Общая схема очистки сточных вод от различных видов загрязнений состоит из первичной, вторичной и третичной очистки. При первичной очистке (очистке от веществ во взвеси) сточная вода поступает в систему решеток и сеток (процеживание, задержание крупных предметов: обуви, веток, одежды и др.), затем она подается в песколовку, где крупные посторонние включения, например гравий, выпадают на дно медленно текущего потока, и далее направляется в отстойник.

При вторичной очистке (очистке от веществ в растворе) удаляются растворенные органические вещества (биологически с помощью аэротенков или капельных биофильтров) или растворенные химические вещества (физико-химической очисткой с помощью ранее описанных способов).

Твердый осадок отстойников первичной и вторичной очисток перекачивают в перегниватель - большой подогреваемый резервуар (без доступа воздуха), в котором развивается особая культура микроорганизмов, превращающих органические загрязнения в конечные устойчивые продукты, включающие метан и сероводород. Метан сжигают для поддержания в перегнивателе требуемой температуры. Образующийся твердый неразложимый продукт высушивают и отправляют на свалку мусора или для дальнейшего использования. Эффективность очистки воды после первичной и вторичной очистки составляет примерно 90 %. При третичной очистке (мало распространена) из сточных вод удаляются элементы питания растений - соединения, содержащие азот и фосфор. Содержание этих элементов в воде приводит к бурному росту водорослей - эвтрофизации природных водоемов. Фосфор удаляется с помощью извести, солей железа, аммония. Доочистка Производится активированным углем.

На большинстве предприятий очистка сточных вод ограничена фторичной обработкой, лишь в последнее время стали создаваться (предприятия третичной обработки. Первичная и вторичная обработка сточных вод. До начала очистки |сточные воды отстаиваются в течение недели. При этом для уничтожения бактерий эффективно применяются хлор, озон и т.п., но эти (вещества почти не действуют на вирусы. Вирусы уничтожаются с помощью бактерий, последние же удаляются из вод фильтрованием и стерилизацией. После этого сточные воды проходят решетчатый фильтр грубой обработки, где отделяются крупные частицы, которые затем размалываются и в виде суспензии возвращаются в основной поток сточных вод. Далее сточные воды направляются в танки для удаления веществ, плавающих на поверхности или осевших на дно (жиры и масла), после чего попадают в первичные отстойники цилиндрической формы, снабженные устройствами для снятия пены и отбора осадка.

Донный скребок соединен с вращающейся крестовиной, которая подвешивается в центре отстойника или при помощи радиального моста над поверхностью воды. В первом случае привод осуществляется из центра отстойника, во втором — с периферии.

Осадок выводится через дно отстойника с помощью телескопических затворов, которые позволяют регулировать скорость потока и предотвращают образование пробки. Широко применяются и диафрагменные затворы. Осадок из первичных отстойников поступает в автоклав для переработки его в метан либо непосредственно на сушку, а затем на сжигание. Поток жидкости из первичных отстойников поступает на предприятие биологической очистки. Для уменьшения объема осадка его обрабатывают в автоклаве при повышенном давлении.

Для увеличения производительности автоклава смесь осадка и сточных вод нагревают паром или горячей водой (тем самым, увеличивая скорость ферментации) либо тщательно перемешивают для Достижения лучшей гомогенности и ликвидации пустот.

В общем случае при проектировании необходимым расчетным объемом автоклава является . Таким образом, для города с миллионным населением желательно иметь автоклавный объем . В настоящее время реальные объемы значительно уступают расчетным. Поэтому часто устанавливают каскад автоклавов.

Метан, получаемый из осадка, используют главным образом для производстве пара, необходимого для нагревания самого осадка. Только на очень больших предприятиях метан применяют для производства электроэнергии газовыми турбинами и лишь его избыто" расходуют на нагревание осадка. Установка газовых турбин экономически целесообразна при обслуживании не менее 300 тыс. человек.

Прошедший автоклав осадок поступает на сушку. В настоящее время намечается тенденция отказа от сушилок по нескольким причинам. Сушилки занимают большую площадь, появление при сушке неприятного запаха не способствует заселению окружающих районов. Даже сухой осадок неудобен в обращении и неприятен на вид. Поэтому в настоящее время осадок сгущают и затем фильтруют через вакуумный фильтр, где отделяется основная масса воды. Отфильтрованный осадок содержит около  сухого вещества. Далее осадок гранулируется и поступает на хранение. Его можно непосредственно применять в качестве удобрения или использовать для получения компоста.

Обычно в фильтр поступает смесь первичного и вторичного осадков. Однако если процесс многостадийный и применяется биологическая обработка, фильтрование следует проводить в начале процесса.

Иногда для отделения осадка, прошедшего автоклав, используется центрифуга с последующей обработкой сточных вод.

Обычными способами стерилизации трудно или невозможно уничтожить коллоиды, личинки насекомых, водоросли, болезнетворные микробы, содержащиеся в воде после первых фильтров. Последующая фильтрация заключается в пропускании воды через пористые материалы, причем часто фильтрующая среда служит не только для задержания частиц, размеры которых больше размера пор, но и как матрица для осаждения микроорганизмов, выделяющих энзимы. Энзимы коагулируют большую часть коллоидов, облегчая последующее их удаление. Для адсорбции коллоидов часто используются фильтры, обладающие свойствами поверхностно-активных веществ.

В качестве основных фильтрующих материалов задействованы песок и кизельгур, которые отличаются от статичных фильтрующих сред (тканей, фарфора) тем, что легче промываются. Кизельгур чаще всего применяют в небольших фильтрах, например для очистки воды в бассейнах. В промышленных фильтрах используется песок или гравий; толщина фильтра составляет .

При очистке сточных вод используют медленную и быструю Фильтрацию. Медленная фильтрация состоит из трех этапов. На первом этапе с помощью грубых фильтров удаляются крупные частицы; скорость фильтрации . На втором этапе префильтрами удаляются все примеси, кроме коллоидов; скорость фильтрации . На последней стадии (скорость ) коллоиды коагулируют

бактериями и удаляют, одновременно на фильтре адсорбируются и прочие коллоиды. Для этой стадии характерно образование бактериальной мембраны, которая существует несколько дней после отмывки фильтра.

Быстрая фильтрации проходит при скорости . При такой скорости нельзя удалить коллоидные частицы, поэтому их следует подвергнуть коагуляции до того, как вода направляется на фильтрацию. Фильтр для быстрой фильтрации состоит из  - частиц диаметром  (диаметр частиц префильтра равен ).

Сточные воды, прошедшие первичную и вторичную обработки, сбрасываются в реки.

Считают, что для значительного уменьшения БПК достаточно естественных процессов очистки, проходящих в реках и других водоемах, однако необходимо признать, что для очистки сточных вод не следует ограничиваться лишь первичной и вторичной обработками. В настоящее время разрабатываются и внедряются в практику методы третичной обработки, которые, включая необходимые способы стерилизации, снижают значения БПК и ХПК до нуля. При этом весьма важно удалять основную массу токсичных азотных и фосфорных соединений, которые, попадая со сбросными водами в водоем, вызывают рост водорослей.

Таблица 2. Показатели сточных вод после первичной и вторичной обработки.

Поскольку в результате первичной и вторичной обработок из сточных вод нитраты и фосфаты не удаляются, необходимость третичной очистки становится весьма актуальной.

Третичная обработка сточных вод, представляющая собой очистку органических питательных веществ бактериальными фильтрами или водорослями, электрохимическую обработку и стерилизацию (рис. 3.13), включает сорбцию активированным углем, микрофильтрацию, селективную коагуляцию, аэрацию, осаждение фосфатов, удаление соединений азота.

Сорбция на активированном угле - один из наиболее эффективных способов удаления растворенных и взвешенных примесей. Предварительно уголь активируется при нагревании до . Поверхность такого угля в общем случае более активна по отношению к ароматическим соединениям, нежели к алифатическим; соединения с разветвленной цепью адсорбируются лучше, чем с прямой. Легко адсорбируются и вещества, содержащие амино-, карбокси-, сульфо- и нитрогруппы.

В процессе обычной промышленной третичной обработки используются вертикальные стальные колонны, заполненные гранулированным активированным углем. Скорость потока не превышает ; высота слоя угля равна . Поверхность частиц угля , что соответствует среднему диаметру частицы . Кажущаяся плотность насадки равна ; эффективность активированного угля составляет  ХПК на  угля до регенерации.

Адсорбция замедляется при увеличении раствора и прекращается при . На заводах использованный активированный уголь непрерывно отбирается с низа каждой колонны и нагревается до  в атмосфере водяного пара. При этом вместе с паром отгоняются примеси, адсорбированные на поверхности угля. Печные газы, содержащие эти примеси, пройдя через форсажную камеру и скруббер, выбрасываются в атмосферу. Около  угля (что соответствует 5 кг угля на  обработанной воды) удаляются из колонны; в головную часть колонны загружают свежий активированный уголь.

Микрофильтрация - один из видов фильтрации, в котором используется ткань, сплетенная из нержавеющей стальной проволоки малого диаметра. Плетение микроволокна осуществляется на специальных прецизионных ткацких станках. Такая сетка из стальных нитей вместе с основной обладает хорошей пропускной способностью при малом гидравлическом сопротивлении и может задерживать твердые частицы, размер которых меньше ячейки сетки. Микроволокно высокого качества, имеющее на  ячеек размером 65 мкм в поперечнике, может отфильтровать микроорганизмы размером от 7 до 12 мкм после частичного оседания твердых тел. Такой способ микрофильтрации употребителен при осветлении и даже при фильтровании питьевой воды, поскольку волокно задерживает как неорганические частицы (металлические опилки), так и живые организмы (водоросли, диатомы и даже бактерии больших размеров).

Коагуляция — процесс агломерации мелких частиц — сопровождается соосаждением их с большими частицами, т.е. они увлекаются на дно быстрее. Для этого используют , который при осаждении частиц реагирует с :

Хлопья  захватывают коллоидные частицы и увлекают их за собой.

Помимо сульфата алюминия широко применяются такие коагулянты, как , , и др. Используются и смеси:

Гидроксид железа образует хлопья, которые осаждают коллоидные частицы, а избыток  в растворе разрушает органические вещества.

Небольшие частицы (диаметром менее 2 мкм) несут на себе отрицательный электрический заряд, который препятствует их осаждению на дно. Коагулянты, содержащие положительно заряженные ионы ( , ), притягивают такие частицы, они объединяются в большие агрегаты и осаждаются гораздо быстрее. Для улучшения осаждения к коагулянтам добавляют различные примеси: активированный кремнезем, бентонит, кизельгур, глину, осажденный карбонат кальция, реже соли металлов. Последние дороги и иногда тоже образуют коллоидные системы. В качестве коагулянтов используются также искусственные и природные полимеры. Они подразделяются на неионные (полиспирты, полиэфиры, полиамиды, поливинилгете-роциклические полимеры), содержащие анионные (карбоксилаты, сульфонаты, фосфонаты) и катионные группы (амины, четвертичные аммониевые, сульфо- и фосфоновые).

Органические коагулянты образуют «мосты» между соседними частицами и вызывают их осаждение.

Процесс аэрации заключается в пропускании через слой активированного осадка воздуха, чрезвычайно ускоряющего химические реакции благодаря постоянному и интенсивному перемешиванию осадка и сточных вод. При этом избыток кислорода создает благоприятные условия для протекания биохимических процессов.

Диффузор с электрическим приводом, вращаясь с частотой , засасывает жидкость из вертикальной трубы и с силой выбрасывает ее в резервуар. Тщательное перемешивание обеспечивает быстрое протекание биологических процессов.

При другом методе воздух под давлением нагнетается в жидкость. Когда давление в системе падает, растворенный воздух начинает выделяться в виде пузырьков, способствуя образованию слоя всплывшего на поверхности воды осадка. С помощью системы аэрации БПК снижается на  в течение 24 ч.

Присутствие в сточных водах соединений фосфора способствует росту бактерий, что приводит к помутнению воды. Как правило, сточные воды содержат  фосфора в пересчете на одного человека в сутки. При обычной обработке эти примеси не удаляются. И хотя содержание фосфора мало, реальная БПК оказывается очень высокой: каждый миллиграмм фосфора эквивалентен 160 мг ХПК.

Один из методов удаления фосфатов состоит в их коагуляции . Так, добавление 200 мл  позволяет удалить  фосфатов, а 300 мл - более  фосфатов. При этом протекает следующая реакция:

При добавлении :

Выпадающий фосфат кальция удаляют фильтрованием.

В сточных водах часто содержится довольно много связанного азота, который, как и фосфаты, соединения азота ускоряет рост водорослей. Аммиак удаляется из сточных вод аэрацией в башнях, заполненных кольцами Рашига, при этом удается извлечь до . Для очистки от нитратов применяют коагуляцию соединениями железа и известью с последующей фильтрацией выделяющихся осадков, либо адсобрцию ионообменными смолами. Для этой цели широко используется смола амберлит ИРА410, хотя емкость ее невелика: на 1 часть нитратов расходуется  частей смолы.