Дипломная (вкр): Сравнительный анализ эффективности очистных сооружений водоканалов городов Великий Устюг и Кириллов

1.2 Качество очистки сточных вод и их влияние на гидросферу

Гидросфера - это водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность всех водных объектов планеты (океанов, морей, рек, озер, болот, ледников, снежного покрова, подземных вод) [3].

Гидросфера фактически совпадает с экосферой. Она проникает во все другие геосферы и играет важнейшую роль в глобальных процессах обмена веществом и энергией. Вода гидросферы играет важнейшую роль в глобальном цикле вещества, осуществляя эрозию и денудацию горных пород, перенос и отложение продуктов их разрушения [Там же].

В природе вода находится в центре большинства взаимосвязей, в том числе между другими геосферами. В обществе вода - критический фактор многих экономических, общественных и политических проблем. В обобщенном виде можно сказать, что воды суши в экосфере выполняют три основные функции, важные с точки зрения геоэкологии:

участника, зачастую ведущего и интегрирующего, в глобальных циклах вещества;

индикатора состояния экосистем, в особенности бассейнов рек или озер;

самого широко употребляемого природного ресурса [Там же].

Во многих случаях вода - ключевой фактор основных глобальных экологических проблем. Выше уже отмечалась исключительная роль воды как агента, переносящего растворенные и взвешенные вещества. Поэтому она важнейший фактор в глобальных биогеохимических циклах углерода, азота, серы, фосфора и др. и в экзогенной части большого геологического цикла (или цикла эрозии-седиментации). Глобальный гидрологический цикл - это один из основных жизнеобеспечивающих механизмов экосферы, зависящий в то же время от изменения ее состояния. Гидрологический цикл означает больше, чем водный цикл. Реки мира также приносят в океан около 22 млрд. т наносов и 3 млрд. т растворенных веществ [3,6].

В целом можно сказать, что вода находится в центре большинства взаимодействий в природе, играя в ландшафте роль, сходную с ролью крови в теле человека. И так же как анализ крови дает представление о состоянии больного, так и химические и физические особенности природных вод являются объективным индикатором многих процессов, протекающих на водосборе. Зональные природные процессы хорошо отражены в основных показателях гидрологического режима. При усилении деятельности человека в бассейне реки или озера природные воды этого бассейна также соответствующим образом изменяются, что находит свое отражение в индикаторах геоэкологического состояния бассейна [Там же].

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц. В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории (рисунок 1) [Там же]:

В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории (рисунок 1):

·             Бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, больниц). Они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий.

·        Производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие требованиям, предъявляемым к их качеству).

·        Атмосферные (дождевые и талые, вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей) [6].

Рисунок 1 - Виды сточных вод

В практике используется также понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. В хозяйственно-бытовых сточных водах содержатся минеральные и органические загрязняющие вещества, находящиеся в растворённом, коллоидном и нерастворённом состояниях. Различная степень загрязнения в каждом отдельном случае требует особый уникальный подход в проектировании системы очистки сточных вод. Но разнородность состава и явление рассеивания веществ приводят к тому, что стопроцентная очистка сточных вод невозможна. Она регламентируется нормами ПДК (предельно допустимых концентраций) и СанПиНами (санитарными нормами и правилами) [Там же].

 Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды [Там же].

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Это любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией (массой примесей в единицу объема мг/л или г/м3). Состав сточных вод регулярно анализируется. Проводятся санитарно-химические анализы по определению: величины химического потребления кислорода (общая концентрация органических веществ), биологического потребления кислорода (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем), а также концентрация взвешенных веществ, интенсивности окраски, степени минерализации и концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) [Там же].

Наиболее сложны по составу сточные воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных вод влияет вид перерабатываемого сырья, технологический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия. Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов. Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых веществ [Там же].

Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных научных исследований как в лабораторных, так и полупроизводственных условиях. Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от производительности предприятия по нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности [7].

В составе сточных вод выделяют две основных группы загрязнителей - консервативные, то есть такие, которые с трудом вступают в химические реакции и практически не поддаются биологическому разложению (примеры таких загрязнителей соли тяжёлых металлов, фенолы, пестициды) и неконсервативные, то есть такие, которые могут в том числе подвергаться процессам самоочищения водоёмов. В состав сточных вод входят как неорганические (частицы грунта, руды и пустой породы, шлака, неорганические соли, кислоты, щёлочи), так и органические (нефтепродукты, органические кислоты), в том числе биологические объекты (грибки, бактерии, дрожжи) [8].

Норма водопотребления - это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии. В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как правило, имеется несколько водоотводящих сетей. Незагрязненные нагретые сточные воды поступают на охладительные установки (брызгальные бассейны, градирни), а затем возвращаются в систему оборотного водообеспечения. Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям [8].

Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом ее использования и процентом ее потерь. Для промышленных предприятий составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды потерь, сбросы и добавление компенсирующих расходов сточной воды в систему [Там же].

Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения населенных пунктов и промышленных предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли народного хозяйства, отраслей промышленности и схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам. При выборе систем и схем водоотведения должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации их работы [8].

Строительство очистных сооружений канализации предусматривается в полном объеме с полной механической и биологической очисткой сточных вод (рисунок 2). На сооружениях механической очистки происходит осветление сточной жидкости за счет удаления из нее крупных взвесей, песка и других нерастворимых веществ, путем пропуска через решетки и отстаивания при малых скоростях притока [8,9].

В состав сооружений механической очистки входят: решетки, песколовки с круговым движением сточных вод и первичные отстойники.

Состав сооружений биологической очистки:

·  аэротенки, предназначенные для биологического окисления органических веществ с помощью активного ила;

·  вторичные отстойники, которые служат для задержания ила.

В биологической очистке выделяют следующие стадии. На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц несущих органические вещества), причем адсорбция обеспечивается как хемосорбцией, так и биосорбцией с помощью полисахаридного геля активного ила и благодаря огромной поверхности ила, один грамм которого занимает 100 м2. Таким образом, на первой стадии очистки, загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легкоразлагающейся органики. На первой стадии за 0,5 - 2,0 часа содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, снижается на 50-60% [10].

На второй стадии продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идет их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила. Продолжительность этой стадии составляет от 2, 0 до 4, 0 часов [Там же].

Рисунок 2 - Очистка сточных вод

На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии (стадии внутриклеточного питания активного ила) происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками. Продолжительность третьей стадии от 4-6 часов при очистке бытовых сточных вод и может удлиняться до 15 часов для сточных вод сложного промышленного состава [10].

Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промыленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод в водоемы:

- изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи)

на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок

изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды)

изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии.

загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения

водоёмы теряют рыбохозяйственное значение [Там же].

Наблюдение за выполнением условий спуска производственных сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями [Там же].

Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования устанавливают качество воды для водоемов по двум видам водопользования. К первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко второму виду относятся участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов [11].

Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования [Там же].

Таким образом, по сказанному в главе следует отметить, что контроль качества воды проводят для оценки возможности ее использования для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового, рыбохозяйственного и технического назначения. Для оценки качества воды анализируют ее состав и физические свойства. Определяют температуру, запах, вкус, прозрачность, мутность, содержание растворенного кислорода, биохимическое потребление кислорода, кислотность, содержание вредных веществ, а также количество кишечных палочек в одном литре воды. Все приведенные показатели не должны превышать нормативные требования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Характеристика предприятия МУП «Водоканал» г. Великий Устюг

Название предприятия - Муниципальное унитарное предприятие водопроводно-канализационного хозяйства город Великий Устюг, сокращенно МУП "Водоканал" г. Великий Устюг. Юридический адрес - Вологодская область, город Великий Устюг, улица Кирова, дом 106. Руководитель - Машутинский Александр Савватиевич.

Виды деятельности предприятия:

- обеспечение бесперебойной подачи воды питьевого качества и организация водоотведения города Великий Устюг

- эксплуатационное содержание и ремонт оборудования сетей, сооружений водопроводно-канализационного хозяйства

перспективное развитие водопроводно-канализационного хозяйства в городе Великий Устюг.

Для осуществления вышеперечисленных видов деятельности предприятие имеет на своем балансе:

сети канализации-35,2км;

сети водоснабжения - 36,6 км;

канализационные насосные станции-3 шт.;

водозаборные скважины -13 шт;

биологические очистные сооружения канализации.