В XXI столетии главной проблемой человечества становится загрязнение окружающей среды. Связана эта проблема с наращиванием мощности промышленных предприятий, которые оставляют после окончания производственных процессов опасные отходы.
Не только промышленные загрязнения вредят экологии планеты. На ее состояние непосредственным образом влияет жизнедеятельность человека. Стоит вспомнить большое количество пластиковой и иной неразлагающейся упаковки, которая попадает в водоемы и почву, загрязняя их. Ливневая вода также представляет опасность, несмотря на ее кажущуюся чистоту. Ливневая вода может смешиваться с опасными отходами производства и в таком виде поступать в природные водные источники.
Все это говорит о большом количестве проблем, которые возникают в сфере защиты экологии, в том числе в Росс, и прямо касаются создания и эксплуатации очистных сооружений. В этой области важно сконструировать такое сооружение, которое практически стопроцентно будет очищать сбрасываемые жидкие отходы от загрязнений. В этом случае удастся сбрасывать в водоемы чистую воду, которая не только не повредит природе, но и сохранит природный баланс.
Ученые и разработчики канализационных систем говорят о проблеме выбора методики, которая ляжет в основу функционирования очистного сооружения. Представители науки и техники имеют в своем багаже немало эффективных методик очищения бытовых сточных вод от примесей. Это механические, физико-химические, химические, биологические и смешанные способы переработки.
Проблемы вызывают правильны подбор реагентов, которые должны вступить в реакцию с веществом, которое нужно удалить. Реагенты также должны быть полностью безопасны для окружающей среды. Разработчики подбирают реагенты к источникам загрязнения, проверяют их совместимость и безопасность. В итоге приходится решать задачу отвода чистой жидкости: то есть искать места, куда можно безопасно сбросить очищенные стоки.
В сфере очистки отработанных жидких сред приходится ежедневно решать множество небольших проблем, которые возникают ежедневно. Благодаря развитию науки и техники, в том числе совершенствованию цифровых технологий, их удается своевременно решать.
Загрязнения окружающей среды
Проектирование очистных систем основано на знании разновидностей загрязнений, которые содержатся в сточных водах. Из-за того, что на планете работают предприятия по переработке различных материалов и веществ, отходы от их деятельности невозможно привести к единому знаменателю. Современная промышленность оставляет в качестве примесей в сточных водах следующие вещества и компоненты:
- механические примеси: к ним относятся листва, палки и камни, бумажные и гигиенические отходы. В основном эти отходы безопасны для природы, их нужно правильно переработать и утилизировать;
- химические отходы образуются в результате переработки примесей, которые выходят с комбинатов, выпускающих медицинскую продукцию, а также химических, текстильных, полиграфических комбинатов. Химические вещества опасны для человека и природы, требуют утилизации с выбором специальных методик;
- бактериальные и радиоактивные примеси особенно опасны, содержат в составе бактерии и микроорганизмы, способные вызвать эпидемии. Для их переработки создаются специальные очистные сооружения, в которых установлено несколько систем с контролем чистоты жидких сред на выходе.
Наиболее опасными отходами считаются те, которые выходят с нефтеперерабатывающих предприятий и атомных станций. Именно эти отходы содержат большое количество веществ, действие которых на природу и здоровья человека до конца не изучено.
Нефть создает на поверхности воды плотную пленку, которую сложно удалить. С такими видами загрязнений приходится бороться десятилетиями. При этом погибает флора и фауна, жизнь и здоровье человека ставятся под угрозу. Очистные сооружения не справляются с потоком загрязненной воды, а в некоторых случаях не соблюдается закон. Тогда нефтепродукты и другие опасные отходы несанкционированно сбрасываются в воду, наступает экологическая катастрофа.
Методики очистки
Проблема загрязнения сточных вод привела к необходимости разработки комплекса методов, каждый из которых обладает особенностями:
Применение механического метода предполагает удаление из сточных вод крупных фракций мусора. Для этих целей используются песколовки, фильтры с различными наполнителями, септики и другие устройства. Для вылавливания мусора с поверхности сточных вод применяются нефтеулавливатели, пескоулавливатели и другие подобные приспособления.
С применением химического метода можно утилизировать отходы, которые вступают во взаимодействие с химическими реактивами. Реактивы поглощают загрязнения, в результате остается чистая жидкость, которую можно сбрасывать на почву или в водоемы, которые специально для этого предназначены.
С использованием физико-химического метода утилизации из стоков удаляются дисперсные и неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые загрязнения. Чаще применяют коагуляцию, окисление, сорбцию, экстракцию и т.д. Широкое применение находит также электролиз, то есть разрушение органических веществ в стоках при одновременном извлечении металлических составляющих, кислот и других неорганических веществ.
Биологические методики выходят на первый план в очистных системах. Методики основаны на применении колоний микроорганизмов, которые размножаются под действием воздуха или иных сред. В этом методе применяются биофильтры, специальные водоемы и аэротенки.
В биофильтрах загрязнения проходят через фильтрующие вещества, при этом происходит процесс окисления. В результате загрязнения разлагаются. Биологические пруды населяют микроорганизмами, в прудах происходят процессы утилизации загрязнений.
Аэротэнки - это сложные технические очистные системы нового поколения, состоящие из нескольких отсеков. В каждом отсеке происходят различные процессы: накопления стоков, их фильтрации, биологического обеззараживания и окончательного уничтожения. Обычно перед проведением биологической очистки необходимо механически очистить поступившие с предприятия или ливневой канализации стоки.
Выбор технологической схемы
Подбор оптимальной схемы для очистного сооружения имеет решающее значение. Это связано со сложностью состава бытовых сточных вод и высокими требованиями, которые предъявляются к качеству очищенной жидкости. В этой отрасли разработаны специальные нормативы: предельно допустимые сбросы (ПДС) и предельно допустимые концентрации веществ (ПДК).
Перед подготовкой процесса очистки способы подготовки воды оценивают с технико-экономической стороны. Преимущества с точки зрения экономики имеют замкнутые системы использования воды. Это качественный процесс, но имеющий один недостаток: он требует большого количества времени. Часть жидких сред для экономии времени приходится сбрасывать в водоемы. На первый план здесь выходит необходимость соблюдения нормативов по концентрации вредных примесей в стоках.
Главным в выборе технологической схемы является сокращение времени обработки стоков при максимальном качестве процесса очистки. В области очистки широко внедряются оборотные резервы. Эти резервы направлены на сокращение расходов чистой воды и уменьшению количества стоков. Таким образом удается уменьшить количество сбрасываемых в водоемы вод.
Сточные воды считаются очищенными от примесей, если их количество не превышает нормативы, установленные контролирующими органами. Нормы контролируют на пунктах водного пропуска.
Степень очистки стоков при сбросе их в водоемы зависит от фоновых загрязнений. Для снижения концентраций нужна эффективная очистка. Без контроля этого процесса на всех этапах добиться необходимой степени очистки воды практически невозможно. Сам по себе контроль усложняется в связи с большим количеством разнообразных примесей.
Физико-химические способы очистки: эффективное решение проблем
В последнее время ученые и представители предприятий, занимающихся очисткой стоков, признают главенство физико-химических методик. Считается, что биохимических технологий, а тем более механической очистки, недостаточно для достижения результатов.
На этом фоне все шире применяются коагуляция и флотация. Совместное применение коагулянтов и флокулянтов дает хорошие результаты. Последние исследования показали, что лучших результатов удается добиться при смешивании реагентов с водой или при помощи расчета количества компонентов по математическим формулам.
Дополнительного эффекта можно добиться, используя дополнительные физические воздействия на загрязненную водную среду. Дополнительно можно применить ультразвуковые, магнитные, радиационные воздействия. Скорейшее внедрение этих процессов в производство тормозится недостаточной изученностью взаимодействия этих процессов с реагентами. Очистка сточных вод физико-химическим способом проходит несколько стадий.
- Сначала готовят и согласно рецептуре дозируют приготовленные реагенты.
- Затем реагенты смешивают с водой.
- Происходит процесс образования хлопьев на поверхности воды.
- На заключительном этапе хлопья отделяются от поверхности жидкости.
В качестве реагентов используют сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия, хлорид железа, а также соединения солей алюминия и железа.
Реагенты необходимо довести до рабочего состояния, то есть растворить их в воде в концентрации от 5 до 15%. Также необходимо поддерживать рабочие параметры относительно физических процессов, которые проводятся во время очистных мероприятий. Речь идет о флокуляции, коагуляции, окислительных реакциях, поддержании уровня рН.
Еще раз стоит подчеркнуть важность правильного дозирования реагентов. Чтобы рассчитать количество реагентов, используют формулы математического моделирования. Таким образом удается избежать лишних трат на приобретение химических веществ. Дополнительно разработаны автоматизированные установки, которые в автоматическом режиме дозируют составы для обработки примесей в стоках.
Доказано, что для получения высококачественного состава компоненты необходимо перемешивать с большой скоростью. На этом фоне появляется проблема изготовления смесителей, которые будут смешивать компоненты в нужных пропорциях.
Исследования показали, что лучшие результаты показывают электромагнитные смесители. Устройства применяют при контакте воды с растворами электролитов: кислот, щелочей, солей. Другим вариантом смесителей являются установки, вызывающие колебания магнитного поля. Исследования в области создания методик перемешивания ингредиентов продолжаются.
Отделение взвешенных частиц от поверхности воды
Очистка воды от примесей или отстаивание: это многостадийный сложный процесс, который включает несколько этапов. Сначала образуются агрегаты частиц, затем происходит их распад, затем агрегаты выпадают в осадок, после этого снова возвращаются в жидкое состояние.
В последнее время в качестве способа отстаивания частиц применяют флотацию. Целью технологии является выведение на поверхность воды частиц мусора и других загрязнений. Этим способом на поверхность можно вывести нефтепродукты, мелкодисперсные частицы, взвеси, жиры и волокна. Процесс флотации включает следующие этапы.
- Сначала в стоки, подлежащие очищению, подается воздух. С подачей воздушных масс гидрофобные частицы соединяются с воздушными пузырьками.
- Прослойка воды начинает уменьшаться в размерах. Образуется флотирующая масса, включающая пузырьки воздуха и частицы.
- Флотирующая масса постепенно поднимается к поверхности. Подъем происходит из-за того, что эта масса легче гетерогенной системы, в которой она находится.
В итоге на поверхности образуется пена или шлам, который удаляется с поверхности сточных вод при помощи специальных приспособлений.
Правильный подбор реагентов для флотации позволяет добиться отличных результатов. В системах очистки используют разные способы флотации: под напором, электронный метод, пневматический с подачей субстанций через фильтры.
В последнее время активно применяются электрофлотаторы и электрокоагуляторы. Способы основаны на принципе аэрации жидких сред с пузырьками газов, которые образуются при электролизе воды.
Утилизация осадков основные технологии
Из-за разнообразия компонентов в составе сточных вод практически невозможно выделить универсальные методы их утилизации. Условно осадки можно классифицировать как минеральные осадки, органические осадки и ил. Минеральные осадки проще всего обезводить. активный ил и органические осадки труднее поддаются обезвоживанию. Перед утилизацией как правило, осадки уплотняют и сушат. Флотация является наиболее удобным способом уплотнения ила:
- процесс идет недолго;
- возможно использовать аппараты;
- высокая степень сгущения активного ила;
- не нужны реагенты, чтобы провести предварительную обработку.
Широкое применение получила флотация напорного типа. Напор создается при помощи поступления воздуха под избыточным давлением. Таким образом в системе образуется перенасыщение среды кислородом. Пузырьки воздуха начинают собирать или флотировать примеси. Применение этого способа позволяет сгустить микробную массу в 300 раз. Чтобы избежать потерь при процессе сгущения в микробную массу добавляют реагенты, чаще всего это электролитные растворы.
Центрифугирование: еще одна методика сгущения примесей. Для этого применяются специальные центрифуги с выгрузкой осадка шнековым способом. Центрифуги этого типа отличаются высокой производительностью, однако, степень сгущения осадка после обработки не слишком высокая, также быстро изнашиваются шнеки и ротор.
Решение проблем в сфере очистки сточных вод
Сложная экологическая обстановка в России заставляет руководителей предприятий и ответственных за канализационные установки в жилых комплексах внимательно относиться к выбору методик очистки канализационных стоков. Для этого разработано несколько эффективных методик, из которых можно выбрать оптимальный вариант, чтобы применять его на очистной установке.
Важным является подбор реагентов и их смешивание в точной пропорции с применением смешивающей аппаратуры. Современные методики позволяют с высокой степенью точности подбирать реагенты, чтобы организовывать полностью безотходное производство. Следование правилам и государственным стандартам в сфере установки и эксплуатации канализационных систем способствует сохранению чистоты окружающей природы. Проблемы в сфере проектирования и эксплуатации очистных установок удается постепенно решать, так как в этом в полной мере заинтересованы власти и бизнес, а также население.