stringtranslate.com

Очистка сточных вод

Очистные сооружения сточных вод (тип очистных сооружений) в Ла-Кроссе, штат Висконсин

Очистка сточных вод — это процесс, который удаляет и устраняет загрязняющие вещества из сточных вод . Таким образом, он преобразует их в стоки , которые могут быть возвращены в водный цикл . Вернувшись в водный цикл, стоки оказывают приемлемое воздействие на окружающую среду. Их также можно использовать повторно. Этот процесс называется рекультивацией воды . [1] Процесс очистки происходит на очистных сооружениях сточных вод. Существует несколько видов сточных вод, которые очищаются на соответствующем типе очистных сооружений сточных вод. Для бытовых сточных вод очистные сооружения называются очистными сооружениями сточных вод . Муниципальные сточные воды или канализация — это другие названия бытовых сточных вод . Для промышленных сточных вод очистка происходит на отдельной очистке промышленных сточных вод или на очистных сооружениях сточных вод. В последнем случае она обычно следует за предварительной очисткой. Другие типы очистных сооружений сточных вод включают очистку сельскохозяйственных сточных вод и очистные сооружения фильтрата .

Одним из распространенных процессов очистки сточных вод является разделение фаз , например, осаждение. Другим примером являются биологические и химические процессы, например, окисление. Полировка также является примером. Основным побочным продуктом очистных сооружений является тип ила, который обычно обрабатывается на том же или другом очистном сооружении. [2] : Гл. 14  Биогаз может быть другим побочным продуктом, если в процессе используется анаэробная очистка. Очищенные сточные воды можно повторно использовать в качестве регенерированной воды . [3] Основная цель очистки сточных вод заключается в том, чтобы очищенные сточные воды можно было безопасно утилизировать или повторно использовать. Однако перед очисткой необходимо рассмотреть варианты утилизации или повторного использования, чтобы для сточных вод применялся правильный процесс очистки.

Термин «очистка сточных вод» часто используется в значении « очистка сточных вод ». [4]

Типы очистных сооружений

Очистные сооружения сточных вод можно различать по типу сточных вод, которые необходимо очистить. Существует множество процессов, которые можно использовать для очистки сточных вод в зависимости от типа и степени загрязнения. Этапы очистки включают физические, химические и биологические процессы очистки. [ необходима цитата ]

Типы очистных сооружений включают в себя:

Очистные сооружения сточных вод

Очистка сточных вод (или очистка бытовых сточных вод, очистка муниципальных сточных вод ) — это тип очистки сточных вод, целью которого является удаление загрязняющих веществ из сточных вод для получения сточных вод , которые пригодны для сброса в окружающую среду или предполагаемого повторного использования, тем самым предотвращая загрязнение воды от неочищенных сбросов сточных вод. [5] Сточные воды содержат сточные воды из домохозяйств и предприятий и, возможно, предварительно очищенные промышленные сточные воды . Существует большое количество процессов очистки сточных вод на выбор. Они могут варьироваться от децентрализованных систем (включая системы очистки на месте) до крупных централизованных систем, включающих сеть труб и насосных станций (называемых канализацией ), которые перекачивают сточные воды на очистные сооружения. В городах, имеющих объединенную канализацию , канализация также будет переносить городские стоки (ливневые воды) на очистные сооружения. Очистка сточных вод часто включает два основных этапа, называемых первичной и вторичной очисткой , в то время как расширенная очистка также включает в себя этап третичной очистки с процессами полировки и удаления питательных веществ. Вторичная очистка может уменьшить органическое вещество (измеряемое как биологическая потребность в кислороде ) из сточных вод, используя аэробные или анаэробные биологические процессы. Так называемый шаг четвертичной очистки (иногда называемый усовершенствованной очисткой) также может быть добавлен для удаления органических микрозагрязнителей, таких как фармацевтические препараты. Это было реализовано в полном масштабе, например, в Швеции. [6]

Было разработано большое количество технологий очистки сточных вод, в основном с использованием процессов биологической очистки. Инженеры-проектировщики и лица, принимающие решения, должны учитывать технические и экономические критерии каждой альтернативы при выборе подходящей технологии. [7] : 215  Часто основными критериями выбора являются: желаемое качество сточных вод, ожидаемые затраты на строительство и эксплуатацию, доступность земли, потребности в энергии и аспекты устойчивости . В развивающихся странах и в сельских районах с низкой плотностью населения сточные воды часто очищаются различными местными системами канализации и не транспортируются в канализацию. Эти системы включают септики , подключенные к дренажным полям , местные системы канализации (OSS), системы вермифильтрации и многое другое. С другой стороны, современные и относительно дорогие очистные сооружения могут включать третичную очистку с дезинфекцией и, возможно, даже четвертую стадию очистки для удаления микрозагрязнителей. [6]

На глобальном уровне, по оценкам, очищается 52% сточных вод. [8] Однако показатели очистки сточных вод сильно различаются в разных странах мира. Например, в то время как страны с высоким уровнем дохода очищают около 74% своих сточных вод, развивающиеся страны очищают в среднем всего 4,2%. [8]
Аэротенк процесса активного ила на очистных сооружениях в Дрездене-Кадице, Германия

Промышленные очистные сооружения сточных вод

Сточные воды промышленного производства могут быть преобразованы на очистных сооружениях в твердые вещества и очищенную воду для повторного использования.

Очистка промышленных сточных вод описывает процессы, используемые для очистки сточных вод, которые производятся промышленностью как нежелательный побочный продукт. После очистки очищенные промышленные сточные воды (или стоки) могут быть повторно использованы или сброшены в санитарную канализацию или в поверхностные воды окружающей среды. Некоторые промышленные предприятия производят сточные воды, которые могут быть очищены на очистных сооружениях . Большинство промышленных предприятий, таких как нефтеперерабатывающие заводы , химические и нефтехимические заводы, имеют свои собственные специализированные установки для очистки своих сточных вод, чтобы концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах соответствовали правилам, касающимся сброса сточных вод в канализацию или в реки, озера или океаны . [9] : 1412  Это относится к отраслям, которые производят сточные воды с высокой концентрацией органических веществ (например, масла и смазки), токсичных загрязняющих веществ (например, тяжелых металлов, летучих органических соединений ) или питательных веществ, таких как аммиак . [10] : 180  Некоторые предприятия устанавливают систему предварительной очистки для удаления некоторых загрязняющих веществ (например, токсичных соединений), а затем сбрасывают частично очищенные сточные воды в городскую канализационную систему. [11] : 60 

Большинство отраслей промышленности производят некоторое количество сточных вод . Последние тенденции заключаются в минимизации такого производства или переработке очищенных сточных вод в рамках производственного процесса. Некоторые отрасли успешно перепроектировали свои производственные процессы для сокращения или устранения загрязняющих веществ. [12] Источниками промышленных сточных вод являются производство аккумуляторов, химическое производство, электростанции, пищевая промышленность , металлургическая промышленность, металлообработка, шахты и карьеры, атомная промышленность, добыча нефти и газа , нефтепереработка и нефтехимия , фармацевтическое производство, целлюлозно-бумажная промышленность , металлургические заводы, текстильные фабрики , промышленное загрязнение нефтью , очистка воды и консервирование древесины . Процессы очистки включают обработку рассолом, удаление твердых веществ (например, химическое осаждение, фильтрация), удаление масел и жиров, удаление биоразлагаемых органических веществ, удаление других органических веществ, удаление кислот и щелочей и удаление токсичных материалов.

Очистные сооружения сельскохозяйственных сточных вод

Очистка сточных вод в сельском хозяйстве — это программа управления фермерским хозяйством для контроля загрязнения от ограниченных операций с животными и от поверхностных стоков , которые могут быть загрязнены химикатами в удобрениях , пестицидах , животном навозе , остатках урожая или поливной воде. Очистка сточных вод в сельском хозяйстве требуется для непрерывных ограниченных операций с животными, таких как производство молока и яиц. Она может выполняться на заводах с использованием механизированных очистных установок, аналогичных тем, которые используются для промышленных сточных вод . Там, где есть земля для прудов, отстойников и факультативных лагун, могут быть более низкие эксплуатационные расходы для условий сезонного использования от циклов размножения или сбора урожая. [13] : 6–8  Животный навоз обычно обрабатывается путем сдерживания в анаэробных лагунах перед утилизацией путем распыления или струйного нанесения на пастбища. Искусственные водно-болотные угодья иногда используются для облегчения обработки отходов животных.

Неточечные источники загрязнения включают стоки осадков, стоки питательных веществ и пестициды. Точечные источники загрязнения включают отходы животных, силосную жидкость, отходы доильных залов (молочное животноводство), отходы убоя, воду для мытья овощей и воду для пожаротушения. Многие фермы генерируют неточечные источники загрязнения из поверхностных стоков , которые не контролируются очистными сооружениями.

Установки по очистке фильтрата

Установки по очистке фильтрата используются для очистки фильтрата со свалок . Варианты очистки включают: биологическую очистку, механическую очистку ультрафильтрацией , очистку с помощью фильтров с активированным углем , электрохимическую очистку, включая электрокоагуляцию с использованием различных фирменных технологий и фильтрацию мембраной обратного осмоса с использованием технологии дисковых трубчатых модулей. [14]

Единичные процессы

Схема типичного поверхностно-аэрируемого бассейна для очистки сточных вод

Единичные процессы, вовлеченные в очистку сточных вод, включают физические процессы, такие как осаждение или флотация, и биологические процессы, такие как окисление или анаэробная очистка. Некоторые сточные воды требуют специализированных методов очистки. На самом простом уровне очистка большинства сточных вод осуществляется путем отделения твердых веществ от жидкостей , обычно путем осаждения . Постепенно превращая растворенный материал в твердые вещества, обычно в биологический хлопья или биопленку , которые затем осаждаются или разделяются, получается сточный поток все большей чистоты. [2] [ нужна страница ] [15]

Разделение фаз

Осветлители широко используются для очистки сточных вод.

Разделение фаз переводит примеси в неводную фазу . Разделение фаз может происходить в промежуточных точках в последовательности обработки для удаления твердых веществ, образующихся во время окисления или полировки. Смазка и масло могут быть восстановлены для получения топлива или омыления. Твердые вещества часто требуют обезвоживания ила на очистных сооружениях сточных вод . Варианты утилизации высушенных твердых веществ различаются в зависимости от типа и концентрации примесей, удаляемых из воды. [16]

Первичный отстойник очистных сооружений в Дрездене-Кадице, Германия

Седиментация

Твердые частицы, такие как камни , гравий и песок, могут быть удалены из сточных вод под действием силы тяжести , когда разница в плотности достаточна для преодоления дисперсии турбулентностью . Обычно это достигается с помощью канала для песка, предназначенного для создания оптимальной скорости потока, которая позволяет гравию осаждаться, а другим менее плотным твердым частицам переноситься на следующую стадию очистки. Гравитационное разделение твердых частиц является первичной очисткой сточных вод , где единичный процесс называется «первичными отстойниками» или «первичными отстойниками». [17] Он также широко используется для очистки других типов сточных вод. Твердые частицы, которые плотнее воды, будут накапливаться на дне неподвижных отстойников . Более сложные осветлители также имеют скиммеры для одновременного удаления плавающей смазки, такой как мыльная пена, и твердых частиц, таких как перья, древесная щепа или презервативы . Контейнеры, такие как сепаратор нефти и воды API, специально разработаны для разделения неполярных жидкостей. [18] : 111–138 

Биологические и химические процессы

Окисление

Окисление снижает биохимическую потребность сточных вод в кислороде и может снизить токсичность некоторых примесей. Вторичная обработка преобразует органические соединения в углекислый газ , воду и биотвердые вещества посредством реакций окисления и восстановления. [19] Химическое окисление широко используется для дезинфекции. [20]

Биохимическое окисление (вторичная очистка)
Этот небольшой вторичный отстойник на сельской станции очистки сточных вод представляет собой типичный механизм разделения фаз для удаления биологических твердых частиц, образующихся в биореакторе с суспензионным или фиксированным слоем.
Вторичная очистка (в основном биологическая очистка сточных вод) - это удаление биоразлагаемых органических веществ (в растворе или суспензии) из сточных вод или аналогичных видов сточных вод . [21] : 11  Цель состоит в том, чтобы достичь определенной степени качества сточных вод на очистных сооружениях, подходящих для предполагаемого варианта утилизации или повторного использования. Шаг « первичной очистки » часто предшествует вторичной очистке, при котором физическое разделение фаз используется для удаления осаждаемых твердых веществ . Во время вторичной очистки биологические процессы используются для удаления растворенных и взвешенных органических веществ, измеряемых как биохимическая потребность в кислороде (БПК). Эти процессы выполняются микроорганизмами в управляемом аэробном или анаэробном процессе в зависимости от технологии очистки . Бактерии и простейшие потребляют биоразлагаемые растворимые органические загрязнители (например, сахара , жиры и органические короткоцепочечные молекулы углерода из человеческих отходов, пищевых отходов , мыла и моющих средств), размножаясь с образованием клеток биологических твердых веществ. Вторичная очистка широко используется при очистке сточных вод и также применима ко многим сельскохозяйственным и промышленным сточным водам .
Химическое окисление

Современные процессы окисления используются для удаления некоторых стойких органических загрязнителей и концентраций, оставшихся после биохимического окисления. [18] : 363–408  Дезинфекция путем химического окисления убивает бактерии и микробные патогены путем добавления гидроксильных радикалов, таких как озон , хлор или гипохлорит , в сточные воды. [2] : 1220  Эти гидроксильные радикалы затем расщепляют сложные соединения в органических загрязнителях на простые соединения, такие как вода, углекислый газ и соли . [22]

Анаэробная обработка

Анаэробные процессы очистки сточных вод (например, UASB , EGSB ) также широко применяются при очистке промышленных сточных вод и биологического ила.

Полировка

Полировка относится к обработке, выполняемой на дальнейших этапах обработки после вышеуказанных методов (также называемой обработкой «четвертой стадии»). Эти обработки могут также использоваться независимо для некоторых промышленных сточных вод. Химическое восстановление или регулирование pH минимизирует химическую реактивность сточных вод после химического окисления. [18] : 439  Угольная фильтрация удаляет оставшиеся загрязняющие вещества и примеси путем химической абсорбции на активированном угле . [2] : 1138  Фильтрация через песчаные (карбонат кальция) или тканевые фильтры является наиболее распространенным методом, используемым при очистке городских сточных вод.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "очистка сточных вод | Процесс, история, значение, системы и технологии". Encyclopedia Britannica . 29 октября 2020 г. Получено 2020-11-04 .
  2. ^ abcd Metcalf & Eddy Wastewater Engineering: Очистка и повторное использование (4-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill. 2003. ISBN 0-07-112250-8.
  3. ^ Takman, Maria; Svahn, Ola; Paul, Catherine; Cimbritz, Michael; Blomqvist, Stefan; Struckmann Poulsen, Jan; Lund Nielsen, Jeppe; Davidsson, Åsa (15.10.2023). «Оценка потенциала мембранного биореактора и процесса гранулированного активированного угля для повторного использования сточных вод — полномасштабная очистная станция, работавшая более года в Scania, Швеция». Science of the Total Environment . 895 : 165185. Bibcode : 2023ScTEn.89565185T. doi : 10.1016/j.scitotenv.2023.165185 . ISSN  0048-9697. PMID  37385512. S2CID  259296091.
  4. ^ Tchobanoglous, George; Burton, Franklin L.; Stensel, H. David (2003). Metcalf & Eddy Wastewater Engineering: Treatment and Reuse (4-е изд.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-112250-4.
  5. ^ Хопкар, SM (2004). Мониторинг и контроль загрязнения окружающей среды. Нью-Дели: New Age International. стр. 299. ISBN 978-81-224-1507-0.
  6. ^ ab Takman, Maria; Svahn, Ola; Paul, Catherine; Cimbritz, Michael; Blomqvist, Stefan; Struckmann Poulsen, Jan; Lund Nielsen, Jeppe; Davidsson, Åsa (2023-10-15). «Оценка потенциала мембранного биореактора и процесса гранулированного активированного угля для повторного использования сточных вод — полномасштабная очистная станция, работавшая более года в Scania, Швеция». Science of the Total Environment . 895 : 165185. Bibcode :2023ScTEn.89565185T. doi : 10.1016/j.scitotenv.2023.165185 . ISSN  0048-9697. PMID  37385512. S2CID  259296091.
  7. ^ Фон Шперлинг, М. (2007). «Характеристики , очистка и утилизация сточных вод». Water Intelligence Online . 6. doi : 10.2166/9781780402086 . ISSN  1476-1777. Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  8. ^ ab Jones, Edward R.; van Vliet, Michelle TH; Qadir, Manzoor; Bierkens, Marc FP (2021). «Оценки на уровне страны и сетки производства, сбора, очистки и повторного использования сточных вод». Earth System Science Data . 13 (2): 237–254. Bibcode : 2021ESSD...13..237J. doi : 10.5194/essd-13-237-2021 . ISSN  1866-3508.
  9. ^ Tchobanoglous G, Burton FL, Stensel HD (2003). Metcalf & Eddy Wastewater Engineering: очистка и повторное использование (4-е изд.). McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-041878-0.
  10. ^ Джордж Чобаноглус; Франклин Л. Бертон; Х. Дэвид Стенсел (2003). "Глава 3: Анализ и выбор расхода сточных вод и составляющих нагрузок". Metcalf & Eddy Wastewater engineering: treatment and reuse (4th ed.). Бостон: McGraw-Hill. ISBN 0-07-041878-0. OCLC  48053912.
  11. ^ Фон Шперлинг, М. (2007). «Характеристики , очистка и утилизация сточных вод». Water Intelligence Online . 6. doi : 10.2166/9781780402086 . ISSN  1476-1777. Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  12. ^ «Исследования случаев предотвращения загрязнения». Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 2021-08-11.
  13. ^ Рид, Шервуд К. (1988). Естественные системы для управления отходами и их переработки. Э. Джо Миддлбрукс, Рональд В. Критс. Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 0-07-051521-2. OCLC  16087827.
  14. ^ "Руководство по сточным водам на свалках". EPA. 2018-03-16.
  15. ^ Primer for Municipal Waste water Treatment Systems (Report). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 2004. EPA 832-R-04-001..
  16. ^ Аджай Кумар Мишра «Умные материалы для применения в сточных водах» , Wiley-Scrivener 2016 ISBN 111904118X https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119041214 
  17. ^ Гупта, Ашок; Ян, Денис, ред. (2016-01-01), "Глава 16 - Гравитационное разделение", Проектирование и операции по обогащению полезных ископаемых (второе издание) , Амстердам: Elsevier, стр. 563–628, doi :10.1016/B978-0-444-63589-1.00016-2, ISBN 978-0-444-63589-1, получено 2020-11-30
  18. ^ abc Вебер, Уолтер Дж. (1972). Физико-химические процессы для контроля качества воды. Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-92435-0. OCLC  389818.
  19. ^ БЕРГЕНДАЛЬ, ДЖОН. "Применение усовершенствованного окисления для очистки сточных вод" (PDF) . Кафедра гражданского и экологического строительства, WPI . Архивировано (PDF) из оригинала 29-08-2017.
  20. ^ "Дезинфекция воды - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 2023-03-02 .
  21. ^ Водоочистка: очистка и повторное использование. Джордж Чобаноглоус, Франклин Л. Бертон, Х. Дэвид Стенсел, Меткалф и Эдди (4-е изд.). Бостон: McGraw-Hill. 2003. ISBN 0-07-041878-0. OCLC  48053912.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  22. ^ Дэн, Ян; Чжао, Жэньцзун (2015-09-01). «Прогрессивные окислительные процессы (AOP) в очистке сточных вод». Current Pollution Reports . 1 (3): 167–176. Bibcode : 2015CPolR...1..167D. doi : 10.1007/s40726-015-0015-z . ISSN  2198-6592.

Внешние ссылки