В последние десятилетия природные водные объекты, прилегающие к городам и сельским поселениям, испытывают интенсивную антропогенную нагрузку, обусловленную сбросом либо недоочищенных, либо полностью неочищенных сточных вод. Это, в свою очередь, приводит к тому, что водные объекты становятся не пригодными для использования их в качестве источников питьевого водоснабжения. Создавшаяся ситуация свидетельствует о недостаточно эффективной работе очистных сооружений канализации и, как следствие, о необходимости их реконструкции. Кроме того, большинство очистных сооружений канализации в России по-прежнему использует в качестве обеззараживающего реагента газообразный хлор, являющийся одним из наиболее опасных веществ с точки зрения возникновения чрезвычайной ситуации.

В связи с вышеизложенным, целью работы является повышение экологической безопасности очистных сооружений канализации путем усовершенствования схемы очистки сточных вод, замены на стадии обеззараживания молекулярного хлора на комбинированное обезвреживание пероксидом водорода с последующей доочисткой на модифицированной фильтрующей загрузке и обеззараживание низкоконцентрированным гипохлоритом натрия.

В качестве объекта исследования были выбраны типовые очистные сооружения канализации (КОС), включающие механическую, биологическую очистку и обеззараживание жидким хлором.

Физико-химический состав очищенных сточных вод (ОСВ) КОС показал, что вода не соответствует требованиям при выпуске в природный водоём по содержанию взвешенных веществ, нитритов, нитратов, фосфору, по показателю ХПК. При сбросе ОСВ в рыбохозяйственный водоём установлены следующие нормы, мг/дм³: ВВ - 3,0; ХПК - 15,0; БПК_{5 -} 2,0; NH₄^{+ -} 0,4; NO₃^{Ї -} 9,0; NO₂^{Ї -} 0,02; фосфаты (по фосфору) - 0,05 [1, с.11].

Данные лабораторных исследований показали, что содержание азота нитратов в очищенных сточных водах превышает нормативный в 6 раз, азота нитритов в 5 раз, фосфата (по фосфору) в 52 раза, взвешенных веществ - в 3 раза, по показателю ХПК - в 2 раза (табл.1).

Таблица 1 - Результаты химических анализов сточных вод, поступающих и очищенных на очистных сооружениях (на примере реального объекта)

Высокое значение ХПК свидетельствует о наличии в сточной воде большого количества трудноокисляемых органических соединений, поэтому дальнейшее хлорирование такой воды неизбежно приведёт к образованию в ней хлорорганических производных, которые в последующем беспрепятственно поступают в природный водоём. Выше указанные обстоятельства указывают на необходимость использование экологически безопасного сильного окислителя, каким, на наш взгляд, является пероксид водорода (Н₂О₂), и последующего фильтрования с целью удаления взвешенных веществ и нежелательных компонентов.

Учитывая химический состав сточных вод и удельные дозы пероксида водорода, определена максимальная концентрация Н₂О₂, необходимая для обезвреживания сточных вод КОС, которая составляет 10 мг/дм³.

Сточная вода, отобранная во вторичном отстойнике КОС и обработанная раствором пероксида водорода в концентрации 10 мг Н₂О₂/дм³, профильтрована через модельный фильтр, высотой 400 мм, диаметром 50 мм, содержащий модифицированную фильтрующую загрузку.

Модифицированная загрузка, состоит из следующих материалов (послойно): антрацита, перлита с размерами зерен 2-3 мм, анионита. Перлит - это природный материал, который состоит из вулканического стекла, в составе которого 70-75% SiO₂; 12-14% AI₂O₃; 3-5% Na₂O; примерно столько же К₂О; до 1% Fe₂O₃, CaO, МgО. Одной из особенностей перлита, как природного материала, является достаточно высокая абсорбционная способность. Природный материал - антрацит - обладает высокой адсорбционной способностью в отношении органических соединений, а также механических примесей в очищаемой воде. Сильнокислотный анионит рекомендуется использовать для удаления из воды ионов биогенов.

В отфильтрованной воде были определены следующие показатели: взвешенные вещества, азот нитратов, азот нитритов, фосфаты (по фосфору), ХПК. Все анализы выполнялись в аккредитованной лаборатории очистных сооружений канализации по гостированным методикам [2-6]. В табл.2 представлены результаты физико-химических исследований сточной воды до выше указанной доочистки и после неё.

очистное сооружение канализация сточная вода

Таблица 2 - Концентрации загрязняющих веществ в сточной воде до и после рекомендуемой доочистки.

Полученные результаты показали, что после прохождения воды через модифицированную загрузку, состоящую из антрацита, перлита и анионита послойно, степень очистки сточной воды значительно повышается: по содержанию взвешенных веществ на 100%, по азоту нитритов и фосфату - на 100%, по азоту нитратов - на 95,7 %.

Таким образом, для эффективной очистки сточных вод, характеризующихся содержанием взвешенных веществ и биогенов в концентрациях, превышающих ПДК, рекомендуется применять модифицированную загрузку из искусственного материала (анионита) и материалов естественного происхождения - антрацита и перлита, сочетание которых позволяет увеличить эффект очистки каждого из них, с одной стороны, а, с другой - уменьшить объёмы загрузок, что позволит снизить экономические затраты на очистку.

Поскольку пероксид водорода относится к веществам 2 класса опасности, содержание которого в природных водах выше предельно допустимой концентрации является недопустимым и опасным как для здоровья человека, так и для жизнедеятельности всех гидробионтов, с другой стороны, пероксид водорода является наиболее экологически безопасным реагентом, позволяющим удалять из сточной воды, окисляемые органические и неорганические соединения, возникает необходимость определения степени разложения пероксида водорода в сточной воде после фильтрования ее через фильтрующую загрузку.

Количество Н₂О₂ в доочищенной сточной воде определяли перманганатометрическим титрованием. В сточную воду вносили раствор пероксида водорода в концентрации 10 мг/дм³ в пересчёте на чистый Н₂О₂. Воду отфильтровывали через рекомендуемую фильтрующую загрузку определяли остаточную концентрацию пероксида в очищенной сточной воде. Результаты экспериментов представлены в табл.3

Таблица 3 - Остаточные концентрации пероксида водорода в СВ

Результаты экспериментов показали, что после фильтрования сточных вод, содержащих 10 мгН₂О₂/дм³, через фильтрующую загрузку содержание пероксида снижается на 98,8%. Высокий эффект разложения объясняется, на наш взгляд, входящими в состав антрацита и перлита катализаторов разложения Н₂О₂ (антрацит содержит FeS₂, перлит содержит в своем составе до 1% Fe₂O₃, МgО, 12-14% AI₂O₃). Тем не менее, сразу после фильтрования и через час, в сточной воде ПДК пероксида водорода для рыбохозяйственных водоемов не достигается. Однако, через 10 часов в очищенной сточной воде пероксид водорода не обнаруживается.

Проведенные исследования показали, что концентрация пероксида водорода 10 мг/дм³ в пересчёте на чистый Н₂О₂ при последующем фильтровании СВ через модифицированную загрузку, является безопасной и с экологической и с санитарно-гигиенической точек зрения.

Исходя из выше изложенного, рекомендуемый способ очистки сточных вод включает следующие этапы:

1. Механическая очистка сточных вод, позволяющая задерживать нерастворимые и минеральные вещества.

2. Биологическая очистка сточных вод, способствующая окислению и минерализации органических веществ.

3. Введение пероксида водорода в концентрации 10 мг/дм³ в пересчёте на чистый Н₂О₂ и выдерживание 2 часа с целью достижения требуемого эффекта обезвреживания и обесцвечивания.

4. На заключительном этапе доочистки сточные воды пропустить через комбинированную фильтрующую загрузку, позволяющую одновременно удалить из воды остаточные количества взвешенных веществ, биогенов и разложить остаточные концентрации пероксида, обеспечивая, тем самым и санитарно-гигиеническую и экологическую безопасность очищенных сточных вод.

5. С целью обеспечения пролонгированного бактерицидного действия сточные воды обрабатывают гипохлоритом натрия в концентрации 1,5 мг/дм³ в пересчёте на активный хлор (рис.1).

Рис.1 - Усовершенствованная схема очистки сточных вод: Н₂О₂ - пероксид водорода; ГХН - гипохлорит натрия

Комбинированная доочистка сточной воды пероксидом водорода и фильтрование её через рекомендуемую модифицированную загрузку позволит решить ряд экологических проблем:

1) предотвратить сброс недостаточно очищенных сточных вод в природный водоём, и, тем самым, предотвратить экологический ущерб, наносимый окружающей среде;

2) снизить дозу гипохлорита натрия на финишном этапе обеззараживания до 1,5 мг/дм³, тем самым в обрабатываемой воде снижается концентрация остаточного активного хлора, снижаются риски образования хлорпроизводных, что делает сточные воды безопасными для водоёмов с экологической и санитарно-гигиенической точек зрения;

3) замена молекулярного хлора на стадии обеззараживания на низкоконцентрированный гипохлорит натрия позволит снизить техногенную опасность объекта.

Список литературы

1. Гигиенические требования к охране поверхностных вод [Текст]: СанПиН 2.1.5.980-2000. - изд. офиц. - М., 2001. - 18 стр.

2. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовых концентраций взвешенных веществ и прокаленных взвешенных веществ в пробах питьевых, природных и сточных вод гравиметрическим методом ПНДФ 14.1: 2: 4.254-2009 - М., 2012. - 12 с.

3. РД 52.24.421-2012 “Химическое потребление кислорода в водах. Методика измерений титриметрическим методом" (утв. Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды 26 декабря 2011 г. - 23 с.

4. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации нитрит-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса ПНД Ф 14.1: 2: 43-95. - М., 2011. - 20 с.

5. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации нитрат-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с салициловой кислотой ПНД Ф 14.1: 2: 4.4-95. - М., 2011. - 16 с.

6. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации фосфат-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с молибдатом аммония ПНД Ф 14.1: 2: 4.112-97. - М., 2011. - 18 с.

Размещено на Allbest.ru