Характеристика методів очищення стічних вод

1.4 Характеристика методів очищення стічних вод

1.4.1 Загроза інфекційних захворювань

Неочищені каналізаційні стоки – одне з головних джерел загрози для здоров'я людини, оскільки люди і тварини бувають заражені патогенами (хвороботворними бактеріями і іншими паразитами). Заражені люди або тварини можуть виділяти з екскрементами величезну кількість патогенів або їх яєць. Іноді людина служить переносником інфекції, навіть не відчуваючи симптомів захворювання. Якщо заражені каналізаційні стоки потраплять в питну воду, на джерела їжі або в місця для купання, паразити можуть інфікувати багато людей. В деяких випадках інфекція передається через харчові ланцюги. Наприклад, устриці, можуть заковтувати паразитів, які передаються людині, коли він вживає в їжу устриць. Тому устричні «банки», забруднені каналізаційними стоками, закриті для лову [19]. Крім того, деякі види харчових продуктів рекомендується завжди піддавати термічній обробці.

У більшості випадків патогенні організми виживають зовні господаря не більше декількох днів, а їх число, що потрапило в його тіло, визначає вірогідність розвитку інфекції. Отже, коли густина населення низька, перенесення патогенів відбувається відносно рідко, оскільки рівень їх розповсюдження невеликий і проходить досить багато часу між виділенням їх в зовнішнє середовище одним господарем і зустріччю з іншим. Проте, чим вище густина населення, тим вірогідніше зараження. Живучи і працюючи в густозаселенних містах, люди стають надзвичайно уразливими для патогенних організмів.

Перш ніж в середині XIX в. був встановлений зв'язок між захворюваннями і наявністю в покидьках патогенів, в містах часто траплялися спустошливі епідемії. В даний час в більшості країн прийняті санітарно-гігієнічні правила, які запобігають такому «круговороту» патогенів, зокрема:

(1) дезинфекція запасів води для населення хлоруванням або іншими методами;

(2) особиста санітарія і гігієна, особливо під час приготування і роздачі їжі;

(3) збір і очищення каналізаційних стоків.

Багато хто зв'язує зниження захворюваності з успіхами сучасної медицини, але дякувати, перш за все, коштує санітарно-гігієнічних правил, часто сприйманих як щось саме собою розуміюче.

1.4.2 Зниження вмісту розчиненого кисню

Скидання неочищених каналізаційних стоків у водоймища не тільки чревате небезпекою інфекційних захворювань, але і може стати причиною зниження вмісту розчиненого у воді кисню і деградації водних екосистем.

Органічна речовина, присутня в стоках, мисливська поєдаєтся редуцентами і детрітофагамі, які поглинають кисень в процесі дихання. Коли детриту надлишок, ці організми споживають розчинений кисень швидше, ніж він поповнює систему, і його запаси виснажуються. Концентрацію органіки в каналізаційних стоках часто виражають біологічною потребою в кисні (БПК), тобто кількістю кисню, яка потрібно редуцентам, щоб розкласти речовину, що поступила.

Виснаження запасів розчиненого кисню не завдає шкоди самим бактеріям-редуцентам, оскільки вони здібні до анаеробіченого дихання і бродіння. Анаеробні (позбавлені кисню) водоймища не тільки не можуть підтримувати життя риб, молюсків і ракоподібних, але і погано пахнуть, оскільки у багатьох продуктів безкисневого метаболізму вельми неприємний запах. Цим же обумовлений характерний запах каналізаційних стоків.

Крім того, виснаження запасів розчиненого кисню може збільшити небезпеку мікробного зараження. Багато патогенних організмів набагато довше живуть в анаеробних умовах. В середовищі, багатому киснем, вони швидко гинуть або з'їдаються іншими організмами.

1.4.3 Збір і очищення стічних вод

Санітарна каналізаційної системи об'єднує всі стічні труби від розташованих в будівлях раковин, ванн і тощо, як стовбур дерева об'єднує всі його гілки. З підстави цього «стовбура» витікає суміш всього, що потрапило в систему, - початкові стоки, або початкові стічні води. Оскільки ми використовуємо величезний об'єм води для видалення мізерних кількостей відходів або просто ллємо її без особливої потреби, в первинних стоках на кожну частину відходів доводиться приблизно 1000 частин води, тобто в них 99,9% води і 0,1% відходів. З додаванням зливових вод розбавлення ще більш збільшується. Але відходи або забруднювачі первинних стоків мають величезне значення. Їх підрозділяють на три категорії [34].

Сміття і пісок. Сміття – це ганчірки, пластикові пакети і інші предмети, що потрапляють в систему з туалетів або через лівнестоки, якщо ті ще не відокремлені. До піску умовно відносять і гравій; їх приносять в основному лівнестоки.

Органічна речовина, або колоїди. Це як живі організми, - патогени і непатогенні бактерії-редуценти – так і нежива органіка екскрементів, харчових відходів і волокон тканин і паперу. Термін колоїди означає, що цей матеріал не осідає, а зазвичай залишається зваженим у воді.

Розчинені речовини. Це в основному біогени, такі як з'єднання Нітрогену, Фосфору і Калію з продуктів життєдіяльності, що збагатять фосфатами з детергентів.

Щоб очищення було повним, водоочисні споруди повинні усунути всі названі категорії забруднювачів. Сміття і пісок віддаляються на етапі перед очищення. Поєднання первинного і вторинного очищення дозволяє позбавитися колоїдного матеріалу. Розчинені біогени усуваються за допомогою доочистки. Необхідно також мати на увазі, що обробка стоків у кожному конкретному випадку не обов'язково повинна включати всі чотири етапи. Найчастіше вони доповнюють один одного залежно від обставин. Отже, в деяких місцях у водоймища все ще скидають просто початкові стоки, в інших здійснюють тільки первинне їх очищення, подекуди проводять вторинну, і лише небагато міст здійснює доочистку водостоків.

Передочищення. Сміття і пісок звичайно засмічують систему і гальмують подальше очищення стоків. Тому їх усунення вважається її попереднім етапом. Від сміття позбавляються, пропускаючи початкові стоки через стрижньові грати, тобто ряду стрижнів, розташованих на відстані близько 2,5 см один від одного. Потім сміття механічно збирають з грат і відправляють в спеціальну піч для спалювання. Очищена від сміття вода потрапляє в пісковловлювач, або пісковідстійник - місткість, що нагадує плавальний басейн, де рух води сповільнюється настільки, що пісок осідає; потім він механічно витягується звідти і вивозиться на звалище.

Горизонтальний відстійник [50] - це прямокутний, витягнутий в напрямку руху води, залізобетонний резервуар (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Горизонтальний відстійник: 1 - подача води; 2 - відведення води; 3 - зона освітлення; 4 - зона накопичення осаду; 5 - розподільний лоток; 6 - водозбиральний лоток; 7 - труба для відводу осаду

У відстійник вода потрапляє через розподільчий лоток і після проосвішення збирається на протилежному боці лотком або перфорованою трубою для відводу на слідуючу споруду. Відстійник може бути поділений в повздовжньому напрямку перегородками на самостійні секції (коридори) шириною 3...6 м.

Пісковловлювачі застосовують для видалення зі стічних вод важких мінеральних забруднень (переважно піску і> 0,2...0,25 мм). Вони діляться на горизонтальні з коловим або прямолінійним рухом води, вертикальні з рухом води знизу вверх і гвинтові з поступально-обертальним рухом.

Рис. 1 .2. Схема горизонтального пісковловлювача з прямолінійним рухом води:1-вхідний патрубок; 2-проточна частина пісковловлювача; 3 осадозбірник; 4-вихідний патрубок; 5- патрубок для видалення осаду

Механічне очищення дозволяє виділяти з побутових стічних вод до 60-75% нерозчинних домішок, а з промислових до 95%, багато хто з яких як цінні домішки, використовуються у виробництві.

Первинне очищення. Після передочищення вода проходить первинне очищення – поволі пропускається через крупні баки, звані первинними відстійниками. Тут вона протягом декількох годин залишається майже нерухомою. Це дозволяє найважчим частинкам органічної речовини, що становлять 30-50 % його загальної кількості, осісти на дно, звідки їх збирають. В той же самий час жирні і маслянисті речовини спливають до поверхні, і їх знімають як вершки. Весь цей матеріал називається мул-сирець.

При первинному очищенні всього-на-всього «заливають брудну воду в судину, дають боронитися і зливають». Проте це дозволяє усунути значну частину органічної речовини при мінімальних витратах. Вода, що покидає первинні відстійники, все ще містить 50-70 % органічних колоїдів, що не осіли, і майже всі розчинені біогени. Вторинне очищення передбачає усунення органічної речовини, але не розчинених живильних елементів, що залишилася.

Вторинне очищення. Це очищення називають також біологічним, оскільки в ній беруть участь живі природні редуценти і детрітофаги, споживаючі органічну речовину і в процесі дихання перетворюючі його на воду і вуглекислий газ. Звичайно застосовуються два типи систем: краплинні біофільтри і активний мул.

У системах з краплинним біофільтром вода розбризкується і стікає цівками по шару каміння величиною з кулак, товщина яких 2-3 м. Як і в природних струмках, в цих умовах функціонує складна екосистема, що включає бактерії, простих коловерток, різних дрібних черв'яків і інших прикріплених до каміння детрітофагов. Вони буквально виїдають з протікаючої води всю органічну речовину, включаючи патогенів. Організми, випадково змиті з біофільтрів, пізніше усуваються з води, коли вона потрапляє у вторинні відстійники-місткості, аналогічні первинним відстійникам. З матеріалом, що боронився в них, поступають, як і з мулом-сирцем. Пройшовши первинне очищення і краплинні біофільтри, стічні води втрачають 85-90% органічної речовини.

У біофільтрах стічні води пропускаються через шар грубозернистого матеріалу, покритого тонкою бактерійною плівкою. Завдяки цій плівці інтенсивно протікають процеси біологічного окислення. Саме вона служить діючим початком в біофільтрах.

Рис. 1.3. Біофільтр: 1, 2 - труби для подачі та відведення води; 3 — розбризкувані; 4 - фільтрувальне завантаження; 5 - дренаж; 6 - подача повітря

Все більш широке розповсюдження одержує ще один метод вторинного очищення – система активного мулу. В цьому випадку вода після первинного очищення поступає в резервуар, де могли б розміститися декілька припаркованих один за одним трейлерів [48]. Суміш детрітофагів, звана активним мулом, додається у воду, коли та поступає в резервуар. У міру руху по ньому вона інтенсивно аеруєтся, тобто створюється багате киснем середовище, ідеальне для розвитку цих організмів. В ході їх живлення кількість органічної речовини, включаючи патогенні мікроорганізми, зменшується.

Покидаючи аераційний резервуар, вода містить безліч детрітофагів, тому її спрямовують у вторинні відстійники. Оскільки організми звичайно збираються в шматочках детриту, обложити їх відносно нескладно; осад є тим же самим активним мулом, який знову закачують в аераційний резервуар. Таким чином, детрітофаги рециклізуются, а вода очищається від органічної речовини на 90-95 %. Надлишки активного мулу, що нагромаджуються в процесі розмноження організмів, звичайно об'єднують з мулом-сирцем і надалі обробляють їх разом.

Аеротенки - величезні резервуари із залізобетону. Тут очищаючий початок - активний мул з бактерій і мікроскопічних тварин. Всі ці живі істоти бурхливо розвиваються в аеротенках, чому сприяють органічні речовини стічних вод і надлишок кисню, що поступає в споруду потоком повітря, що подається. Бактерії склеюються в пластівці і виділяють ферменти, мінералізуючи органічні забруднення. Мул з пластівцями швидко осідає, відділяючись від обчищеної води. Інфузорії, джгутикові, амеби, коловертки і інші найдрібніші тварини, пожираючи бактерії, що не злипаються в пластівці, омолоджують бактерійну масу мула.

Рис.1.4 Схема біоочищення за допомогою одноступеневого аеротенка: 1,5 - подача і скид води; 2 - аеротенк, 3 - вторинний відстійник; 4 - станція знезаражування; 6 - подача мулу; 7 - компресор; 8 - подача повітря; 9 - насосна станція ; 10 - муловий майданчик

Системи вторинного очищення не усувають розчинених біогенів. До двох останніх десятиліть не відчувалося гострої необхідності здійснювати додаткове очищення води вже після вторинної. Воду після неї просто дезинфікували хлоркою і скидали в природні водоймища. Така ситуація переважає і зараз. Проте у міру загострення проблеми евтрофікації все більше міст вводять ще один етап - доочистку, що знімає біогени.

Доочистка. Після вторинного очищення вода поступає на доочистку, що знімає один або більш біогенів. Для цього існує безліч способів. На 100% воду можна очистити дистиляцією або мікрофільтруванням. Проте це вимагає великих витрат. Сумарний об'єм стоків – близько 150 галонів в день на людину. Очищення такої кількості води названими методами дуже марнотратне, тому в даний час розробляються і упроваджуються доступніші способи. Наприклад, фосфати можна усунути, додавши у воду вапно (іони кальцію). Кальцій вступає в хімічну реакцію з фосфатом, утворюючи при цьому нерозчинний фосфат кальцію, який можна видалити фільтруванням. Якщо надлишок фосфату – основна причина евтрофікації, цього вже достатньо.

При відповідній доочистці можна добитися того, що зрештою вийде вода, придатна для пиття. Багатьох людей бліднуть при думці про вторинне використовування каналізаційних стоків, та варто пригадати про те, що в природі у будь-якому випадку вся вода скоює круговорот. Фактично відповідна доочистка може забезпечити воду кращої якості, ніж одержувана з річок і озер, що не рідко приймають неочищені каналізаційні стоки [40].

Дезинфекція. Якому б ретельному очищенню не піддавалися стічні води, звичайно їх все одно дезинфікують хлоруванням перед скиданням в природні водоймища, щоб знищити патогенні організми, які могли вижити. Використовування для цього газоподібного хлору (Cl₂) спричиняє за собою певні екологічні проблеми, що вимагають обговорення. Хлор використовують через його ефективну дію і відносну дешевизну. Проте він дуже отруйний, і його транспортування небезпечне для людей. Крім того, хлор ще більш токсичний для деяких риб. Виявилося, що навіть не уловлюване вимірювальними приладами його зміст робить згубний вплив на їх ікру і розвиток ембріонів. Нарешті, деякі кількості хлору мимовільно вступають в реакції з органічними речовинами з утворенням хлорованих вуглеводнів, тобто органічних молекул, що включають атоми хлору. Багато хто з цих з'єднань токсичний і біологічно не розкладається, а деякі здатні навіть викликати рак, порушення внутрішньоутробного розвитку і вражати систему розмноження.

Існують безпечніші дезинфікуючі засоби, наприклад озон (O₃). Він надзвичайно згубний для мікроорганізмів і, впливаючи на них, розпадається на газоподібний кисень, що покращує якість води. Проте озон не тільки токсичний, але і вибухонебезпечний.

Пропонується також впливати на воду ультрафіолетовим або іншим випромінюванням, що вбиває мікроорганізми, але не надаючим ніякого побічного явища.

Крім того, після хлорування можна додавати у воду інші речовини, наприклад діоксид сірки, які, реагуючи з хлором, утворюють нешкідливі неактивні з'єднання

РОЗДІЛ 2 Використання та охорона водних ресурсів Коростишівського району