Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow Водоотведение

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД И ВЫПУСК В ВОДОЕМ

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

Обеззараживание сточных вод имеет целью уничтожение оставшихся в них патогенных бактерий и снижение эпидемиологической опасности при сбросе в поверхностные водоемы. Запрещается сброс в водные объекты сточных вод, содержащих возбудителей инфекционных заболеваний. Стоки, опасные в эпидемиологическом отношении, допустимо сбрасывать в водоем только после их очистки и обеззараживания. При этом количество лактозоположительных кишечных палочек (индекс ЛКП) в сточной воде не должно превышать 1000 кл/дм3.

Из опыта очистки сточных вод известно, что при первичном отстаивании общее количество бактерий снижается на 30—40%, а после ступени биологической очистки (на биофильтрах или аэротенках) — на 90—95%. Это доказывает необходимость применения специальных методов обеззараживания очищенных сточных вод для обеспечения их эпидемиологической безопасности.

Применяемые в настоящее время методы обеззараживания воды можно разделить на две основные группы — химические и физические. К химическим методам относятся окислительные и олигодинамические (воздействие ионами благородных металлов); в качестве окислителей используют хлор, диоксид хлора, озон, марганцовокислый калий, перекись водорода, гипохлориты натрия и кальция; к физическим методам — термическая обработка, ультрафиолетовое облучение, воздействие ультразвуком, облучение ускоренными электронами и у-лучами. Выбор метода обеззараживания осуществляется на основании данных о расходе и качестве очищенных сточных вод, условиях поставки и хранения реагентов и условий энергоснабжения, наличия особых требований.

14.1.1. Обеззараживание воды хлорированием

Наибольшее распространение получил метод хлорирования сточных вод. Бактерицидный эффект хлора и его производных объясняется взаимодействием хлорноватистой кислоты и гипо-хлорит-иона с веществами, входящими в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего последние гибнут. Однако имеются отдельные виды вирусов, устойчивые к воздействию хлора. Под активным хлором понимают растворенный молекулярный хлор и его соединения — диоксид хлора, хлорамины, органические хло-рамины, гипохлориты и хлораты. При этом различают активный свободный хлор (молекулярный хлор, хлорноватистая кислота и гипохлорит-ион) и активный связанный хлор, входящий в состав хлораминов. Бактерицидное действие свободного хлора значительно выше, чем связанного. Хлор вводят в сточную воду в виде растворенного хлор-газа или других веществ, образующих в воде активный хлор. Количество активного хлора, вводимого на единицу объема сточной воды, называется дозой хлора и выражается в граммах на I м3 (г/м3).

В соответствии со СНиП 2.04.03-85 расчетную дозу активного хлора, обеспечивающую бактерицидный эффект, следует принимать: после механической очистки сточных вод — 10 г/м3; после неполной биологической очистки — 5 г/м3; после полной биологической очистки — 3 г/м3. При этом уровень остаточного хлора должен быть не менее 1,5 г/м3, а период не менее 30 мин. Хлор, добавленный к сточной воде, должен быть тщательно перемешан с ней.

Блок обеззараживания очистных сооружений состоит из установки для получения раствора, содержащего активный хлор (хлорной воды), смесителя хлорной воды с обрабатываемой водой и контактного резервуара, обеспечивающего необходимый период обеззараживания.

Хлорирование жидким хлором. Заводы поставляют хлор в баллонах массой до 100 кг и в контейнерах массой до 3000 кг, а также в железнодорожных цистернах вместимостью 48 т; для предотвращения испарения жидкий хлор хранится под давлением 0,6—0,8 МПа.

При растворении хлора в воде происходит его гидролиз:

С12 + Н20^НС10 + НС1.

Часть хлорноватистой кислоты НСЮ диссоциирует с образованием гипохлорит-иона ОС1-, который и является обеззараживающим веществом.

Хлорирование жидким хлором — наиболее широко применяемый метод обеззараживания воды на средних и крупных водоочистных станциях.

Ввиду малой растворимости жидкого хлора поступающий реагент предварительно испаряют. Затем хлор-газ растворяют в малом количестве воды, полученную хлорную воду перемешивают с обрабатываемой водой. Дозировка хлора происходит в фазе газообразного вещества, соответствующие газодозаторы называются хлораторами. Хлораторы разделяются на две основные группы — напорные и вакуумные. Вакуумные хлораторы обеспечивают большую безопасность работы персонала в хлораторной. Применяются хлораторы пропорционального и постоянного расхода, а также автоматические хлораторы, поддерживающие в воде заданную концентрацию остаточного хлора. В нашей стране наибольшее распространение получили вакуумные хлораторы постоянного расхода типа «ЛОНИИ-СТО» (рис. 14.1). Его аналогом, выпускаемым в настоящее время, является хлоратор АХВ-1000 производительностью по хлору от 2 до 12 кг/ч.

Хлоратор ЛОНИИ-СТО

Рис. 74.7. Хлоратор ЛОНИИ-СТО:

  • 1 — промежуточный баллон; 2 — фильтр; 3 — редуктор; 4 — манометры;
  • 5 — измерительная диафрагма; 6 — ротаметр; 7 — смеситель; 8 — эжектор; 9 — трубопровод хлорной воды; 10 — водопроводная вода; 11 — перелив

и опорожнение

Приготовление раствора хлора в воде (хлорной воды) осуществляют в хлораторных (рис. 14.2). Для испарения хлора баллон или контейнер устанавливают на весы, по показаниям которых определяют количество жидкого хлора. Приготовление хлорной воды происходит в смесителе. Необходимый вакуум создается эжектором, с помощью которого хлорная вода подается в смеситель, где смешивается с обрабатываемой водой.

Технологическая схема хлораторной

Рис. 742. Технологическая схема хлораторной:

  • 1 — весы; 2 — стойка с баллонами; 3 — грязеуловитель (промежуточный баллон);
  • 4 — хлоратор; 5 — эжектор

У,—''

Хлорная вода

- X--3

Водопровод

X

Хлорная вода

Хлорное хозяйство располагается в отдельном здании, где сблокированы склад хлора, испарительная, хлораторная и вспомогательные помещения.

Расходный склад хлора отделен от остальных помещений глухой стеной без проемов. Емкость расходного склада хлора не должна превышать 100 т. Жидкий хлор хранится на складе в баллонах или контейнерах, при суточном расходе хлора более I т — в танках вместимостью до 50 т с поставкой хлора в железнодорожных цистернах.

Склад размещают в наземном или полузаглубленном здании с двумя выходами с противоположных сторон здания. В помещении склада необходимо иметь емкость с нейтрализующим раствором сульфита натрия для быстрого погружения в нее аварийных контейнеров или баллонов.

В хлораторных устанавливают дозаторы хлора с необходимой арматурой и трубопроводами. Помещение хлораторной должно быть отделено от других помещений глухой стеной без проемов и иметь два выхода, причем один из них через тамбур. Все двери должны открываться наружу, в помещении должна быть принудительная вытяжная вентиляция с забором воздуха у пола.

Трубопроводы хлорной воды выполняются из коррозионно-стойких материалов. В помещении трубопровод устанавливают в каналах в полу или на кронштейнах, вне здания — в подземных каналах или футлярах из коррозионно-стойких труб.

Использование порошкообразных реагентов. На малых станциях и водоочистных установках целесообразно отказаться от использования жидкого хлора и применить твердые, порошкообразные вещества — хлорную известь СаС120 и гипохлорит кальция Са(С10)2. Эти вещества менее опасны в обращении, процесс их подготовки и подачи значительно проще — практически аналогичен применению коагулянта.

Товарный продукт СаС120 или Са(С10)2 растворяют в растворном баке с механическим перемешиванием. Количество баков не менее двух. Затем раствор разбавляют в расходном баке до концентрации 0,5—1 % и подают в воду дозаторами растворов и суспензий.

Учитывая коррозионную активность раствора, баки следует изготавливать из дерева, пластмассы или железобетона; из коррозионно-стойких материалов (полиэтилен или винипласт) должны быть также трубопроводы и арматура.

Хлорирование воды гипохлоритом натрия. На очистных станциях, где суточный расход хлора не превышает 50 кг/сут, а транспортировка, хранение и подготовка токсичного хлора связаны с трудностями, можно для хлорирования воды использовать гипохлорит натрия N3010. Данный реагент получают на месте применения, используя установки электролиза раствора поваренной соли (рис. 14.3).

В растворном баке приготавливается раствор №С1, близкий к насыщенному, — 200—310 г/л. Для перемешивания применяют механические устройства, циркуляционные насосы или сжатый воздух.

Электролизеры могут быть проточного или непроточного типа, наиболее широко используют последние. Они представляют собой ванну с установленным там пакетом пластинчатых электродов. Электроды, как правило, графитовые, присоединенные к источнику постоянного тока.

5

Схема установки для получения гипохлорита натрия электролизом

Рис. 14.3. Схема установки для получения гипохлорита натрия электролизом:

  • 1 — растворный бак; 2 — насос; 3 — распределительный тройник;
  • 4 — рабочий бак; 5 — поплавок-дозатор; 6 — электролизер; 7 — зонт вытяжной вентиляции; 8 — бак-накопитель гипохлорита натрия; 9 — источник

постоянного тока

В результате реакции хлорноватистой кислоты с едким натром образуется гипохлорит:

N3014 + НС10 -> ЫаСЮ + Н20.

На станции необходимо иметь не менее трех электролизеров, которые устанавливают в сухом, отапливаемом помещении. В электролизной ванне должны быть трубопроводы для водяного охлаждения, над электролизером устанавливают зонт вытяжной вентиляции для удаления выделяющихся газов. Высотное расположение электролизера должно обеспечить поступление раствора №СЮ в бак-накопитель самотеком. Бак-накопитель размещают в вентилируемом помещении, дозировку раствора гипохлорита в воду производят эжектором, насосом-дозатором или другим устройством для подачи растворов и суспензий.

Смесители хлорной воды с обрабатываемой водой подразделяют на три типа: ершовые (при расходе сточных вод до 1400 м3/сут), лоток Паршаля (рис. 14.4) и в виде емкости с пневматическим или механическим перемешиванием.

Контактные резервуары предназначены для обеспечения расчетной продолжительности контакта очищенных сточных вод с хлором или гипохлоритом натрия. Они проектируются как пер-

Смесители хлорной воды

Рис. 14.4. Смесители хлорной воды: а — ершового типа; б — типа лоток Паршаля

вичные горизонтальные отстойники в количестве не менее двух, без скребков, на время пребывания сточных вод 30 мин. При этом учитывается и время протока сточных вод в выпуске. Разработано несколько типовых проектов контактных резервуаров, общий вид одного из них приведен на рис. 14.5. В контактных резервуарах предусматривается периодическое (примерно раз в 5—7 сут) удаление образующегося осадка и перекачка его в приемную камеру очистных сооружений.

Разрез 1-1

План

Контактный резервуар для хлорирования сточных вод

Рис. 14.5. Контактный резервуар для хлорирования сточных вод:

  • 1 — трубопровод технической воды; 2 — трубопровод сжатого воздуха;
  • 3 — трубопровод опорожнения; 4, 5 — лотки подвода и отведения сточной воды
  • 14.1.2. Обеззараживание озонированием

Озон (03) — аллотропная модификация кислорода, наиболее сильный из известных в настоящее время окислителей. Как и хлор, озон является высокотоксичным, ядовитым газом. Это нестойкое вещество саморазлагается, образуя кислород.

Обладая высоким окислительно-восстановительным потенциалом, озон проявляет высокую реакционную активность по отношению к различного рода примесям воды, включая биологически неразлагаемые соединения и микроорганизмы. При взаимодействии озона с примесями воды протекает процесс их окисления. Одно из его преимуществ перед другими окислителями с гигиенической точки зрения — неспособность к реакциям замещения (в отличие от хлора). При озонировании в обрабатываемую воду не вносятся дополнительные примеси, а вероятность образования токсичных соединений значительно ниже, чем при хлорировании.

Бактерицидное действие озона объясняется его способностью нарушать обмен веществ в живой клетке за счет смещения равновесия восстановления сульфидных групп в неактивные дисуль-фидные формы. Озон очень эффективно обеззараживает споры, патогенные микроорганизмы и вирусы.

Интерес к применению озона для обработки сточных вод возник в связи с его потенциально меньшей опасностью для водоемов. Остаточный растворенный в воде озон полностью разлагается за

7— 10 мин и в водоем не поступает. При обработке воды не образуются высокотоксичные галогенорганические соединения. Как правило, использование озона для обработки сточных вод имеет двойную цель — обеспечить обеззараживание и улучшить качество очищенной воды; кроме того, разложившиеся, не вступившие в реакцию молекулы озона обогащают воду растворенным кислородом.

Приблизительная доза озона для обеззараживания городских сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, —

8— 14 г/м3. Необходимая продолжительность контакта около 15 мин. Если целью применения озонирования является не только обеззараживание, но и доочистка сточных вод, то возможно увеличение дозы озона и продолжительности контакта. Так, при озонировании биологически очищенных городских сточных вод с дозой озона около 20 г/м3 помимо полного обеззараживания происходит снижение ХПК воды на 40%, БПК5 на 60—70, ПАВ на 90, окраски воды на 60%, практически полностью пропадает запах. На реакции озона в воде влияет большое число факторов, и поэтому более точно его дозу определяют экспериментальным путем.

Получение озона. Озон быстро разлагается и не хранится, поэтому его получают на месте использования. Аппараты для получения озона называют генераторами озона, или озонаторами. В промышленных условиях озон получают пропусканием потока воздуха или кислорода между двумя электродами, к которым подводится переменный электрический ток высокого напряжения (5—25 кВ). Чтобы избежать образования электрической дуги, один, а иногда оба электрода покрывают слоем диэлектрика одинаковой толщины (диэлектрический барьер). В такой разрядной системе образуется тлеющий коронный (тихий) разряд.

Принципиальная технологическая схема озонирования сточных вод состоит из двух основных блоков — получения озона и очистки сточных вод.

Блок получения озона (рис. 14.6) включает четыре ступени: забор и сжатие воздуха; охлаждение; осушка и фильтрование воздуха; генерация озона.

Схема установки получения озона из воздуха

Рис. 14.6. Схема установки получения озона из воздуха:

  • 1 — компрессор; 2 — ресивер; 3 — охладитель воздуха; 4 — осушительная установка; 5 — генератор озона; 6 — высоковольтный трансформатор;
  • 7 — электрический щит управления; 8 — трубопровод озоно-воздушной смеси в контактную камеру; 9,10 — подача и отведение охлаждающей воды

Атмосферный воздух забирается через воздухозаборную шахту, оснащенную грубым фильтром, и компрессорами подается в специальные охладители, а затем на автоматические установки для осушки воздуха на адсорбенте — силикагеле. Осушенный воздух поступает в автоматические блоки фильтров, в которых осуществляется тонкая очистка воздуха от пыли. Из фильтров осушенный и очищенный воздух подается в генераторы озона.

В обрабатываемую сточную воду озон вводят различными способами: барботированием содержащего озон воздуха через слой воды (диспергирование воздуха происходит через фильтросы); смешиванием воды с озоно-воздушной смесью в эжекторах или в специальных импеллерных механических смесителях.

Выбор типа контактной камеры определяется расходами обрабатываемой воды и озоно-воздушной смеси, необходимым периодом контакта воды с озоном и скоростью химических реакций.

Контактные камеры. Основные типы контактных камер для обработки воды показаны на рис. 14.7.

Двухсекционная барботажная контактная камера (рис. 14.7, а) наиболее распространена и применяется как для обеззараживания

Контактные камеры

Рис. 14.7. Контактные камеры:

а — двухсекционная барботажная; б — камера, оборудованная инжектором;

в — камера, оборудованная импеллером:

  • 1 — подача сточной воды; 2 — подача озоно-воздушной смеси;
  • 3 — отведение обработанной воды; 4 — выпуск отработанной озоно-воздушной

смеси; 5 — инжектор; 6 — импеллерное устройство

сточных вод, так и для их глубокой очистки. Озоно-воздушная смесь диспергируется в воде фильтросными элементами, которые изготавливаются в виде плоских пластин, труб или разных типов диффузоров, из пористых материалов на основе керамики, металлокерамики и пластмасс. Они обеспечивают получение пузырьков газа диаметром 1—4 мм. Барботажные контактные камеры могут быть одно- и многоступенчатыми.

На рис. 14.7, 6 дан пример контактной камеры с инжекцией озоно-воздушной смеси сточной водой, подаваемой под давлением. Водогазовая эмульсия подается инжектором ко дну контактного аппарата, откуда поднимается вместе с обрабатываемой водой.

Контактные камеры, оборудованные механическим смесителем — импеллером (рис. 14.7, в), применяются, как правило, для небольших расходов воды. Озоно-воздушная смесь подается в зону всасывания импеллера, который дробит ее на мелкие пузырьки и смешивает с обрабатываемой водой. Водогазовая эмульсия проходит в верхнюю часть колонны и снова захватывается импеллером. Этим обеспечиваются многократная рециркуляция потока воды и равномерное распределение пузырьков газа по объему реактора.

Количество не использованного в процессе обработки воды озона может составлять 2—8%. С целью предотвращения выбросов в атмосферу не прореагировавшего в контактных аппаратах озона в системе выпуска отработанной озоно-воздушной смеси предусматривают установку деструкторов остаточного озона. Наибольшее распространение получили термические и термокаталитические деструкторы. Термический метод основан на способности озона быстро разлагаться при высоких температурах. В аппаратах термической деструкции озона обрабатываемый газ нагревают до температуры 340—350 °С и выдерживают в течение 3 сек. Термокаталитический метод деструкции основан на быстром разложении озона на кислород и атомарный кислород при температуре 60—120 °С в присутствии катализаторов.

14.1.3. Обеззараживание ультрафиолетовым облучением

Наиболее распространенный безреагентный метод обеззараживания сточных вод — использование бактерицидного ультрафиолетового (УФ) излучения, воздействующего на различные микроорганизмы, включая бактерии, вирусы и грибы.

Обеззараживающий эффект УФ-излучения обусловлен необратимым повреждением молекул ДНК и РНК микроорганизмов, находящихся в сточной воде, за счет фотохимического воздействия лучистой энергии, которое предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии излучения.

Степень инактивации микроорганизмов УФ-излучением пропорциональна его интенсивности / (МВт/см2) и времени облучения Т(с). Произведение этих величин называется дозой облучения Д (мДж/см2) и является мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизмам.

При проектировании установок УФ-обеззараживания сточных вод доза облучения принимается не менее 30 мДж/см2.

Положительные санитарно-технологические аспекты применения УФ-излучения для обеззараживания сточных вод — это непродолжительное время контакта, исключение образования токсичных и канцерогенных продуктов, а также отсутствие пролонгированного биоцидного эффекта, оказывающего отрицательное влияние на водоем — приемник сточных вод. Отсутствует необходимость хранения опасных материалов и реагентов. Установки обеззараживания сточных вод ультрафиолетовым излучением легко автоматизируются и быстро запускаются в работу, они достаточно просты в обслуживании.

Данный метод обеззараживания наиболее применим на очистных сооружениях небольшой производительности (до 20 000 м3/сут). УФ-установки эффективны при обеззараживании сточных вод, прошедших качественную биологическую очистку или доочистку на крупнозернистых фильтрах, так как присутствие взвешенных веществ существенно снижает бактерицидный эффект.

В качестве источников УФ-излучения применяют специальные ртутно-кварцевые и ртутно-аргоновые лампы со специальным стеклом, которое благодаря отсутствию в нем оксидов Бе203, Сг203, У203 и сульфидов тяжелых металлов, поглощающих УФ-лучи, обладает повышенной прозрачностью в области УФ-спектра. Лампы низкого давления имеют потребляемую мощность 2—200 Вт и рабочую температуру 40— 150 °С, лампы высокого давления — мощность в пределах 50—10 000 Вт при рабочей температуре 600-800 °С.

Для обеззараживания сточных вод применяют установки напорного и безнапорного типа, которые, в свою очередь, бывают с погруженными в воду источниками излучения (лампами) и непогруженными.

В нашей стране выпускаются напорные установки серии УДВ (НПО «ЛИТ») заводского изготовления для обеззараживания воды производительностью ОТ 6 ДО 1000 М3/ч и дозой облучения 45 мДж/см2. В установках используются бактерицидные лампы низкого давления типа ДБ-75-2 со сроком службы 12 000 ч (1,5 года). На рис. 14.8 представлена установка УДВ-6/6 производительностью 6 м3/ч. Также выпускается оборудование для установок большей производительности безнапорного типа.

Установка обеззараживания воды УФ-излучением УДВ-6/6

Рис. 14.8. Установка обеззараживания воды УФ-излучением УДВ-6/6:

  • 1 — модули УФ-памп; 2 — блок питания ламп; 3 — пульт управления установкой;
  • 4 — штуцер отведения обработанной воды; 5 — штуцер подачи сточной воды;
  • 6 — штуцера подключения установки для промывки ламп кислотой;
  • 7 — иллюминатор со светофильтром
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы