14 Ковальчук Очистка стічних вод

В.А.Ковальчук

ОЧИСТКА

СТІЧНИХ

ВОД

РІВНЕ ВАТ «Рівненська друкарня»

2002

УДК 628.3 (075.8) ББК 38.761.2 я7 К56

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

(Лист № 14/8.2-1333 від 20.06.2002 р.)

Рецензенти:

П.Д.Хоружий, доктор технічних наук, професор, завідувач відділом водопостачання і каналізації Інституту гідротехніки і меліорації Української академії аграрних наук.

М.М.Гіроль, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри водовідведення, теплогазопостачання та вентиляції Українського державного університету водного господарства та природокористування.

В.О.Орлов, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри водопостачання та бурової справи Українського державного університету водного господарства та природокористування. В.М.Сівак, кандидат технічних наук, доцент кафедри водопостачання та бурової справи Українського державного університету водного господарства та природокористування.

Ковальчук В.А.

К 56 Очистка стічних вод. - Рівне: ВАТ «Рівненська друкарня», - 2002. - 622 с.: іл.

ISBN 966-7358-24-0

Розглянуто склад і властивості, технологічні схеми та методи механічної, біологічної, фізико-хімічної очистки, доочистки і знезаражування стічних вод, конструкції та методики розрахунку очисних споруд, а також споруди і обладнання для обробки осадів стічних вод.

Рекомендовано для студентів спеціальності «Водопостачання та водовідведення», магістрантів та аспірантів.

Табл. 148. Іл. 270. Бібліогр.: 109 назв.

	УДК 628.3 (075.8)
	ББК 38.761.2 я7
ISBN 966-7358-24-0	© ВАТ «Рівненська друкарня»

ПЕРЕДМОВА

За останні роки в Україні відбулися суттєві зміни структури виробництва, перехід на економічні важелі управління, зміна нормативної бази, в тому числі й тієї, що стосується охорони водних ресурсів від забруднення стічними водами. При проектуванні, будівництві та експлуатації міських очисних станцій на перший план виходять вимоги скорочення витрат на очистку при безумовному забезпеченні необхідної якості очищених стічних вод. Вирішення цих завдань неможливе без застосування ефективних технологій, споруд і обладнання для очистки стічних вод і обробки осадів. Однак підготовка інженерів спеціальності «Водопостачання та водовідведення», які мають впроваджувати сучасні методи очистки стічних вод, до нинішнього часу здійснюється за підручниками й навчальними посібниками, виданими ще в 70-80-х роках минулого століття.

У посібнику, розрахованому на студентів спеціальності «Водопостачання та водовідведення», розглянуто склад і властивості міських стічних вод, фізико-хімічні основи методів їх очистки і обробки осадів, наведені нормативні дані та рекомендації стосовно вибору оптимальних технологічних схем і розрахунку споруд, що входять у технологічні схеми. Особлива увага приділена розгляду методів біологічної очистки, які забезпечують видалення із стічних вод основної маси забруднень. Враховуючи задеклароване Україною прагнення в майбутньому приєднатися до Європейського Союзу, у посібнику, хоча і в дуже стислій формі, висвітлені вимоги стосовно ефективності очистки стічних вод у деяких країнах Заходу, а також розглянуті широко застосовувані там технологічні схеми біологічної очистки стічних вод з глибоким вилученням сполук азоту і фосфору, які, на жаль, практично невідомі в нашій країні.

Посібник може бути корисним для підготовки магістрів і аспірантів, а також фахівців, які займаються питаннями очистки стічних вод і обробки осадів.

3

Передмова, розділи 1, 3-15 написані доцентом Українського державного університету водного господарства та природокористування канд. техн. наук В.А.Ковальчуком, розділ 2 - В.А.Ковальчуком і доцентом, канд. техн. наук С.Б.Проценком.

Автор висловлює подяку П.Д.Хоружому, доктору технічних наук, професору, завідувачу відділом водопостачання і каналізації Інституту гідротехніки і меліорації Української академії аграрних наук, а також викладачам Українського державного університету водного господарства та природокористування - завідувачу кафедри водовідведення, теплогазопостачання та вентиляції, професору, доктору технічних наук М.М.Гіролю, завідувачу кафедри водопостачання та бурової справи, професору, доктору технічних наук В.О.Орлову, доценту кафедри водопостачання та бурової справи, канд. техн. наук В.М.Сіваку за поради і зауваження, спрямовані на поліпшення цього посібника.

Окрему подяку автор складає керівництву Рівненської обласної державної адміністрації, обласної ради, обласного державного управління екології та природних ресурсів (М.М.Гуйдаш, І.Г.Окунєва), та членам постійної комісії обласної ради з питань екології і охорони навколишнього середовища за розуміння проблем фахової підготовки майбутніх інженерівбудівельників та виділення у надсутужних фінансових умовах коштів, необхідних для видання цього посібника, виданого коштом Фонду охорони навколишнього природного середовища Рівненської обласної ради.

Автор буде вдячний за поради щодо змісту і структури пропонованого посібника, які просить надсилати за адресою:

м. Рівне, вул. Соборна, 11 Український державний університет водного господарства та

природокористування, кафедра водовідведення, теплогазопостачання та вентиляції

тел. [phone], [e-mail]

4

Розділ 1

СКЛАД І ВЛАСТИВОСТІ СТІЧНИХ ВОД

1.1. Утворення міських стічних вод

Під терміном «міські стічні води» розуміють суміш різних категорій стічних вод (господарсько-побутових, виробничих, атмосферних), яка надходить для очистки на міські каналізаційні очисні станції.

Господарсько-побутові стічні води утворюються при використанні водопровідної води у побуті і відводяться від санітарних приладів житлових будинків, банно-пральних комбінатів, підприємств громадського харчування, установ (шкіл, лікарень тощо). Вони містять фізіологічні виділення людей, а також господарські відходи: залишки продуктів харчування, пісок, мило і пральні засоби, тканину, папір тощо. Господарсько-побутові стічні води можна розглядати як розбавлену суміш сечі і фекалій, кухонних (стоки від приготування їжі і миття посуду) і банно-пральних стоків (стоки від гігієнічних процедур і прання білизни).

Добовий діурез людини складає 800-1800 мл. Сеча за своїм хімічним складом є однією із самих забруднених складових господарсько-побутового стоку. У складі сечі знайдено 229 хімічних сполук, у тому числі 103 азотовмістні речовини, 30 електролітів, 22 вітаміни, 38 гормонів, 10 білків, а також органічні кислоти, ліпіди, вуглеводи. Добова кількість фекалій, які виділяються людиною, складає 100-300 г. Норми водовідведення для кухонних і банно-пральних стоків на одного жителя складають відповідно 3 і 120 л/добу [1]. В середньому на кухонні потреби припадає 15-20 % стічних вод від сім’ї, ванну і душ - 20-25 %, змивання унітазу - до 35 %, прання білизни - до 20 %. Стічні води від туалетів і кухонь містять до 75 % загальної кількості забруднень господарсько-побутових стічних вод.

Господарсько-побутові стічні води завжди містять велику кількість мікроорганізмів, які містяться у шлунку і на тілі людини, а також змиваються з одягу, овочів, фруктів, м’яса тощо. Серед цих мікроорганізмів можуть бути і патогенні.

Особливістю господарсько-побутових стічних вод є відносна постійність їх складу, що зумовлюється подібністю фізіології людини і її господарської діяльності.

Виробничі стічні води надзвичайно різноманітні за кількістю і складом, які, у свою чергу, залежать від виду виробництва, сировини і технології, що застосовується. Виробничі стічні води умовно поділяють на три види:

5

1. Виробничі стічні води, що містять органічні речовини і не містять токсичних речовин (наприклад, стічні води харчових підприємств). Такі стічні води можна скидати в міську каналізацію;

2.Виробничі стічні води, що містять органічні речовини, а також токсичні домішки, що перешкоджають біохімічному окисленню цих органічних речовин (наприклад стічні води шкірзаводів). Такі стічні води піддають локальній очистці з метою видалення токсичних домішок, після чого скидають у міську каналізацію;

3.Виробничі стічні води, що не містять органічних речовин. Такі стічні води

уміську каналізацію не приймаються.

Скид виробничих стічних вод у міську каналізацію регламентується правилами прийому виробничих стічних вод в системи каналізації населених пунктів.

Надходження виробничих стічних вод у міську каналізацію може бути рівномірним чи нерівномірним, безперервним або залповим, цілорічним чи сезонним.

Атмосферні стічні води утворюються на території об’єкту, що каналізується, при випаданні дощу, танення снігу і при митті вулиць. Атмосферні стічні води у сучасних містах вміщають крім піску і сміття, що змиваються із бруківок, також і органічні речовини, тому за своїм складом вони часто можуть бути віднесені до слабко забруднених побутових стічних вод.

В залежності від системи каналізації господарсько-побутові і виробничі, або господарсько-побутові, виробничі і атмосферні стічні води надходять у міську каналізаційну мережу, утворюючи міські стічні води. У складі міських стічних вод приблизно 40-60 % - це виробничі стічні води. В кожному населеному пункті розміщуються підприємства різноманітних галузей промисловості, в результаті чого не існує міських стічних вод, абсолютно однакових за складом.

1.2. Класифікація забруднень стічних вод

Стічні води надзвичайно різноманітні за своїм складом, а значить - і за своїми властивостями. Знання складу стічних вод і характеру присутніх домішок є головною умовою, яка дозволяє правильно вибрати методи їх очистки і скласти оптимальну технологічну схему очисних споруд.

Забруднення, що містяться в стічних водах, можуть бути класифіковані за різними ознаками, найважливішими з яких є їх походження і фазоводисперсний стан.

За своїм походженням забруднення поділяються на мінеральні, органічні, біологічні і бактеріальні.

6

До мінеральних забруднень відносять пісок, глинисті частинки, шлак, розчини мінеральних солей, кислот і лугів, мінеральні масла тощо.

Органічні забруднення бувають рослинного і тваринного походження. До забруднень рослинного походження відносяться залишки овочів, фруктів, злаків, паперу тощо. Основним хімічним елементом цього виду забруднень є вуглець. До забруднень тваринного походження відносяться фізіологічні виділення людей і тварин, залишки м'язових і жирових тканин тварин, клейові речовини тощо. Вони характеризуються досить значним вмістом азоту.

Органічні забруднення за хімічним складом поділяють на безазотисті, які містять вуглець, водень і кисень, та на азотовмісні.

Головну частину безазотистих органічних домішок господарськопобутових стічних вод складають вуглеводи і жири. З вуглеводів у стічних водах найчастіше зустрічаються моносахариди - глюкоза і лактоза (молочний цукор) і дисахарид - сахароза. Компонентами господарсько-побутових стічних вод є також такі полісахариди, як целюлоза і крохмаль, які на відміну від простих вуглеводів не розчиняються у воді. Целюлоза входить до складу оболонок рослинних клітин. У шлунково-кишковому тракті людини вона не розкладається і не засвоюється. У стічних водах целюлоза знаходиться у завислому стані, складаючи значну частину твердої фази.

Жири у стічних водах представлені складними ефірами триатомного спирту - гліцерину і вищих карбонових кислот. До складу їх молекул можуть входити залишки олеїнової, стеаринової, пальметинової й інших кислот. У воді у присутності поверхнево-активних речовин жири гідролізуються з утворенням гліцерину і відповідних кислот.

У господарсько-побутових стічних водах можуть міститися у невеликих кількостях і інші безазотисті органічні сполуки (кислоти, спирти, альдегіди, кетони тощо).

Азотовмісні органічні сполуки представлені у господарськопобутових стічних водах сечовиною, білками і продуктами їх гідролізу - пептидами та амінокислотами.

Для міських стічних вод кількість забруднень органічного походження досить значна і складає 45-58 %. Мінеральні речовини і забруднення становлять відповідно 42-55 %. Вміст органічних сполук у стоках, що складають господарсько-побутові стічні води, наведений в таблиці 1.1.

Органічні забруднення стічних вод є сприятливим середовищем для розвитку різноманітних мікроорганізмів і бактерій, які складають так зване біологічне і бактеріальне забруднення стічних вод і зумовлюють їх епідемічну небезпеку.

7

До біологічних забруднень, що містяться у стічних водах, відносяться найпростіші, водорості, личинки комах, дріжджі, плісняві грибки і яйця гельмінтів (глистів).

Бактеріальні забруднення стічних вод представлені хвороботворними і нехвороботворними бактеріями та вірусами.

Кількість бактерій у стічних водах досить значна. В 1 мл стічних вод міститься від 108 до 1010 бактерій. За даними проф. С.М.Строганова при кількості бактерій в 1 мл стічних вод 108 об’єм бактеріальної маси складає 0,04 % витрати стічних вод.

Знання хімічної природи забруднень не дає однак повного уявлення про властивості цих домішок, поведінка яких у водному середовищі в процесі очистки в значній мірі залежить від їх фазово-дисперсного стану. В свою чергу фізико-хімічний стан домішок в значній мірі визначається їх дисперсні-

Таблиця 1.1.

Вміст органічних сполук у стоках, що складають господарськопобутові стічні води [1], г/л

Органічна	Банно-пральні	Кухонні	Сеча	Фекалії
сполука	стоки	води
Жири	0,058-0,080	0,6-2,0	-	27,7-32,8
У тому числі за
кислотами:	0,023-0,053	0,370-1,070	-	-
олеїновою
пальметиновою	0,016-0,032	0,200-0,700	-	-
стеариновою	0,005-0,009	0,070-0,190	-	27,7-32,8
Мила	0,060-0,180	-	-	6,5-11,75
У тому числі:	0,060-0,180	-	-	-
стеарат натрію
за жирними	-	-	-	6,5-11,75
кислотами
Сечовина	-	-	15,6-32,9	-
Креатин	-	-	0,42-1,33	-
Гіпурова кислота	-	-	0,07-1,75	-
Сечова кислота	-	-	0,14-0,84	-
Інші амінокислоти	-	-	0,13-0,21	-
Лимонна кислота	-	-	0,14-0,7	-
Феноли	-	-	0,01-0,3	-
Крохмаль (за глю-	-	-	-	1,5-33,75
козою)
Зв’язані жирні	-	-	-	21,63-35,87
кислоти

Значення концентрацій наведені виходячи із наступних питомих витрат стічних вод в розрахунку на одного жителя: банно-пральні - 120 л/добу, кухонні води - 3 л/добу, сеча - 1,2 л/добу.

8

стю, яка зумовлює здатність утворювати з водою гетерогенні чи гомогенні системи.

Згідно відомої класифікації домішок за їх фазово-дисперсним станом, розробленої академіком Л.А.Кульським, усі домішки стічних вод незалежно від їх природи поділені на чотири групи відповідно до розмірів частинок.

Першу групу домішок складають нерозчинні речовини, що знаходяться у воді у вигляді крупних завислих частинок діаметром більше десятих часток міліметра, а також у вигляді суспензії, емульсії і піни (частинки розміром від десятих часток міліметра до 0,1 мкм). Нерозчинні домішки можуть бути органічної чи неорганічної природи, до цієї ж групи відносяться біологічні забруднення, а також бактерії. Домішки першої групи утворюють з водою гетерогенні кінетично нестійкі системи. В певних умовах ці домішки можуть випадати в осад чи спливати на поверхню води. Значна частина домішок першої групи може бути видалена з води в результаті гравітаційного осадження.

Другу групу домішок складають речовини колоїдного ступеня дисперсності з розміром частинок від 0,1 до 0,001 мкм. Домішки цієї групи утворюють з водою гетерогенну систему з особливими молекулярно-кінетичними властивостями і представлені у переважній більшості гідрофільними (легко змочуваними) колоїдами та органічними речовинами з великою молекулярною вагою (клітковина, целюлоза, крохмаль), білками (альбумін, гемоглобін, казеїн молока, тваринний і рибний клей), милами, більшістю органічних барвників. Гідрофобних колоїдів (глина, гідроксиди заліза і алюмінію тощо) у стічних водах дуже мало. Із бактеріальних забруднень до цієї групи відносять віруси.

Домішки третьої групи знаходяться у вигляді молекулярнодисперсних частинок діаметром менше 0,001 мкм. Вони утворюють у воді істинні розчини. Домішки цієї групи надзвичайно різноманітні за своїм складом і визначають своєю присутністю ряд показників якості стічних вод, таких як запах, забарвлення, БПК, ХПК. Для очистки стічних вод від цих домішок використовують біологічні і фізико-хімічні методи.

Домішки четвертої групи мають розміри частинок менше 0,0001 мкм, що відповідає іонному ступеню дисперсності. Це головним чином луги, кислоти і їх солі. Деякі з них, зокрема амонійні солі і фосфати, частково вилучаються із стічних вод у ході біологічної очистки на міських очисних спорудах. Для зменшення мінералізації стічних вод застосовують досить складні фізико-хімічні методи: іонний обмін, зворотний осмос і інші.

Слід підкреслити, що при складанні технологічної схеми очистки стічних вод послідовність технологічних прийомів для вилучення окремих груп

9

домішок завжди чітко відповідає порядку зменшеннях їх розмірів (зростанню дисперсності).

Розподіл мінеральних і органічних домішок за ступенем дисперсності за даними проф. С.М.Строганова наведений у табл. 1.2. У розчині знаходиться біля 35 %, в колоїдному стані - 14 % і у грубодисперсному стані - 51 % усіх органічних забруднень стічних вод. При освітленні стічних вод в осад випадає біля 26 % органічних речовин і відповідно 74 % лишається в освітлених стічних водах.

				Таблиця 1.2.
Вміст мінеральних і органічних забруднень в побутових
	стічних водах [2]
Забруднення		Розподіл, %
	нерозчинні	у вигляді	колоїдні	розчинні
	(осад)	суспензі1
Мінеральні	5	5	2	30
Органічні	15	15	8	20

Слід особливо підкреслити, що до складу органічних і мінеральних речовин, що містяться у міських стічних водах, входять вуглець, а також основні біогенні елементи: азот, фосфор, калій, натрій, кальцій, сірка й ін. Наявність біогенних елементів дозволяє порівняно легко очищати міські стічні води біологічними методами з використанням мікроорганізмів.

1.3. Основні показники ступеня забруднення стічних вод

Аналіз стічних вод необхідний для визначення методу їх очистки, можливості випуску у водойми, наявності в них цінних чи токсичних домішок. Різноманітність складу стічних вод і неможливість визначення кожної забруднюючої речовини робить необхідним використання групових (сумарних) показників, які характеризують певні властивості води без ідентифікації окремих речовин. Наприклад, визначення органолептичних показників (запах, забарвлення) дозволяє уникнути кількісного визначення у воді кожної речовини, що має запах чи надає воді забарвлення. Однак у перелік обов’язкових аналізів на міських очисних спорудах включається визначення концентрацій специфічних домішок, які надходять у міську каналізаційну мережу від промислових підприємств.

Санітарно-хімічний аналіз міських стічних вод передбачає визначення наступних показників: температура, забарвлення, запах, величина рН, прозорість, сухий залишок і втрати при прокалюванні, твердий залишок і втрати при прокалюванні, завислі речовини і втрати при прокалюванні, осідаючі речовини за об’ємом і за масою, перманганатна окислюваність, хімічна потреба в кисні ХПК, біохімічна потреба в кисні БПК, азот (загальний, амо-

10