Методы очистки сточных вод подбирают не по названию оборудования и не по универсальной схеме из каталога. Решение зависит от происхождения стоков, расхода воды, концентрации загрязняющих веществ, неравномерности поступления, направления отвода и качества, которого необходимо достичь после очистки. Для промышленных предприятий обычно применяется несколько последовательных стадий: механическая подготовка, физико-химическая или химическая обработка, биологическая очистка, доочистка и при необходимости обеззараживание.
До выбора технологии предприятию важно определить всю схему образования и движения стоков: где используется вода, какие потоки формируются, можно ли их смешивать, куда они отводятся и какие показатели необходимо контролировать. Эти задачи входят в комплекс работ по охране и использованию водных ресурсов, включающий подготовку документации, расчёты, проектирование очистных сооружений и сопровождение вопросов водопользования.
Самая дорогая ошибка — сначала купить очистную установку, а затем пытаться приспособить её к фактическому составу производственных сточных вод. Грамотная схема строится в обратном порядке: анализируют источники и состав загрязнений, устанавливают требуемую степень очистки, разделяют несовместимые потоки и только после этого выбирают методы и оборудование.
Что относится к очистке сточных вод
Очистка сточных вод — это комплекс процессов, с помощью которых из воды удаляют взвешенные частицы, органические соединения, нефтепродукты, жиры, металлы, соли, поверхностно-активные вещества, соединения азота и фосфора, микроорганизмы и другие загрязнения.
На предприятии могут образовываться разные категории стоков:
производственные — от технологических процессов, мойки сырья, деталей и оборудования;
хозяйственно-бытовые — от санитарно-бытовых помещений;
поверхностные — дождевые и талые воды с территории;
охлаждающие и продувочные воды;
промывные растворы;
концентрированные периодические или залповые сбросы;
смешанные сточные воды.
Каждый поток имеет собственный состав и режим образования. Например, вода после мойки пищевого оборудования содержит преимущественно органические вещества и моющие средства, стоки металлообработки — масла, эмульсии и металлы, а поверхностный сток с парковки — взвешенные вещества и нефтепродукты.
Поэтому выражение «очистка промышленных сточных вод» обозначает не одну технологию, а инженерную задачу, которую необходимо решать для конкретного производства.
Какие методы очистки сточных вод применяются
К основным методам очистки сточных вод относятся механические, химические, физико-химические и биологические процессы. Отдельными стадиями могут быть доочистка, мембранная обработка, обеззараживание и обработка образующегося осадка.
| Классификация методов | Для чего применяются |
|---|---|
| Механические | Удаление крупного мусора, песка, взвешенных частиц, плавающих примесей и части нефтепродуктов |
| Химические | Нейтрализация, окисление, восстановление и перевод растворённых загрязнений в осадок |
| Физико-химические | Коагуляция, флокуляция, флотация, сорбция, ионный обмен и мембранное разделение |
| Биологические | Разложение органических веществ с участием микроорганизмов |
| Доочистка | Удаление остаточных взвесей, органики, солей и специфических загрязнителей |
| Обеззараживание | Снижение микробиологической нагрузки перед сбросом или повторным использованием воды |
На практике способы и методы очистки сточных вод объединяют в технологическую цепочку. Одноступенчатая система подходит только для сравнительно простых и стабильных стоков.
Как работает механическая очистка сточных вод
Механическая очистка удаляет загрязнения, которые можно отделить от воды без изменения их химического состава. Обычно это первая стадия, защищающая насосы, трубопроводы и последующее оборудование.
К механическим методам относятся:
процеживание через решётки и сита;
удаление песка и тяжёлых минеральных частиц;
отстаивание;
фильтрация;
отделение плавающих примесей;
задержание масел и нефтепродуктов;
центробежное разделение;
усреднение расхода и состава стоков.
Как происходит очистка сточных вод методом отстаивания
При отстаивании поток поступает в резервуар, где скорость движения воды уменьшается. Частицы, плотность которых выше плотности воды, оседают на дно, а лёгкие примеси, жиры и нефтепродукты могут подниматься к поверхности.
Метод применяется для удаления:
песка;
окалины;
частиц грунта;
волокон;
части взвешенных веществ;
осадков, образовавшихся после реагентной обработки.
Эффективность зависит от размера и плотности частиц, времени пребывания воды, температуры, конструкции отстойника и равномерности поступления стоков. Мелкодисперсные и растворённые вещества простым отстаиванием не удаляются.
Поэтому отстойник редко является полноценной системой очистки промышленных сточных вод. Чаще он подготавливает воду к флотации, реагентной обработке, биологическому процессу или фильтрации.
Что относится к физико-химическим методам очистки сточных вод
Физико-химические методы применяют для загрязнений, которые плохо отделяются обычным отстаиванием или находятся в растворённом, коллоидном и эмульгированном состоянии.
Коагуляция и флокуляция
В воду вводят реагенты, которые нарушают устойчивость мелких частиц и объединяют их в более крупные хлопья. После этого загрязнения можно удалить отстаиванием, флотацией или фильтрацией.
Метод применяют для снижения содержания:
мелкодисперсных взвесей;
эмульгированных масел;
окрашенных веществ;
части органических соединений;
фосфатов;
отдельных металлов;
некоторых поверхностно-активных веществ.
Результат зависит не только от типа реагента, но и от его дозировки, pH, интенсивности смешения, температуры и состава воды. Повышение расхода коагулянта не всегда улучшает очистку и может увеличить объём осадка.
Флотация
При флотации в воду подают мелкие пузырьки воздуха. Они прикрепляются к загрязняющим частицам и поднимают их на поверхность, где образовавшийся слой удаляется.
Флотационные установки используют для стоков, содержащих:
масла и жиры;
нефтепродукты;
эмульсии;
волокнистые частицы;
мелкие взвеси;
продукты коагуляции.
Метод востребован в пищевой промышленности, металлообработке, на транспортных и ремонтных предприятиях, при очистке стоков моек и производств, использующих маслосодержащие жидкости.
Сорбция
Сорбционные материалы удерживают растворённые загрязнения на своей поверхности. Наиболее известный сорбент — активированный уголь, однако в зависимости от задачи применяются и другие материалы.
Сорбция подходит для доочистки воды от:
остаточной органики;
запахообразующих веществ;
красителей;
нефтепродуктов;
отдельных поверхностно-активных веществ;
веществ, которые плохо удаляются биологически.
Сорбционный фильтр не следует устанавливать вместо основных стадий очистки. При высокой загрязняющей нагрузке материал быстро исчерпывает ресурс, а эксплуатационные расходы возрастают.
Ионный обмен
Ионообменные материалы избирательно извлекают из воды определённые ионы. Метод может применяться для удаления металлов, снижения жёсткости, деминерализации и подготовки воды к повторному использованию.
Для сильно загрязнённых стоков ионный обмен обычно используют после предварительной очистки. Взвешенные вещества, масла и органика способны загрязнять загрузку и сокращать срок её работы.
Мембранные методы
К мембранным процессам относятся микро- и ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос и другие способы разделения воды и растворённых компонентов.
Мембранная очистка позволяет получать воду высокого качества, но требует:
эффективной предварительной подготовки;
контроля загрязнения мембран;
периодической промывки;
решения вопроса с концентратом;
стабильных режимов эксплуатации.
Обратный осмос не уничтожает загрязнения, а разделяет поток на очищенную воду и концентрат. Поэтому ещё до внедрения системы необходимо определить, как будет собираться, обрабатываться или удаляться концентрированный остаток.
Какие процессы относятся к химической очистке сточных вод
Химические методы основаны на реакциях, в результате которых загрязняющее вещество нейтрализуется, окисляется, восстанавливается либо переходит в форму, доступную для последующего отделения.
Нейтрализация
Нейтрализация применяется для кислых и щелочных стоков. Её задача — привести pH к диапазону, необходимому для последующих процессов очистки, безопасной эксплуатации оборудования или выполнения условий отвода воды.
Для стабильной работы важно учитывать не только текущее значение pH, но и буферные свойства воды. Два потока с одинаковым pH могут требовать разного расхода реагента.
Химическое осаждение
Растворённые загрязнения переводят в нерастворимые соединения, после чего удаляют в виде осадка. Метод может использоваться для извлечения металлов, фосфатов и отдельных неорганических компонентов.
При проектировании учитывают:
требуемый реагент;
диапазон pH;
полноту реакции;
свойства образующегося осадка;
необходимость его сгущения и обезвоживания;
последующее обращение с осадком.
Окисление и восстановление
Химическое окисление может применяться для разрушения трудноокисляемых органических соединений, снижения запаха, обработки сульфидов и подготовки воды к биологической очистке.
Восстановительные процессы используют, когда загрязняющее вещество необходимо перевести в менее подвижную или более доступную для осаждения форму.
Химическая очистка сточных вод требует точного дозирования и контроля. Реагенты не должны подбираться только по лабораторному показателю без учёта всего состава воды: побочные реакции могут увеличить солесодержание, изменить свойства осадка или создать дополнительную нагрузку на следующую ступень.
Как работает биологическая очистка сточных вод
Биологическая очистка основана на способности микроорганизмов использовать органические загрязнения как источник питания. Метод широко применяется для хозяйственно-бытовых и производственных стоков с биоразлагаемой органикой.
Основные процессы могут проходить:
в присутствии кислорода — аэробная очистка;
без свободного кислорода — анаэробная очистка;
с чередованием разных условий для удаления соединений азота;
в сооружениях с активным илом;
на закреплённой биоплёнке;
в комбинированных биологических реакторах.
Для устойчивой работы микроорганизмам необходимы подходящие температура, pH, содержание кислорода, питательных элементов и допустимая концентрация токсичных веществ.
Биологические сооружения могут работать нестабильно, если в них поступают:
концентрированные кислые или щелочные растворы;
растворители;
дезинфицирующие средства;
тяжёлые металлы;
масла;
большие количества синтетических моющих средств;
залповые сбросы горячей или высококонцентрированной воды.
Поэтому производственные стоки перед биологической стадией часто усредняют, нейтрализуют или очищают физико-химическими методами.
Как очищают сточные воды от СПАВ
Синтетические поверхностно-активные вещества — СПАВ — поступают в стоки с моющими, обезжиривающими, текстильными, косметическими и технологическими растворами. Они могут стабилизировать эмульсии, образовывать пену и ухудшать работу отдельных стадий очистки.
Универсального метода очистки вод от СПАВ нет. Выбор зависит от типа вещества, концентрации, биоразлагаемости, наличия масел, солей и других органических компонентов.
Для удаления СПАВ могут применяться:
сокращение поступления вещества в канализацию;
раздельный сбор концентрированных моющих растворов;
усреднение стоков;
коагуляция и флокуляция;
флотация;
биологическая очистка для биоразлагаемых соединений;
сорбция;
химическое окисление;
мембранная доочистка.
Наиболее экономичный подход часто начинается не с усиления очистных сооружений, а с технологического аудита. Замена моющего состава, контроль его дозирования, повторное использование раствора или отдельный сбор первого концентрированного смыва могут существенно уменьшить нагрузку.
Для чего выполняется обеззараживание сточных вод
Обеззараживание снижает содержание микроорганизмов перед сбросом воды или её повторным использованием. Оно не заменяет механическую, химическую и биологическую очистку, поскольку мутность и остаточная органика могут уменьшать эффективность процесса.
Применяются:
ультрафиолетовая обработка;
реагентные способы;
озонирование;
комбинированные решения.
Метод выбирают с учётом качества воды после основных стадий, необходимой степени обеззараживания, производительности и требований к остаточным реагентам.
Установка обеззараживания в начале технологической цепочки обычно не решает задачу. Сначала необходимо удалить загрязнения, которые экранируют микроорганизмы или расходуют вводимый реагент.
Почему промышленным предприятиям нужна многоступенчатая схема
Комбинированная технология нужна потому, что загрязнения находятся в разных состояниях. Решётка задержит крупный мусор, но не удалит растворённые соли. Биологический реактор переработает часть органики, но не предназначен для отделения песка или высоких концентраций металлов. Сорбционный фильтр обеспечит доочистку, но быстро потеряет работоспособность при большом количестве взвеси.
Типовая логика может выглядеть так:
Разделение несовместимых потоков.
Сбор и усреднение сточных вод.
Задержание крупного мусора и песка.
Отделение масел, жиров и взвешенных веществ.
Корректировка pH.
Физико-химическая обработка.
Биологическая очистка при наличии биоразлагаемой органики.
Фильтрация или сорбционная доочистка.
Обеззараживание.
Контроль качества перед отводом или возвратом воды.
Это не универсальная схема очистки сточных вод, а последовательность, которую сокращают, дополняют или изменяют под конкретный объект.
Для нового производства, реконструкции или модернизации разрабатывают проект очистных сооружений. В проекте связывают состав стоков, производительность, технологические процессы, оборудование, сети водоотведения, точки контроля и решения по обращению с осадком.
Как выбрать методы очистки производственных сточных вод
Выбор технологии начинается с ответа на четыре вопроса:
Какие сточные воды образуются?
Сколько их образуется в среднем и в периоды максимальной нагрузки?
Куда будет отводиться очищенная вода?
Какое качество необходимо получить на выходе?
Что нужно знать о составе стоков
Оценивают не только среднюю концентрацию загрязняющих веществ, но и колебания в течение смены, недели и производственного цикла.
Необходимо учитывать:
pH;
температуру;
взвешенные вещества;
масла, жиры и нефтепродукты;
органическую нагрузку;
соединения азота и фосфора;
соли;
металлы;
СПАВ;
специфические компоненты сырья и реагентов;
вещества, способные подавлять биологическую очистку.
Два предприятия с одинаковым объёмом водоотведения могут нуждаться в принципиально разных технологиях. Даже на одной площадке стоки разных цехов целесообразно очищать раздельно.
Почему важен расход и режим поступления
Очистные сооружения рассчитывают не только по среднесуточному объёму. Нужно учитывать:
часовые пики;
мойки в конце смены;
залповые сбросы;
сезонность;
остановки производства;
изменение ассортимента;
перспективу увеличения мощности;
возвратные потоки от промывки фильтров и обработки осадка.
Если установка рассчитана на среднее значение без учёта пиков, вода проходит ступени слишком быстро, реагенты дозируются неточно, осадок выносится из отстойников, а качество очистки становится нестабильным.
Почему нужно определить направление отвода
Целевые показатели зависят от того, куда направляются сточные воды:
в централизованную систему водоотведения;
непосредственно в поверхностный водный объект;
в накопитель с последующим вывозом;
на собственные очистные сооружения;
в оборотную или повторную систему водоснабжения.
Для сброса в городскую канализацию учитываются условия принимающей организации. При самостоятельном выпуске в поверхностный водный объект могут потребоваться расчёт нормативов допустимых сбросов и оформление документов для водопользования. Расчёт НДС определяет допустимые концентрации и массы веществ, а проект очистных сооружений — техническое решение, позволяющее достигнуть необходимых показателей.
Зачем проводить анализ сточных вод перед выбором технологии
Лабораторный анализ показывает, какие загрязнения фактически присутствуют в воде и в каких концентрациях. Без этих данных невозможно обоснованно выбрать реагенты, биологический процесс, сорбент, мембрану или производительность отдельных сооружений.
При обследовании действующего предприятия пробы могут отбираться:
в местах образования отдельных потоков;
до локальной очистки;
после каждой проблемной стадии;
на общем выпуске;
перед передачей воды в централизованную сеть;
после полной очистки;
в контрольных точках водного объекта, если это предусмотрено задачей.
Методы анализа сточных вод и перечень показателей определяются составом производства и целью контроля. В лаборатории могут применяться фотометрические, титриметрические, электрохимические, гравиметрические, хроматографические и другие утверждённые методы.
При этом один анализ на общем выпуске не всегда показывает источник проблемы. Если в общую канализацию поступают стоки нескольких цехов, полезнее сначала исследовать отдельные потоки, а затем сопоставить их с суммарным результатом.
Какие экологические документы связаны с очисткой сточных вод
Очистные сооружения не существуют отдельно от документации предприятия. После изменения технологии, объёма производства или схемы водоотведения может потребоваться пересмотр экологических документов.
В зависимости от ситуации предприятию могут понадобиться:
схема водоснабжения и водоотведения;
индивидуальные технологические нормативы водопотребления и водоотведения;
проект локальных очистных сооружений;
протоколы лабораторного контроля;
расчёт нормативов допустимых сбросов;
разрешение на специальное водопользование;
документы производственных наблюдений;
расчёт экологического налога;
актуализация экологического паспорта;
мероприятия по рациональному использованию воды.
Потребность в конкретном документе зависит от источника воды, направления водоотведения, объёмов, характеристик выпусков и применимой к объекту разрешительной процедуры. Поэтому экологические услуги для предприятия целесообразно начинать не с заказа отдельной формы, а с проверки всей фактической схемы водопользования.
Если вода используется в технологическом процессе, а объёмы стоков связаны с количеством продукции или сырья, может потребоваться разработка индивидуальных нормативов водопотребления и водоотведения. Расчёт связывает поступление воды, производственные нужды, оборотное использование, безвозвратное потребление и образование стоков.
При сбросе сточных вод непосредственно в окружающую среду необходимость получения разрешения на специальное водопользование оценивается с учётом конкретной схемы объекта и действующих требований Республики Беларусь.
Когда предприятию нужно пересматривать систему очистки
Проверка действующей технологии нужна не только после выявленного превышения. Её проводят при изменениях, которые могут повлиять на расход или состав стоков.
Типовые ситуации:
запуск нового производства;
увеличение производительности;
изменение сырья или рецептуры;
замена моющих и дезинфицирующих средств;
подключение новой технологической линии;
объединение стоков нескольких участков;
изменение режима работы предприятия;
появление залповых сбросов;
реконструкция канализации;
изменение направления отвода воды;
рост расхода реагентов и электроэнергии;
нестабильная работа биологической ступени;
образование избыточного количества осадка;
запах, пенообразование или вынос загрязнений;
расхождение проектных и фактических показателей;
повторяющиеся отклонения в лабораторных протоколах.
Иногда модернизация не требует полной замены сооружений. Достаточно разделить потоки, установить усреднительную ёмкость, изменить точку подачи реагента, улучшить аэрацию, добавить отстойник или ступень доочистки. Но такое решение принимают после обследования и расчёта, а не по единичному показателю.
Какие ошибки допускают при выборе метода очистки
Покупают готовую установку без анализа стоков
Производительность выбирают только по кубическим метрам в сутки, не учитывая загрязняющую нагрузку. В результате оборудование пропускает необходимый объём воды, но не обеспечивает требуемое качество.
Смешивают все стоки предприятия
Концентрированный химический раствор, условно чистая охлаждающая вода и хозяйственно-бытовые стоки направляются в одну сеть. Это увеличивает общий объём очистки и может нарушить биологические процессы.
Не учитывают залповые сбросы
Среднесуточные показатели выглядят приемлемо, но после мойки оборудования концентрации возрастают в несколько раз. Без усреднения сооружения работают нестабильно.
Пытаются удалить растворённые вещества отстаиванием
Отстойник отделяет оседающие частицы, но не предназначен для удаления большинства растворённых солей и устойчивых органических соединений.
Устанавливают угольный фильтр как основную ступень
Сорбционная загрузка быстро загрязняется взвесями и органикой. Сорбцию рациональнее использовать после предварительной очистки.
Не предусматривают обращение с осадком
Загрязнения не исчезают после коагуляции, флотации или отстаивания, а переходят в осадок. Его необходимо собирать, обезвоживать, учитывать и передавать на дальнейшее обращение в установленном порядке.
Контролируют воду только на выходе
Общий анализ подтверждает наличие проблемы, но не показывает, где она возникает. Для настройки системы нужны промежуточные точки контроля.
Не актуализируют экологическую документацию
После реконструкции очистных сооружений меняются расходы воды, схема движения потоков, характеристики выпусков и контрольные точки, но документы продолжают описывать старую систему.
Что делать, если очистные сооружения не обеспечивают нужный результат
Действовать следует поэтапно, не заменяя всё оборудование сразу.
Проверить корректность отбора проб и сопоставимость результатов.
Определить показатель, по которому возникает отклонение.
Сравнить входные и выходные концентрации.
Проверить расход и наличие залповых поступлений.
Выяснить, какой цех или операция формирует основную нагрузку.
Оценить фактическую работу каждой ступени.
Проверить режимы реагентной обработки, аэрации и удаления осадка.
Сопоставить фактические параметры с проектными.
Разработать технические и организационные мероприятия.
После изменений провести повторный лабораторный контроль.
При необходимости актуализировать проект и экологическую документацию.
Особенно важно различать гидравлическую и загрязняющую перегрузку. В первом случае сооружения не успевают обработать поступающий объём воды. Во втором расход может оставаться прежним, но концентрации загрязнений становятся выше расчётных.
Как подготовиться к обращению по очистке сточных вод
Для предварительной оценки задачи желательно собрать:
название и адрес объекта;
вид деятельности;
описание технологических процессов;
источники образования стоков;
схему канализации;
средний и максимальный расход;
режим работы предприятия;
данные о залповых сбросах;
состав сырья, реагентов и моющих средств;
предыдущие протоколы анализа;
характеристики действующих очистных сооружений;
паспорта оборудования;
направление отвода очищенной воды;
действующие разрешения;
сведения о выявленных отклонениях;
цель обращения: новое строительство, реконструкция, модернизация, расчёт нормативов или подготовка документов.
Если часть данных отсутствует, сначала определяют программу обследования и лабораторного контроля. Это позволяет не заказывать лишние исследования и получить исходные показатели, действительно необходимые для выбора технологии.
Какой метод очистки сточных вод считать лучшим
Лучший метод — тот, который стабильно обеспечивает требуемое качество воды при фактическом расходе и составе загрязнений, допускает эксплуатацию в условиях конкретного предприятия и не создаёт несоразмерных расходов на реагенты, энергию и обращение с осадком.
Для одного объекта достаточно решётки, отстойника и биологической установки. Для другого потребуется разделение потоков, нейтрализация, коагуляция, флотация, биологическая стадия, сорбция и обеззараживание. Третий объект может получить больший эффект не от дополнительного оборудования, а от сокращения потерь сырья и возврата воды в производственный цикл.
Поэтому выбор методов очистки сточных вод должен быть связан с анализом производства, лабораторными данными, проектом сооружений и экологической документацией предприятия.
Специалисты ООО «Лабораторные измерения и охрана труда» помогут обследовать систему водопотребления и водоотведения, определить необходимые исходные данные, подобрать состав работ, разработать проект очистных сооружений и подготовить связанную документацию по охране водных ресурсов для предприятий Минска, Бреста, Гомеля, Гродно, Могилёва, Витебска и других регионов Беларуси.
Частые вопросы о методах очистки сточных вод
Можно ли выбрать метод очистки по отрасли предприятия
Отрасль помогает определить вероятные загрязнения, но не заменяет анализ конкретных стоков. Состав воды зависит от сырья, оборудования, моющих средств, рецептур и режима производства. На двух предприятиях одной отрасли могут потребоваться разные технологические схемы.
Какой метод относится к механической очистке сточных вод
К механическим методам относятся процеживание, отстаивание, фильтрация, удаление песка, плавающих примесей, масел и части взвешенных веществ. Они обычно применяются в начале схемы и защищают последующие стадии. Растворённые загрязнения механическая очистка практически не удаляет.
Какие методы относятся к физико-химической очистке
К ним относят коагуляцию, флокуляцию, флотацию, сорбцию, ионный обмен и мембранные процессы. Эти способы позволяют удалять коллоидные, эмульгированные и растворённые загрязнения. Конкретный процесс выбирают по лабораторному составу воды.
Можно ли очищать производственные и бытовые стоки вместе
Иногда совместная очистка возможна, но решение зависит от состава производственного потока. Токсичные, сильно кислые, щелочные, горячие или маслосодержащие воды могут нарушить биологическую очистку. Перед объединением необходимо оценить совместимость стоков и пиковые нагрузки.
Нужен ли анализ воды после очистки
Да, лабораторный контроль показывает фактическую эффективность сооружений и качество воды в контрольной точке. Результаты используют для настройки оборудования, производственных наблюдений, разрешительной документации и оценки выполненной модернизации.
Что важнее: проект очистных сооружений или экологические документы
Эти работы решают разные, но связанные задачи. Проект определяет техническую систему очистки, а экологическая документация фиксирует условия водопользования, объёмы, выпуски, показатели и порядок контроля. Документы должны соответствовать фактической схеме предприятия и характеристикам построенных сооружений.
