Технология очистки сточных вод

Потребление воды населением, промышленностью, сельским хозяйством непрерывно увеличивается. Вода наряду с нефтью, углем становится стратегическим сырьем XXI века.

Для здоровья, благополучия и обеспечения необходимого качества жизни, человек постоянно нуждается в чистой воде. В результате хозяйственной деятельности количество поверхностных вод суши сокращается, а водные системы деградируют.

Загрязнение водных объектов обусловлено сбросом сточных вод. Сточные воды могут отводиться в водоемы лишь после надлежащей очистки. Решить эту проблему надлежит очистным сооружениям .

В г. Барабинске очистные сооружения расположены в северо-восточной части города.

В течение нескольких лет я занимаюсь изучением антропогенного влияния на городскую экосистему: проблемы мусора, изучение шумового загрязнения. Своим новым объектом исследования выбрала изучение эффективности работы очистных сооружений и новой линии канализационного коллектора, проблемы очистки сточных вод, изучение экологического состояния озера Боинского как приёмника очищенных сточных вод.

При проектировании очистных сооружений применяют новейшие достижения науки и техники, учитывают условия сброса сточных вод в водоемы, количество сточных вод, их состав; эксплуатацию и обслуживание очистных сооружений. Эти факторы взаимосвязаны между собой. Очистные сооружения предназначены прежде всего для предотвращения отрицательных воздействий, которые могут оказать на состояние водоемов сбрасываемые в них сточные воды. Очистные сооружения проектируют и рассчитывают на перспективу.

II. Методы очистки сточных вод

Важнейшая и наиболее сложная проблема – защита поверхностных вод от загрязнения. Главный загрязнитель – сточные воды.

2. 1. Что такое сточные воды?

Сточные воды – это воды, образующиеся после использования в производственной и бытовой деятельности человека. К сточным водам относят дождевые, иначе их называют ливневые, стоки с городских и промышленных территорий. Все они должны удаляться за пределы населенных пунктов после обработки, очистки и обеззараживания на специальных очистных сооружениях. Ежегодно в водоемы Земли сбрасывается около 500 миллиардов кубометров воды, прошедшей очистку. Но чтобы она стала безопасной, для ее разбавления требуется в 10 раз больше чистой природной воды.

Бытовые сточные воды часто содержат большой процент моющих средств. При их сбросе без предварительной очистки на поверхности рек и других водоемов может образовываться обильная пена. В результате нарушаются кислородный режим и процессы самоочищения водоема. Наблюдаются случаи массовой гибели рыбы.

Промышленные сточные воды промышленных предприятий содержат соли тяжелых металлов: свинца, кадмия, никеля, меди, цинка, а также имеют высокие концентрации таких ядовитых веществ, как фенолы. В сточных водах животноводческих комплексов великое множество органических, минеральных веществ и микроорганизмов. Эти стоки несут постоянную угрозу возникновения инфекционных заболеваний человека и животных. Проходя через сельскохозяйственные поля, вода вымывает из почвы различные растворимые вещества, в том числе удобрения и пестициды.

Для того чтобы избежать загрязнений окружающей среды, ученые разработали специальные устройства для очистки сточных вод, их обезвреживания и выделения из них целого ряда нужных для человека соединений.

Наиболее действенный способ: внедрение безводной и безотходной технологий.

Ввиду огромного многообразия состава сточных вод существуют различные способы очистки: механический, физико-химический, химический, биологический, электрохимический.

2. 2. Технология очистки сточных вод

Существует несколько методов очистки сточных вод. Во многих случаях прибегают к простейшему методу – очистке путем выпуска сточных вод в водоем в расчете на его самоочищение.

Такой метод очистки наносит народному хозяйству большой ущерб, загрязняя водоемы. При соответствующих геологических и гидрогеологических условиях (пески, супески, легкие суглинки и низкое стояние грунтовых вод – ниже 1,5 м от поверхности земли) применяются почвенные методы очистки сточных вод (биологическая очистка в естественных условиях). При этом учитываются процессы самоочищения, развивающиеся в почве.

2. 1. 1. Механический метод очистки

При механической очистке из стоков удаляются нерастворенные и часть коллоидных загрязнений. Крупные отбросы различного происхождения задерживаются решетками, более мелкие, находящиеся в воде во взвешенном состоянии, - ситами. Минеральные загрязнения, удельный вес частиц которых выше удельного веса воды (песок, угольная пыль и др. ), осаждаются в песколовках. Органические взвешенные загрязнения выделяются из сточной жидкости в отстойники. Вещества, удельный вес которых больше удельного веса воды, также задерживаются в отстойниках, а легче воды (жиры, масла) – в жироловках, нефтеловушках, маслоотделителях или смолоуловителях. Мелкую известь отделяют при помощи песчаных или шлаковых фильтров.

Механо-химическую очистку также применяют для удаления из сточной жидкости нерастворенных и частично коллоидальных загрязнений.

Механический метод очистки предусматривает удаление из сточных вод путем процеживания , отстаивания и фильтрации до 90% нерастворимых механических примесей различной степени и бытовых – до 60%.

Для этих целей применяются решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники различных типов .

2. 1. 2. Химический метод очистки

К химическим способам относят нейтрализацию и окисление. Для нейтрализации кислот, щелочей в сточные воды вводят специальные реагенты (известь, кальцинированную соду, аммиак) и различные окислители. С их помощью сточные воды освобождаются от токсичных компонентов.

При физико-химической очистке используется:

• коагуляция – введение в сточные воды коагулянтов ( солей NH4, Fe, Cu) для образования хлопьевидных осадков;

• сорбция – способность некоторых веществ поглощать загрязнения. Методом сорбции возможно извлечение из сточных вод ценных растворимых веществ и их утилизация;

• флотация – пропуск через сточные воды воздуха. Газовые пузырьки захватывают при движении вверх поверхностные вещества- нефть, масла, образуют на поверхности воды легко удаляемый пенообразный слой .

2. 1. 3. Биологический метод очистки

Биологический метод основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов использовать для своего развития органические и неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (H2, S, NH3, нитраты, сульфиды).

Очистку ведут с помощью естественных методов (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) и искусственных (аэротенки, метатенки, биофильтры). После осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в железобетонных резервуарах (метатенках) и затем удаляют на иловые площадки для подсушивания. Подсушенный осадок обычно используется как удобрение (однако последнее время в сточных водах образуется тяжелые металлы, что исключает такой способ утилизации отходов).

Осветленная часть сточных вод очищается в аэротенках – специальных закрытых резервуарах, по которым медленно пропускают стоки, обогащенные кислородом и смешенные с активным илом (совокупность гетеротрофных микроорганизмов) и мелких беспозвоночных животных (дрожжи, грибы, коловратки), а также твердого субстрата. Их называют анаэробами.

После вторичного отстаивания сточные воды обеззараживаются (дезинфицируют) с помощью соединения хлора. При этом способе уничтожаются патогенные бактерии, вирусы, болезнетворные организмы. В системах очистки сточных вод биологический метод является завершающим, и после его применения сточные воды можно сбрасывать в поверхностные водоемы.

В последние годы активно разрабатываются новые эффективные методы, способствующие экологизации сточных вод. Целый ряд загрязняющих веществ, имеющих искусственное происхождение и не встречающихся в природе, создают большие проблемы. От них не удается избавиться даже с помощью бактерий.

2. 1. 4. Электрохимические метод очистки

Электрохимические ( анодные и катодные) процессы :

• мембранные процессы очистки (ультрафильтры);

• магнитная обработка;

• радиационная очистка воды;

• озонирование.

Известно, что значительную роль в заражении водных объектов играют пестициды, удобрения. Очень сложна утилизация животноводческих стоков .

III. Современное состояние городских очистных сооружений(ГОС)

Озеро Боинское расположено на северо-восточной окраине города Барабинска, на удалении 1000 метров от жилых построек. Южнее озера, на удалении 500 метров, проходит линия Транссибирской железной дороги. Именно здесь на пустыре расположены городские очистные сооружения (ГСО) г. Барабинска.

Сброс сточных вод в озеро самостоятельно осуществляет два предприятия города: Барабинское предприятие жилищно-коммунального хозяйства и Барабинская линейная призводственно- диспетчерская станция, которые являются хозяевами трех существующих в городе канализационных коллекторов. Городские предприятия, которые не имеют доступа ни к одному из канализационных коллекторов, производят сброс сточных вод в водонепроницаемые выгреба. Откуда ассенизаторские машины отвозят стоки и сливают их в приемные колодцы коллектора городских очистных сооружений. Годовой объем отводимых сточных вод составляет 3020,5 тыс. м3 в год. Из них поступает на очистку 2148 тыс. м3 стоков ежегодно.

Биологические очистные сооружения , проектной мощностью около 7тыс. м3 в сутки , введены в действие в 1991году. До этого времени существовали старые очистные , близ которых и было проведено строительство новых ГОС. Расположены они на западной оконечности озера.

Сточные воды по трем сбросовым городским коллекторам d = 300 и 400 мм, включающим напорные и безнапорные участки, поступают в насосную станцию. Через решетки для отделения крупных механических примесей, расположенные в насосной станции, сточные воды по напорным трубопроводам подаются последовательно в приемную камеры, на песколовки, в первичные отстойники, где отделяется часть взвешенных веществ, мешающих нормальному процессу биологической очистки. Отбросы с решеток вывозятся на мусорный полигон. Из первичных отстойников вода поступает в аэротенки, где и происходит основной процесс биологической очистки, основывающийся на способности микроорганизмов активного ила использовать для питания находящиеся в сточной воде органические вещества, для обеспечения которых подается воздух. Из аэротенок иловая смесь поступает во вторичные отстойники для разделения и через контактный резервуар и лоток сбрасываются в озеро Боинское. Часть активного ила возвращается в аэротенки (возвратный ил). Избыточный активный ил и осадок из первичных отстойников обрабатываются в аэробном стабилизаторе и полученный в нем уплотненный осадок насосами перекачивается на иловые площадки для дальнейшего обезвоживания. Дренажные воды с иловых площадок возвращаются в приемную камеру. Основными веществами, подвергающимися очистке на городских очистных сооружениях, являются взвешенные вещества и соединения азота, биологическое потребление кислорода.

Эффективность очистки видна из таблицы . Контроль за качеством воды осуществляется лабораторией ГОС и специнспекцией по экологии.

Значительное поступление веществ без стока в другие водоемы способствует их аккумуляции в озере, его прибрежной растительности и обитающих животных. Из-за повышенного содержания легко окисляющихся органических веществ в теплый период года идет интенсивное окисление. При этом жители прилегающих улиц ощущают запах аммиака, идущего от озера.

В результате постоянного притока большого количества различных веществ произошло изменение химического состава озера . Как видно из таблицы в водах озера наблюдается повышенное содержание таких загрязняющих веществ, как сульфат-ионы, хлорид-ионы, различных соединений азота. В 2003г. поступило свыше 2,5 млн. м3 сточных вод, из которых лишь 1,9 млн. м3 прошли очистку. Подобное количество воды вызывает изменение гидрологического режима озера. Уровень его воды постоянно высок. Но нельзя забывать и о том, что загрязнение вод озера может привести к загрязнению одного из источников водоснабжения частного сектора городского населения – грунтовых вод. И это вполне реальная угроза, если учитывать постоянно высокий уровень воды в оз. Боинское.

IV. Экспертиза канализационного коллектора города

В 2003году была сдана в эксплуатацию новая линия канализационного коллектора, расположенная в южной части города. , на базе ГОС, которые очищают промышленные и бытовые стоки. Это повлияло на улучшение экологической обстановки в южной части города и увеличение уровня грунтовых вод и заболачивание в северо-восточной.

Для проведения экологической экспертизы обводного напорного канализационного коллектора в южной части г. Барабинска были рассмотрены следующие документы: схема прокладки коллектора , схема расположения насосных станций, справки ГОС и ЦГСЭН с данными экологической обстановки и приемнике сточных вод (оз. Боинское), план природоохранных мероприятий.

Основанием для разработки и прокладки коллектора послужила неблагоприятная ситуация, связанная с транспортировкой сточных вод по устаревшей системе канализации города. Насосные станции этой системы работали практически в аварийном режиме из-за большего количества стоков. Поэтому новая ветка коллектора частично осуществила разгрузку уже существующей канализационной системы города, а также отвод сточных вод из южной части г. Барабинска. Введение в строй этого коллектора позволило канализировать часть жилого сектора, во время весеннего половодья сняло часть нагрузки с основной системы. Коллектор отводит сточные воды на ГОС для прохождения биологической очистки и сброса очищенной воды в оз. Боинское .

Протяженность коллектора составляет 9км с пятью дополнительными насосными станциями. Коллектор дополнил и расширил уже существующую городскую инфраструктуру.

Экологическая ситуация в городе далека от благополучия. Часть городского населения в частном жилом секторе использует в качестве источника питьевого водоснабжения залегающие близко в поверхности водоносные слои, как правило, имеющие связь с поверхностными водами. И потому введение новой линии коллектора способствует улучшению качества питьевой воды.

1. Последствия воздействия функционирования коллектора на компоненты природной среды

Как уже отмечалось, основными компонентами, которые испытывают воздействие в результате функционирования коллектора, являются поверхностные и подземные воды, а также почвы.

4. 1. 1. Воздействие на поверхностные воды

Приемником сточных вод, отводимых от городских очистных сооружений ,является оз. Боинское .

Ежегодный уровень воды в озере постоянно высокий, в сравнении с соседними озерами, это хорошо заметно в конце лета. Возникает вопрос: «Куда уходит вода?» Часть воды испаряется в теплый период года с поверхности озера, часть уходит на питание грунтовых вод, часть вытекает из озера в соседнее с ним оз. Бугристое по связывающему их каналу. Из оз. Бугристого вода по системе каналов поступала в реку Омь. Однако эта система каналов создавалась в период строительства городских очистных сооружении в 70-е годы. На сегодняшний день эти каналы практически не функционируют. Они частично разрушены, частично засыпаны.

Строительство коллектора привело к увеличению объема поступления сточных вод на очистные сооружения и соответственно в озеро. Поступающие воды несут в себе повышенное содержание минеральных и органических веществ. Таким образом, при недостаточном оттоке воды из оз. Боинское возникает ситуация, при которой в водах озера начинают аккумулироваться различные вещества. Причем органические вещества вызывают бурный рост микроорганизмов, «цветение» воды, неприятны запах.

Помимо химического меняется и температурный режим озера. Сбрасываемые воды имеют повышенную температуру по отношению к природным водам. Особенно хорошо это видно в холодный период года. Вблизи выпускного лотка очистных сооружении поздней осенью существует долгое время незамерзающая полынья, в то время когда все озеро уже покрыто льдом.

В существующей ситуации, когда в озеро поступает большое количество различных веществ и изменен температурный режим ,возникает опасность того, что оз. Боинское может стать источником распространения инфекционных заболевании. Поэтому параллельно со строительством коллектора необходимо решать вопрос о поступающих в оз. Боинское очищенных сточных вод. Необходимо восстановить и очистить систему водоотводящих каналов, соединяющих оз. Бугристое с рекой Омь. Это позволит удержать уровень оз. Боинское в настоящих пределах, а возможно и частично снизить его. Также при оттоке воды будет происходить и отток веществ, поступающих с очистных сооружений.

4. 1. 2. Воздействие на подземные воды

Подъем уровня воды озера вызывает и подъем уровня грунтовых вод. Следствием этого является заболачивание новых территории в северо-восточной части города. Так по опросам населения, проживающего вблизи очистных сооружении, по ул. Советской, Некрасова, Лазо и других близкорасположенных улицах в последние 30 лет произошло заболачивание многих огородов в этом районе. Если ранее этот район отличался качественными почвами и благоприятным режимом увлажнения, то сейчас многие частные огороды не обрабатываются вследствие близкого расположения грунтовых вод к поверхности. Также из опросов выяснено, что многие погреба затопляются водой, чего раньше практически не случалось. Визуальным обследованием выяснено, что многие дома, особенно старой постройки, расположенные на перечисленных улицах, буквально погружаются в землю. Дома новой постройки имеют ,как правило , высокий фундамент.

Помимо подъема уровня грунтовых вод существует опасность их загрязнения. Здесь необходимо сказать, что эти воды служат в городе источником водоснабжения, в основном частного сектора. Поэтому попадание в подземные горизонты вод оз. Боинского, не отличающихся чистотой, может привести к вспышке инфекционных заболеваний, так как природный состав подземных вод, по некоторым показателям, не соответствует требованиям ГОСТа.

Непосредственно сам коллектор во время эксплуатации помогает снять часть нагрузки со старой канализационной системы, что приведет к уменьшению числа аварии на ней. В весенний период коллектор используется для сброса части талых вод через очистные сооружения в оз. Боинское, что помогло снизить обводненность южной части города и улучшить санитарное положение в этом районе.

4. 1. 3. Влияние на почвы

На этапе строительства коллектора было оказано влияние на почвы, но это носит временный характер. При заглублении трубопровода вынутый грунт складировался поблизости. После завершения строительства и ввода в эксплуатацию коллектора на временно отчужденных землях будет проведена соответствующая рекультивация нарушенных земель с созданием вокруг каждой станции санитарно-защитной зоны с последующим благоустройством и озеленением территории, но на осень 2003г. данные работы не были проведены.

Влияние коллектора на почвы повлечет за собой повышение уровня грунтовых вод, заболачивание и засоление почв. Последствия засоления также хорошо заметны. На повышенных участках местности, вблизи оз. Боинского, не занятых постройками и приусадебными участками, хорошо виден белый налет на земле, там идет процесс испарения поднимающихся к поверхности грунтовых вод, а минеральные вещества, принесенные водами, остаются в почве, проявляясь белым солевым налетом на поверхности, ухудшая ее плодородие. Как следствие этого изменился видовой состав растительности [4, стр. 63].

В своей работе я постаралась рассмотреть ситуацию, сложившуюся вокруг оз. Боинского и прилегающих к озеру территорий, и предложила возможные пути выхода из сложившейся ситуации. Свои выводы основывала на материалах проведенных исследований, которые включали в себя сбор материала путем опроса местных жителей, натурального обследования озера как водной экосистемы, ознакомления с технологией работы ГОС, изучение проб озерной воды, , а также сточных вод на входе в систему ГОС и выходе оз. Боинское и сравнения результатов с данными лаборатории ГОС. Познакомилась и научилась работать на аналитических и технических весах, фотоэлектрокаллориметре, пользоваться муфельной печью.

Вместе с тем необходимо отметить , что строительство коллектора повлечет за собой улучшение экологической обстановки в южной части г. Барабинска, так как оттуда будут собираться и удаляться стоки и часть талых вод весной. К тому же коллектор позволит разгрузить старую систему канализации, что уменьшит опасность аварии на ней с дальнейшими неблагоприятными последствиями.

Однако невыполнение ряда природоохранных мероприятий повлечет за собой :

• повышение уровня воды в оз. Боинском, насыщенность минеральными и органическими веществами, которые приведут к загрязнению грунтовых вод, служащих источником водоснабжения городского населения, и как следствие – вспышке инфекционных заболеваний;

• заболачивание и повышение уровня грунтовых вод в северо-восточном районе города.

Мои предложения:

▪ для этого необходимо решить проблему сброса сточных вод из оз. Боинского по каналам в оз. Бугристое и реку Омь;

▪ создать вокруг каждой насосной станции санитарно-защитную зону с последующим благоустройством и озеленением территории.

▪ экономить потребление воды в бытовых и промышленных целях, для этого я выпустила экологическую листовку "Береги воду!" и составила обращение к главе администрации муниципального образования г. Барабинска Яцуну С. А. для предоставления эфирного времени на местном телевидении с целью пропаганды бережного использования воды в быту .

Следует отметить, что предлагаемые мною мероприятия носят рекомендательный характер, не учитывать их , на мой взгляд, нельзя, так как это может привести к серьезным последствиям.

Я считаю, что если сейчас обратить внимание на проблемы озера и решить их, то в будущем можно избежать последствий тех негативных процессов. , которые развиваются уже сейчас. Пока для этого необходимо совсем немного.

В ходе работы по изучению технологических процессов ГОС и новой линии канализационного коллектора я выявила положительные и отрицательные факторы влияния на окружающую среду г. Барабинска и предложила свои пути выхода из сложившейся ситуации.