Очистки сточных вод - Wastewater treatment

Станция очистки сточных вод в г. Куксхафен, Германия
Схема типового газового базирования

Очистки сточных вод это процесс, используемый для удаления загрязняющие вещества из Сточные Воды или же сточные воды и преобразовать его в сточные воды который можно вернуть в круговорот воды с приемлемым воздействием на окружающую среду или повторно используемым для различных целей (так называемые регенерация воды ).[1] Процесс очистки происходит на очистных сооружениях (КОС), также называемых сооружениями для восстановления водных ресурсов (WRRF) или Очистные канализационные сооружения (STP) в случае бытовых сточных вод. Загрязняющие вещества в сточных водах удаляются, конвертируются или разлагаются в процессе очистки.

Очистка сточных вод является частью всеобъемлющей области санитария. Санитария также включает управление человеческие отходы и твердые отходы а также ливневая вода (дренаж) управление.[2] Основным побочным продуктом очистных сооружений является: осадок сточных вод которые обычно обрабатываются на той же или другой установке очистки сточных вод.[3]:Глава 14 Биогаз может быть еще одним побочным продуктом, если используются процессы анаэробной очистки.

Процессы

Процессы, связанные с очисткой сточных вод, включают физические процессы, такие как осаждение или флотацию, и биологические процессы, такие как вентилируемые лагуны, активный ил, или биопленки в капельные фильтры. Другие физические методы, такие как фильтрация через сита, могут использоваться в особых случаях, таких как обезвоживание осадка сточных вод.

Чтобы сточные воды были эффективными, их необходимо отводить на очистные сооружения соответствующими трубы и инфраструктура, и сам процесс должен подлежать регулированию и контролю. Некоторые сточные воды требуют специальных методов очистки. На самом простом уровне очистка сточных вод и большинства сточных вод осуществляется путем разделения твердые вещества из жидкости, обычно осаждение. Посредством постепенного преобразования растворенного материала в твердые частицы, обычно биологические хлопья, которые затем осаждаются, образуется вытекающий поток все большей чистоты.[3][4]

Разделение фаз

Осветлители широко используются для очистки сточных вод.

Разделение фаз переводит примеси в неводная фаза. Разделение фаз может происходить в промежуточных точках последовательности обработки для удаления твердых частиц, образующихся во время окисление или полировка. Смазку и масло можно использовать для получения топлива или омыление. Для твердых тел часто требуется обезвоживание из ил в станция очистки сточных вод. Варианты утилизации высушенных твердых частиц различаются в зависимости от типа и концентрации примесей, удаляемых из воды.[5]

Первичный отстойник станции очистки сточных вод в Дрезден-Кадиц, Германия

Седиментация

Дальнейшая информация: Седиментация (водоподготовка) и Очистка сточных вод

Твердые тела Такие как камни, песчинки и песок могут быть удалены из сточных вод сила тяжести когда плотность различий достаточно, чтобы преодолеть разброс турбулентность. Обычно это достигается с помощью канала для песка, предназначенного для получения оптимальной скорости потока, которая позволяет песке оседать и другим менее плотным твердым веществам переноситься на следующую стадию обработки. Гравитационное разделение твердых веществ является первичной обработкой сточные воды, где единичный процесс называется «первичные отстойники» или «первичные отстойники».[6] Он также широко используется для очистки других видов сточных вод. Твердые частицы более плотные, чем вода, будут скапливаться на дне покоящихся отстойники. Более сложный осветлители также есть скиммеры для одновременного удаления плавающего жира, такого как мыльная пена, и твердых частиц, таких как перья, древесная стружка или презервативы. Контейнеры, подобные Сепаратор масла и воды API специально разработаны для разделения неполярных жидкостей.[7]

Окисление

Окисление снижает биохимическая потребность в кислороде сточных вод и может снизить токсичность некоторых примесей. Вторичное лечение превращает органические соединения в углекислый газ, вода и биологические твердые вещества. Химическое окисление широко используется для дезинфекции.

Аэротенк активный ил процесс на очистных сооружениях в Дрезден-Кадитц, Германия

Биохимическое окисление

Основная статья: Вторичное лечение

Вторичное лечение биохимический окисление растворенных и коллоидных органические соединения широко используется в очистка сточных вод и применимо к некоторым сельскохозяйственным и промышленным сточным водам. Биологическое окисление предпочтительно удаляет органические соединения, полезные в качестве пищевого продукта для лечения. экосистема. Концентрация некоторых менее усвояемых соединений может быть уменьшена за счет совместный метаболизм. Эффективность удаления ограничивается минимальной концентрацией пищи, необходимой для поддержания экосистемы обработки.[8]

Химическое окисление

Основная статья: Редокс

Химическое (в том числе электрохимическое) окисление используется для удаления некоторых стойкие органические загрязнители и концентрации, остающиеся после биохимического окисления.[9] Дезинфекция путем химического окисления убивает бактерии и микробный патогены добавляя озон, хлор или гипохлорит в сточные воды.[3]:1220

Полировка

Полировка относится к обработке, выполненной в соответствии с вышеуказанными методами. Эти методы очистки могут также использоваться независимо для некоторых промышленных сточных вод. Химическое восстановление или же pH регулировка минимизирует химическую активность сточных вод после химического окисления.[10] Угольная фильтрация удаляет оставшиеся загрязнения и примеси путем химической абсорбции активированным углем.[3]:1138 Фильтрация через песок (карбонат кальция) или тканевые фильтры - наиболее распространенный метод очистки городских сточных вод.

Типы очистных сооружений

За растение виды, используемые при очистке воды, см. Организмы, участвующие в очистке воды.
Обзор станции очистки сточных вод Антверпен-Зёйд, ​​расположенной на юге агломерации Антверпен (Бельгия)

Установки очистки сточных вод можно различать по типу очищаемых сточных вод, то есть будь то сточные воды, промышленные сточные воды, сельскохозяйственные сточные воды или фильтрат.

Очистные сооружения

Основная статья: Очистные канализационные сооружения

Типичная муниципальная установка для очистки сточных вод в промышленно развитой стране может включать первичную очистку для удаления твердых материалов, вторичное лечение переваривать растворенный и взвешенный органический материал, а также азот и фосфор питательных веществ, и - иногда, но не всегда - дезинфекцию для уничтожения патогенные бактерии. В осадок сточных вод который производится на очистных сооружениях, подвергается обработка осадка. В крупных муниципалитетах часто есть предприятия, сбрасывающие промышленные сточные воды в муниципальную канализационную систему. Термин «установка для очистки сточных вод» иногда заменяется термином «установка для очистки сточных вод».[3] Сточные воды также можно обрабатывать способами, использующими "Решения, основанные на природе ".

Третичное лечение

Основная статья: Очистка сточных вод § Третичная очистка
Общая настройка системы микрофильтрации

Третичная очистка - это термин, применяемый к методам полировки, используемым после традиционной последовательности очистки сточных вод. Третичное лечение все чаще применяется в промышленно развитых странах, и наиболее распространенные технологии микрофильтрация или же синтетические мембраны. После мембранной фильтрации очищенные сточные воды практически неотличимы от питьевых вод природного происхождения (без минералов). Нитраты могут быть удалены из сточных вод естественными процессами на водно-болотных угодьях, а также микробиологическими денитрификация.[11] Популярность очистки сточных вод озоном также становится все более популярной и требует использования генератор озона, который обеззараживает воду как озон пузырьки просачиваются через резервуар. Последней и очень многообещающей технологией лечения является использование аэробная грануляция.[12]

Станции очистки промышленных сточных вод

Основная статья: Очистка промышленных сточных вод
Флотация растворенного воздуха системы широко используются в нефтеперерабатывающие заводы, химические заводы и бумажная фабрика

Удаление сточных вод промышленного предприятия - сложная и дорогостоящая проблема. Наиболее нефтеперерабатывающие заводы, химические и нефтехимический растения[3]:1412[13] иметь на месте установки для очистки сточных вод, чтобы концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах соответствовали местным и / или национальным нормам, касающимся сброса сточных вод на общественные очистные сооружения или в реки, озера или океаны. Построенные водно-болотные угодья используются во все большем числе случаев, поскольку они обеспечивают высококачественное и продуктивное лечение на месте. Другие производственные процессы, при которых образуется много сточных вод, например: производство бумаги и целлюлозы создала экологические проблемы, что привело к разработке процессов повторного использования воды на заводах до того, как их нужно будет очистить и утилизировать.[14]

Промышленные очистные сооружения требуются там, где муниципальные очистные сооружения недоступны или не могут должным образом очищать определенные промышленные сточные воды. Промышленные очистные сооружения могут снизить затраты на неочищенную воду за счет преобразования выбранных сточных вод в очищенную воду, используемую для различных целей. Промышленные очистные сооружения могут снизить плату за очистку сточных вод, взимаемую муниципальными очистными сооружениями, путем предварительной очистки сточных вод для снижения концентраций загрязняющих веществ, измеряемых для определения платы за пользование.[15]

Несмотря на то что эффект масштаба может способствовать использованию крупных городских очистных сооружений для удаления небольших объемов промышленных сточных вод, очистка и утилизация промышленных сточных вод могут быть менее дорогостоящими, чем правильно распределенные затраты на большие объемы промышленных сточных вод, не требующие стандартной последовательности очистки сточных вод небольших городских сточных вод лечебное растение.[16]

Завод по очистке промышленных сточных вод может включать в себя одно или несколько из следующих действий, а не обычную первичную, вторичную и дезинфекционную последовательность очистки сточных вод:

Станции очистки сельскохозяйственных сточных вод

Основная статья: Очистка сельскохозяйственных сточных вод

Очистка сельскохозяйственных сточных вод для непрерывных операций с животными в закрытом помещении, таких как производство молока и яиц, можно проводить на заводах с использованием механизированных очистных сооружений, подобных тем, которые описаны в разделе «Промышленные сточные воды»; но где есть земля для прудов, отстойники и факультативные лагуны могут иметь более низкие эксплуатационные расходы в условиях сезонного использования из-за циклов разведения или сбора урожая.[21]

Многие фермы производят загрязнение из неточечных источников из поверхностный сток который не контролируется очистными сооружениями. Фермеры могут установить контроль эрозии и реализовать управление питательными веществами планирует контролировать загрязнение сточных вод.[22][23]:стр. 4–95–4–96

Установки очистки сточных вод

Фильтрат очистные сооружения используются для очистки сточных вод от свалки. Варианты лечения включают: биологическую очистку, механическую обработку ультрафильтрация, лечение с активированный уголь фильтры, электрохимическая обработка, в том числе электрокоагуляция по различным запатентованным технологиям и обратноосмотической мембранной фильтрации с использованием технологии дисковых трубных модулей.[24]

Утилизация или повторное использование

Дальнейшая информация: Восстановленная вода

Хотя утилизация или повторное использование возникает после лечения, это необходимо учитывать в первую очередь. Поскольку удаление или повторное использование являются целями очистки сточных вод, варианты удаления или повторного использования являются основой для решений по очистке. Приемлемые концентрации примесей могут варьироваться в зависимости от типа использования или места утилизации. Транспортные расходы часто делают приемлемые концентрации примесей в зависимости от места захоронения, но дорогостоящие требования к обработке могут способствовать выбору места захоронения на основе концентраций примесей. Удаление в океан регулируется требованиями международных договоров. Международные договоры могут также регулировать сброс в реки, пересекающие международные границы. Водные объекты, полностью находящиеся в юрисдикции одного государства, могут подпадать под действие постановлений нескольких местных органов власти. Приемлемые концентрации примесей могут широко варьироваться в зависимости от юрисдикции для сброса сточных вод в пруды-испарители, инфильтрационные бассейны, или же нагнетательные скважины.[25]

Повторное использование сточных вод имеет важное значение для снижения нехватки воды в городах, повышения осведомленности и уменьшения попадания загрязняющих веществ в водоемы. Повторно используемая вода может использоваться для различных целей, таких как «переработка и повторное использование для орошения сельскохозяйственных культур и ландшафтов, пополнения подземных вод или рекреационных целей». Есть два способа повторного использования сточных вод: прямое и косвенное повторное использование. Прямое повторное использование влечет за собой использование очищенных сточных вод как есть, а косвенное повторное использование означает разбавление очищенных сточных вод другим источником воды перед их дальнейшим использованием.[26]

Глобальная ситуация

Доля бытовых сточных вод, прошедших безопасную очистку (в 2018 г.)[27]

На глобальном уровне во многих странах все еще отсутствует надлежащая очистка сточных вод. По этой причине, Цель 6 в области устойчивого развития имеет цель 6.3, сформулированную следующим образом: «К 2030 году улучшить качество воды за счет уменьшения загрязнения, устранения сброса и минимизации выбросов опасных химикатов и материалов, сокращения вдвое доли неочищенных сточных вод и значительного увеличения рециркуляции и безопасного повторного использования во всем мире».[27] Соответствующий показатель 6.3.1 - это «доля безопасно очищенных сточных вод» (см. Карту справа на 2018 год). Например, в Алжире, Сенегале, Нигере, Ливии, Уганде, Сомали и Ираке до сих пор не проводится безопасная очистка бытовых сточных вод.

Регулирование

Евросоюз

Государства-члены Европейского Союза обслуживают и эксплуатируют очистные сооружения сточных вод в соответствии с Директива об очистке городских сточных вод который устанавливает стандарты очистки и удаления сточных вод для сообществ с численностью населения более 200 человек. Каждое государство-член обязано ввести в действие требования директивы через соответствующее местное законодательство. Эта директива также связана с Директивой по водам для купания и экологическими стандартами, установленными в Рамочная директива по воде которые предназначены для защиты всех законных конечных пользователей принимающей среды.[28]

Соединенные Штаты

В Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и государственные природоохранные агентства устанавливают стандарты сточных вод в соответствии с Закон о чистой воде.[29] Точечные источники должны получать разрешения на сброс поверхностных вод через Национальную систему ликвидации сбросов загрязнителей (NPDES). Точечные источники включают промышленные объекты, муниципальные власти (очистка сточных вод растения и ливневая канализация системы), другие государственные объекты, такие как военные базы, и немного сельскохозяйственный объекты, такие как животные откормочные площадки.[30]

EPA устанавливает основные национальные стандарты сточных вод:

Эти стандарты включаются в разрешения, которые могут включать дополнительные требования к очистке для отдельных заводов, разрабатываемые для каждого конкретного случая. Разрешения NPDES необходимо продлевать каждые пять лет.[33] EPA уполномочило 47 государственных агентств выдавать и обеспечивать выполнение разрешений NPDES. Региональные офисы EPA выдают разрешения для остальной части страны.[34]

Сбросы сточных вод в грунтовые воды регулируются Программа управления подземным впрыском (UIC) под Закон о безопасной питьевой воде.[35] Разрешения UIC выдаются 34 государственными агентствами и региональными офисами EPA.[36]

Финансовая помощь для улучшения очистных сооружений доступна правительствам штата и местным властям через Государственный оборотный фонд чистой воды, программа кредитования под низкие проценты.[37]

Япония

В Японии с 1950-х годов была разработана усовершенствованная система очистки бытовых сточных вод (резервуар) под названием Johkasou. Система очищает сточные воды до 20 частей на миллион. Биологическая потребность в кислороде (БПК). Япония обслуживает 11 миллионов японцев в менее густонаселенных районах Японии, поскольку это рентабельный метод, который можно установить в короткие сроки. Эта система отводит должным образом обеззараженную воду, защищает водную среду и обеспечивает сельские водные ресурсы. Эта система включает в себя некоторые технологии, такие как процесс канавы биологического контактора, процесс капельного фильтра, процесс анаэробной аэрации с контактом с фильтром, резервуар для биопленочной фильтрации и резервуар для биопленки с подвижным слоем. Для лечения Johkasou требуется периодическое поддержание биопленки и удаление осадка. Техническое обслуживание должно выполняться сертифицированными техниками или инженерами.[38]

Ливия

В Ливии очисткой сточных вод управляет общая компания по водоснабжению и очистке сточных вод в Ливии, которая входит в компетенцию Министерства жилищно-коммунального хозяйства. По всей стране насчитывается около 200 очистных сооружений, но немногие из них работают. Фактически, 36 крупных заводов находятся в крупных городах; Однако только девять из них находятся в рабочем состоянии, а остальные находятся в ремонте. [39]

Крупнейшие действующие очистные сооружения расположены в Сирте, Триполи и Мисурате с проектной производительностью 21 000, 110 000 и 24 000 м3 / день соответственно. Более того, большинство оставшихся очистных сооружений представляют собой малые и средние предприятия с проектной производительностью приблизительно от 370 до 6700 м3 / день. Таким образом, 145 800 м3 / день или 11 процентов сточных вод фактически очищаются, а остальные сточные воды сбрасываются в океан и искусственные лагуны, хотя и не очищаются. Фактически, неработающие очистные сооружения в Триполи приводят к разливу более 1 275 000 кубометров необработанной воды в океан каждый день.[39]

Индия

В Индии правила очистки сточных вод находятся в ведении трех центральных учреждений: «Министерство охраны окружающей среды, лесов и изменения климата (MoEF & CC), Министерство жилищного строительства и городского хозяйства (MoHUA) и недавно созданное Министерство Джал Шакти». [40] Различные политики в области водоснабжения и санитарии, такие как «Национальная политика в области окружающей среды на 2006 год» и «Национальная политика в области санитарии на 2008 год», также устанавливают правила очистки сточных вод. Правительства штатов и местные муниципалитеты несут ответственность за удаление сточных вод, строительство и обслуживание «канализационной инфраструктуры». Их усилия поддерживаются программами, предлагаемыми правительством Индии, такими как Национальный план сохранения рек, Национальная миссия Джавахарлала Неру по обновлению городов, Национальный план сохранения озер. Через Министерство окружающей среды и лесов правительство Индии также создало стимулы, побуждающие промышленность создавать «общие объекты» для очистки сточных вод. [41]

Недавние инициативы включают «Национальную водную политику 2012», которая способствует эффективному использованию и управлению водными ресурсами, рециркуляции и повторному использованию сточных вод, водоснабжению и канализации, а также эффективному ценообразованию на воду. [42]


Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Очистка сточных вод | Процесс, история, значение, системы и технологии». Энциклопедия Британника. 29 октября 2020 г.. Получено 2020-11-04.
  2. ^ «Санитария». Темы здоровья. Всемирная организация здоровья. Получено 2020-02-23.
  3. ^ а б c d е ж Меткалф и Эдди, Inc. (2003). Очистка сточных вод: очистка и повторное использование (4-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-112250-8.
  4. ^ Грунтовка для систем очистки городских сточных вод (Отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 2004. EPA 832-R-04-001..
  5. ^ Аджай Кумар Мишра Умные материалы для сточных вод , Wiley-Scrivener 2016 г. ISBN  111904118X https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119041214
  6. ^ Гупта, Ашок; Ян, Денис, ред. (2016-01-01), "Глава 16 - Гравитационное разделение", Проектирование и операции по переработке полезных ископаемых (второе издание), Амстердам: Elsevier, стр. 563–628, ISBN  978-0-444-63589-1, получено 2020-11-30
  7. ^ Вебер, стр.111-138
  8. ^ Steel & McGhee, стр. 477–521.
  9. ^ Вебер, стр. 363-408.
  10. ^ Вебер, стр.439
  11. ^ Хопкрофт, Фрэнсис (2014). Концепции и практика очистки сточных вод. Momentum Press.
  12. ^ Очистка сточных вод: передовые процессы и технологии. ProQuest Ebook Central. 2012 г.
  13. ^ Бейчок, Милтон Р. (1967). Водные отходы нефтяных и нефтехимических заводов (1-е изд.). Джон Уайли и сыновья. LCCN  67019834.
  14. ^ Byrd, J.F .; Ehrke, M.D .; Уитфилд, Дж. (Апрель 1984 г.). «Новый завод по производству беленой крафт-целлюлозы в Джорджии: современный экологический контроль». Журнал (Федерация по контролю за загрязнением воды). 56 (4): 378–385. JSTOR  25042250..
  15. ^ Молоток, стр.300-302
  16. ^ Кеммер, стр 40-4-40-11
  17. ^ Паттерсон, стр.180
  18. ^ Кеммер, стр.41-15
  19. ^ Кеммер, стр.23-11
  20. ^ Паттерсон, стр.210
  21. ^ Рид, Миддлбрукс и критики, стр. 6-8.
  22. ^ «Эрозия». Вашингтон, округ Колумбия: Служба охраны природных ресурсов США. Получено 2020-11-19.
  23. ^ Национальные меры управления по контролю загрязнения из неточечных источников от сельского хозяйства (Отчет). EPA. Июль 2003 г. EPA 841-B-03-004.
  24. ^ «Рекомендации по сбросам со свалок». EPA. 2018-03-16.
  25. ^ Чемберс, Феникс (2019). Стандартные методы исследования воды и сточных вод. Электронные научные ресурсы. С. 6–7.
  26. ^ «Очистка сточных вод | Процесс, история, значение, системы и технологии». Энциклопедия Британника. Получено 2020-11-30.
  27. ^ а б Ричи, Розер, Миспи, Ортис-Оспина (2018) «Измерение прогресса в достижении Целей устойчивого развития». (ЦУР 6) SDG-Tracker.org, сайт
  28. ^ Хансен, Венке (2003). «Водная политика ЕС и вызовы для региональных и местных властей». Экологический институт международной и европейской экологической политики, Берлин - Брюссель: 1–17.
  29. ^ Соединенные Штаты. Поправки к Федеральному закону о контроле за загрязнением воды 1972 года. Pub.L.  92–500 Утвержден 18 октября 1972 г. Изменен Законом о чистой воде 1977 г. Pub.L.  95–217, 27 декабря 1977 г .; и Закон о качестве воды 1987 года, Pub.L.  100–4, 4 февраля 1987 г.
  30. ^ «Национальная система ликвидации сбросов загрязнителей». EPA. 2020-02-21.
  31. ^ EPA. «Регламент вторичного лечения». Свод федеральных правил, 40 С.Ф.Н., часть 133.
  32. ^ «Рекомендации по промышленным сбросам». EPA. 2020-02-12.
  33. ^ «Основы разрешений NPDES». EPA. 2019-07-12.
  34. ^ «Информация о государственной программе NPDES - Орган государственной программы». EPA. 2019-12-02.
  35. ^ «Защита подземных источников питьевой воды от подземной закачки». EPA. 2019-10-03.
  36. ^ «Главный исполнительный орган по программе контроля подземной закачки». EPA. 2020-02-17.
  37. ^ «Государственный оборотный фонд чистой воды». EPA. 2020-02-06.
  38. ^ Министерство окружающей среды, правительство Японии, "Вызов Японии по охране окружающей среды". «Вызов Японии в области санитарии окружающей среды».
  39. ^ а б «Станции очистки сточных вод в Ливии: проблемы и перспективы на будущее». Международный журнал экологического планирования и управления.
  40. ^ Шелленберг, Татьяна; Субраманиан, Вришали; Ганешан, Ганапати; Томпкинс, Дэвид; Прадип, Рохини (2020). «Стандарты сброса сточных вод в развивающемся контексте устойчивости городов - пример Индии». Границы науки об окружающей среде. 8. Дои:10.3389 / fenvs.2020.00030. ISSN  2296-665X.
  41. ^ Kaur, R; Вани, ИП; Сингх, AK. «Производство, очистка и использование сточных вод в Индии» (PDF). АИС. Получено 2020-11-17.
  42. ^ Правительство Индии. «НАЦИОНАЛЬНАЯ ВОДНАЯ ПОЛИТИКА (2012)» (PDF). Министерство водных ресурсов. Получено 2020-11-15.

Источники

внешняя ссылка