Очистка сточных вод

     Для дополнительной очистки (доочистки) биологически очищенных сточных вод предложено много методов, направленных на уменьшение содержания химических соединений и  взвешенных веществ, а также устранение возбудителей заболеваний. Эффективность  тех или иных методов в значительной степени зависит от фазового и  дисперсного состояния компонентов, содержащихся в сточных водах.

     Методы  очистки воды от примесей должны основываться на физико-химических воздействиях, обеспечивающих снижение устойчивости коллоидных систем, быструю коагуляцию дисперсных компонентов и отделение их от дисперсионной среды.

     На  практике все возможные методы доочистки  сводятся к снижению содержания органических и взвешенных веществ, а также  обеззараживанию воды тем или  иным методом. В большинстве случаев  после механической и биологической  очистки сточные воды подвергаются фильтрованию через различного рода природные и синтетические материалы, на которых происходит извлечение грубодисперсных и, частично, коллоидных примесей. Органические вещества, в том числе и растворенные, усваиваются из воды микроорганизмами активного ила, выносимого из вторичных отстойников и отлагающегося в толще загрузки фильтра. При скорости фильтрации 5-10 м/ч концентрация взвешенных веществ на фильтре снижается на 70-80 %, ВПК - на 50-70, ХПК - на 30-40 % .

     В результате фильтрования отмечалось некоторое  снижение концентраций солей тяжелых  металлов. Удаление металлов коррелировало  с уровнем взвешенных твердых  частиц, причем корреляция особенно выражена для металлов с низкой растворимостью. Однако абсолютные уровни тяжелых металлов, а также трудноокисляющихся органических соединений, нередко превышали допустимые нормы, что, возможно, связано со способностью большинства бактерий аккумулировать металлы. В частности, бактерии группы кишечной палочки накапливают свинец до 7,6 мг/кг сухой бактериальной массы. Фильтрование, как известно, позволяет снизить количество кишечных палочек в сточных водах на 1-2 порядка, но абсолютное их содержание в фильтрате достигает сотен тысяч.

     При известковании достигается и  определенный бактерицидный эффект. В частности, при длительном контакте дозы окиси кальция 150-300 мг/л обеспечивали надежную дезинфекцию поды. Установлено, что ионы кальция связываются  непосредственно со специфическими группами протеиновой оболочки вириона  и повышают сорбцию вирусов на зернистых загрузках.

     Следует также отметить, что при известковании  происходит умягчение и дезодорация  воды, устранение ее токсичности. Вместе с тем, необходимый гигиенический  эффект при обработке сточных  вод окисью кальция достигается  при использовании больших доз, что сопровождается образованием огромного  количества осадка. Этот факт, как и  отсутствие последействия у окиси  кальция, возможность образования  отложений кальцитов в распределительной  сети промышленных водопроводов существенно  ограничивают применение известкования.

     В настоящее время предложено значительное число методов доочистки, направленных на снижение до безопасных уровней как суммарного содержания органических веществ, так и отдельных загрязнителей сточных вод, а также их обеззараживания.

     В частности, биологические методы доочистки, используя совершенство природных  биохимических процессов, во многих случаях имеют экономические  преимущества перед физико-химическими за счет отсутствия реагентов, низкого потребления энергии и трудозатрат при эксплуатации. Интенсификация этих методов, к примеру применением гидроботанической очистки в прудах с высшей водной растительностью, позволяет осуществлять глубокую обработку не только городских сточных вод, но и стоков широкого круга промышленных предприятий, добиваясь устойчивого снижения ВПК и ХПК в 2-5 раз. Наряду с этим, сообщается о высокой эффективности обезвреживания в биологических прудах бактериального загрязнения. В воде, прошедшей доочистку м биологических прудах, перестают обнаруживаться патогенные сальмонеллы, кишечные вирусы, трихинеллы и личинки аскарид..

     Гигиеническая опенка биологических методов показала, что их эффективность непостоянна  и зависит от целого ряда факторов, трудно поддающихся прогнозированию  и коррекции. Кроме того, имеются  наблюдения, свидетельствующие об образовании  опасных метаболитов, появляющихся в процессе взаимодействия водорослей и органических соединений сточных  вод, повышении токсичности для  теплокровных животных воды, прошедшей  обработку в биологических прудах.

     В последнее десятилетие все более  широкое распространение в практике очистки сточных вод получает метод озонирования. Обращают на себя внимание очевидные преимущества озона  перед другими окислителями: одновременное  разрушение органических соединений, обесцвечивание, дезодорация и обеззараживание  сточных вод. При озонировании не образуется осадок и в сточную  воду не вносятся дополнительные загрязнения.

     Озон  как сильный окислитель реагирует  практически со всеми химическими  соединениями сточных вод, причем окисление  протекает необратимо. Органические соединения под воздействием озона  превращаются в низкомолекулярные с низким содержанием галоформных групп и большим количеством кислотных остатков. Продукты озонолиза не имеют запаха и окраски, лучше усваиваются микроорганизмами. Первичная обработка воды озоном не снижает концентрации общего углерода, а лишь разрушает крупные молекулы органического вещества, повышая их способность к биодеградацни. Продуктами озонолиза являются в основном альдегиды, кетоны и органические кислоты.

     Важнейшей особенностью озонирования, выгодно  отличающей этот метод от других, является то, что озон позволяет значительно снизить концентрации магния, марганца, мышьяка, а также таких металлов, как цинк, медь, хром, железо, серебро, ртуть, свинец и их комплексов с цианидами.

     Следует особо отметить использование озона  для разрушения таких трудноокисляемых соединений, как хлорированные и полициклические углеводороды. При дозе озона 0,5-1,5 г/м3 содержание галоформных соединений (хлороформа, бромхлоропрена, бромдихлорметаны) в воде снижалось на 30-90 %. В щелочной среде озон реагирует с тригадометанами непосредственно, а в кислой и нейтральной средах разрушение этих соединений идет медленно. Озон также эффективно устраняет предшественников тригалометанов, в первую очередь, гуминовые и фульвиновые кислоты.

     Обнаружена  значительная эффективность озона  для обезвреживания воды, содержащей бенз(а)пирен. Так, при обработке воды с исходным содержанием бенз(а)пирена 4 мкг/л дозой озона 2,5 мг/л в течение 3 мин концентрация вещества снижалась до 0,06 мкг/л. По разным данным озонирование уменьшает концентрацию бепз(а)пирена в воде в 10-50 раз, приводит к разрушению его молекулы и образованию более простых соединений.

     Представляет  несомненный интерес с гигиенической  точки зрения высокая эффективность  озонирования для снижения мутагенного  потенциала воды. Показано, что после  обработки озоном водные растворы 28 соединений, обладающих выраженной цитогенетической активностью, практически не проявляли  мутагенных свойств по тесту Эймса. Причем при озонировании деструкции подвергались такие стойкие мутагены, как хлорированные пестициды, альфотоксины и другие алкилирующие агенты.

     При очистке сточных вод озоном образуются промежуточные продукты реакций, степень  опасности и стабильности которых  недостаточно изучены. Природа продуктов  озонолиза зависит от качества воды и условий обработки (рН, УФ, температура и т.д.). В кислой среде усиливается процесс образования гидроксильных радикалов, которые обладают большей реакционной способностью, чем озон. Сообщается и о возможности появления в воде новых токсичных продуктов в результате озонолиза. В частности, иоддихлорметана, дихлор-бутанола и даже хлорпикрина (трихлорнитрометана).

     Обладая высоким окислительным потенциалом, озон является прекрасным дезинфектантом, превосходящим в этом отношении хлор. Эффективность обеззараживания определяется как дозой озона, так и его остаточным содержанием. Доза озона, необходимая для дезинфекции воды, колеблется от 0,2 до 1,5 мг/л в зависимости от исходного качества воды. При остаточной концентрации озона в воде на уровне 0,1-0,2 мг/л отмечается полное устранение бактерий, а при 0,4 мг/л - вирусов. Повышение концентрации до 0,5 мг/л и выше приводит к полной стерилизации воды.

     Важным  преимуществом озона является малое  время контакта, необходимое для  проявления эффекта. Озон гораздо быстрее  действует на бактериальную клетку, чем хлор, но эффект протекает по принципу «все или ничего». Этот феномен  объясняется тем, что обеззараживание  происходит одновременно с другими  реакциями окисления и поглощенная (эффективная) доза озона зависит от концентрации органических веществ.

     Интересно отметить, что при дозах озона  до 60 мг/л не отмечается прямой зависимости  между дозой окислителя и степенью снижения ВПК. При этом ХПК снижается  пропорционально дозе озона. Эти  данные свидетельствуют, что сложные  биостабильные компоненты воды под воздействием озона разрушаются до промежуточных продуктов, которые легко усваиваются микрофлорой. Это может служить причиной вторичного роста бактерий и распределительной сети. Повышение потенциала бактериального роста при озонировании имеет большое практическое значение, поскольку создает серьезные проблемы при эксплуатации очистных сооружений и оборотных систем промышленного водоснабжения.

     Вместе  с тем, гигиенические аспекты  применения обработки воды озоном и  хлором малоизученны. Известно, что в таких случаях и результате взаимодействия агентов наблюдается увеличение расхода как озона, так и хлора. С одной стороны этот феномен можно использовать, применяя озон для разрушения токсичных продуктов хлорирования. С другой сторопи, продукты озонолиза легко взаимодействуют с хлором, увеличивая хлороемкость воды и снижая эффективность обеззараживания. Однако в присутствии аммонийных солей процесс обеззараживания практически не нарушается, поскольку реакция озона с хлораминами выражена меньше, чем озона с хлором. Существенно, что для реакций озона и хлора в водных растворах не характерно образование токсичных соединений.

     Приведенные данные свидетельствуют о высокой  окислительной способности озона  и перспективности его применения для доочистки сточных вод. Вместе с тем накопленный опыт показал, что для обезвреживания химического  и биологического загрязнения сточных  вод требуются большие дозы озона, что нередко оказывается экономически нецелесообразным. Обработка озоном сточных вод, содержащих высокие  концентрации органических веществ, может  сопровождаться накоплением продуктов  трансформации, токсичность которых  превышает таковую исходных соединений. В то же время применение для обработки  сточных вод озонирования в комбинации с другими методами позволяет  рассчитывать на получение восстановленной  воды высокого качества. 

Методы  доочистки

     В мировой практике имеются многочисленные примеры использования приведенных  методов доочистки и различных  сочетаниях и модификациях. Следует  признать, что, несмотря на большое  разнообразие предложенных методов, все  они имеют те или иные недостатки, К примеру, использование сорбционных  методов, флотации или мембранной технологии связано с большими экономическими затратами, ограничено узкой областью применения и не рассчитано на обработку  больших объемов сточных вод.

     Следовательно, доочистка сточных вод порождает  не только ряд экономических и  технических трудностей (создание экономичных  генераторов озона, регенерация  активных углей, утилизация осадков), но и гигиенические проблемы. Можно  с определенностью отметить, что  в настоящее время отсутствует  экономически приемлемый способ доочистки  сточных вод, позволяющий получить воду, полностью отвечающую гигиеническим  требованиям. Необходимо провести комплекс гигиенических исследований, чтобы  обосновать методы доочистки сточных  вод и критерии качества восстановленной  воды, обеспечивающие безопасное для  здоровья человека ее использование  для технического водоснабжения. 

Заключение

Защита  водных ресурсов от истощения и  загрязнения и их рационального  использования для нужд народного  хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия  по охране окружающей Среды, в частности  по очистке производственных сточных  вод. Одним из основных направлений  работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических  процессов производства, переход  на замкнутые (бессточные)  циклы  водоснабжения, где очищенные сточные  воды не сбрасываются, а многократно  используются в технологических  процессах. Замкнутые циклы промышленного  водоснабжения дадут возможность  полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные  водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь. В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических  процессов, дающих наибольший экологический  эффект. Большое внимание уделяется  повышению эффективности очистки  производственных сточных вод. Значительно  уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения  из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач  на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических  процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется  на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения. Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод. В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод. На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %) : охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов. Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.