективно характеризует ход дальнейшего окислительного процесса [12].

С помощью респирометров можно получать кривую потребления во времени, из которой находят: предельные концентрации органических загрязнений сточных вод, допустимые для биохимической очистки; количество кислорода и время, необходимые для полного окисления этих загрязнений; степень биохимического распада органических загрязнений и др.

Контроль биохимического процесса очистки воды производят также методом измерения редокс-потенциала (еН). Установлено, что еН полнее характеризует процесс биохимической очистки сточных вод, чем, например, растворенный кислород. Кроме того, еН дает объективную оценку этого процесса в тех случаях, когда загрязнения содержат токсичные вещества по отношению к микроорганизмам и тормозят очистку, несмотря на достаточное количество кислорода.

Величину еН измеряют электрометрическим методом. Электродная система составляется из платинового пластинчатого электрода с гладкой поверхностью и стандартного электрода сравнения — каломельного или хлорсеребряного.

Для всех типов биофильтров характерно массовое развитие мушки Psyhoda, личинки которой развиваются в биопленке, способствуя ее минерализации, разрыхлению и отторжению от загрузки. В связи с невозможностью ликвидации источника выплода мушек проводят периодические мероприятия по их уничтожению путем обработки поверхностей биофильтра хлорной известью или инсектицидами.

При экспертизе проектов биофильтров необходимо проверить, какой материал будет использоваться для загрузки фильтра, его общий объем, размер частиц, толщину отдельных слоев и общую высоту фильтрующего слоя; наличие устройств, обеспечивающих периодическую подачу воды от отстойников на биофильтр, и длительность интервалов между подачей двух порций воды; способ равномерного распределения воды по поверхности фильтра.

Во время эксплуатации биофильтра особое внимание следует обращать на поддержание загрузочного материала в работоспособном состоянии. Борьба с поверхностным заилением загрузки проводится путем разрыхления заболоченного места граблями или вилами. Одновременно можно рекомендовать промывку струей воды под напором. Если заиление распространилось на большую часть площади и в глубину, промывку загрузочного материала необходимо проводить вне корпуса фильтра. Промытая загрузка укладывается обратно, недостающее ее количество компенсируется новым промытым материалом той же крупности. В летнее время года борьбу с заилением можно вести путем отключения отдельных секций биофильтра на 5—10 сут или хлорированием исходной сточной воды. Дозы хлора не должны превышать 35—50 г на 1 м2 поверхности биофильтра.

Увеличение продолжительности цикла орошения указывает на уменьшение пропускной способности вследствие засорения сети и спринклерной системы распределения сточных вод по поверхности биологического фильтра. Отверстия в спринклерных головках прочищаются металлическими ершами, прутьями, а распределительная сеть промывается водопроводной водой.

Учет работы проводится по форме, представленной в табл. 2.13.

Технологический контроль работы вторичных отстойников, отстойников с преаэраторами, илоуплотнителей.

Вторичные отстойники. Они конструктивно аналогичны первичным отстойникам и бывают вертикальными, горизонтальными, диагональными и радиальными. Основные отличия заключаются в характере механизмов для сбора и удаления осадка и связанной с этим конструкцией днища. Вторичные отстойники всех типов после аэротенков рассчитывают по гидравлической крупности взвеси с учетом концентрации активного ила в аэротенке, его индекса и концентрации выносимой иловой взвеси в осветленной воде.

Контролируя работу вторичных отстойников по задержанию взвешенных веществ (активного ила или биопленки), сопоставляют их количество, осадок по объему (количество оседающих веществ) и прозрачность в сточной воде до и после отстойников.

При контроле работы вторичных отстойников проверяют также состояние клапанов илососов, наличие штурвалов на этих клапанах, убеждаются в отсутствии вибраций, шума и стука при работе редукторов илососов.

Осадок, выносимый из биофильтров во вторичные отстойники, состоит из отмершей биологической пленки, смываемой сточной водой с поверхности загрузочного материала. Удалять его необходимо не реже одного раза в сутки зимой и не менее двух - трех раз в сутки летом. Всплываемая на поверхность корка, состоящая из биопленки, осаждается ударами метлы.

Учет работы вторичных отстойников производится по форме, представленной в табл. 2.14.

Отстойники с преаэраторами. Эффективность их работы зависит от степени соответствия параметров (подачи активного ила, интенсивности и продолжительности аэрации) оптимальному сочетанию их. Количество подаваемого ила соотносится с общим содержанием взвешенных веществ и той частью их, которая осаждается в лабораторных цилиндрах за период от 20 мин до 2 ч (диапазон от 1200 до 7200 с). Интенсивность аэрации выбирается по количеству растворенного кислорода, поддерживающегося в сточных водах на уровне 0,5—2 мг/дм3.

Лабораторные методы (метод Винклера и др.) определения количества кислорода в воде, несмотря на сравнительно медленное изменение во времени этого параметра, недостаточны для корректного проведения этой технологической операции. В основу современных инструментальных методов определения растворенного кислорода в воде положен метод измерения предельного диффузионного тока, т. е. тока, при котором кислород восстанавливается на отрицательно заряженном металлическом электроде. В зависимости от источника напряжения, необходимого для получения предельного* диффузионного тока данного вещества, полярографические системы, используемые в анализаторах на кислород, делят на системы с внешним источником тока и на системы с внутренним источником тока.

Взвешенные вещества, выносимые из отстойников с преаэра - торами, состоят из консервативных элементов (частиц примесей воды) и живых клеток активного ила. Отличить ту и другую части примесей возможно по содержанию дезоксирибонуклеиновой кислоты (хромосомный аппарат клеток) либо по изменению ферментной активности.

Илоуппотнители. Оценка работы этих сооружений аналогична технологической оценке работы вторичных отстойников. Фиксируется количество и качество подаваемого ила, уплотненного ила и иловой воды. Илы уплотняют в гравитационных сооружениях (отстойники радиального и вертикального типа), а также во флотаторах. На городских станциях часто используют илоуплотните - ли радиального типа, обеспечивающие снижение объема ила в 5— 15 раз (или изменение по влажности с 99,2 до 98,5%) за время пребывания, равное 9—15 ч.

На илоуплотнители подают ил как из вторичных отстойников с концентрацией сухого вещества 4—8 г/дм3, так и из аэротенков с концентрацией 1—2 г/дм3. Качество уплотненного ила в обоих случаях практически одинаково, а время уплотнения для менее концентрированного ила составляет 5—7 ч. Чтобы получить сравнительную оценку, какой вариант схемы уплотнения предпочтительнее, необходимо сравнение по величине нагрузки по сухому веществу (1 г сухого вещества на 1 м3/сут). По этой же величине можно сравнивать производительность различных видов уплотнителей или уплотнителя одного вида, но разных диаметров.

Важно учитывать качество иловой воды (по взвеси и БПК), поскольку передача этой воды на повторную очистку увеличивает нагрузку на очистные сооружения. Обычно количество взвеси иловой воды колеблется в пределах от 20 до 100 мг/дм3.

Часть избыточного ила иногда направляют в первичные отстойники с целью интенсифицировать процессы отстаивания. Рекомендуется передавать в первичные отстойники до 50% прироста ила. Расход воздуха на перемешивание воды и ила составляет величину порядка 0,5 м3/м3, продолжительность контакта в преаэ - раторах — от 10 до 20 мин и в биокоагуляторах — 20 мин. Дополнительный эффект осветления по взвешенным веществам и БПКполн в обоих случаях составляет 10—15%. Если указанные приемы использованы в эксплуатации, то при характеристике работы отстойников обязательно принимается во внимание изменение состава воды после смешения ее с избыточным илом.

Биофлокуляторы. Они служат для интенсификации первичного отстаивания сточных вод [13]. Биофлокуляция реализуется во встроенных в вертикальные отстойники камерах флокуляции путем ввода в очищаемую сточную воду активного ила или биопленки. При этом достигается повышение содержания оседающих веществ в отстойнике до 85—90% и снижение БПК в осветленной воде на 40—50%. Время пребывания сточной воды в камере флокуляции назначается равным 20 мин.

Сооружения для аэробной минерализации ила. К этой категории сооружений можно отнести аэротенки длительной аэрации, аэробные минерализаторы (иначе называемые аэробными стабилизаторами), циркуляционные окислительные каналы, некоторые разновидности биологических прудов, работающих в условиях низких нагрузок. Кроме аэробных минерализаторов все остальные перечисленные сооружения совмещают в себе функции биологической очистки сточной воды и минерализации ила.

При минерализации ила уменьшается масса беззольного вещества, а следовательно, и масса сухого вещества, что обусловливает увеличение зольности ила. Максимально достигаемые величины зольности ила колеблются в пределах от 45 до 55%. Более глубокого окисления ила получить не удается, поскольку в его составе преобладающими становятся биохимически неусвояемые органические материалы.

При контроле за работой аэротенка длительной аэрации, а также циркуляционного окислительного канала особое внимание уделяется характеристике состава очищенной сточной воды. Эта вода отличается присутствием большого количества нитратов и, как правило, незначительного количества нитритов, низкой концентрацией аммонийного и общего азота, колеблющимися величинами БПК и ХПК, присутствием достаточного количества кислорода. Ил такого аэротенка характеризуется очень низкой дегидрогеназной активностью, повышенной зольностью и составом микронаселения, отличающимся от состава ила обычного аэротенка.

Если процесс проводится в аэротенке-вытеснителе, то при тщательном выполнении анализов можно заметить изменения концентрации ила по длине аэротенка: сначала нарастание дозы ила и после перехода через «размытый» максимум — постепенная убыль.

При проведении процесса в отдельном минерализаторе фиксируют убыль сухого (и беззольного) вещества ила, постоянно контролируют наличие растворенного кислорода в аэрируемой смеси, характеризуют состав иловой воды, отделяющейся при отстаивании смеси в специальном отстойнике после минерализатора. Иловую воду, отделенную от минерализованного ила, направляют на повторную очистку в аэротенки. Продолжительность отстаивания принимают равной 1,5—2 ч.

В минерализаторах можно обрабатывать смесь ила с осадком из первичных отстойников. В этом случае увеличиваются: продолжительность обработки — до 10—12 сут; расход воздуха — до 1,2-1,5 м3/(м3х ч) вместо 1 м3/(м3х ч) для одного ила. Степень окисления смеси осадка и ила может достигать 30—40% (по беззольному веществу), а одного ила — 20—30%.

Технологический контроль процессов доочистки сточных вод.

Согласно регламентированным предельно допустимым сбросам веществ, поступающим со сточными водами в водные объекты, на городских станциях аэрации необходимо вводить дополнительную ступень обработки сточных вод для удаления органических соединений до ГЩК=3—5 мг/дм3 по БПКпплн, соединений азота до ПДК = 0,5-2 мг/дм3 по NH4+ - N и 10 мг/дм3 по N03" - N [13]. В некоторых регионах страны в очищенных сточных водах ограничивается содержание соединений фосфора и взвешенных веществ.

Возможная степень удаления загрязнений в процессах доочистки (третичной очистки) практически не ограничена и определяется условиями их дальнейшего использования и затратами на их практическую реализацию. Основные методы доочистки, условия их применения и контроля приведены в табл. 2.15.

Наиболее распространенными сооружениями в блоках доочистки сточных вод как в нашей стране, так и за рубежом являются фильтры с зернистой загрузкой. Технологический контроль работы фильтров доочистки основан на тех же принципах, что и контроль работы водопроводных фильтров. Так, учитываются скорость фильтрации и продолжительность фильтроцикла, определяемая по достижении заданной величины потери напора, расход воды на промывку фильтра и ее интенсивность. Промывку фильтра производят фильтрованной сточной водой. Качество сточной воды оценивается до и после ее обработки по обычным санитар- но-химическим показателям, принятым для характеристики сточных вод.

В процессе адсорбционной доочистки активный уголь удаляет из воды биохимически неокисленные органические вещества, микроколичества ионов тяжелых металлов, бактериальные и другие загрязнения. При количестве отработанного угля более 0,5 т/сут восстановление его адсорбционной емкости производят обычно термическим способом.

При обессоливании минерализованных сточных вод гиперфильтрацией через полупроницаемые мембраны основные параметры — концентрацию растворенных веществ в концентрате и фильтрате необходимо определять на единицу ширины мембраны при заданной ее длине, разделяющей способности, коэффициенте проницаемости мембран, давлении, расходах исходной воды, фильтрата и концентрата.

При использовании реагентного метода удаления фосфатов необходимо тщательное дозирование сульфата алюминия, для чего требуется знать концентрацию фосфатов в воде. Поэтому определение этого показателя должно выполняться не только по общему графику контроля за качеством сточной воды, но и несколько раз в промежутках между этими анализами.

Барботажная флотация ведется с флокуляцией при 30—40%-ной рециркуляции пены; напорная флотация — с флокуляцией при 50%-ной рециркуляции сточных вод. Флотатор рассчитывается на пребывание в нем сточных вод в течение 15—20 мин при восходящей скорости воды во флотационной камере 2—3 мм/с и 10—15 мин в отстойной зоне при нисходящей скорости 1—3 мм/с.

Напорная флотация наиболее эффективна именно для таких биосуспензий, как иловая смесь, поскольку при биологической очистке микроорганизмы активного ила присутствуют в воде в основном в виде хлопьев, что способствует флотационному разделению этих суспензий. При этом достигается и довольно удовлетворительная степень сгущения (3—5 раз) биомассы активного ила.

Окончание табл. 2.15

Особый интерес представляет использование для флотации такого газа, как С02. Источником его может быть, например, метантенк, в котором наряду с образованием метана происходит накопление углекислого газа, сероводорода и др. При использовании углекислого газа приготовляют так называемую газированную воду, или насыщенный раствор углекислого газа. Добавление такого раствора в разделяемую суспензию приводит к тому, что сначала на флотируемых частицах выделяются пузырьки воздуха сравнительно небольшого размера, а затем на них образуются пузырьки углекислого газа большого размера. Такие флотокомплексы позволяют увеличить скорость флотации.

Биологически очищенная вода содержит значительное количество аммонийного азота и фосфатов. Азот и фосфор способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема. Контроль процессов биохимической денитрификации проводится аналогично контролю процессов биологической очистки сточной воды в аэрационных сооружениях, и при этом особое внимание уделяется оценке форм и концентраций соединений азота.

Схемы компоновки основных сооружений доочистки можно разделить на три основные группы. К первой относятся схемы безреагентной механической доочистки (включающие микрофильтры и фильтры), которые можно эксплуатировать в комплексе одну с другой или раздельно. Вторую схему используют при необходимости реагентного осветления и умягчения воды. Для выбора оптимального варианта необходимо определять эффект снижения мешающих загрязнений после каждого этапа доочистки. Третью группу схем применяют при необходимости помимо реагентной обработки стоков, использования ионных методов, умягчения и опреснения (обессоливания) воды.

Технологический контроль процессов обеззараживания сточных вод.

Способы обеззараживания сточных вод можно разделить на четыре основные группы: термические; химические с помощью сильных окислителей; олигодинамические (воздействие ионов благородных металлов); физические (с помощью ультразвука, радиоактивного излучения, ультрафиолетовых лучей).

Наиболее широко применяются способы второй группы. В качестве окислителей используют хлор, диоксид хлора, озон, марганцевокислый калий, пероксид водорода, гипохлорит натрия и кальция. В свою очередь, из перечисленных окислителей на практике предпочтение отдают хлору, озону, гипохлориту натрия, которые вызывают инактивацию кишечных вирусов в результате денатурирования их белковой оболочки. По вирулицидному действию свободные формы хлора примерно в 50—100 раз превосходят его связанные формы.

Для снижения Coli-Форм на 99,9% требуются следующие дозы хлора, г/м3:

после механической очистки............................................. 10

После химической очистки................................................ 3—10

После полной и неполной биологической очистки.............. 3 и 5

После фильтрования на песчаных фильтрах........................ 2—5

Хлор, добавляемый к сточной воде, должен быть тщательно перемешан, а затем находиться в контакте со сточной водой не менее 30 мин, после чего количество остаточного хлора должно быть не менее 1,5 г/м3.

Объектом технологического контроля при хлорировании являются контактные резервуары или другие заменяющие их емкости. Регистрируются время пребывания воды в контактном резервуаре и изменения ее качества вследствие действия хлора и дополнительного удаления осаждающихся частиц активного ила. Оценивается количество выпадающего в контактных резервуарах ила для последующего учета его в тех сооружениях, в которые он передается на обработку.

Схема узла хлорирования на очистных станциях различна в зависимости от вида хлорирования, но в любом случае контролируется процесс приготовления рабочих растворов для установления точной дозы активного хлора.

Контролировать дозирование раствора хлорной воды следует систематически. Главным в контроле является определение остаточного активного хлора, т. е. разности между общим расходом хлора и количеством, прореагировавшим с органическими и бактериологическими загрязнениями сточных вод.

На очистных сооружениях с подачей хлорной воды на большие расстояния от хлораторной, когда напора, развиваемого эжектором, не хватает, последний располагают ближе к месту ввода хлорной воды. При этом для сокращения протяженности трубопровода хлорной воды увеличивают длину трубопровода газообразного хлора. Это возможно при массовом дозировании и контроле (1-2 раза в смену) остаточного хлора в воде. Воздействуя на микрофлору, С1 освобождает сточную воду от патогенных микроорганизмов, повышает прозрачность воды и снижает ее цветность.

Из-за высокой коррозионной активности хлорной воды недопустимо заменять рекомендованные проектом хлоропроводы на хлоропроводы из другого материала.

Озонирование не оказывает влияния на качественный состав растворенных минеральных веществ, содержащихся в сточной воде. Число бактерий после озонирования уменьшается в среднем на 99,9%. Спорообразующие бактерии более устойчивы к озону, чем вегетативные.

Эффект обеззараживания ультрафиолетовыми лучами основан на воздействии их на белковые коллоиды и ферменты протоплазм микробных клеток. Обрабатываемая ультрафиолетовым излучением вода должна иметь достаточную прозрачность, поскольку в загрязненных водах интенсивность проникновения ультрафиолетовых лучей затухает. Немаловажное значение при обработке воды бактерицидными лампами имеет сопротивляемость бактерий воздействию излучения. Критерием стойкости различных видов микроорганизмов может служить количество бактерицидной энергии, необходимой для заданной степени обеззараживания воды.

В табл. 2.16 приведены особенности наиболее распространенных методов обеззараживания сточных вод.

Технологический контроль процессов обработки осадков.

Суспензии, выделяемые из отработанных и сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (ре - агентной) очистки, представляют собой осадки.

Свойства осадков целесообразно разделить на характеризующие их природу и структуру, а также обусловливающие их поведение в процессе обезвоживания.

Свойства, характеризующие природу осадков

Содержание сухого вещества обычно выражается в г на 1 дм3 или в процентах иопределяется сушкой при температуре 105°С до постоянной массы. В жидких осадках оно приблизительно близко к концентрациивзвешенных веществ, определяемых фильтрованием или центрифугированием.

Содержание беззольного вещества выражается в процентах по массе от содержания сухого вещества. Определяется сжиганием при температуре 550—600°С.

В гидрофильных органических осадках этот показатель часто близок к содержанию органических веществ и характеризует содержание азотистых веществ.

Элементарный состав особенно важен для органических осадков, в первую очередь по таким показателям, как содержание: углерода и водорода для определения степени стабилизации или установления общей кислотности; азота и фосфора для оценки удобрительной ценности осадка; тяжелых металлов и др.

Для неорганических осадков часто полезно определять содержание Fe, Mg, А1, Сг, солей Са (карбонатов и сульфатов) и Si.

Токсичность. Металлы, содержащиеся в осадках производственных сточных вод (медь, хром, кадмий, никель, цинк, олово), токсичны. Они обладают способностью вызывать в организме человека различные виды биологических эффектов — общетоксичный, мутагенный и эмбриотоксический. Степень токсичности и опасности различных металлов неодинакова и может быть оценена по Величинам среднелетальных доз для лабораторных животных. Результаты опытов показывают, что наиболее токсичными для животных являются хром и кадмий.

Согласно принятым в настоящее время предельно допустимым концентрациям, учитывающим наряду с токсичностью и кумулятивные свойства веществ, наибольшую опасность для здоровья населения представляют кадмий, хром, никель; менее опасными являются медь и цинк.

Осадки очистных сооружений гальванических производств, содержащих оксиды тяжелых металлов, относятся к четвертому классу опасности, т. е. к малоопасным веществам.

Свойства, характеризующие структуру осадков

Формирование осадков с заданными свойствами начинается с выбора тех методов очистки, которые обеспечивают возможность утилизации или безопасного складирования осадков, сокращение затрат на их обезвоживание и сушку.

Возможность безопасного складирования осадков сточных вод определяется следующими характеристиками и свойствами осадков: кажущейся вязкостью и связанной с ней текучестью осадков, а также характером воды, содержащейся в осадке.

Кажущуюся вязкость и связанную с ней текучесть осадков можно рассматривать как меру интенсивности сил взаимосвязи между частицами. Она также позволяет оценить тиксотропный характер осадка (способность осадка образовывать гель в состоянии покоя и возвращать текучесть даже при слабом встряхивании). Это свойство очень важно для оценки способности осадка к сбору, транспортированию и перекачиванию.

Иловая суспензия не является ньютоновской жидкостью, поскольку найденное значение вязкости очень относительно и зависит от приложенного напряжения сдвига.

Характер воды, содержащейся в осадке. Эта вода представляет собой сумму свободной воды, которая может быть легко удалена, и связанной, включающей коллоидальную гидратную воду, капиллярную, клеточную и химически связанную воду. Выделение связанной воды требует значительных усилий. Например, клеточная вода сепарируется только тепловой обработкой (сушкой или сжиганием).

Приблизительное значение этого соотношения может быть получено термогравиметрически, т. е. построением кривой потери массы образцом уплотненного осадка при постоянной температуре и обработке в соответствующих условиях. Точку, в которой термограмма имеет перелом, можно определить построением зависимости К= f (5"), где V— скорость сушки, г/мин;S — Содержание сухого вещества в образце, % (рис. 2.6).

Соотношение между свободной и связанной водой является решающим фактором в оценке способности осадка к обезвоживанию.

Из рис. 2.6 видно, что первая критическая тока определяет количество воды, способной удаляться из осадка при постоянной скорости сушки (фаза 1), и представляет собой содержание сухого вещества в осадке после потери свободной воды. Далее удаляется связанная вода: сначала до точки S2 при линейной связи снижения скорости сушки с ростом содержания сухого вещества (фаза 2), а затем — при более резком уменьшении темпов снижения скорости сушки (фаза 3).

Факторы, обусловливающие поведение осадка в процессе обезвоживания

К этим факторам относятся: способность к уплотнению; удельное сопротивление; числовые характеристики сжимаемости осадка под влиянием увеличивающегося давления (сжимаемость осадка); определение максимального процентного содержания сухого вещества в осадке при данном давлении [14].

Способность к уплотнению определяется из анализа седимен - тационной кривой для осадка. Эту кривую вычерчивают на основании лабораторных исследований в сосуде, оборудованном медленно работающей мешалкой. Кривая характеризует степень разделения массы осадка в сосуде в зависимости от времени пребывания в нем.

Важнейшим показателем способности осадков сточных вод во влагоотдаче является удельное сопротивление. Величина удельного сопротивления (г) является обобщающим параметром и определяется по формуле

2PF ,

Где Р— давление (вакуум), при котором происходит фильтрование осадка; F— площадь фильтрующей поверхности; ri — вязкость фильтрата; С — масса твердой фазы осадка, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата;

B = (2-4)

Здесь т — продолжительность фильтрования; V— объем выделяемого осадка.

Влажность. Этот параметр учитывает изменение состава и свойств осадка в процессе их обработки и складирования.

Сжимаемость осадка. С увеличением перепада давления поры кека исчезают и возрастает сопротивление фильтрованию.

Нерастворимые кристаллические вещества обычно сжимаются с трудом (5близко к 0 или < 0,3). Суспензии с гидрофильными частицами имеют высокую сжимаемость (5> 0,5, достигающий, а иногда превышающий 1,0).

Для многих видов органических осадков существует даже «критическое давление», выше которого поры кека закрываются настолько, что дренирование становится невозможным. Например, для осадка городских сточных вод фильтрование под давлением выше 1,5 МПа почти безрезультатно. Вот почему полагают, что постепенное увеличение давления имеет некоторые преимущества, задерживая уплотнение кека.

Максимальное содержание сухого вещества в осадке при данном давлении. Влага в осадках может находиться в химической, физико-химической и физико-механической связи с твердыми частицами, а также в форме свободной влаги. Чем больше связанной влаги в осадке, тем больше энергии нужно затратить для ее удаления. Увеличение водоотдачи осадков достигается перераспределением форм связи влаги с твердыми частицами в сторону увеличения свободной и уменьшения связанной влаги различными методами обработки.

Исследования зависимости коэффициента фильтрации осадков от их влажности показали, что с уменьшением влажности осадков снижаются и значения коэффициента фильтрации. При этом можно отметить определенные значения влажности осадков, ниже которых коэффициент фильтрации мало зависит от влажности. Для гидроксидных осадков сточных вод гальванопроизводств она лежит в области 67—70%, а для осадков после гальванокоагуляци - онной обработки сточных вод — в области 50—55%.

Прочность. Использования одного критерия влажности для прогнозирования возможности хранения шламов, образующихся при очистке сточных вод, недостаточно. Поэтому для оценки возможности складирования осадков используются их прочностные характеристики — прочность на срез и несущая способность, токсичность, вымываемость, влажность, устойчивость (прочность) и фильтруемость.

Вымываемость. Тяжелые металлы содержатся в осадках в виде гадроксидов или труднорастворимых солей, например карбонатов, фосфатов, хроматов, сульфидов и др. Использование литературных данных о растворимости соединений металлов в воде не позволяет с достаточной точностью определить класс опасности осадков, так как при этом не учитываются сложные физико-химические процессы, протекающие при складировании осадков. Более надежные данные можно получить путем исследований осадков сточных вод на вымываемость.

Количество вымываемых загрязнений зависит от многих факторов. С точки зрения фазового состава осадки сточных вод могут быть охарактеризованы как кристаллическая решетка с растворимыми и полурастворимыми составляющими и порами, заполненными жидкостью. Жидкая фаза осадков содержит осадочные количества тяжелых металлов и растворенные соли в виде анионов SO4 , СГ, СО2" и др. При складировании осадка происходит физико-химическое старение гидроксидов металлов, в результате чего в жидкую фазу переходят десорбированные катионы и анионы, уменьшается значение рН и возрастает солесодержание, способствующее снижению произведений растворимости гидроксидов. При воздействии на осадок выщелачивающей жидкости растворяются полурастворимые соединения, например гипс, что также приводит к повышению солесодержания жидкой фазы. Если выщелачивающая жидкость содержит ангидриды кислот (серной, угольной, азотной), значение рН также снижается.

Экспериментальное определение вымываемости осадков осуществляется в статических и динамических условиях. Сущность статического исследования заключается в замачивании образцов осадка в дистиллированной воде без перемешивания и замены воды с последующим контролем содержания вымываемого компонента в воде в течение 6—12 месяцев. Динамическим экспериментом предусматривается хранение образцов в естественных условиях на специально оборудованных площадках, где они подвергаются всем видам внешних атмосферных воздействий (дожди, замораживание и т. п.). Вымывание элемента контролируется как в пробах воды, отводимой с площадки, так и по его убыли в осадке за время эксперимента (6—12 месяцев и более).

Водоотдача осадков во многом зависит от размеров их твердой фазы. Чем мельче частицы, тем хуже водоотдача осадков. Органическая часть осадков быстро загнивает, при этом увеличивается количество коллоидных и мелкодисперсных частиц, вследствие чего снижается водоотдача.

На рис. 2.7 показан типовой граф процессов, применяемых для обработки осадков сточных вод.

Современными техническими средствами можно добиться любой степени уменьшения влажности.

В настоящее время применяют (см. рис. 2.7) четыре метода уплотнения и сгущения осадков: гравитационное, флотационное, сгущение в центробежном поле и фильтрование.

Гравитационное уплотнение является наиболее распространенным методом уплотнения осадков. Оно просто в эксплуатации и сравнительно недорого. Время уплотнения устанавливается экспериментально и может быть самым различным — от 2 до 24 ч и более.

С целью снижения продолжительности уплотнения, получения осадка с меньшей влажностью и уменьшения выноса взвешенных веществ из уплотнителя применяют различные приемы: перемешивание в процессе уплотнения, цикличное сгущение, коагуляцию, совместное уплотнение различных видов осадков и термогравитационный метод.

При перемешивании осадка во время уплотнения происходит частичное разрушение сплошной пространственной структуры осадка. Лопасти мешалки, раздвигая оторванные друг от друга части структурированного осадка, создают условия для беспрепятственного выхода свободной влаги, ранее захваченной и удерживаемой пространственной структурой осадка. Медленное перемешивание способствует сближению отдельных частиц осадка, что приводит к их коагуляции с образованием крупных агрегатов, которые более интенсивно уплотняются под действием собственной массы.

На рис. 2.8 представлена зависимость степени сгущения осадка от продолжительности и скорости перемешивания в стержневой мешалке [14].

Максимальный эффект уплотнения был достигнут при скоростях перемешивания конца лопастей мешалки 0,04 м/с, содержание взвешенных веществ в осветленной воде не превышало 50 мг/дм3.

Цикличное сгущение осуществляется путем последовательного накапливания сгущенного осадка от нескольких циклов сгущения при медленном перемешивании стержневой мешалкой и откачивании осветленной воды после каждого цикла сгущения. Эффективность процесса циклического сгущения можно объяснить тем, что при росте гидростатического давления, определяемого числом последовательных циклов сгущения осадка, и медленном механическом перемешивании более интенсивно, чем при одноразовом наливе, наблюдается вторичное образование хлопьев в скоагулированном ранее осадке, которое приводит к утяжелению хлопьев и ускорению уплотнения осадка.

Увеличение гидростатического давления вышележащих слоев сгущенного осадка на нижележащие приводит к деформации структуры осадка, сопровождающейся переходом части воды, связанной в хлопьевидных структурах осадка, в свободную воду, удаляемую фильтрацией через поровое пространство слоя сгущенного осадка.

В качестве коагулянтов применяют различные минеральные и органические соединения. В системе реагентного хозяйства контролируют качество растворов реагентов (хлорного железа и извести) по концентрации в них активного агента. Тщательный контроль растворов реагентов необходим, так как их избыток не улучшает фильтруемости осадков, в то же время перерасход дефицитных веществ влечет за собой необоснованное удорожание стоимости эксплуатации.

При термографическом методе уплотнения осадок подвергается нагреву. Во время нагрева гидратная оболочка вокруг частицы осадка разрушается, часть связанной воды переходит в свободную, а поэтому процесс уплотнения улучшается. Оптимальная температура нагрева активного ила сточных вод гидролизных заводов составляет 80—90°С. После нагревания в течение 20—30 мин с последующей выдержкой ила и уплотнением его влажность снижается с 99,5 до 96—95%. Общее время обработки составляет 50-80 мин.

Флотация. Достоинство этого метода состоит в том, что его можно регулировать путем оперативного изменения параметров. К недостаткам метода относятся более высокие эксплуатационные затраты и невозможность накопления большого количества осадка в уплотнителе.

Обычно применяют импеллерную, электро - и напорную флотацию. Последняя получила наибольшее распространение.

При проектировании флотационного уплотнителя назначают удельную нагрузку по сухому веществу 5—13 кг/(м2 х ч) и гидравлическую нагрузку менее 5 м3/(м2 х ч); концентрацию уплотненного осадка принимают: без полиэлектролитов 3—4,5% по сухому веществу, с применением полиэлектролитов 3,5—6% в соответствии с дозой полиэлектролита и нагрузкой.

Объем накопителя осадка должен быть рассчитан на несколько часов, так как по истечении этого времени пузырьки воздуха выходят из осадка и он вновь приобретает нормальную удельную массу.

Фильтрационное уплотнение. Фильтрование чаще всего используется как метод механического обезвоживания осадков, а для их сгущения применяется крайне редко. Распространены следующие типы современных уплотнительных фильтров: барабанный фильтр, барабанный сетчатый фильтр и фильтрующий контейнер.

Технологический контроль работы сооружений обезвоживания и сушки осадка.

Сушка в естественных условиях применяется для осадков всех видов и может быть осуществлена на иловых площадках (см. рис. 2.7) с естественным основанием, на площадках с поверхностным отводом воды и на площадках-уплотнителях [14].

Допускается проектировать площадки на естественном основании с дренажом и без него, на искусственном основании с дренажом, каскадные с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды, площадки-уплотнители. Последние два типа рекомендуются при удельном сопротивлении осадка > 4000 х 10~8 см/г.

Нагрузки осадка на иловые площадки НР (м3/м2) в год в районах со средней температурой воздуха 3—6°С и среднегодовым количеством осадка до 500 мм принимают по табл. 2.18.

Контроль за процессом сушки проводят путем определения влажности проб осадков, отобранных в нескольких местах площадки и с разных глубин. Кроме того, ведется санитарно-бакте - риологический контроль с определением бактерий кишечной палочки и яиц гельминтов. Осадок вывозят на сельскохозяйственные поля только после получения удовлетворительного результата санитарного анализа.

При использовании иловых площадок с поверхностным отводом воды кроме определений, указанных выше для твердой фазы, периодически контролируют качество иловой воды, передаваемой на повторную обработку. Если эта вода попадает в головные сооружения очистных станций, то она анализируется точно так же, как и вода, поступающая на станцию с объекта водоотведения.

Фильтрование. Для обезвоживания промышленных осадков используют вакуум-фильтры с наружной фильтрующей поверхностью: дискового и ленточного типов, а также фильтр-прессы.

Работу вакуум-фильтра оценивают величиной производительности аппарата — количеством осадка по сухому веществу, снятым с 1 м2 поверхности фильтра за 1 ч, для чего периодически определяют влажность кека. Качество и количество фильтрата учитывают с целью более полного анализа работы отстойника-уплотнителя, куда его передают для интенсификации процессов уплотнения сброженного осадка.

Контроль работы площадок-уплотнителей проводится аналогично контролю иловых площадок с поверхностным отводом воды.

Учет работы иловых площадок производится по форме, данной в табл. 2.19.

Периодически и при необходимости выполняют санитарно- бактериологический анализ сброженных осадков.

Фильтр-прессы применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков. По сравнению с вакуум-фильтрами при прочих равных условиях после обработки на фильтр-прессах получают осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы применяют в тех случаях, когда осадок направляется на сушку, сжигание или когда для

Дальнейшей утилизации необходимо получить осадки с минимальной влажностью.

Различают рамные, камерные типа ФПАКМ, ленточные, барабанные и винтовые (шнековые) фильтр-прессы.

 Центрифугирование. Оно позволяет разделить суспензии в компактных и высокопроизводительных аппаратах — гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Следует отметить, что скорость разделения суспензий в гидроциклонах в 10—20 раз, а в центрифугах и сепараторах более чем в 1000 раз больше, чем при гравитационном уплотнении.

Центрифуги принято разделять на два класса: фильтрующие и осадительные.

Фильтрующие центрифуги с проницаемой фильтровальной перегородкой применяют для разделения суспензий, имеющих среднюю и крупнозернистую твердые фазы. Они выпускаются периодического и непрерывного действия. Центрифуги периодического действия, применяющиеся при разделении быстро расслаивающихся суспензий сточных вод с несжимаемыми осадками, работают обычно в режиме постоянной производительности (по суспензии).

Фильтрующие центрифуги непрерывного действия оборудуются пульсирующей выгрузкой осадка.

В осадительных центрифугах непрерывного действия как загрузка, так и выгрузка фугата и кека осуществляются непрерывно.

Осадок на центрифуги подается поршневыми насосами. Фугат обычно подают в голову очистных сооружений.

Характеристика работы центрифуг включает оценку их производительности по объему переработанного осадка, отнесенному к

Единице времени (обычно 1 ч), эффективности задержания сухого вещества, влажности кека и качеству фугата. При центрифугировании, так же как при вакуум-фильтрации, проводят санитар - но-бактериологическую оценку осадков.

Фугат от гидроциклонов должен уплотняться в гравитационных сгустителях с применением коагуляции и обезвоживаться на барабанных вакуум-фильтрах.

Виброфильтры классифицируют на напорные и безнапорные. Эти аппараты просты по конструкции и требуют малых энергетических затрат. Они могут применяться для обезвоживания труд - нофильтруемых осадков без предварительного кондиционирования. Однако после обработки на виброфильтрах осадок имеет относительно высокую влажность, а фильтрат содержит загрязнения высокой концентрации.

Термическая сушка осадков (см. рис. 2.7). Наиболее освоенной в эксплуатации является сушилка барабанного типа, однако в перспективе, по-видимому, большее распространение будут иметь сушилки фонтанирующего типа (со встречными струями, взвешенным слоем осадка и т. п.).

Производительность сушилок определяют по массе испаряемой влаги в единицу времени из расчета на единицу объема аппарата. Чтобы рассчитать величину производительности, необходимо измерять влажность осадков до и после сушки, что и выполняется не менее одного раза в сутки. При оценке работы сушилок подсчитывают также затраты тепла на испарение влаги, фиксируют температуру топочных газов на входе в сушилку и на выходе из нее.

Сушилки фонтанирующего типа часто работают с так называемым «ретуром» — использованием части уже высушенного осадка, который подмешивают к осадку, поступающему на сушку. Этот прием используют для уменьшения начальной влажности смеси и придания ей свойства сыпучести. При подсчете производительности сушилки количество и качество ретура учитываются обязательно.

Кондиционирование (см. рис. 2.7) — технологический прием, которым обеспечивается наилучшее обезвоживание осадков и которым в большинстве случаев заканчивается их обработка. С помощью кондиционирования увеличивают водоотдающие свойства осадков путем изменения их структуры и форм связи воды. Осадки после термической сушки имеют влажность 5—40%. Санитарные показатели таких осадков достаточно высоки, однако осадки не полностью стерильны, хотя и не загнивают при сохранении влажности; осадки удобны для транспортирования и утилизации.

Сжигание малозольных осадков применяют в тех случаях, когда утилизация их невозможна или экономически нецелесообразна, а также с целью их обезвреживания и уменьшения объема. Сжигание осадков необходимо, если в них содержатся токсичные примеси.

Утилизация осадков сточных вод промышленных предприятий предназначена для извлечения и использования ценных веществ. Ряд осадков сточных вод обладают высокими удобрительными свойствами. Активный ил может быть использован как кормовой продукт. Осадки сточных вод минерального происхождения могут найти применение в промышленности строительных материалов и в дорожном строительстве.

Осадки сточных вод, подсушенные на иловых площадках или механически обезвоженные, а также термически высушенные, чаще всего используются в сельском хозяйстве в качестве орга - номинерального азотно-фосфорного удобрения, содержащею необходимые для развития растений микроэлементы. Учитывая возможность накопления в почве и растениях токсичных веществ из осадков, разрешается вносить осадок на один и тот же участок сельскохозяйственных угодий не чаще одного раза в 5 лет дозой 10—40 т/га.

Осадки сточных вод органического происхождения при сбраживании их в метантенках разлагаются с выделением метана, который может быть использован как источник тепловой, механической и электрической энергии.

Контроль процессов ликвидации и утилизации осадков сточных вод определяется технологическими требованиями к проведению этих процессов, разрабатываемыми соответствующими ведомствами и организациями.

Технологический контроль процессов обработки промышленных стоков.

Представление об основных методах обработки промышленных сточных вод дает табл. 2.20 [15].

Многие методы обработки и очистки производственных сточных вод имеют общую основу с некоторыми методами очистки городских стоков.

Очистка производится в аналогичных по конструкции сооружениях. Технологические процессы описываются теми же закономерностями, учитывающими, однако, специфику обрабатываемых стоков; управляются и контролируются по одним и тем же принципам. В связи с этим в данном параграфе будут рассмотрены только такие методы, которые, как правило, для обработки городских стоков не применяются, — нейтрализация и усреднение.

Станции нейтрализации могут быть непрерывного либо циклического действия. Последние сооружаются на предприятиях с небольшим количеством загрязненных сточных вод. Станции непрерывного действия имеют в своем составе усреднительные емкости, оборудованные устройствами для выравнивания концентраций загрязнений, смесители, камеры реакции, отстойники или осветлители, фильтры, устройства для обезвоживания осадка или шламовые площадки, а также узел приготовления реагентов и насосные установки.

Применяются следующие способы нейтрализации: 1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; 2) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная и гашеная известь, кальцинированная и каустическая сода, а также аммиак); 3) фильтрование через нейтрализующие материалы (дробленые известняк, мрамор и доломит, а также мел, обожженный и необожженный магнезит).

В табл. 2.21 приведены дозы реагентов, необходимые для полной нейтрализации содержащихся в сточных водах кислот и щелочей.

Поскольку в кислых и щелочных сточных водах всегда присутствуют ионы тяжелых металлов, то дозу реагента следует определять с учетом выделения в осадок солей тяжелых металлов (табл. 2.22).

Конечный результат нейтрализации сточных вод в соответствии с установленными правилами рационально контролировать по водородному показателю. Статистической характеристикой объекта, контролируемого по величине рН, служит кривая потенцио - метрического титрования. При нейтрализации сточных вод, содержащих смеси слабых и сильных кислот, оснований и их солей, кривые титрования (нейтрализации) имеют четко выраженную ^-образную форму, вследствие того что фактор рН есть показатель логарифмический.

Эта существенная нелинейность затрудняет использование рН как параметра контроля процесса нейтрализации. Она приводит к тому, что при одном и том же приращении концентрации загрязнений в сточной воде изменения потенциала, измеренного на разных диапазонах шкалы рН-метра, могут отличаться друг от друга во много раз. Так, в сточной воде при рН » 1 уменьшение содержания серной кислоты на 50 мг/л вызовет ничтожное увеличение рН (около 0,01 единицы рН). Такое же уменьшение кислотности при рН = 3 вызовет увеличение показаний рН-метра на 4 единицы.

Существенно искажает форму кривых титрования присутствие в растворе кислоты катионов металлов.

Важную роль в динамических свойствах реакций нейтрализации играют особенности реагента. В открытых и закрытых гетерогенных системах (при фильтрационной очистке воды) потребность в нейтрализаторе увеличивается в несколько раз по сравнению с гомогенной реакцией.

Мерой динамики реакции нейтрализации может служить коэффициент буферности, определяемый по формуле

Р = Дф / ДрН, (2.6)

Где Дф — изменение количества реагента в мг-экв/дм3; ДрН — изменение рН.

На ряде предприятий химической промышленности значение коэффициента буферности может изменяться в десятки раз в течение года.

Большое осложнение при контроле очистки по параметру рН вносит нестационарность концентрации многокомпонентных загрязнений. Нейтрализация таких сточных вод дает не одну, а множество кривых потенциометрического титрования, каждая из которых соответствует определенному соотношению концентраций компонентов. Поэтому нельзя использовать только один рН для контроля нейтрализации сточных вод с сильно переменной буферностью.

В этих случаях одним из вариантов системы контроля процесса нейтрализации может быть совместное применение рН-метра и автоматического титрометра. Определенное соотношение значений рН и полной кислотности или щелочности исходных сточных вод характеризует степень их буферности. В реальных условиях при колебаниях концентрации реагента и расхода сточных вод отношение расхода реагента к величине рН исходных сточных вод характеризует степень самовыравнивания процесса очистки, если на выходе из реактора поддерживается нейтральная реакция обработанных сточных вод.

Усреднение сточных вод — метод, используемый для выравнивания концентраций загрязнений и реакции среды при спуске кислых и щелочных стоков в приемник сточных вод, а также для выравнивания расходов удаляемых стоков. Вместимость усреднителей обычно соответствует 4—12-часовому притоку. Для предотвращения выпадения осадка усреднители часто оборудуют мешалками. Иногда для этой цели подают воздух с интенсивностью не менее 2—5 м3/ (ч х м2).

Повседневный контроль за работой усреднителя обеспечивается определением одного-двух показателей, например величины рН среды, перманганатной окисляемости, вида специфического загрязнения. Целесообразно использование экспресс-методов. Наиболее надежно контроль процессов усреднения, так же как и нейтрализации сточных вод, достигается путем применения автоматических измерителей качества воды.

По общему графику отбора среднесуточных проб 1-2 раза в 10 дней производится полный анализ воды на входе и выходе из усреднителя, позволяющий оценить возможность и эффективность его работы, а также работы последующих сооружений.

Технологический контроль методов извлечения вредных веществ из сточных вод.

Одними из самых эффективных способов извлечения из сточных вод отдельных компонентов (тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганика, СПАВ, фенолы) являются сорбция, флотация и ультрафильтрация.

Сорбция многих примесей производственных стоков эффективно проходит на активированном угле. Кроме активированного угля в качестве сорбентов находят применение глины, торф, опилки, зола, ионообменные смолы, оксигидраты железа и алюминия и др.

Сорбцию осуществляют в статических и динамических условиях. В первом варианте сорбент в виде крошки или порошка вводят в очищаемую сточную воду; после определенного времени контакта смесь отстаивается. Второй вариант предусматривает фильтрацию обрабатываемой сточной воды через слой сорбента.

Основной технологической характеристикой процесса сорбции является сорбционная способность, определяемая количеством загрязнений, оставшихся в 1 м3 или 1 кг сорбента. Эта величина обусловливает общий расход сорбента, а следовательно, одну из основных статей расхода на очистку сточных вод. Отнесенная ко времени процесса, величина сорбционной способности позволяет определить объем сорбционных колонн.

Наиболее сложной частью сорбционного процесса является регенерация сорбента. Для извлечения сорбированных веществ применяются экстрагирование органическим растворителем, изменение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе, отгонка адсорбированного вещества с водяным паром, испарение адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя. В отдельных случаях осуществляют химические превращения сорбированных веществ с последующей десорбцией.

Контроль за процессами флотации аналогичен контролю за процессами седиментации, но включает определение параметров, специфичных для этого метода. Так, фиксируются общее и удельное количество воздуха, подаваемого во флотатор; давление, под которым воздух вводится в сооружение; объем образующейся пены и ее состав. Из химических характеристик чаще всего определяется изменяемый показатель, например концентрация удаляемых маслонефтепродуктов. Общий анализ воды проводят 1-2 раза в 10 дней.

Флотационный процесс протекает в 4—6 раз быстрее отстаивания при одинаковой эффективности удаления загрязнений. При флотации сточных вод, содержащих около 1 кг/м3 взвесей, продолжительность флотации составляет не менее 45 мин, при содержании взвешенных веществ 4—7 кг/м3 — не менее 30 мин [16]. Оптимальный удельный расход воздуха в несколько раз превышает то количество воздуха, которое необходимо для создания условий всплывания агрегатов с твердыми частицами (1—1,6 дм3/кг). Однако большой избыток воздуха может привести к накоплению пузырьков воздуха под слоем шлама, и толщина верхнего шла - мово-воздушного слоя, увеличиваясь, может достичь области гидравлических возмущений, создаваемой впускными устройствами, что ухудшит эффект флотации. Поэтому высота слоя накапливаемого шлама не должна превышать 0,5 м и ограничивается нагрузка по сухому веществу на 1 м2 поверхности водного зеркала во флотаторе.

Технологический контроль деструктивных методов очистки промышленных отходов.

Если в результате очистки сточных вод загрязнения разрушаются и продукты распада удаляются из воды или образуются безвредные для водных объектов соединения, то такие методы очистки называют деструктивными. Сюда относят биологическое и химическое окисление загрязнений, а также химическое восстановление их водородом и электрохимическую деструкцию.

Биологические методы очистки. Из деструктивных методов первое место принадлежит биологическому методу очистки. С помощью микроорганизмов удается минерализовать огромное большинство органических и разрушить ряд неорганических веществ.

Интенсификация работы аэротенков возможна за счет различных мероприятий: повышения концентрации ила в сооружениях, выравнивания нагрузки на ил и исключения шоковых перегрузок, создания оптимальных условий по рН и температуре, а также внедрения способов окисления с помощью чистого кислорода или воздуха, обогащенного кислородом.

Эффективными разновидностями сооружений биологической очистки являются биофильтры с погружными дисками и ряд новых конструкций аэротенков.

Работу биоокислителей, установленных на промышленных предприятиях, контролируют так же, как и работу аэротенков городских станций. Однако если качество очищенных вод лимитируется по содержанию в них какого-либо определенного вещества, то помимо общих стандартных характеристик периодически определяют и содержание именно этого вещества.

Методы химического окисления. При наличии в стоках примесей, биохимически неокисляемых или токсичных для микроорганизмов, используются методы химического окисления, из которых наибольшее признание получил процесс озонирования.

При использовании методов химического окисления серьезное внимание при контроле за процессами уделяется составу конечных продуктов реакции. Не исключаются случаи, когда в процессе озонирования конечные продукты реакции оказываются более токсичными для водоемов, чем исходные продукты. В таком случае этот способ в качестве основного, безусловно, неприменим.

Озонированием удается разрушить такие трудноокисляемые вещества, как нефтепродукты, фенолы, красители, некоторые СПАВ, хиноны и др.

Контроль за процессом аналогичен контролю за реагентными методами очистки стоков; особое внимание уделяется определению потребною количества озона, которое обеспечивает заданную степень очистки, а также определяет стоимость процесса.

Химическое восстановление водородом применяется для обесцвечивания окрашенных сточных вод предприятий текстильной промышленности.

Окраска многих красителей обусловлена наличием в молекуле вещества двойной связи между атомами азота. Если эта связь разрушается, то вещество теряет окраску. На этом принципе и основан метод обесцвечивания водородом, который присоединяется по месту двойной связи. Водород получают в результате воздействия соляной кислоты на цинковую стружку и вводят его сразу же по получении, когда эффективность водорода наибольшая.

Метод обесцвечивания водородом не следует называть методом очистки воды, поскольку общая сумма примесей в ней, по существу, не изменяется.

Окисление под давлением рекомендуется проводить как при искусственном введении кислорода, так и без него. Обрабатываемую сточную воду (или осадок сточных вод) нагревают до температуры примерно 150°С под давлением 0,5—1 МПа. В этих условиях происходят реакции окисления и деструкции органических веществ, что сопровождается выделением газов и переходом части продуктов реакции в жидкость. Вода после подобной обработки полностью стерилизована. Метод изучен, в частности, применительно к стокам химико-фармацевтической промышленности.

Электрохимическая деструкция основана на окислении и восстановлении как органических, так и неорганических соединений. Причем эти реакции включают в себя широкий круг процессов: от простейшей ионной перезарядки до сложных превращений, лежащих в основе органического синтеза.

Механизмы электрохимического окисления (или восстановления) зависят от материала электродов, природы подвергаемых электролизу исходных продуктов, температуры и состава электролита (активной реакции среды, присутствия посторонних веществ ионного или молекулярного типа, наличия ингибиторов, поверх - ностно-активных веществ и т. п.).

В настоящее время разработана основанная на анодном окислении и катодном восстановлении технология очистки сточных вод от фенолов, роданитов, нитросоединений, формальдегида, метанола, красителей, симазина, цианурхлорида, производных антрахинона, этиленгликоля, 2,4—Д-кислоты, перекисных органических соединений, серосодержащих и прочих органических загрязнений, присутствующих в сточных водах предприятий химической, нефтехимической и других отраслей промышленности [17].

Процесс электрохимической деструкции осуществляют в электролизерах с диафрагмой и без нее. Наличие диафрагмы между электродами приводит к значительному повышению напряжения на аппарате и, следовательно, к увеличению расхода электроэнергии.

Важным достоинством метода электрохимической деструкции является то, что этот метод в большинстве случаев почти полностью снимает проблему осадка и реагента.

Перечисленными методами не ограничивается все многообразие возможных приемов обработки промышленных стоков. Так, в последние годы большое число исследований было посвящено изучению методов магнитной обработки, дезактивации радиоактивных сточных вод и некоторых других. Требования к технологическому контролю этих методов обычно достаточно высоки и многообразны, однако для любого процесса основной принцип контроля обработки воды заключается в регистрации наиболее доступных, аналитически несложных и эффективных индикаторов процесса. Эти индикаторы служат основой оперативного текущего контроля. При полном контроле фиксируются и анализируются параметры, которые определяют эффективность и глубину процесса и его стоимость. Параметры включают данные санитарно-химического анализа качества воды и осадков, расход воды, реагентов, пара, электроэнергии и т. п.