Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушении прозрачности, окраски, запахов, вкуса); увеличения содержания минеральных веществ; появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий, патогенных вирусов и других загрязнителей.

Сточные воды – это чрезвычайно сложные многокомпонентные растворы, содержащие растворимые и нерастворимые вещества, агрессивные, токсичные, пожаро- и взрывоопасные.

Сточные воды бывают:

незагрезняющие, дождевые, бытовые,

высокоминерализованные, с органическими веществами, с нефтепродуктами, маслами,

коррозионно-активные, особо токсичные, с пожаро- взрывоопасными смесями,

с ценными компонентами.

Общепринято различать сточные воды на промышленные, хозяйственно-бытовые (коммунальные), ливневые (осадки) и сельскохозяйственные.

Различают следующие разновидности технической воды.

• Охлаждающая вода служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. Вода не соприкасается с материальными потоками.

• Технологическая вода подразделяется в свою очередь на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующая вода используется для растворения и образования пульп (суспензий) при обогащении, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывающая вода – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (Экстракция) и твердых продуктов; реакционная – в качестве реагента, а также при азеотропной отгонке. Технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами процесса.

• Энергетическая вода используется при получении пара (для питания парогенераторов) и как рабочее тело при передаче тепла от источника к потребителю (горячая вода).

На предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности основное количество воды (до 90-95 %) используется для охлаждения и конденсации перерабатываемых продуктов в теплообменной аппаратуре, в котлах-утилизаторах. Примерно 5-10 % воды этими предприятиями потребляется в качестве растворителя или для промывки продукции.

Классификация воды по целевому назначению (происхождению и свойствам)

Оценка степени загрязнения сточной воды осуществляется через специальные показатели:

• Органолептические (цвет, вкус, запах, прозрачность, мутность);

• оптическая плотность, температура, электропроводность;

• щелочность, кислотность, жесткость, содержание солей, взвешенных веществ;

• химическая потребность в кислороде (ХПК) - соответствует количеству кислорода, необходимого для окисления всех примесей (мг О₂/л) в воде. Таким образом, ХПК является обобщенным показателем степени загрязненности стоков (определяется перманганатным и бихроматным методами);

• биологическая потребность в кислороде – БПК. Различают БПК₅ и БПК₂₀ (или БПК_полн) – это количество кислорода, которое необходимо микроорганизмам для окисления загрязняющих стоки веществ за пять, двадцать суток. Данный показатель используется для оценки работы, в основном, аэробных (в присутствии ) сооружений биохимической очистки, где в качестве агентов очистки используются микроорганизмы. Совокупность микроорганизмов принято называть биомассой активного ила или биопленкой.

К важным показателям работы сооружений биохимической очистки следует отнести содержание в сточной воде растворенного кислорода (мг/л).

Обязательно контролируется активная реакция стоков в процессе очистки ( ). А для контроля эффективности очистки от оседающих примесей используется анализ их содержания до и после очистки (ГДП, мг/л).

Помимо вышеназванных показателей степени загрязнения и очистки стоки контролируют общего азота, органического азота, общей серы и по специфическим загрязнителям: нефтепродуктам, фенолу, аммонию, сульфидам, нитритам, фосфатам и пр. с помощью стандартных методов.

Предельно-допустимый сброс (ПДС) представляет собой массу вещества в сточных водах, максимально допустимую к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

Ассимилирующая способность водного объекта – это способность водного объекта принимать определенную массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования.

Классификация (разработанная Л.А. Кульским) по отношению к дисперсной среде

категория	тип
I группа	Взвеси нерастворимых веществ; размер частиц 10^-5-10^-4 см и более (грубодисперсные примеси (ГДП) или оседающие примеси)
II группа	коллоидная система, т.е. неорганические и органические примеси (высокомолекулярные вещества) могут менять свою агрегативность; размер частиц – 10^-5-10^-6 см;
III группа	истинный раствор, содержащий крупные молекулы органических соединений и газов, размер частиц – 10^-6-10^-7 см
IV группа	истинные растворы электролитов, диссоциирующих в воде и имеющих размер частиц менее 10^-7 см

Очистка сточных вод – обработка с целью разрушения или выведения (удаления) из них вредных веществ.

Основные способы очистки сточных вод:

Механические: осветление, осаждение под действием силы тяжести (отстойники) или с помощью центробежных сил (центрифуги, гидроциклоны), фильтрование с отложением осадка на фильтрующей поверхности или с забивкой пор;

Физико-химические флотация с применением химических реагентов, с применением коагулянтов для коллоидных примесей, флокулянтов для дисперсной среды, с использованием сорбционных методов (адсорбции, абсорбции, ионного обмена), экстракции, обратный осмос и ультрафильтрация

Химические с использованием химических реагентов (нейтрализация, коагуляция, флокуляция).

Физические – использование электрических методов, обработка ультразвуком, в магнитном поле и т.д,

Электрохимические (анодное окисление, катодное восстановление, электродиализ)

Биологические (аэробный и анаэробный методы).

Термические (жидкофазное окисление, парофазное каталитическое окисление), концентрирование, вымораживание, кристаллизация.

3 Типа очистных сооружений:

Локальные (цеховые) для уменьшения потерь сырья и ценных компонентов, а также для снижения объемов общих очистных сооружений, общие (заводские), районные (городские)

Отработанная в производстве вода (сточная вода), бывает, как правило, загрязнена сырьевыми, полупродуктовыми и продуктовыми компонентами конкретного производства, где требуется локальная очистка

1. Осветление воды (удаление взвешенных частиц, ГДП). Если удалению подлежат взвешенные частицы (ГДП) или оседающие примеси, то используется процесс отстаивания (1,5-2 ч) или фильтрование. Отстаивание осуществляют в специальных отстойниках, бассейнах. Фильтрование – на фильтрах с загрузкой (дробленый кварц, песок, уголь и пр.). Для удаления коллоидных частиц возможно применение перед фильтрованием (отстаиванием) коагулянтов (флокулянтов), например, . После осветления, например, в воде питьевой, содержание взвешенных частиц должно быть не более 1 мг/л.

2. Дегазация воды – удаление , , , и т.д. Например, удаление кислорода из воды, необходимо при подготовке энергетической воды, используемой в котлах высокого давления. Связано это с тем, что кислород вызывает поверхностное разрушение металлов вследствие коррозии. Удаление обусловлено органолептическими требованиями к качеству питьевой воды. Приемы удаления газов разнообразны и обусловлены их свойствами.

3. Стабилизация воды – процесс, обеспечивающий предотвращение карбонатных отложений в сетях

4. Обеззараживание воды - уничтожение болезнетворных бактерий и микроорганизмов; окисление токсичных и органических примесей. Подвергается вода, используемая для бытовых нужд. Проводится при использовании различных окислителей – газообразный хлор; хлорная известь; гипохлорит кальция. Более дорогие способы – применение озонирования, ультрафиолетового облучения и посеребрения воды. Выбор реагента и технологии обеззараживания определяются задачами водоподготовки. Например, необходимо не только провести обеззараживание воды, но и дезодорирование (удаление ). Возможно более эффективным приемом в данном случае будет озонирование воды. Озон в воде самопроизвольно диссоциирует ( ). Атомарный кислород в тысячу раз быстрее окисляет бактерии, чем хлор.

Удаление специфических соединений.

Согласно действующему законодательству, в водоемы могут сбрасываться только нормативно-очищенные сточные воды, т.е сточные воды, отведение которых после очистки в водные объекты не приводят к нарушению норм качества воды в контролируемом створе (поперечном сечению потока, в котором контролируется качество воды) или пункте водопотребления.

Упрощенная схема промышленных очистных сооружений

1 – блок смешения и механической очистки городских и производственных сточных вод, 2 – первичный отстойник, 3 – аэротенки, 4 – второй отстойник, 5 – уплотнитель смеси биомассы активного ила и сырого осадка, 6 - биофильтр, 7 – пруды дополнительной очистки (окислительные пруды)

В первичном отстойнике осуществляется отделение ГДП, которые в виде сырого осадка выводятся в уплотнитель 5. Осветленная сточная вода далее поступает в сооружение биологической очистки I-ой ступени - аэротенки 3 и далее во II-ую ступень – биофильтр 6. В них микроорганизмы в составе активного ила потребляют растворенные органические и неорганические соединения из сточной воды. При этом увеличивается общая масса ила. Ее избыток выводят в уплотнитель 5 (из вторичного отстойника 4), откуда смесь ила и сырого осадка выводится на иловые карты 6. Очищенная вода дочищается на биофильтре 6 и далее в окислительных прудах 7. И только после прудов очищенная вода сбрасывается в поверхностный водоем.

Главными факторами, определяющими выбор центрифуги, являются: для суспензий степень дисперсности твердой фазы, эффективная плотность (разность плотностей твердой и жидкой фаз) твердых частиц и их концентрация; для эмульсий стойкость эмульсии, обусловленная степенью раздробленности капель, одной жидкости в другой, вязкость дисперсионной среды и соотношение плотностей фаз.

При выборе центрифуги следует также учитывать коррозионные свойства отрабатываемого материала, его токсичность, огне и взрывоопасность (машины с открытым или закрытым кожухом), коэффициент трения, осадки и др.

Механическую очистку применяют в основном как предварительную (самая дешевая очистка). Механическая обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65 %, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95% и снижение БПК сточных вод на 20-25%.

Аппаратура: песколовки (выпадают тяжелые частицы); жироловки, маслоуловители, нефтеловушки и др. (всплывают более легкие частицы).

Для задержания крупных загрязнений применяют процеживание через различные решетки и сита. Процесс реализуется на вертикальных и наклонных решетках с шириной прорезов 15-20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит.

Сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы, называются песколовками.

Песколовки бывают вертикальные, горизонтальные и с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды (тангенциальные и аэрируемые).

Вертикальная песколовка с вращательным

движением сточной воды

(подвод воды – по касательной с двух сторон в основании) вертикальные в отличие от горизонтальных удобны для накопления больших объемов осадка.

Принцип действия основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости.

(размер частиц 2000-250 мкм.)

Кривая седиментации (осаждения) или всплывания (для жира, масла, нефтепродуктов)

Зависимость скорости осаждения от времени.

С0 – начальная концентрация ГДП (г/л), τэфф – эффективное время осветления (соответствует 50% осаждения от С0), Ск- конечная концентрация ГДП (г/л). Эффект осветления ,

Для биологической очистки

Процесс сопровождается приростом биомассы

Расчет времени при концентрации сточной воды с микроорганизмами активного ила.

, где ρ- удельная скорость окисления,

х – исходная концентрация ила г/л, а – зола ила

После аэротенка вторичный отстойник (очистка активного ила) поступает в пруды доочистки, а активный ил в голову аэротенка.

Сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих веществ жировками, маслоуловителями, нефтеловушками и другие.

Время отстаивания – 2 часа, для защиты от атмосферных осадков накрывают съемными плитами. Э= 60-70%

(95% для легкоотделимой)

А- горизонтальная: 1- корпус нефтеловушки; 2- гидроэлеватор; 3- слой нефти; 4- нефтесборная труба; 5- нефтеудерживающая перегородка; 6- скребковый транспортер; 7- приемник для осадка.

Б- тонкослойная: 1- вывод очищенной воды; 2- нефтесборная труба; 3- перегородка; 4- плавающий пенопласт; 5- слой нефти; 6- ввод сточной воды; 7- секция из гофрированных пластин; 8- осадок

Отстаивание – наиболее простой и часто применяемый способ выделения из сточных вод грубо дисперсных нерастворимых примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его поверхности.

Накопитель – стандартные стальные или железобетонные резервуары.