Пречистване на отпадни води

ПОДОБНИ СТАТИИ

Поддръжка на индустриални роботи

Планетарни редуктори за прецизни приложения

Актуални тенденции при EDM машините

Предизвикателства при обработката на суперсплави

Ефективен контрол на заваръчен дим

Нормативна база, пречиствателни технологии

Сред областите от родната икономика, в които през следващите години се прогнозира сериозна бизнес активност, е пречистването на индустриални и битови отпадни води. Причините за актуалността на въпроса с изграждането на пречиствателни съоръжения са няколко. На първо място, все още сме далеч от ситуацията, при която спазването на европейските екологични норми в областта на пречистването се спазва стриктно от промишлените обекти в страната. Също така, механизмът на контрол не е максимално ефективен. Двигател на инвестициите в областта на пречистването вероятно ще бъдат и отпуснатите по линия на следприсъединителните фондове на Европейския съюз средства за опазване на околната среда и водите.

Нормативна база

Допустимите концентрации на вредни вещества в отпадните води са определени в Наредба №6 и Наредба №7 на Министерството на околната среда и водите. Наредба №6 дефинира изискванията за заустване на отпадни води в открити водоизточници. Наредба №7 се отнася за заустване на отпадни води в градската канализация. Според действащата в страната законова и нормативна база, спазването на изискванията за заустване на отпадните води се контролира от РИОС и съответното ВиК дружество. При неспазване на изискванията, залегнали в Наредби №6 и №7, съответният промишлен обект се санкционира финансово. В правомощията на контролните органи е също така да преустановят водоснабдяването на предприятието, както и да спрат съоръженията замърсители в случай на сериозни нарушения. Сред нормативно предложените санкции е местното ВиК дружество да прекрати договора за заустване на отпадните води от индустриалния обект в градската канализация. За да се стигне до реално санкциониране на предприятието, е необходимо да бъде спазена определена процедура по регистриране, протоколиране и анализ на нарушенията.

Ситуация в страната

Спазването на изискванията, заложени в наредби №6 и №7, все още е на пожелателен етап от страна на част от промишлените обекти в страната, твърдят специалисти. Сред причините за ситуацията те посочват неособено високата активност на контролните органи и ниския размер на финансовите санкции. Сериозното внимание, което се обръща на екологичността на промишлените производства в държавите от Европейския съюз, ще доведе до много по-стриктно спазване на нормативно определените изисквания, твърдят работещи в бранша. По линия на ЕС са предвидени около 1.5 милиарда евро за финансиране на проекти по опазване на околната среда и водите през следващите седем години. Според мнението на специалисти, е необходимо да се разработи работещ механизъм за усвояване на предвидените средства.

Кои са основните замърсители?

Спецификата на технологичните процеси в редица промишлени производства е свързана с използването на големи количества технологични води. В крайния цикъл на производството тези технологични води представляват отпадни продукти, съдържащи киселини, основи, йони на метали, соли, нефтопродукти и други видове биологично активни вещества. Сред най-типичните примери на промишлени обекти, използващи големи количества технологични води, са фармацевтичната промишленост, химическата индустрия, нефтохимическата и хранително-вкусовата промишленост и други. За разлика от индустриалните отпадни води, битовите съдържат основно органични замърсители. И промишлените, и органичните отпадни води, в случай че бъдат заустени директно в определен водоизточник, нарушават сериозно екологичното равновесие. За да не се допусне вредните вещества, съдържащи се в промишлените и битовите отпадни води, да попаднат в околната среда, се използват различни химични и биохимични технологии, целящи пречистването им до безопасна степен. Световна тенденция е пределно допустимите стойности на вредните вещества, които е нормативно разрешено да се съдържат в отпадните води, непрекъснато да се понижават. Това налага разработването и инвестирането във все по-съвременни технологии за пречистване на водите.

Първият етап на пречиствателните станции се изпълнява от т.нар. механично стъпало. При него механично се отделят по-едрите неразтворими частици в замърсените води. По този начин се предпазват от задръстване и следващите пречиствателните съоръжения. Механично сепарираните отпадъци се третират по различен начин в зависимост от вида си, например се изгарят или изхвърлят на специално определени за целта сметища. В редица приложения е възможно дори да се използват за храна на животни. За да се пречистят отпадните води от индустрията до степен, съответстваща на нормативното определените пределни концентрации на вредните вещества, механичното пречистване е крайно недостатъчно. Затова при пречистването на замърсени промишлени води широко се използват химично и биологично пречистване.

За да се определи степента на замърсеност на отпадните води от определено производство или битов обект, се използват два показателя

химична и биохимична потребност от кислород

Като дефиниция, химичната потребност от кислород - ХПК - представлява количеството кислород под чиста или свързана форма, което е необходимо да се внесе в отпадните води с цел протичането на химически процеси за пълно химично неутрализиране на отпадните вещества в тях. От своя страна, биохимичната потребност от кислород - БПК - се дефинира като онова количество кислород, което е необходимо да се внесе в отпадните води за протичане на биологични процеси до пълна биодеградация на съдържащите се в тях органични вещества. ХПК и БПК представляват международно признат показател за оценка на замърсеността на отпадните води. Съвместно с киселинността, температурата, разтворения кислород, наличието на суспендирани частици и други показатели, ХПК и БПК се използват за окачествяване на отпадни води. Като правило, химичната потребност от кислород е по-висока от биохимичната. Обикновено БПК = 0.86.БПК. За битови отпадни води БПК е приблизително равна на ХПК, тъй като при пречистването им кислородът се консумира основно от микроорганизми.

Химическа очистка на водите

Основна цел на химическите технологии за пречистване на отпадни води е постигане на неутрална киселинност, т.е. pН да бъде приблизително равно на седем. Обикновено химическата очистка се провежда в реактори-смесители директно в цеха или завода, в който технологичните води се замърсяват. Възможни са два принципни случая. При първия отпадните води имат алкален характер, т.е. pН има стойност по-висока от седем. В този случай водите се обработват с киселини до получаване на соли. Втората принципна ситуация е отпадните води да имат кисел характер. Тогава в реакторите-смесители се подават необходими количества разтвори на основи, например натриева, калиева, калциева основа и амонячна вода. Резултатът от протеклите химически реакции е образуването на разтворими или неразтворими соли. Неразтворимите соли се отделят във вид на утайки. За целта се използват специални утаители, след престояването в които водите се филтрират и едва след това се заустват в съответните водоприемници. Количеството на разтворимите соли в отпадните води е нормативно регламентирано. В случаите, при които то надвиши пределно допустимите стойности, отпадните води се разреждат допълнително с други технологични или дъждовни води до спазване на нормативно определените пределни концентрации.

Ултрафилтрационни и екстрационни методи

Друг вид химически методи за очистка на отпадни води са ултрафилтрационните. Принципът на работа на тези методи се основава на явлението осмоза. Методите са приложими за очистка на отпадни води, съдържащите се замърсители в които са високомолекулни вещества. При явлението осмоза нискомолекулният компонент на дадена смес преминава през порите на полупроницаема полимерна мембрана. Сместа се подава в ултрафилтъра с по-високо от осмотичното за системата налягане. По този начин се постига концентриране на високомолекулния компонент, който се третира по различни начини в зависимост от вида си.

Сред химическите методи за очистване на отпадни води са и екстракционните, при които водите се обработват с подходящ разтворител. Екстракционните методи са сравнително скъпи, поради което използването им не е широко. Пример за екстракционен метод е обработването с бензол на замърсени с фенол води. По този начин бензолът извлича фенола от водата. След ректифициране на сместа, бензолът се използва повторно.

Очистване на оцветени води

Отпадните води от химическите производства обикновено са и оцветени. Следователно, преди заустването им в определени водосборници освен на неутрализация, водите подлежат на третиране с цел обезцветяване. За целта широко се използват адсорбционните методи, при които отпадните води се смесват с адсорбенти. В ролята на адсорбенти се прилагат активен въглен, изкуствени смоли и др. След неутрализацията и обезцветяването им, отпадните води от химически производства обикновено се утаяват и филтрират, преди да се заустят в определения водосборник.

Химическата обработка на отпадните води обикновено се използва като предварителна обработка на водите преди биологичното им пречистване. В този случай химичното пречистване има за цел предварително да се отстранят вещества, възпрепятстващи процеса на биологичното им пречистване.

Активна утайка и биогеноза

Активната утайка - АУ - от микроорганизми, на която се основава биологичното пречистване на индустриалните води, представлява единичен щам или комплекс от щамове, които концентрират органични вещества от отпадните води. Щамовете са изградени на база елементарни химични елементи, например въглерод, кислород, азот, сяра и др. Характерна специфика на една бактериална клетка е способността й за период от едно денонощие да преработи 30 - 40 пъти повече хранителни вещества в сравнение с масата й. Вследствие на биохимичните, топло- и масообменните процеси с околната среда се стимулира вътрешноклетъчния метаболизъм. На това се дължи нарастването, развитието и размножаването на микроорганизмите от активната утайка. Стига се до натрупване на излишна активна утайка, която в процеса на пречистване се извежда чрез утаяване и филтриране. Друго основно понятие, което се използва при биологичното пречистване на отпадните води, е биогенозата. Дефинира се като съвкупност от съвместно съществуващи микроорганизми, допълващи взаимно изпълняваните от тях функции. В зависимост от това дали консумират кислород при разграждането на органичните замърсители, микроорганизмите са два основни вида - аеробни и анаеробни.

Биологичното пречистване на индустриалните отпадни води обхваща

пет основни етапа

Първият етап или първата фаза е познат под името латентен. При него микроорганизмите се адаптират към съответната хранителна среда. По време на първата фаза размерът на клетките се увеличава и в края на периода започва деленето им, т.е. клетките започват да се размножават. Втората фаза е позната като период на логаритмичен растеж или експоненциална фаза. По време на втората фаза клетките са млади и биологично активни. Периодът се характеризира със значителна скорост на растежа. При третата фаза се наблюдава забавяне на растежа на клетките, тъй като в средата се създават неблагоприятни условия за развитието им. Причината е в намаленото количество на веществата, с които те се хранят, и натрупването на токсини. Четвъртата фаза е позната като стационарна фаза на растежа. Характерно за тази фаза е прекратяване растежа на клетките в края на периода. Броят на клетките в края на периода е постоянен. Последната пета фаза се отличава с експоненциално отмиране на клетки. Периодът е познат още като ендогенно дишане. По време на тази фаза се наблюдава отмиране на клетките със специфична скорост.

В биологичното очистване широко се използват бактерии от рода Pseudomonas. Тези бактерии окисляват ароматни въглеводороди, парафини, мастни киселини, спирт и др. Широко се използват и микроорганизми Bacterium, които разграждат биологично нефт, нефтени феноли, алдехиди, парафини и др.

Като оптимални условия на пречистване

на индустриалните отпадни води се приемат температура на пречистваната вода в интервала от 20 до 30 градуса Целзий, рН в диапазона от 5.5 до 8 и концентрация на разтворения кислород във водата от 1 до 5 mg/dm3.

Принципна схема на инсталация

На фиг. 1 е показана принципна схема на инсталация за биологично пречистване на отпадни води от промишлено производство. Първоначално, замърсените води постъпват в пясъкоотделители, показани с позиция 1 на фигурата. В смесителя, означен с 2, замърсените води се смесват с амоняк, активна утайка и въздух. В смесителя се връща и част от вече пречистената вода. Във функцията на осреднител се използва аеробен биобасейн. След него водите се насочват към показаните с позиция 3 радиални утаители. След това водата постъпва в аериран биобасейн, означен с 4 на фигурата. В аерирания биобасейн вече избистрената вода се дообработва с оборотна активна утайка, след което постъпва отново в радиални вторични утаители, означени с позиция 5. В специално отделение, изобразено на фигурата с 6, пречистената вода се филтрира от активната утайка, след което при необходимост се обеззаразява - 7. Ако отпадните промишлени води са оцветени, в отделение, показано под номер 8, те се обезцветяват. Така пречистените отпадни води с показатели, съответстващи на нормативно определените, могат да се заустят в съответния водоприемник.

Билогичното очистване на отпадните води от индустриалните производства се извършва в

биобасейни от бетон

Използват се различни като конструкция биобасейни. Общото между различните конфигурации е спазването на принципа водата да се движи по определени конструктивно изпълнени коридори в басейните с цел максималното й времепребиваване в тях. Най-често биобасейните представляват железобетонни конструкции. Характерна конфигурация е аерирането на въздуха да се реализира по дъното на басейна чрез използването на перфорирани колекторни тръби и разклонения. Намират приложение и специални конструкции биобасейни, при които аераторите са монтирани на метални конструкции или на понтони. Във функцията на повърхностни аераторите се използват специални конструкции ротори, различни самозасмукващи турбини със и без дифузори и др.

Друг вид съоръжения за биологично пречистване на отпадни води от индустрията са

биофилтрите

Технологията се използва в приложения, при които съдържанието на органични примеси в отпадните води е високо. Например, 500 - 550 mg/dm3. Ефективното използване на биофилтрите е свързано с изискването отпадните води предварително да са пречистени от механични суспендирани частици. За разлика от стоманобетонните биобасейни, клетките на микроорганизмите в биофилтрите се намират в неподвижно състояние. Те са закрепени към повърхността на порести носители. Подлежащата на пречистване вода контактува с образуваната биоципа, в резултат на което жизнената активност на микроорганизмите намалява паралелно с концентрацията на вредните вещества във водата.

В различни сфери на промишлеността, например целулозно-хартиената промишленост или хранително-вкусовата индустрия, за очистка на замърсените води се използват и т.нар.

Биореактори, система окситанк

Представляват реактори, характерно за които е използването на чист кислород за аерация. Чистият кислород се произвежда в кислородни станции. Системите окситанк работят с по-висока концентрация на активни утайки и някои ензими, интензифициращи процесите на разграждане на биологично активните вещества. Биореакторите намират приложение и за очистване на замърсените води от металургични производства. В подобни приложения се използва ензимът феноксидаза. В сравнение с биобасейните със стоманенобетонна конструкция, биореакторите система окситанк се отличават с по-малки габарити и висока производителност.

Очистка на битови отпадни води

Пречистването на битовите отпадни води налага използването на комбинирани методи - химическа подготовка с последваща биодеградация. Битовите отпадни води се характеризират с високо съдържание на органични замърсители. Сред най-разпространените методи за очистването им са пречиствателните системи биодиск. Тези пречиствателни съоръжения представляват дъгообразни корита, напречно в които е монтиран хоризонтален вал. Върху вала са монтирани дикове, изработени от пластмаса с грапава външна повърхност. При въртенето си, дисковете увличат част от водата. Процесът е свързан с аериране на водата от кислорода, съдържащ се в околния въздух. Биологичното разграждане се извършва от посявката от микроорганизми в коритото. Върху дисковете се образува ципа от активна утайка. Контактувайки с биодисковете, водата престоява в съоръжението определен период от време.

Друг широко разпространен метод да очистване на битови отпадни води е т. нар. нитрификация и денитрификация. Технологията се базира на съдържанието на азот под формата на неорганични и органични съединения в битовите отпадни води. При биологичното пречистване азотът, който е под формата на амониеви йони, се окислява с помощта на бактерии от активните утайки до нитрити и нитрати. След това се редуцира до елементарен азот и излита в атмосферата под формата на газ.

Нитрификацията е процес на окисляване на амониевия азот чрез активната утайка към отпадните води. Нитрификацията се извършва в самостоятелни басейни. Процесът е аеробен. За целта кислородът в басейна се внася под чиста форма или посредством тръба с дюзи, положена на дъното на басейна. Денитрификацията се извършва в анаеробни биобасейни в присъствието на хетеротрофни бактерии, редуциращи нитратите до атмосферен азот. Процесът денитрификация се реализира в биобасейни или проточни утаители, в които се осигурява ламинарно течение на водата, без използването на разбъркващи устройства. Освен проточни утаители, се използват и утаители с кръгла форма, познати като утаители на Дор.