Отходы - отходы производства и потребления, образующиеся в народном хозяйстве; отходы производства - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства, вновь образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения. В отходы производства включаются вмещающие и вскрышные породы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, побочные и попутные продукты, отходы сельского хозяйства; отходы потребления - изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа. К отходам потребления относятся и твердые бытовые отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности людей; твердые и жидкие бытовые отходы - отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности населения (приготовление пищи, упаковка товаров, уборка и текущий ремонт жилых помещений, крупногабаритные предметы домашнего обихода, фекальные отходы нецентрализованной канализации и др.);

В процессе урбанизации населения, роста поселков, городов и промышленности увеличивается и объем опасных для окружающей среды сточных вод.

Сточные воды—один из видов жидких или разбавленных водой твердых отходов. К таким отбросам относится физиологические отбросы человека и животных, а также всякого рода загрязненные воды: сточные воды бань, прачечных, душей, мытья продуктов питания, посуды, помещений, уличных покрытий, сплавляемый в канализацию бытовой мусор и другие виды отходов.

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы загрязняющих веществ, которые могут находиться в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии. Сточные воды условно делятся на бытовые, производственные и ливневые(дождевые). Они отличаются друг от друга происхождением, составом и биологической активностью. В настоящее время сточные воды в чистом виде практически не встречаются, за исключением небольших населенных пунктов или отдельных объектов (санатории, дома отдыха и т. д.).

Бытовые сточные воды образуются в результате практической деятельности и жизнедеятельности людей и характеризуются присутствием загрязнителей минерального и органического происхождения.

Минеральные соединения представлены солями аммония, фосфатами, хлоридами, гидрокарбонатами и другими соединениями. Минеральные вещества присутствуют в сточных водах в нерастворенном виде – 5%, в виде суспензии – 5%, коллоидах – 2% и в растворенном виде – 30%.

Органические вещества бытовых сточных вод можно разделить на две группы: безазотистые и азотосодержащие. Основная часть безазотистых органических веществ представлена углеводами и жирами. Азотосодержащие соединения представлены белками и продуктами их гидролиза. Органические загрязнители присутствуют в сточных водах в растворенном виде–20%, в виде суспензии–5%, в виде коллоида–8% и в виде нерастворенных веществ–15%. Особую форму загрязнителей представляют микроорганизмы, в т. ч. болезнетворные.

В зависимости от состава примесей-загрязнителей и специфичности их воздействия на водные объекты сточные воды могут быть условно разделены на несколько групп:

–Сточные воды предприятий металлургии, гальванических цехов и некоторых других производств, содержащие неорганические примеси в виде солей тяжелых металлов со специфическими токсическими свойствами по отношению к водным организмам.

–Воды с неорганическими примесями, не обладающими токсичным действием. К этой группе сточных вод можно отнести стоки рудообогатительных фабрик, цементных заводов, ДСК. Примеси здесь не представляют собой опасности.

–Воды, содержащие органические вещества со специфическими токсическими свойствами. В составе стоков присутствуют ПАВ, фенолы, ацетон, формальдегид, неорганические кислоты, жиры, нефтепродукты, хлориды и т. д.

–Воды, содержащие нетоксичные органические примеси, попадание которых в водоемы ведет к снижению концентрации растворенного кислорода, возрастанию окисляемости, ВПК.

1.2 История и Виды очистки сточных вод.

Основной задачей поддержания экологического благополучия окружающей среды при попадании в нее сточных вод, является их очистка. В различных условиях и в разные периоды эта задача решалась по-разному. Наиболее совершенным и удовлетворяющим санитарным требованиям до настоящего времени является отведение сточных вод по трубопроводам за пределы населенных мест, эта система называется "сплавной". Этот способ применяется человечеством уже с древних времен. При раскопках в Египте обнаружены каналы для сточных вод, построенные за 2500 лет до нашей эры.

Аналогичные сооружения существовали еще раньше в Индии. В шестом веке до нашей эры в Риме был построен знаменитый канал "клоака максима", частично используемый в современной канализации Рима. Эти сооружения требовали значительных затрат труда и обязательного подведения воды. И осуществлялись только для дворцов , храмов и общественных купален.

Сточные воды промыслов выпускались непосредственно в водоемы, на берегах которых обычно и располагались для удобства снабжения чистой водой и сброса сточных вод. Загрязнение водоемов сточными водами воспринималось, как неизбежное зло, поскольку методы очистки сточных вод еще не существовали.

В эпоху феодализма и последующий период бурного развития промышленности, быстрая урбанизация населения приводит к ухудшению санитарного и экологического состояния городов, которые буквально стали утопать в нечистотах. В результате этого происходило загрязнение питьевой воды в колодцах и невозможно было получать чистую питьевую воду в городских колодцах. Подобное ухудшение экологии и санитарной обстановки в городах приводило к широкому распространению инфекционных заболеваний, участившиеся эпидемии, опустошали Европу. Все это вызвало необходимость строительства водопроводов, для доставки чистой воды в города, а в последующем устройства канализации, для отведения сточных вод. После длительного периода застоя в средневековье, интенсивное строительство канализационных систем началось в Европе только в 19 веке.

После устройства водоснабжения и канализации заболеваемость и смертность населения в городах значительно сократилась. Особенно резко снизилась заболеваемость кишечными инфекциями.

Устройство водопровода и канализации в густо населенных местах позволило достигнуть неограниченного пользования водой при значительном улучшении санитарных и экологических условий жизни населения городов. Явилось важным фактором интенсификации градостроительства при более эффективном использовании земельных участков, так как при устройстве централизованного водоснабжения и канализации плотность населения и этажность застройки не ограничивалась.

Наибольшее развитие строительства канализации и удаление сточных вод происходило в Англии. Она одной из первых встала на путь промышленного развития, тут быстрее всего происходил рост городов. Канализационные системы, хотя и не удовлетворительные, имелись в Англии в1833г. более чем в 50 городах. Значительно позже началось устройство канализации в Германии: так в Гамбурге - с 1843г.; Штеттин - с 1862г.; Франкфурт на Майне - с 1867г.; Данцинг - с 1870г.; Берлин - с 1873г. К 1870 г. в Германии насчитывалось более 50 крупных городов, имевших канализацию.

Гораздо медленнее происходило развитие канализации во Франции. К концу18 столетия Париж имел 26 км. сточных каналов, 1824 г. 36 км., а в 1856г уже 140 км. И только в 1935 г. протяженность канализации в Париже достигла 1200 км.

Наиболее быстрыми темпами шло строительство канализации в городах США. Так, к 1902 г. канализация имелась в 1000 городов. Развернувшееся строительство канализации, обеспечивавшее только отведение загрязненных сточных вод и выпуск их в водоемы без очистки, очень скоро привело к резкому загрязнению водоемов. Первой ощутила последствия этой экологической катастрофы Англия. В силу значительного развития городов и по причине маловодности рек, не обеспечивающих необходимого разбавления сточных вод и самоочищения водоемов.

Поэтому в Англии еще в 1861г. был издан закон об очистке и освобождении сточных вод перед выпуском в реки от фекальных масс и гниющих веществ.
Это был первый шаг к постановке в законодательном порядке вопроса об очистке сточных вод. Затем на основании работ специальных комиссий в !870 1876 гг., были установлены нормы очистки сточных вод при выпуске их в реки в зависимости от степени разведения.

Московия сильно отставала в темпах и объеме строительства канализаций от других стран. Хотя первые известные подземные каналы для отвода сточных вод были устроены в XIV веке в Новгороде. Уже в середине 18 столетия в Петербурге началось строительство каналов для отвода атмосферных вод. В эти каналы поступали и хозяйственно-фекальные воды. В 1832г. протяженность водостоков Петербурга составляла 95км.

В Москве к 1825г. были построены крупные Самотечный и Неглинский каналы, служившие для отвода атмосферных и сточных вод от зданий. В 1829г. было начато строительство канализации в городе Старая Русса.

Сточные воды от вредных примесей очищают механическими, физико-химическими, биологическими термическими методами.

Механическая очистка сточных вод обычно предшествует биологической и физико-химической очистке, сооружения механической очистки обычно составляют первую очередь строительства станций аэрации.

Механическую очистку применяют при отделении нерастворимых примесей методами процеживания, отстаивания, фильтрования. В сооружениях механической очистки сначала отделяют наибольшие по размеру частицы загрязнения, затем тяжелые взвеси, а на заключительном этапе-тонкодисперсные нерастворенные загрязнения.

         Используемое оборудование при механической очистке:

         Решетки устанавливаются на всех очистных станциях независимо от системы подачи на них сточных вод. Ширину прозоров решетки принимают равной 16мм., скорость протока сточных вод не должна превышать 1м/с., угол наклона к горизонту 60°—70°. Применяют решетки с ручной и механической очисткой.

         Песколовки применяют для выделения из сточных вод тяжелых примесей (песка, окалины) с гидравлической крупностью13,2 – 24,2 мм/с при скорости движения сточных вод 0,08 – 0,03 м/с

Наибольшее распространение получили горизонтальные и аэрируемые пескоголовки, позволяющие удалить из сточных вод до 70 – 80% песка. С целью повышения эффективности отмывки песка песковые бункеры пескоголовок применяют в сочетании с напорными гидроциклонами.

         Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточных вод нерастворяющихся грубодисперсных примесей с плотностью выше, либо ниже плотности воды. По направлению движения основного потока воды различают отстойники: вертикальные, диагональные, горизонтальные и радиальные. Отстойники перед сооружениями биологической очистки называют первичными. Вертикальные отстойники всех типов и диагональные отстойники применяют на очистных станциях производительностью до 15 тыс. метр кубический; горизонтальные отстойники – до 15 тыс. метр куб/сутки; радиальные отстойники – при производительности выше 20 тыс.метр куб/сутки.

         Тонкослойные отстойники применяют для очистки сточных вод от взвешенных веществ однородного состава в т.ч. для предприятий металлургической, нефтяной, угольной и других отраслей промышленности. Высокую эффективность показали отстойники с вращающимися сборно-распределительным устройством конструкции И.В. Скирдова.

          Преаэраторы применяются для более глубокого осветления сточных вод, а также для лучшей подготовки к последующей биологической очистке.

          Биокоагуляторы помимо аэрации воздухом предполагают использование активного ила (50% его избыточного количества). Обычно преаэратор и отстойник совмещены в одном сооружении, разделенном на зоны аэрации и отстаивания. Эффективность задержанных взвесей в таком сооружении повышается до 70-75%.

           Нефтеловушки применяют для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефтепродукты, жиры, смолы, парафины при концентрации свыше 100мг/л. нефтеловушки бывают горизонтальные, радиальные и многоярусные. Наиболее широко применяются горизонтальные многосекционные нефтеловушки с числом секций до 4-х штук. Ширина секций колеблется от 2-х до 6-ти метров, высота 2-3 метра, длина определяется из расчета продолжительности отстаивания не более 2-х часов.

         Нефтеловушки оснащаются коалесцирующими устройствами, позволяющими улучшить показатели очистки и увеличить пропускную скорость в 1,5-2 раза. Нефтеловушки, как и другие механические улавливатели, не задерживают тонкоэмульгированные и растворенные нефтепродукты.

         Гидроциклоны применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей под воздействием центробежных сил. Часто используются в качестве первой ступени очистки сточных вод. В гидроциклонах обеспечивается отделение песка и минеральных частиц диаметром 0,1-0,15 мм и плотностью 1,2г/см куб. Объем и площади, занимаемые циклонами во много раз меньше площади отстойника той же производительности. Применяются открытые и напорные гидроциклоны. Для очистки тонких взвесей используются мультициклоны.

         Фильтры широко применяются для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей, не улавливаемых другими методами механической очистки.

 Для очистки городских сточных вод используются сетчатые фильтры с бактерицидными лампами, устанавливаемые перед фильтрами с зернистой загрузкой напорные и безнапорные в зависимости от конструкции фильтрующей загрузки и качества обрабатываемой воды могут работать в комплексе сооружений первой ступени очистки вод или дочищать воду. Конструктивно фильтры могут быть однослойными, двухслойными, каркасно-засыпными, аэрируемыми и с плавающей загрузкой. В качестве фильтрующей загрузки применяют кварцевый песок, керамзит, керамическую крошку, пористую керамику, горные породы, дробленый антрацит и др. Крупность зерен фильтрующей загрузки принимают 0.52 мм., высота фильтрующего слоя 0.7-2м. Фильтрующая загрузка может быть из одного материала, из двух материалов различной плотности – керамзит и песок, антрацит и мраморная крошка, из нескольких фильтрующих материалов.

           Физико-механические методы очистки применяют для удаления из сточных вод суспензированных и эмульгированных примесей, а также растворенных неорганических и органических веществ.

К этим методам относят: коагуляцию и флокуляцию, флотацию, ионный обмен, адсорбцию, экстракцию, обратный осмос ультрафикацию, кристаллизацию, дистилляцию, ректификацию, электродиализ, дезорацию.

Эти методы в большинстве случаев требуют применения дорогих реагентов, однако в виду их эффективности, а иногда невозможности решить задачу другим способом, их широко применяют в промышленности особенно для очистки многокомпонентных сточных вод с малой концентрацией загрязнений.

          Химическую очистку применяют в случаях, когда выделение загрязнений возможно только в результате химических реакций между загрязнителями и вводимыми реагентами с образованием новых веществ, легко удаляемых из сточных вод. При химической очистке протекают реакции конденсации, окисления, нейтрализации, в результате которых получаются нетоксичные или менее токсичные вещества, растворимые в воде соединения превращаются в нерастворимые и легко отделяются, кислые и щелочные стоки – нейтрализуются. Этот метод очистки требует большого расхода реагентов, кроме того, образующиеся новые, пусть нетоксичные соединения, все же загрязняют водоем и требуют дополнительной очистки другими способами. Однако, в ряде случаев применение химического метода очистки неизбежно.

          Биохимическая очистка сточных вод основана на способности некоторых микроорганизмов разрушать органические и некоторые неорганические соединения, превращая их в безвредные продукты окисления: воду, двуокись углерода, нитрат- и сульфат- ионы и др. Очищенные биохимическим способом сточные воды отвечают санитарно-гигиеническим требованиям и рыбохозяйственным нормативам, и их можно спускать в водоемы, а также использовать в оборотном водоснабжении. Целесообразна биохимическая очистка производственных сточных вод совместно с хозяйственно-бытовыми водами, так как последние приносят азотистые вещества, необходимые для питания и размножения микроорганизмов. Недостатком биохимической очистки является малая скорость окислительных процессов, вследствие чего необходимы очистные сооружения больших объемов.

           Биохимическая очистка является завершающей стадией очистки сточных вод химических и нефтеперерабатывающих предприятий.

           Способ термической очистки сточных вод заключается в полном окислении при высокой температуре загрязняющих веществ с получением нетоксичных продуктов сгорания и твердого остатка.

Возможны различные варианты применения термического способа, начиная от полного уничтожения стоков или загрязненного ила с небольшим количеством твердого остатка и до значительного уменьшения их, после чего концентрированные растворы можно либо захоронить в отвалах, либо использовать для получения ценных продуктов. Но в любом варианте термическая очистка исключает загрязнения стоками водоемов, это является ее большим достоинством. При термической очистке используется оборудование: выпарные аппараты, распылительные сушилки, аппараты для получения твердого продукта и др.

Обычно применяют многокорпусные выпарные установки, состоящие из ряда последовательно установленных выпарных аппаратов; аппараты с погруженными горелками в производствах синтетических смол; печи с псевжоожиженным слоем, установки термического обезвреживания и обессоливания, установки огневой очистки стоков камерного и шахтного типа, установки «мокрого сжигания» и ряд других огневых установок. В процессе упаривания достигается 30-ти кратное выделение сухого вещества, что соответствует 300-400г/л.

Одним из перспективных способов очистки сточных вод является ионный обмен. Ионитами можно извлекать из сочных вод соединения мышьяка и фосфора, цианистые соединения и радиоактивные вещества, соли тяжелых металлов: хрома, никеля, цинка, свинца, ртути и др. Для очистки используют синтетические ионообменные смолы.

Очистка происходит в аппаратах периодического и непрерывного действия.

 Практическое применение находят способы электрохимической очистки стоков, содержащие стоки металлов, кислот и щелочей, которые позволяют одновременно с очисткой извлекать и использовать основную массу ценных продуктов.

 Широкое распространение получает очистка методом обратного осмоса, при котором очищаемые стоки непрерывно фильтруются под давлением через полупроницаемые мембраны разных видов, задерживающие частично или полностью молекулы или ионы растворенного вещества.

 Преимущество этого способа: простота аппаратуры, работа при обычной температуре, очистка воды от неорганических, органических и бактериальных загрязнений, малая зависимость эффективности очистки от концентрации загрязнений, возможность использования ценных продуктов. Недостатки - высокая стоимость мембран и их быстрая изнашиваемость.

 Используется очистка сточных вод ультразвуковыми колебаниями, содержащих фенолы, поверхностно-активные вещества, цианиды и другие, трудно окисляющиеся вещества.