Биологическая очистка сточных вод. Сточные воды как объекты очистки. Общие принципы очистки сточных вод.

Лекция №1. Биологическая очистка сточных вод. Сточные воды как объекты очистки. Общие принципы очистки сточных вод. Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные загрязнения в качестве источника питания и минерализовывать их в процессах своей жизнедеятельности. Среди биологических методов защиты окружающей среды биологические методы очистки сточных вод первыми получили развитие и в настоящее время наиболее широко используются. По объему перерабатываемых потоков биологическая очистка сточных вод является самой крупнотоннажной технологией и применяется на подавляющем большинстве очистных сооружений: производственных, городских, локальных и придомовых. Очистку сточных вод проводят с целью удаления из них взвешенных и растворимых органических и неорганических соединений до концентраций, которые не превышают регламентированные (предельно допустимые концентрации, ПД). Чем ниже содержание загрязнений в очищенной сточной воде, тем выше ее качество. В России требования к качеству очищенных сточных вод содержатся в «Правилах охраны поверхностных вод (типовые положения)», «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», «Правилах охраны прибрежных районов морей», строительных нормах и правилах проектирования канализации и очистных сооружений. Все эти документы определяют условия отведения сточных вод в водоемы, и их выполнение обязательно как для промышленных объектов, так и для хозяйствующих субъектов. Регламентированное содержание загрязнений в очищенной воде зависит от категории природного водоема, в который воду сбрасывают. Выделяют водоемы, вода которых используется для хозяйственно-питьевых целей (а также для снабжения предприятий пищевой промышленности), для культурно-бытового водопользования и в рыбохозяйственных целях. Наиболее жесткие требования предъявляют к качеству воды объектов, используемых в рыбохозяйственных целях. Если сточная вода сбрасывается не в природный водоем, а в городскую канализацию, то, согласно действующему законодательству, в каждом населенном пункте Российской Федерации могут утверждаться собственные правила приема сточных вод в канализацию и соответственно ПДК загрязняющих веществ, сбрасываемых со сточными водами на очистные сооружения канализации. Для определения характера и степени загрязненности сточных вод, качества очистки используется ряд показателей. Органолептические показатели: цвет, вид, запах, мутность, прозрачность. Некоторые вещества обнаруживаются органами чувств человека при очень малых концентрациях (например, хлорфенол — при 0,000004 мг/л). Физико-химические показатели: pH, температура, окислительно - восстановительный потенциал, суммарная минерализация, электропроводность, цветность. Суммарная минерализация отражает общее содержание минеральных веществ в воде; обычно выражается в мг/л или мг/дм3 (до 1000 мг/л) и %% (промилле или тысячная доля при минерализации более 1000 мг/л). Электропроводность приблизительно отражает суммарную минерализацию воды и обычно возрастает с ее увеличением. Цветность воды выражается в градусах платино-кобальтовой или бихроматкобальтовой шкалы и характеризует интенсивность окраски воды. Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных организмов. Содержание взвешенных веществ отражает содержание в воде грубодисперсных суспендированных минеральных примесей (частиц глины, песка, других неорганических веществ) и органических частиц (различных микроорганизмов, активного ила, планктона, отмерших остатков организмов и т. п.). Потери при прокаливании, зольность твердых примесей характеризуют содержание органической и минеральной частей примесей. Определяют их путем прокаливания пробы (навески) при 500—600 °С, при этом большинство соединений, содержащих C, H, N, S и другие летучие примеси, выгорают. Потери при прокаливании выражают в мг/л, зольность — в % от исходной массы твердого образца. Вместо показателей потерь при прокаливании и зольности иногда используют показатель «содержание в пробе летучих и нелетучих примесей». Плотный остаток — остаток, образовавшийся при упаривании нефильтрованной воды и высушенный до постоянного веса при 105 °С. Сухой остаток — остаток после упаривания и высушивания при 105 °С профильтрованной воды. Для описания содержания органических соединений также применяют показатели «растворенное органическое вещество» (ров), «взвешенное органическое вещество» (ВОВ), «общий органический углерод» (ООУ). Показатель «общий органический углерод» определяется окислением органических веществ до СО2 при нагревании. Для вычисления ООУ используется разность в количестве СО2 до и после окисления. Концентрация ООУ растворенных органических веществ в незагрязненных природных водах составляет от 1 до 20 мг/л. В болотных водах она может достигать нескольких сотен мг/л. Жесткость (мг-экв/л). Общая жесткость воды определяется, главным образом, как сумма концентраций ионов Ca2+, Mg2+, выраженная в мг-экв/л. Она равна [Ca2+]/20,04 + [Mg2+]/12,16. Мягкая вода имеет жесткость <4 мг-экв/л, вода средней жесткости 4—8 мг-экв/л, жесткая 8—12 мг-экв/л, очень жесткая >12 мг-экв/л. Величина общей жесткости в питьевой воде не должна превышать 7 мг-экв/л. Особые требования предъявляются к технической воде (из-за образования накипи). Содержание железа и марганца. В городских сточных водах допускается содержание Fe до 5—8 мг/л, Mn до 1 мг/л. Воду в качестве питьевой можно использовать, если общее содержание железа не превышает 0,3 мг/л, марганца — 0,1 мг/л. Содержание сульфатов, хлоридов, силикатов. Концентрация хлоридов может служить контрольным показателем для определения времени нахождения воды в сооружениях, сигналом о несоответствии проб поступающих и очищенных вод, поскольку в процессе прохождения сточной воды по всем очистным сооружениям хлориды практически не потребляются биоценозом очистных сооружений. Содержание соединений азота и фосфора. Содержание аммонийного и нитратного азота в очищенной воде не должно превышать ПДК. Особенно важно отсутствие ионов NH4+, которые вредны для рыб. При использовании процессов биологической очистки сточных вод в аэробных условиях должно быть обеспечено ориентировочное соотношение полного биологического потребления кислорода (БПКп, см. с. 19), азота и фосфора: БПКп : N : P = 100 : 5 : 1. Если в сточных водах это соотношение не выдерживается (N и P меньше требуемого уровня), то азот и фосфор добавляют в сточные воды (обычно в виде минеральных солей: хлоридов, сульфатов, фосфатов). Кислотность (мг-экв/л) сточных вод определяется их способностью связывать гидроксид-ионы. Количество гидроксид-ионов, вступающих в реакцию нейтрализации, отражает общую кислотность воды и зависит от содержания свободного диоксида углерода, других слабых органических кислот, сильных кислот и их солей. Щелочность (мг-экв/л) определяет количество веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами. В зависимости от характера анионов, формирующих щелочность, различают гидратную щелочность (обусловленную присутствием ионов ОН), бикарбонатную (HCO3), карбонатную (СО32-), силикатную (HSiO3), фосфатную (H2PO4-, HPO42-, PO43-), гуматную и т. д. Природные воды с pH 7-9 обычно имеют суммарную карбонатную и бикарбонатную щелочность 3-4 мг-экв/л. Содержание синтетических ПАВ. На биоочистку допускается поступление сточных вод с содержанием синтетических ПАВ не более 10-20 мг/л. Растворенный кислород — один из основных санитарных показателей состояния водоема. Концентрация кислорода в значительной мере определяет направление и скорость процессов химического и биологического окисления органических и неорганических соединений. Наиболее часто для оценки показателя общей загрязненности сточных вод органическими соединениями используются показатели ХПК и БПК. ХПК — химическое потребление кислорода — величина, определяемая по методике, при которой вещества, присутствующие в сточных водах, химически окисляются 0,25%-м K2Cr2O7 при кипячении пробы в течение 2 ч в растворе H2SO4 с объемной долей 50%. Для полноты окисления органических веществ применяется катализатор — Ag2SO4. Большинство органических соединений в таких условиях окисляется до H2O и CO2, однако ряд соединений (пиридин, бензол и его гомологи, нафталин, триметиламин) в этом режиме окисляются не полностью. При окислении бихроматом наряду с органическими веществами окисляются и некоторые неорганические вещества (NO2-, S2-, S2O32-, Fe2+, SO32). Аммиак и ионы аммония, образующиеся при окислении органического азота, не окисляются. Величину ХПК выражают в пересчете на содержание кислорода, например в мг О2/л, т. е. потребление бихромата или перманганата калия переводят в эквивалентное потребление кислорода (то количество кислорода, которое потребовалось бы для окисления кислородом органических веществ, содержащихся в 1 л воды). Кроме ХПК по бихроматной окисляемости (ХПКСг) используют также ХПК по перманганатной окисляемости (ХПКМп) — окисление загрязнений с помощью KMnO4. Эта методика более простая в исполнении, но при ее использовании количество окисляемых органических соединений существенно меньше, чем при окислении бихроматом. БПК — биохимическое (биологическое) потребление кислорода — количество кислорода, которое потребляется микроорганизмами ила при аэробном биологическом разложении органических веществ, содержащихся в сточных водах, при стандартных условиях инкубации (температура 20 °C, нейтральный pH) за определенный интервал времени. Кислород, затрачиваемый на нитрификацию, при определении БПК не учитывается. Ил должен быть адаптирован к потреблению загрязнений сточных вод. В зависимости от длительности биологического разложения различают БПК за 5 сут, 20 сут и полное окисление: БПК5, БПК20, БПКп. БПК5 обычно определяют для стоков, содержащих легко усвояемые загрязнения — углеводы, низшие спирты. Для стоков химических производств с большим спектром органических загрязнений определяют БПКп. Однако это определение может быть затруднено тем, что по мере снижения концентрации органического загрязнения начинают протекать процессы нитрификации с потреблением кислорода, поэтому БПК часто определяют за время 15—20 сут, до начала нитрификации. Санитарно-бактериологическая оценка качества воды основана на определении двух показателей: микробного числа и числа бактерий группы E. coli. Микробное число определяют посевом из 1 мл образца воды на мясо-пептон- ный агар (МПА) в чашках Петри с последующим подсчетом количества колоний после 48 ч инкубации при температуре 20 °С или после 24 ч при температуре 37 °С. Бактерии группы E. coli (кишечной палочки) дольше, чем патогенные микроорганизмы, сохраняют жизнеспособность во внешней среде, более устойчивы к действию хлора, чем возбудители большинства инфекций. Появление этих бактерий сигнализирует о попадании в воду фекальных стоков. Поэтому они и используются в качестве санитарно-показательных микроорганизмов. Определяют бактерии группы E. coli высевом на питательную среду Эндо. Результат получают в виде коли-индекса (число бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды) или коли-титра (мл воды на 1 кишечную палочку). Увеличение содержания санитарно-показательных бактерий при загрязнении водоемов наблюдается прежде, чем становится заметным изменение химических показателей воды, поэтому бактериологические показатели относят к наиболее важным показателям санитарного состояния водоема. По действующему стандарту коли-титр питьевой воды должен быть не менее 333 и соответственно коли-индекс — не более 3. В особых случаях по санитарно-эпидемиологическим показателям прибегают к определению в воде энтерококков, энтеровирусов, сальмонелл, проводят исследование воды на патогенную микрофлору, определяют содержание яиц гельминтов, из которых около 92% общего числа яиц составляют яйца аскарид. Количественный и качественный состав производственных сточных вод раз­нообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических про­цессов и особенностей технологического оборудования, источников и схемы водоснабжения, вида и качества используемого сырья, культуры производства, организации учета и контроля за расходом воды, применения схем повторного использования оборотных вод и прочих факторов. Среди сточных вод промышленных предприятий выделяют: Условно-чистые, не загрязняющиеся или мало загрязняющиеся в про­цессе производства (1-я категория). Они включают теплообменные воды, расходуемые на охлаждение технологических сред через поверхность те­плообменников. Эти воды могут быть использованы многократно в виде оборотной воды после охлаждения в градирнях и стабилизации. Транспортерно-моечные (2-я категория). Образуются, например, после гидравлического транспортирования и мойки сырья. Они загрязнены в основном минеральными примесями (частицы почвы, песок, глина), а также растворимыми составляющими загрязнений. Производственно-загрязненные и хозяйственно-бытовые (3-я кате­гория). К ним относятся воды, образующиеся на промежуточных технологических стадиях, после извлечения целевых продуктов, от мойки и дезинфекции технологического и вспомогательного оборудования, коммуникаций, помещений, регенерации фильтров, сорбентов и т. п. Воды этой категории содержат органические и минеральные вещества, моющие, дезинфицирующие вещества, фосфаты, щелочи, кислоты и т. д. в твердом, растворенном и коллоидном состояниях. Содержание загрязнений в них, как правило, ниже, чем в производственно-загрязненных, поэтому они могут отводиться и очи­щаться раздельно от производственных. Сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатитель­ных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т. п. содержат в основном минеральные загрязнения: кислоты, щелочи, соли, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводов, предприятий органического синтеза, коксохимических содержат различ­ные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества, многие из которых довольно устойчивы к биологиче­скому разложению. Очистка таких стоков проводится в несколько последо­вательных стадий с удалением органических поллютантов (нефтепродуктов, фенолов, роданидов и др.) на первых стадиях, неорганического азота (в кок­сохимическом производстве). Для сточных вод пищевой, химико-фармацевтической, микробиологиче­ской, целлюлозно-бумажной и некоторых других отраслей промышленности, а также животноводства характерны высокие концентрации биоло­гически легко разлагаемых органических загрязнений (БПК, 1000—10000 мг/л, в отдельных случаях до 80000 мг/л). Если стоки не содержат азот, фосфор в достаточном количестве (например, стоки целлюлозно-бумажных комбинатов, сахарной промышленности), то при ис­пользовании биологической очистки эти химические элементы необходимо добав­лять для обеспечения нормального режима протекания биологического процесса. Если в сточной воде отсутствуют органические вещества и биогенные элементы или их количество незначительное, то биологическая очистка не используется. Не существует универсального метода и технологии очистки, которые были бы пригодны для любого типа сточной воды. Используя существующие методы в различной последовательности и комбинации, можно разработать несколько сотен тысяч вариантов систем очистки. В конкретной ситуации для каждого типа сточных вод и вида потока необходимо подобрать тот или иной комплекс методов, с помощью которых будет достигнута приемлемая очистка. Выбор ра­циональной схемы водоочистки определяется составом и концентрацией за­грязнений в сточных водах, объемом сбрасываемой воды, размером приемного водоема и его типом, местонахождением источника сброса, требуемой степенью очистки сточных вод и затратами на очистку. Наиболее прогрессивные современные методы обезвреживания и перера­ботки стоков должны быть высокоинтенсивными, экономически эффективны­ми, экологичными — образовывать как можно меньше вторичных загрязнений уже на самой стадии обработки стоков. Общие принципы очистки сточных вод Сточные воды могут поступать на городские очистные сооружения, на очист­ные сооружения предприятия, на локальные очистные сооружения (предпри­ятий, малых хозяйств, домохозяйств). В зависимости от соотношения мощности производственных и городских очистных сооружений сточные воды промышленного предприятия могут на­правляться на городские очистные сооружения и наоборот. Смешивать эти стоки перед очисткой часто оказывается выгодно. В хозяйственно-фекальных стоках, как правило, много азота и фосфора, в производственных — углеро­да, поэтому их смешение часто обеспечивает более оптимальное соотноше­ние С : N. С : Р, необходимое для нормальной работы биологической стадии очистки. Локальные очистные сооружения (ЛОС) малых хозяйств, домохозяйств ис­пользуются для очистки коммунально-бытовых стоков, когда жилые застройки ввиду своего размещения не могут быть подключены к центральным канализа­ционным сетям и очистным сооружениям. Производственные локальные очистные сооружения (ЛОС) используют­ся, если сточные воды содержат специфические агрессивные или биотоксичные загрязнения, не допускающие смешения различных стоков, или ценные компоненты, которые могут быть извлечены из промышленных стоков. За­траты на очистку такого стока в общих очистных сооружениях гораздо выше, чем в локальных. На ЛОС происходит удаление основной массы загрязне­ний, что позволяет затем направить стоки на общепроизводственные очист­ные сооружения. В зависимости от принимаемых схем очистки локальные сооружения могут быть как последней стадией очистки для промышленных стоков, так и промежуточной — перед направлением стоков на биологиче­скую очистку. Рис. 1. Обобщенная схема организации очистки сточных вод Обработка производственных сточных вод в общем случае включает подго­товительную очистку, извлечение примесей, деструктивную очистку. Задача подготовительной очистки — подготовка сточных вод для обеспече­ния возможности их транспортирования и дальнейшей очистки. С этой целью используются: • усреднение сточных вод - часто в емкости-усреднителе с мешалками время пребывания сточной воды (время гидравлического удержива­ния) составляет обычно 18—24 ч; • нейтрализация сточных вод — обычно известковым молоком для кис­лых вод, раствором НС1, НSO4 или С02 — для щелочных. Наиболее удачные решения такие, при которых для нейтрализации используют­ся отходы производства, или при смешивании в усреднителе стоков с разным pH; • охлаждение горячих вод, удаление взрывоопасных газов и другие про­цедуры. Для извлечения примесей используются любые методы очистки, сопрово­ждающиеся выделением загрязнений из воды в виде твердой, жидкой или газообразной фазы. В регенеративных методах извлекаемые примеси возвра­щаются в производство как ценный продукт. Примеры методов для удаления примесей: • осаждение взвесей в отстойниках; • центрифугирование и седиментация взвешенных примесей; • удаление свободно плавающих примесей в нефтеловушках, жироловуш­ках и т. п.; • удаление масел, нефтепродуктов и примесей путем седиментации и сорбции в нефтеловушках; • флотационное и электрофлотационное удаление примесей, легко обра­зующих устойчивую пену с пузырьками воздуха, например жира из сто­ков молокозаводов; • экстракционное извлечение фенола из сточных вод органическими рас­творителями при содержании его в стоках >1000 мг/л; • адсорбция примесей на активированном угле, ионообменных смолах, спе­циальных сорбентах, а также глине, торфе, опилках, коре, золе и т. п.; • контактная фильтрация через слой песка или другие материалы с ис­пользованием быстрых фильтров, динамических фильтров для удаления тонких взвесей, фосфатов, клеток микроорганизмов; • фильтрование через нейтрализующие материалы: известняк, доломит, магнезит, обожженный магнезит, мел и т. п.; • фильтрование через тканевые материалы для удаления грибного мице­лия из сточных вод производства антибиотиков; • реагентная обработка коагулянтами на основе гидроксихлорида и оксихлорида алюминия, известью, полимерными флокулянтами с последующей седиментацией сорбированных примесей; • аэрация с целью десорбции газов и легкокипящих органических растворителей из жидкости при продувке ее воздухом; • эвапорация — десорбция газов и легколетучих веществ из сточной воды и переход их во вводимый в воду острый пар, например, для извлечения фенола, аммиака; • термическое упаривание, дистилляция, сушка; • мембранное разделение: микрофильтрация взвесей и коллоидов; • ультра­фильтрация для извлечения высокомолекулярных растворимых компо­нентов; • обратный осмос для деминерализации воды; • магнитная, ультразвуковая обработка и другие методы, известные по ис­пользованию в различных технологических процессах. Среди всех методов извлечения примесей наиболее важна механическая очистка, предназначенная для задержания нерастворенных примесей и исполь­зуемая на первых стадиях практически всех схем очистки. К сооружениям меха­нической очистки относятся: решетки и сита (для задержания крупных приме­сей), песколовки (для улавливания минеральных примесей, песка), отстойники и ловушки (для медленно оседающих и плавающих примесей) и фильтры (для мелких нерастворенных примесей). Остаточное содержание загрязнений в сточных водах после извлечения при­месей обычно еще велико (десятки—сотни мг/л), поэтому дальнейшую очистку воды проводят одним из методов деструкции с переводом загрязнений в без­вредные соединения. Методы деструктивной очистки связаны с разрушением загрязнений окис­лением или восстановлением до безвредных веществ и удалением части продук­тов реакции в виде осадков или газов. Для разрушения используются: • биологическая (биохимическая) очистка (окисление, восстановление, деструкция, трансформация); • химическое окисление, например, цианистых соединений «активным хлором», серосодержащих соединений — пероксидом водородафенолов, нефтепродуктов, красителей, синтетических ПАВ, хинонов, гидрохинонов и других соединений — озоном; • химическое восстановление водородом — для обесцвечивания окрашен­ных сточных вод предприятий текстильной промышленности (восста­новление азокрасителей); • термическая деструкция (сжигание); • жидкофазное окисление загрязнений воздухом в нагретой сточной воде или в осадке сточных вод при температуре до 150 °С и давлении 0,5—1 МПа; • окисление при сверхкритических параметрах при температуре 370—420 °С и давлении 20—25 МПа; • фотокаталитическое окисление стойких поллютантов (нефтепродуктов, ПАУ, хлорорганических соединений, цианидов и др.) под действием ультрафиолета; • окисление осадков и избыточного активного ила в условиях аэрозольно­го катализа; • адсорбционно-каталитическое окисление; • электрохимическое окисление и другие способы обработки сточной воды. Многие из методов химической очистки сточных вод трудоемки и недоста­точно эффективны. Методы очистки стоков, основанные на сжигании, дистил­ляции, термической деструкции энергозатратны, требуют значительных капи­таловложений и нежелательны с экологической точки зрения, так как приводят к значительным выбросам в атмосферу диоксида углерода, оксидов азота и дру­гих загрязнений. В типичной схеме очистки можно выделить три стадии. Первичная очистка. В ходе ее из воды извлекают крупный мусор, крупно­дисперсные примеси и взвешенные вещества механическим способом: на ре­шетках, в песколовках, отстойниках, а также в гидроциклонах, флотационных установках и других сооружениях. Поверхностные загрязнения удаляют отстой­никами, нефтеловушками, бензомаслоуловителями, жироловками, смолоуловителями и т. п. Вторичная очистка. На этой стадии осуществляется разложение содержа­щихся в сточных водах органических веществ, наиболее часто биологической деструкцией под действием микроорганизмов. При первичной и вторичной очистке типичные производственные и хо­зяйственно-бытовые стоки не полностью освобождаются от органических и взве­шенных веществ, содержат избыточные количества азота и фосфора, поэтому воз­никает необходимость их доочистки — третичной очистки (глубокой доочистки). На этой стадии осуществляют физическую, химическую или биологическую об­работку сточных вод, при которой из них удаляют неорганические загрязняющие вещества, биогенные элементы (азот, фосфор) и бионеразлагаемые органические соединения. Наиболее широко используемые физические и химические способы третичной очистки для удаления взвешенных веществ — осветление в полочных отстойниках, фильтрование через зернистые загрузки, микрофильтрация, пенная флотация; растворимых соединений — адсорбция органических веществ на акти­вированных углях, реагентная обработка флокулянтами и коагулянтами, озониро­вание в сочетании с фильтрацией; для обезвреживания патогенной микрофлоры и гельминтов — обеззараживание (дезинфекция) воды. Третичная очистка позволяет довести сточные воды до уровня, соответ­ствующего требуемым стандартам очистки. Так, нормой вторичной очистки является снижение БПК до 15 мг/л и взвешенных веществ в воде до 70 мг/л, а при использовании способов третичной очистки происходит снижение БПКп до 3—5 мг/л, концентрации взвешенных веществ — до 1—2 мг/л. После полной очистки сточных вод их спускают в водоемы или возвращают на производство как оборотные воды. При понижении требований к качеству очищенной воды, например при сбросе небольшого количества сточной воды в мощный водоем или рецикле воды на предприятие, для уменьшения затрат на очистку сначала исключают доочистку, а затем вторичную очистку. Большинство технологических схем очистки сточной воды включают ста­дию биологической очистки, принадлежащей к деструктивным методам и яв­ляющейся наиболее распространенной среди всех методов очистки. Типичная схема очистки сточных вод со стадией биологической очистки представлена на рис. 2. В начале очистных сооружений обычно монтируются решетки, которые ис­пользуются для удаления крупных частиц из потока. Рис. 2. Типичная схема биологической очистки сточных вод с аэротенком Песколовки (песколовушки) предназначены для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом песка. Применение их обу­словлено тем, что при совместном выделении в отстойниках минеральных и ор­ганических примесей возникают значительные затруднения при удалении осад­ка из первичных отстойников. В песколовках задерживается до 60—70% песка с диаметром песчинок >0,2—0,25 мм и другие наиболее тяжелые минеральные загрязнения. В воде остается песок фракций 0,1—0,15 мм, который затем извле­кается в отстойниках. Отстойники используются практически во всех схемах очистных сооруже­ний. Первичные отстойники обычно используются для удаления взвешенных ве­ществ и осветления стоков перед стадией биологической очистки. Вторичные отстойники используются в двух целях: для осветления сточных вод после биологической очистки и для уплотнения активного ила и его рецикла на биологическую очистку (в аэротенк, в анаэробный реактор) с целью повышения концентрации ила и окислительной (сбраживающей) способности биореактора. Отстойники подразделяются также на вертикальные, горизонтальные и ра­диальные. Вертикальные отстойники используются при расходе сточной воды не более 10 тыс. м3/сут. Горизонтальные отстойники применяют для средних и крупных станций водоочистки (с расходом сточной воды 10—100 тыс. м3/сут.). Радиальные — при расходе сточной воды свыше 100 тыс. м3/сут. В 2-ярусных отстойниках (эмшерах) верхний ярус используется для отстаи­вания, нижний — для сбраживания и уплотнения осадка. Конструкция таких отстойников не позволяет попадать пузырькам газа, об­разующимся при анаэробном распаде осадка, в осветляемую жидкость верхне­го яруса. Время перегнивания осадка в таком отстойнике составляет около 120 сут при температуре 10 °С, 25—30 сут — при 25—27 °С. За это время разлагается 40—60% органического вещества. Перегнивший осадок периодически выводится со дна нижнего яруса без прекращения подачи сточных вод, что является большим преимуществом двухъярусного отстойника. Двухъярусные отстойники применяют обычно для очистных станций производительностью до 10 тыс. м3/сут. Вторичные отстойники позволяют удалить основную массу ила. При недостаточно эффективной работе вторичного отстойника оставшиеся взвеси удаляют в тонкостенном, флотационном отстойнике или микрофиль­трацией через ткань или пористые мембраны. В результате получают воду с содержанием взвешенных веществ не более 1—3 мг/л. Неправильно спроектированные или неудовлетворительно работающие отстойники часто становятся наиболее уязвимым местом в цепочке очистных сооружений, из-за которого невозможно увеличение их производительности. В отличие от аэротенков, пропускная способность которых часто может быть существенно увеличена путем модернизации системы аэрации, повышением интенсивности насыщения кислородом иловой смеси, регулированием цирку­лирующих потоков и возраста ила, эффективность работы отстойников можно повысить лишь незначительно — путем увеличения количества водосборных лотков и оптимизацией системы удаления осадка. Обычно отстаивание и биологическая очистка сточных вод не обеспечивают удовлетворительного удаления бактериальных загрязнений: степень удаления патогенных и других микроорганизмов составляет только 90—95%. Многие па­тогенные микроорганизмы выживают в сточных водах до 2 недель, а некоторые до 10 недель. Яйца гельминтов попадают в водоемы со сточной водой в коли­честве 500—1000 шт./м3 даже при хорошей очистке воды от бактерий. Поэтому санитарно-эпидемиологическая безопасность воды обеспечивается только при условии ее обеззараживания. При этом степень снижения бактериальных за­грязнений сточных вод на станциях полной биологической очистки с обеззара­живанием повышается до 99,5—99,99%. Для обеззараживания чаще всего используют хлорирование (хлором, гипох­лоритом натрия, диоксидом хлора), озонирование и обработку ультрафиолето­вым излучением. При пока еще наиболее распространенном хлорировании жидким или га­зообразным хлором бактерии кишечной группы гибнут практически на 100% в течение 30 мин при содержании хлора в воде 0,5 мг/л. Доза активного хлора при обеззараживании, как правило, составляет: 0,7—1 мг/л. Перед спуском в водоем необходимо дехлорировать сточ­ную воду для удаления остаточного хлора до пороговой концентрации. В более современных методах хлорирования используют гипохлорит натрия NaOCl или диоксид хлора ClO2. NaOCl получают электролизом концентриро­ванного раствора NaCl. Гипохлорит натрия менее опасен в обращении и при хранении, чем жидкий хлор. Диоксид хлора получают обработкой NaOCl и хло­рита натрия NaClO2 соляной кислотой, а также электролизом раствора NaCl. Диоксид хлора в концентрированном виде чувствителен к давлению и темпе­ратуре, не может транспортироваться подобно хлору в баллонах в сжатом виде и поэтому должен производиться на месте его использования, в потоке воды. Бактерицидное действие диоксида хлора намного выше, он дольше сохраня­ется в воде, чем свободный хлор, и для обеззараживания воды его требуется в 10—12 раз меньше, чем жидкого хлора. При использовании СlO2 хлорсодержашие токсичные соединения в воде не образуются, однако энергозатраты несколько выше (0,02—0,05 кВт-ч/м3 при дозе ClO3 1 мг/л) по сравнению с затратами на обеззараживание жидким хлором (0,015 кВт-ч/м3 при дозе Cl2 10 мг/л). Озонирование воды имеет преимущества перед хлорированием: бактерицид­ное действие озона сильнее, чем у других химических реагентов; он действует быстрее хлора; способствует возвращению воде свежести, характерной для чи­стых природных источников; хорошо устраняет запахи и привкусы. Необходи­мая доза озона при обеззараживании питьевых вод — 0,75—3 мг/л; при обеззара­живании сточных вод — 6—10 мг/л. Время контакта 8—20 мин. Недостаток озонирования — при малых дозах этого газа, обеспечивающих дезинфекцию воды, продукты озонирования ряда органических соединений, содержащихся в воде и удаленных не полностью, могут быть токсичными. В то же время для полного разрушения органических веществ с помощью озо­на требуются не только многократно увеличенные дозы его, но и подщелачива­ние воды, отчего у нее появляется неприятный вкус. Другой недостаток — более высокая стоимость озона по сравнению с хлором вследствие большого расхо­да электроэнергии на его получение; для производства 1 кг озона требуется 20—30 кВт-ч электроэнергии (на получение хлора — около 1,5 кВт-ч/кг), поэтому энергоемкость при обеззараживании озоном составляет 0,2—0,5 кВт-ч/м3. Для бактерицидного облучения используют УФ-излучение с длиной волны λ = 200—295 нм, при которой наблюдается наибольшее антимикробное действие ультрафиолета из-за необратимых повреждений молекул ДНК. Кроме того, в результате действия УФ-излучения в сточной воде протекает ряд радикальных реакций, в которые вовлекаются трудноокисляемые ве­щества, что способствует дополнительной очистке сточных вод. Для облучения используется поверхностное или погружное расположе­ние УФ-излучателей. Аппаратурно-технологическое оформление процесса УФ-облучения более, дополнительных систем вентиляции, спе­циального защитного оборудования, проще, надежнее, безопаснее и дешевле автоматизация процесса и система в целом, что в некоторых случаях приводит к экономическим выгодам по сравнению с хлорированием и озонированием. Использование УФ-дезинфекции не меняет ха­рактеристик воды в отличие от хлорирования и озонирования, и в связи с этим резко повышается ресурс трубопроводов и арматуры в целом. Однако облучае­мая вода должна удовлетворять требованиям стандарта на питьевую воду в от­ношении цветности, мутности, содержания солей железа и иметь коли-индекс <1000. Содержание взвешенных веществ свыше 20—30 мг/л, солей железа более 2—3 мг/л резко снижает бактерицидный эффект облучения. УФ-облучение не имеет длительного последействия, что может привести к повторной контамина­ции очищенных сточных вод. Этот способ обеззараживания ограничен произ­водительностью выпускаемых аппаратов, которая, как правило, не превышает 1000 м3/ч. Поэтому УФ-обеззараживание применяется лишь на сооружениях с малой производительностью (в гостиницах, санаториях, на плавсредствах, на промышленных очистных сооружениях небольшой мощности). Из других способов обеззараживания и доочистки сточных вод в небольших масштабах используют обработку с внесением H2O2, KMnO4, совместное дей­ствие H2O2 и O2, H2O2 и УФ-излучения, электроимпульсный метод. Воду, прошедшую полную очистку, перед спуском в природный водоем обычно насыщают кислородом в водосливах-аэраторах, быстротоках, барботажных сооружениях или в искусственных прудах.