ВАРНЕНСКИ СВОБОДЕН УНИВЕРСИТЕТ "ЧЕРНОРИЗЕЦ ХРАБЪР"

АННА СИМЕОНОВА, АЛЕКСАНДЪР КИРОВ

ПРЕЧИСТВАНЕ НА ПРИРОДНИ И ОТПАДЪЧНИ ВОДИ

ЧАСТ II

ПРЕЧИСТВАНЕ НА ОТПАДЪЧНИ ВОДИ

учебни записки

ВАРНА, 2011 г.

ВЪВЕДЕНИЕ

Представеният лекционен курс “Пречистване на природни и отпадъчни води”, част II, “Пречистване на отпадъчни води” е предназначен за студентите от специалност „Строителство на сгради и съоръжения”, ОКС „Магистър” към Варненски Свободен Университет и е разработен съгласно с утвърдената магистърска програма „Водоснабдяване и канализационни системи и съоръжения„.

Лекционният курс по „Пречистване на отпадъчни води” включва две основни тематични направления: характеристика на отпадъчните води и методи и технологии за тяхното пречистване. В характеристиката на отпадъчните води са разгледани: видовете отпадъчни води и техния състав; влиянието на отпадъчните води върху водните течения; условията за включване на отпадъчните води във водоприемниците и канализационните системи на населените места; самопречиствателната и асимилационна способност на водоприемниците; трансформацията и деструкцията на замърсителите. Дадени са сведения за националните нормативни документи, регламентиращи изискванията към отпадъчните води, свързани с опазването на водните басейни от замърсяване

В методите и технологиите за пречистване на отпадъчните води са разгледани теоретичните основи на отделните процеси и съоръженията за прецеждане, утаяване, биохимично пречистване в естествени и изкуствени условия, третиране на утайките и най- често прилаганите технологични решения.

Изложеният материал може да бъде полезен и за работещи в областта на проектирането, експлоатацията, изследването и контрола на качеството на водите.

В написването на отделните теми на учебните записки авторите са взели следното участие: теми 1, 2, 3, 4, 5 и 6 – А. Симеонова; теми- 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 17 - А. Симеонова и А. Киров.

Общо учебните записки са оформени от А. Симеонова.

Авторите

2

СъдържаниеВъведениеИзползвани съкращения……………………………………4

1. Видове отпадъчни води. Характеристика на битовите отпадъчни води……………………………………………………….5

2. Характеристика на промишлените отпадъчни води……………93. Влияние на отпадъчните води върху водните течения………154. Количество на отпадъчните води и възможности за

намаляване на количеството. Условия за включване на отпадъчните води във водоприемниците и канализационните системи………………………………………………………………..22

5. Самопречиствателна способност на водоприемниците при включване на отпадъчни води в тях. Смесване на отпадъчните води при заустването им………………………….30

6. Асимилационна способност на водоприемниците при включване на отпадъчни води в тях. Трансформация и деструкция на замърсителите…………………………………….35

7. Методи за пречистване на отпадъчни води. Технологични схеми за пречистване………………………………………………40

8. Видове пречиствателни станции. Основни изисквания при проектиране на пречиствателните станции. Условия за съвместно отвеждане на отпадъчните води от промишлените предприятия и населените места………………………………..46

9. Механично пречистване на отпадъчните води. Пречистване чрез прецеждане…………………………………………………….51

10. Песъкозадържатели - предназначение, видове…………5511. Утаяване на отпадъчни води. Видове утаители.

Предимства и недостатъци……………………………………….6012. Биохимично пречистване на отпадъчни води. Същност на

процеса. Ролята на микроорганизмите в процеса на биохимичното пречистване……………………………………….65

13. Биохимично пречистване на отпадъчни води при естествено създадени условия…………………………………..69

14. Биохимично пречистване на отпадъчни води в изкуствено създадени условия - биофилтри, биобасейни…………………74

15. Класификация на утайките, отделяни при пречистване на отпадъчните води. Състав………………………………………….....80

16. Биохимично разграждане на утайки при анаеробни условия. Септични ями, двуетажни утаители, метантанкове...85

17. Обезводняване и обезвреждане на утайките……………..91Литература……………………………………………………………….96

3

Използвани съкращения

БПК - биохимична потребност от кислородБОВ - битови отпадъчни водиКОЕ - колонообразуващи единициНВ - неразтворени веществаОВ - отпадъчни водиОС - околна средаПАВ - повърхностни активни веществаПОВ - промишлени отпадъчни водиПСОВ - пречиствателна станция за отпадъчни водиХПК – химична потребност от кислород

4

Тема 1. Видове отпадъчни води. Характеристика на битовите отпадъчни води.

Водата, която се употребява за битово-домакински, обществено-хигиенни, селскостопански и производствени нужди се замърсява с различни вещества и изменя своите естествени физични свойства и химичен състав. Такава вода се нарича отпадъчна.

1. Видове отпадъчни води Според произхода и характеристиките си, отпадъчните води

(ОВ) се разделят на няколко основни категории: Битови отпадъчни води – БОВ; Производствени (промишлени) отпадъчни води – ПОВ; Дъждовни (атмосферни) отпадъчни води (урбанистичен

отток); Отпадъчни води от аграрното стопанство - от

животновъдството и напояването.Към БОВ се отнасят водите от кухните, тоалетните, баните,

пералните, заведения за обществено хранене, болниците и др. Тези води се формират от жилищните и обществените сгради и от битовите помещения на промишлени предприятия.

ПОВ се образуват при работата на промишлените предприятия. Работата на всеки отрасъл на промишлеността е свързан с употребата на определени количество вода и изхвърлянето на замърсени отпадъчни води. Количеството на изхвърляните ПОВ не съвпада с количеството на водата, употребявана в производствените процеси. При едни производства количеството намалява за сметка на изпарения или на изнасяне на част от водата с готовата продукция. В други случаи се увеличава за сметка на водата, включена в изходните суровини, която се отделя в процеса на обработка на суровините. ПОВ могат да се образуват при използването на водата както за технологични нужди, при което непосредствено участва в производствените операции, така и за най-различни спомагателни процеси: охлаждане на производствена апаратура, транспортиране на суровини, отстраняване на отпадъци и др.

Дъждовните води са замърсени с атмосферен прах, аерозоли и различни газове от битов и промишлен произход. При своя отток те допълнително увличат и други вещества от повърхността на земята и се превръщат в отпадъчни води

5

(урбанистичен отток). Особено опасни са поройните води, стичащи се от градските улици, селскостопанските дворове и промишлените площадки. Тези води могат да бъдат замърсени с големи количества твърди вещества, нефтопродукти, разтворени и неразтворени вещества. Еквивалентът на замърсяване на урбанистичния отток често превишава многократно еквивалента на замърсяване на битовите отпадъчни води. Голяма част от дъждовните води постъпват в канализационната система на населените места и от там се отправят заедно с другите водни потоци към пречиствателни станции. Друга част от дъждовните води, след като са се превърнали в урбанистичен отток постъпват разсредоточено в повърхностните води, което причинява допълнителното им замърсяване. В урбанистичния отток се съдържат голямо количество плаващи твърди отпадъци, суспендирани примеси, нефтопродукти и масла.

Отпадъчните води от селското стопанство се формират в резултат на напояването на селскостопански площи и оказват отрицателно въздействие върху чистотата на повърхностните и подземни води. Замърсителите на селскостопанските води в случая са някои химични компоненти на минералните торове и пестицидите. Замърсяването се предизвиква от употребата на повишени дози минерални торове и пестициди, неправилното им разпръскване, неподходящи метеорологични условия, неподходящи хидроложки и хидрогеоложки условия. Като се има предвид, че отпадъчните води от третирани с химически продукти площи не подлежат на пречистване както отпадъчните води от други сфери на дейност, усилията за опазване чистотата на водите трябва да се насочат към прилагане на ограничения и забрани за употреба на някои пестициди, въвеждане на буферни зони във водосборните басейни, въвеждане на най - добри земеделски практики и др.

Отпадъчните води от животновъдството се формират най-вече при храненето на животните и дефекализацията им и са замърсени с амоняк, нитрати, нитрити и множество патогенни микроорганизми

2. Битови отпадъчни води (БОВ). ХарактеристикаВ зависимост от начина си на образуване БОВ могат да се

разделят на две групи. Когато БОВ са замърсени с физиологични отпадъци от тоалетните, те се наричат фекални, а замърсените с домакински отпадъци – домакински отпадъчни води.

БОВ са замърсени с органични вещества от растителен и животински произход, соли, киселини, повърхностно активни вещества (ПАВ), патогенни микроорганизми и др. Съвременните изследвания показват, че органичните вещества в битовите отпадъчни води са 58%, а минералните - 42%.

6

Бактериологичното замърсяване се причинява от различни микроорганизми (достигащи до 100 млн. в 1 ml вода), като дрождови и плесенни гъби, водорасли и бактерии, както и патогенни (болестотворни) бактерии, причинители на коремен тиф, дифтерии, дизентерия, холера, туберколоза и др. Наличието на високи концентрации на ПАВ се дължи на използването на големи количества, разнообразни миещи и почистващи препарати (детергенти) в ежедневието на хората.

В зависимост от стойността на показателя БПК и на показателя неразтворени вещества, БОВ се разделят на: разредени и концентрирани. При стойности на тези показатели > 250 mg/dm3, те се разглеждат като концентрирани.

В последните години поради интереса към оползотворяване на БОВ се използва следната класификация посочена в табл. 1.:

Сива вода – от кухни, душове, перални Жълта вода – урината и водата от казанчето на

тоалетната Кафява вода – фекалиите и водата от казанчето на

тоалетната

Таблица 1. Видовете отпадъчни води в домакинстватаФракция на отпадъчната вода ОписаниеСива вода Вода използвана за миене от

кухнята, ваната и пералнятаЧерна вода Отпадъчна вода от тоалетната

(урина, фекалии, тоалетна хартия и вода от казанчето)

Жълта вода Урина с или без вода от казанчето

Кафява вода Фекалии, тоалетна хартия и вода от казанчето (тоалетна отпадъчна вода без урина)

В таблица 2 са посочени типичните характеристики на потоците отпадъчни води от домакинствата.

Урината съдържа повечето от разтворимите хранителни вещества - азот, фосфор и калий, като азотът достига 87%. Сивата вода, независимо от големия обем в сравнение с урината, съдържа само малко количество хранителни вещества. Фекалиите, които са около 10 пъти по-малко по обем от урината, също съдържат хранителни вещества (фосфор до 40%), голямо количество органични вещества и най-голямо количество патогени. Изпражненията съдържат до 100 милиона бактерии на грам като някои от тях са патогенни за човека. Въпреки, че сивата вода, която

7

се дължи на лична хигиена и жълтата вода, също съдържат патогени, те могат лесно да бъдат елиминирани.

Таблица 2. Типични характеристики на компонентите на домакинската отпадъчна вода Годишни стойностина натоварванеОбем: (л./(човек на год.)); (кг/(човек на

година)

Сива вода25.000 – 100.000

Урина~ 500

Фекалии~ 50

N ~ 4 -5

~ 3 % ~ 87 % ~ 10 %

P ~0,75 ~ 10 % ~ 50 % ~ 40 % K ~ 1,8 ~ 34

%~ 54 % ~ 12 %

ХПК ~ 30 ~ 41 %

~ 12 % ~ 47 %

S, Ca, Mg и други елементи

Третиране

Повторна употреба/Воден цикъл/

Третиране

Тор

Предприятие за компостиране на

биогаз

подобрител на почвата

Количеството и съотношенията на замърсяващите вещества са различни за различните случаи и зависят от битовите условия и навици на хората, от тяхното благосъстояние, от климатичните особености на района и др. Необходимо е във всеки отделен случай при определяне на замърсяващите вещества да се извършват лабораторни изследвания. Количеството на битовите отпадъчни води се изменят през часовете на денонощието, като те са най-големи през сутрешните, обедните и вечерните часове и най малки около 3 - 4 часа сутринта. Приетите количества на замърсяванията трябва да се обосновават много добре, тъй като всички следващи изчисления и оразмерявания на съоръженията зависят от тях.

8

Тема 2. Характеристика на промишлените отпадъчни води

1. Условия на образуване и състав на промишлените отпадъчни води

Промишлените отпадъчни води (ПОВ) се получават при използването на водата за различни технологични нужди и спомагателни процеси.

ПОВ могат да бъдат следните видове: Реакционни води – образуват се в процеса на дадена

химическа реакция. Те могат да бъдат замърсени както с изходни вещества, така и с продукти на реакцията;

Води, съдържащи се в суровините и изходните продукти – те могат да бъдат в свободно или свързано състояние. Тези, които са в свободно състояние могат да се отделят при нормална температура, а водите в свързано състояние се отделят при по-висока температура. В процеса на обработка на суровините тези води се замърсява с различни вещества;

Промивни води – получават се при измиване на суровини, оборудване и вместимости;

Водни екстрагенти и абсорбенти – използват се за пречистване на газове и течности и се отделят след това;

Води, които се стичат от територията на промишлените предприятия при измиване на работните площадки или след дъждове;

Охлаждащи води, които не влизат в контакт с технологичните продукти и се приемат за условно чисти (с повишена температура). Обикновено се използват в оборотната водоснабдителна система на предприятията.

Използваната в производствения процес вода обикновено променя своите физични, химични, бактериологични и други качества. Измененията на качествата на водата се изразяват преди всичко в увеличаване съдържанието на разтворените и суспендираните вещества, изменението на рН, цвета, а така също и температурата. Степента на изменение на качеството на водата зависи от целите, за които е използвана.

Отпадъчните води, получавани от повърхностното охлаждане на технологични апаратури, обикновено не са замърсени. Те имат само повишена температура и се наричат условно чисти. Отпадъчните води от измиването на готовата продукция обикновено

9

са слабо замърсени, а тези, които се използват за транспортиране на суровини и отпадъци, имат разнообразен състав и различна степен на замърсеност. Производствените отпадъчни води, получени в резултат на използване на водата непосредствено в технологичните операции, са силно замърсени главно с отпадъци от производството и от полупродуктите, използвани в производствения процес. Едни от тях са замърсени главно с минерални вещества, други – изключително само с органични, а трети – с органични и минерални вещества (отпадъчните води от производството на целулоза, преработката на нефт и др.). Замърсяващите вещества в тях се намират в суспендирано, колоидно и разтворено състояние.

Производствените отпадъчни води от много отрасли на промишлеността съдържат специфични токсични вещества. Към специфичните замърсители могат да се отнесат такива като: нефт, феноли, пестициди, цветни метали и радиоактивни елементи. Специфичните замърсители понякога притежават висока токсичност и могат да предизвикат големи трудности, ако съпътстват органични замърсители, които могат да се пречистват по биохимичен път. Попадайки в пречиствателните съоръжения за биохимично пречистване, токсичните вещества забавят скоростта на биохимичните процеси и понижават ефективната работа на съоръженията.

Производствените отпадъчни води имат твърде разнообразен състав и замърсеност. Някои от тях са значително по-слабо замърсени от битовите отпадъчни води, но други са десетки, а даже и стотици пъти по-силно замърсени от тях. Съставът на отпадъчните води се определя чрез пълни физикохимични и бактериологични анализи. Те обхващат определянето на следните показатели: 1) температура в °С; 2) мирис в балове; 3) цвят; 4) прозрачност в cm воден стълб; 5) суспендирани вещества в mg/l; 6) сух остатък в mg/l; 7) плаващи вещества в mg/l; 8) БПК и ХПК в mg/l; 9) рН; 10) киселинност и алкалност в mg/l; 11) сулфати (SO4

2¯) в mg/l; 12) сероводород (свободен или свързан) в mg/l; 13) хлориди (Cl¯) в mg/l; 14) азот и фосфор в mg/l; 15) окислители или редуциращи вещества в mg/l; 16) общо съдържание на разтворими соли в mg/l; 17) мазнини и въглеводороди в mg/l; 18) феноли в mgequv/l; 19) специфични йони (As, Ba, Cd, Cr, CN, F, Pb, Se, Ag, Cu, Zn, Ni - mg/l); 20) патогенни микроорганизми КОЕ/ml)В някои случаи се определят и други специфични показатели, като способност за пенообразуване, повърхностно напрежение и др.

2. Характеристика на ПОВ от различни отрасли.Съставът на ПОВ зависи от изходните суровини,

допълнителните продукти и особеностите на технологичния процес.

10

2.1. Отпадъчни води от млекопреработващата промишленост

Преработката на млякото, при която се изразходва чиста вода и се получава замърсена, обхваща различни работни процеси, общият брой на които е около 20. Млякото е една от най-силно замърсяващите течности. Неговото БПК5 в сравнение с БПК5 на битовите отпадъчни води е 400 пъти по-голямо. Производствено замърсените води се образуват в резултат на различни производствени операции – измиване на буркани, бурета, цистерни, танкове за съхранение на млякото, помещения и др. Отпадъчните води от млекопреработващата промишленост притежават силно органично замърсяване. Те съдържат съставките на млякото – лактоза, различни форми на белтъците, казеин, мазнини, албумин, въглехидрати, маслени капчици, хлориди.

Освен съставките на млякото в отпадъчните води попадат и някои други вещества от неорганичен и органичен произход, използвани за измиване и дезинфекция. Това са различни течни сапуни и синтетични перилни препарати, които се използуват за измиване на някои машини и апарати преди преработката на млякото. Голямата концентрация на замърсители от органичен произход определя високата стойност на показателя БПК5 на отпадъчната вода.

2.2. Отпадъчни води от месопреработващата промишленост

Производствените отпадъчни води се получават в цеховете за първична обработка на месните продукти, от производството на колбаси, консерви, от цеховете за топлинна обработка и др., а условно чистите са от силовите и котелните агрегати, от хладилните апаратури и др. Отпадъчните води от кланиците и цеховете за преработка на месо съдържат предимно кръв, парчета месо, голямо количество мазнини, тор, сол, кости, косми и др.

2.3. Отпадъчни води от текстилната промишленостОтпадъчните води, които се получават от този вид

промишленост са предимно условно чисти и са от охлаждането на различни агрегати. По-замърсени са водите от цеховете за багрене на тъканите, които съдържат различни неразтворени и разтворени органични основни и кисели багрила, водещи в крайна сметка до рязка промяна и колебания в стойността на рН. Отпадъчните води от текстилната промишленост могат да съдържат и известно количество тежки метали (мед, олово, хром) и редица други отровни компоненти влизащи в състава на използваните багрила. Характерна особеност е интензивното оцветяване на водите в различни цветове.

11

2.3. Отпадъчни води от миннодобивната и миннопреработващата промишленост

Отпадъчните води от миннодобивната промишленост по същество представляват подземни (грунтови) води, които постъпват в рудничните шахти и галерии от намиращи се на различна дълбочина водоносни хоризонти. Образуваните отпадъчни води (ОВ) се насочват към събирателни басейни, откъдето чрез помпи се изпращат на повърхността на земята. Съставът на ОВ от рудниците зависи от състава и структурата на земните пластове, през които те преминават. Отпадъчните води са замърсени с голямо количество суспендирани вещества, грубо диспергирани примеси: скални парчета, глина, пясък, частици от руда и др. Освен това водите съдържат в разтворено състояние твърде много хлориди, сулфати, силикати, катиони на различни тежки метали: мед, цинк, олово, кобалт, желязо и др., видът и концентрацията на които зависят от рудните изкопаеми, които се добиват. Реакцията на водата (рН) варира в широки граници от 2 до 9, но обикновено ОВ от рудниците имат кисела реакция, което се дължи на наличието на свободна H2SO4, която се образува при окисляване на железния и медния пирит (FeS2, CuS2) от атмосферния кислород във водна среда.

Миннопреработващата промишленост обогатява рудите за черни и цветни метали. Това е свързано с образуване на значителни количества силно замърсени ПОВ, които имат много голям относителен дял в замърсяването на водните течения и басейни.

Обогатяването на полезните изкопаеми представлява процес, при който се извършва обработка на рудата с цел да се увеличи процентното съдържание на ценните компоненти в получения концентрат, като се отстранят скалните и други нерудни примеси – глина, пясък и т.н. При обогатяването се използват различни неорганични и органични химични вещества, наречени флотореагенти, повечето от които са силно токсични.

2.5. Отпадъчни води от машиностроителната и електротехническа промишленост

Машиностроителната и електротехническата промишленост обхващат предприятията за производство на машини за обработка на метали, двигатели, трактори, вагони, автомобили, селскостопански машини, електронно -изчислителна техника и др.

Отпадъчните води се образуват главно от цеховете за отстраняване на ръждата и оксидния повърхностен слой от черните и цветни метали; от галваничните цехове за метални покрития и от цеховете за термообработка, където се извършва закаляване на детайли и изделия.

12

Отпадъчните води, които се получават са сравнително малко по количество, но от цеховете за термообработка и от галваничните цехове те са силно замърсени и съдържат най-вече различни тежки метали (три и шест валентен хром, олово, живак, цинк, мед, арсен, никел, кадмий) и цианиди.

2.6. Отпадъчни води от химическата промишленостОсновната продукция на неорганичните химични производства,

в частност на азотно -торовата промишленост включва: амоняк, азотна, сярна киселина и различни минерални торове като амониева селитра, амониев сулфат, амонячна вода, серовъглерод, карбамид и още много други. Отпадъчните води от горните производства се характеризират с не много сложен химичен състав. Те съдържат обикновено киселини, алкални вещества (главно амоняк), сероводород и някои токсични йони.

Предприятията на органичната химична промишленост произвеждат големи количества багрила, взривни вещества, лекарствени и микробиални препарати, каучук, изкуствени влакна. В процеса на производство на тези вещества в ПОВ попадат голямо количество разнообразни по състав и свойства органични съединения като ароматни, полициклени ароматни въглеводороди, алкохоли, феноли, кетони, алдехиди, различни смоли, меркаптани, азот - нитрозосъединения, даже и такива, които по-рано не са съществували в природата. Много от тези съединения притежават доказано канцерогенно действие.

Сред продуктите на органичното химично производство особено място по своето отрицателно действие по отношение както на външния вид на водоемите, така и на работата на пречиствателните съоръжения заемат детергентите, представляващи синтетични миещи вещества.

2.7. Отпадъчни води от целулозно - хартиената промишленост

При производството на сулфатна целулоза ПОВ са замърсени с неразтворими (пясък, парчета кора, целулозни влакна) и разтворими вещества. Последните представляват доста широк конгломерат от разнообразни по количество и състав органични съединения като феноли, хлорфеноли, хлорлигнини, смоли, мравчена и оцетна киселина, метилмеркаптан, диметилсулфид, диметилдисулфид, хлорни препарати.

При производството на хартия промишлените отпадъчни води са замърсени главно от неразтворими вещества, като целулозни влакна, пълнители и известно количество разтворени вещества.

13

2.8. Отпадъчни води от добив и преработка на нефтНефтената промишленост, включваща нефтодобив, транспорт и

преработка на нефт е източник на ПОВ, които са едни от основните и много опасни замърсители на чистите води. Получаваните отпадъчни води се характеризират с високо съдържание на минерални вещества като пясък, пръст, минерални киселини и основи, оловни съединения, арсен, сернисти съединения, смазочни масла, нефтени продукти и др.

Характера на замърсяването зависи до голяма степен и от качеството на изходния непреработен суров нефт. Така например, ако суровият нефт съдържа сернисти съединения, такива биха могли да се наблюдават и в получаваните отпадъчни води.

14

Тема 3. Влияние на отпадъчните води върху водните течения

Изпускането на непречистени или недостатъчно пречистени отпадъчни води обикновено предизвиква влошаване на качествата на водата на водоприемниците на по-голямо или по-малко разстояние от мястото на заустването им. Когато влошаването достигне такава степен, че водата става негодна за използване за питейни, производствени и други нужди, тя се определя като замърсена.

Влиянието, което оказват отпадъчните води върху качествата на водоприемниците и произтичащите от това последствия, зависи от дебита и характера на водоприемника, от вида и количеството на замърсяващите вещества, от режима на постъпване и др. В много случаи качествата на водите от водоприемниците се влошават толкова, че използването им за битово-питейни и производствени, а даже и за селскостопански нужди става невъзможно или се усложнява извънредно много.

Водоприемниците имат възможност да приемат известно количество замърсяващи вещества, без да се замърсят до недопустими граници. Колкото дебитът на водоприемника е по-голям и водите му по-чисти, толкова по-големи количества замърсяващи вещества може да приеме. Замърсяващите вещества, които постъпват във водоприемниците с отпадъчните води, се подлагат на комплексното въздействие на физикохимични, биохимични и хидродинамични процеси, представляващи самопречиствателната способност на водоприемника, в резултат на която след определено време те намаляват или изчезват напълно.

Замърсяването на водоприемниците се извършва главно от следните видове вещества, съдържащи се в отпадъчните води: разтворени и неразтворени органични вещества; суспендирани вещества; минерални масла с относителна плътност, по-малка от тази на водата; неорганични соли; киселини или основи; токсични вещества; топла вода; оцветяващи вещества; бактериално замърсяване; радиоактивни вещества; пянообразуващи вещества.

Отпадъчните води заедно със съдържащите се в тях замърсители попадат в реките и водоемите, където се подлагат на бактериално разпадане, придружено с неприятен мирис и свързано с изчерпване на кислорода, разтворен във водата. Намаляването на кислородното съдържание влошава условията за развитие на водната флора и фауна, спомага за развитие на гъби и плесени и натрупване на гнилостни утайки на дъното на водоемите.

15

1. Влияние на органичните вещества върху водоприемниците

Органичните вещества при попадането им във водоприемника изразходват кислорода на водата, създават анаеробни условия, придават й неприятен вкус и мирис. Рибите и повечето от останалите водни организми живеят само при наличие на определено количество кислород във водата. Така например, за да живеят рибите, съдържанието на кислород във водата трябва да бъде над 3 ÷ 4 mg/l (пъстървата изисква над 5 mg/l, а шаранът – над 4 mg/l). Снижаване съдържанието на разтворения кислород във водата от постъпилите органични замърсяващи вещества е едно от най-неблагоприятните влияния на отпадъчните води върху водоприемниците.

Редица хлорорганични пестициди не се разрушават при биологичното пречистване на отпадъчните води, а се натрупват в активната утайка или преминават с пречистените води в реките и езерата.

Някой химични замърсяващи вещества, като феноли и други, придават на речната вода силен специфичен мирис, който се отстранява много трудно. Използваните съвременни методи за пречистване на такива води за питейни цели обикновено не могат да отстранят напълно специфичния им мирис. Органичните замърсяващи вещества могат да създадат опасност от заразни заболявания при използване на водите на водоприемниците.

2. Влияние на суспендираните вещества върху водоприемниците

Суспендираните вещества се утаяват по дъното или отлагат по бреговете на водоприемниците, където се разлагат, предизвиквайки неприятен мирис, и понижават съдържанието на разтворения кислород във водата. Отлагането на утайки по дъното на водоемите и тяхното гниене е съпроводено с образуване на сероводород, който се окислява от наличния кислород и също води до кислороден дефицит. Освен това падналите на дъното суспендирани вещества засипват хайвера на рибите и по такъв начин препятстват развъждането им. Образуваната утайка създава неблагоприятни условия и прави водоприемника неподходящ за къпане и други нужди. Суспендираните вещества увеличават също така мътността на водите.

3. Влияние на нефтопродуктите върху водоприемницитеНефтопродуктите, минералните масла, мазнините и други

продукти с относителна плътност по - малка от тази на водата, обикновено плуват по повърхността на водоприемника, придават му неприятен вид и оказват редица неблагоприятни въздействия.

16

Нефтопродуктите, попаднали във водоемите, създават различни форми на замърсяване: плаващ тънък нефтен слой върху водата, разтворени нефтопродукти, емулгирани нефтопродукти, утаяващи се на дъното тежки фракции, адсорбиращи се от почвата на дъното или по бреговете на водоема. Капка нефт, попаднала в чиста вода, под въздействие на повърхностното напрежение на водата образува тънък слой, който се разстила по повърхността на водата и заема участък с диаметър от 1 до 1,5 m. Един тон разлят нефт може да покрие водна повърхност с тънък слой заемащ 12кm2

площ от нея и да замърси по този начин милиони тонове чиста вода. Дебелината на образувания слой от нефт може да бъде различна и тя определя различния цвят на този слой. Нефтените замърсявания, които се срещат най-често, оказват следните специфични отрицателни въздействия: 1) пречат на усвояването на кислорода при естествената реаерация; 2) те са токсични по отношение на известни видове риби, водни растения и организми; 3) при натрупване на по-големи количества създават опасност от избухване на пожар; 4) увреждат растителността по бреговете на водоприемниците, в резултат на което се засилва ерозията; 5) предизвикват трудности в пречиствателни станции, придавайки мирис и привкус на водата и обвивайки зърната на пясъчните филтри с мазна нефтена обвивка и др.

Нефтопродуктите правят водоприемниците неизползваеми за различни културно-битови и други нужди и представляват сериозна опасност за здравето на човека. През летните месеци под действието на слънчевите лъчи плаващият нефт по повърхността на морето се изпарява, а неговите пари миришат лошо и се чувстват от населението по крайбрежните населени места. В суровия нефт се съдържа и бензпирен, който е канцерогенен.

4. Влияние на неорганичните соли върху водоприемниците

Неорганичните соли, които се съдържат в повечето промишлени отпадъчни води, повишават твърдостта на водата, като я правят неподходяща за различни промишлени, комунално-битови и селскостопански нужди.

Твърдите води влияят отрицателно при използването им в топлообменни съоръжения (образуват накипи), боядисването на платове в текстилната промишленост, производството на бира, консерви, а така също и при различните металопокрития. Солите на желязото и мангана дават черни петна върху произвежданите бели платове.

Друг недостатък на минералните соли е този, че някои от тях, например тези на азота и фосфора водят до интензивно и масово

17

развитие на фитопланктона, на първо място синьо-зелени и кафяви водорасли (т.н. цъфтеж ), а така също и на висши водни растения. Тези алгии се размножават, умират и масата на органичното вещество във водния обект се увеличава. Посочените алгии се атакуват от аеробни организми, което означава, че те консумират кислорода, който е разтворен във водата. Това довежда до неговото изчерпване и дефицит. След измирането на водораслите започва тяхното анаеробно разлагане на дъното на басейните, при което се образуват различни вторични продукти, някой от които са токсични. При гниене на синьо-зелените водорасли е възможно да се отделят и някой биологични активни вещества, предизвикващи заболявания на някои видове риби.

5. Влияние на киселините и основите върху водоприемниците

Киселините или основите, изхвърляни от предприятията на химическата и други промишлености, правят водата на водоприемниците неподходяща не само за културно-битови нужди, като плуване, гребане, но и за размножаване на водните организми. Има данни, че при изхвърлянето на големи количества сярна киселина, достатъчна да понижи рН под 7, и при присъствие на свободен хлор се предизвиква бързо корозиране на корабите и ускорено разрушаване на рибарските мрежи. Токсичното действие на сярната киселина върху флората и фауната във водоприемниците се дължи на понижаването на рН. Обикновено се приема, че рибите могат да живеят при рН не по- малко от 4,5, но около местата на заустване на промишлените отпадъчни води може да се случи рН да падне под тази стойност.

Натриевата основа е една от най-широко използваните в промишлеността основи. Тя е силно разтворима във вода и влияе върху алкалността и рН.

Киселините и основите оказват отрицателно действие върху работата на пречиствателните станции. Например на пречиствателните станции, които използват алуминиев сулфат като коагулант, високото съдържание на киселина или основа във водата действа неблагоприятно на пречистването.

6. Влияние на токсичните вещества върху водоприемниците

Токсичните вещества в образуваните промишлени отпадъчни води (ПОВ) могат да бъдат разделени на две групи. Първата група обхваща компоненти, които попаднали във водоемите не се разрушават, но могат да преминат (в зависимост от изменението на рН на водата) от разтворено в неразтворено състояние и обратно (соли на тежки метали). Втората група

18

обхваща компоненти, които се разрушават в резултат на биохимичните самопречиствателни процеси, протичащи във водните течения (органични флотореагенти, цианови съединения).

При попадането на тежки метали във водоемите чрез ПОВ те притежават способността да се акумулират в хранителните вериги, крайното звено на които е човекът. Известни са масови отравяния на хора с живак в Япония, попаднал при консумация на риба, замърсена с него. При присъствие на няколко токсични вещества в ПОВ се увеличава токсичното им действие, съгласно принципа за синергизма. Например, никелът е относително нетоксичен, но ако той попадне във водата заедно с мед, неговата токсичност се увеличава десет пъти. Същото важи и за елементите олово и арсен. Ето защо техните концентрации при заустване на ПОВ във водните течения трябва да бъдат намалени най- малко два пъти.

Токсичните вещества от минерален и органичен произход даже при извънредно ниски концентрации могат да бъдат фатални за сладководните риби и другите по- нисши водни организми във водоприемниците. Особено силно токсични са различни пестициди, които се използват в селското стопанство. Силно токсични са и редица нови комплексни органични съединения, които произвежда химичната промишленост за нуждите на текстилната и други промишлености. Като пример може да се посочи акрилонитрилът, който представлява суровина за производството на известен брой нови синтетични влакна.

Почти всички соли са токсични за определени видове водни организми. Така например хлоридите са токсични за рибите при концентрация 400 mg/l, докато 6-валентният хром е токсичен при концентрация 5 mg/l, медта при концентрация над 0,1 до 0,5 mg/l е токсична по отношение на бактериите и други микроорганизми.

7. Влияние на радиоактивните вещества върху водоприемниците

Радиоактивни вещества могат да попаднат във водоприемници при производството на радиоактивни материали и нарастващото използване на атомната енергия.

Радиоактивните изотопи не оказват смъртоносно въздействие върху микроорганизмите, нисшите растения и животните, които населяват водоприемниците. Някой водорасли, служещи за храна на рибите, имат способност да ги акумулират. Чрез водораслите радиоактивните вещества могат да попаднат в рибите, а чрез тях – в хората. Някои от радиоактивните вещества (като Sr90 и Cs137) имат способността да се натрупват в определени органи на човешкото тяло и отделят енергия дълго време. Радиацията оказва невъзвратими поражения върху клетките и неизличими

19

заболявания. Поради това задачата на органите по опазване на околната среда в тази насока е да предпазят водоприемниците от замърсяване с радиоактивни вещества.

8. Влияние на детергентите върху водоприемницитеДетергентите се съдържат в ПОВ на рудообогатителните

предприятия, текстилните фабрики, производството на синтетични влакна, пластмаси, но главно в битовите ОВ, тъй като детергентите все повече заместват сапуна като миещо средство.

Отличителната способност на всички детергенти е да образуват устойчива пяна по повърхността на водата, даже когато те се намират в минимално количество – от 1 до 2 mg/dm3. Тази способност към пянообразуване детергентите не изгубват и след съответната обработка на водата. Те са много устойчиви съединения и за тяхното отстраняване се изискват специални методи за обработка на отпадъчните води. Ето защо водоемите, където попадат ОВ, съдържащи детергенти, са покрити с кълба от пяна, чиято височина понякога достига до 1m и повече. Под действие на вятъра пяната се разнася и замърсява крайбрежната местност.

Наличието на детергенти във водоемите води и до значително повишаване на съдържанието на фосфати. Това от своя страна довежда до бурно развитие на водна растителност в тях.

Наличието на детергенти в ОВ пречи на постъпването на кислород във водата и затруднява самопречиствателните процеси. Влошава се работата и на пречиствателните съоръжения, където се извършва аерация на водата. Разпенването на водата не позволява интензивна аерация на същата.

В пяната е възможно да се концентрират и други органични замърсители, включително болестотворни микроорганизми и по този начин се повишава тяхната устойчивост по отношение на пречиствателните процеси.

9. Влияние на бактериалното замърсяване върху водоприемниците

Бактериалното замърсяване се дължи на някои кожарски предприятия, кланици, животновъдни ферми и други, които изхвърлят отпадъчни води замърсени с патогенни микроорганизми и могат да замърсят водата на водоприемника. Такова замърсяване представлява голяма опасност за различните ползватели и изисква големи средства за обеззаразяването й.

10. Влияние на оцветяването върху водоприемницитеОцветяването се причинява от отпадъчните води на редица

промишлености: текстилната, целулозната, кожарската и др. Оцветяващите вещества намаляват проникването на светлината

20

във водата на водоемите, с което влияят отрицателно върху естествените биохимичните процеси и фотосинтезата.

11. Влияние на температурата върху водоприемницитеПовишаването на температурата на водата на водоприемника

вследствие на заустване на отпадъчни води с висока температура, като например кондензат, оказва различни отрицателни ефекти. Речна вода с висока температура (подгрята) не може да се използва за охлаждане в промишлеността. Освен това, тъй като топлата вода е по- лека от студената, тя се движи по повърхността. Това стимулира дейността на микроорганизмите, окисляващи замърсяващите вещества, а в същото време има по-малко разтворен кислород, което води до кислороден дефицит. Всичко това нарушава равновесието на водните екосистеми.

21

Тема 4Количество на отпадъчните води и възможности за

намаляване на количеството. Условия за включване на отпадъчните води във водоприемниците и

канализационните системи

1. Количество на отпадъчните водиКоличеството и съставът на отпадъчните води са основните

показатели, въз основа на които се определя необходимата степен и методите за тяхното пречистване и се проектират канализационните мрежи.

Количеството на битовите отпадъчни води за населените места е различно както през различните часове на денонощието така и през различните сезони. То зависи от броя на жителите, от социалния и материалния им статус и здравна култура. Тъй като битовите отпадъчни води се получават в резултат на използването на питейни води, колебанията в консумацията през денонощието и през отделните дни на годината се отразяват на оттока. Обикновено се приема, че количеството на битовите отпадъчни води възлиза на 80% от общото водопотребление за питейно-битови нужди за даденото населено място.

Оразмерителното водно количество на битовите отпадъчни води се определя въз основа на броя на жителите, отводнителната норма за всеки жител и режима на постъпване и оттичане на водите в канализационната мрежа. Отводнителната норма е средното денонощно количество отпадъчна вода на един жител, който ползва канализацията, изразено в dm3/(ж.d) и е посочена в нормите за проектиране на канализационни системи. За оразмеряване на канализационната мрежа се използват средно денонощно, максимално денонощно и максимално часово водно количество, които се определят по формули, в m3/d.

Средно денонощното водно количество се изчислява по формулата:

, m3/d

където: N е броят на жителите в края на експлоатационния период;

q- отводнителна норма (90% от водоснабдителната), dm3/(ж.d)Количеството на промишлените отпадъчни води зависи от

внедрената технология и от вида и режима на работа на промишленото предприятие (непрекъснат или сменен). В отделните промишлени предприятия се образуват твърде различни по

22

количество производствени отпадъчни води. В някои се отделят едва няколко dm3/s, а в други те достигат до няколко m3/s. Количеството на производствената отпадъчна вода, която се отделя от единица продукция за отделни предприятия с един и същи производствен профил, обикновено варира в широки граници, което зависи от различни фактори: от дебита на водоизточника, от качествата на технологичното оборудване, от възприетата схема на водоснабдяването и др. Количеството на производствената отпадъчна вода в едно и също предприятие също може да варира значително както през различните дни и сезони, така и през различните часове на денонощието.

Количеството на битовите отпадъчни води, които се образуват на територията на всяко промишлено предприятие, зависи от броя на работниците, вида на производството, условията на работа (чисто, мръсно, студено или топло), а количеството на атмосферните отпадъчни води зависи от площта (водосборната област), застроеността на площадката и климатичните условия.

Средно денонощното водно количество на промишлените отпадъчни води се определя по формулата:

, m3/d

Където: m е отводнителната норма за единица продукция, произведена за едно денонощие в dm3; M- общ брой за единиците продукция, произведени за едно денонощие.

2. Натоварване на водоприемниците с отпадъчни водиОтпадъчните води от бита и промишлеността при заустването

във водоприемниците причиняват значително натоварване на същите, което затормозява самопречиствателните процеси и влошава качеството им.

Натоварването на водоприемниците с отпадъчни води трябва да бъде съобразено с количествата природни води и тяхната фонова качествена характеристика. То се определя при 95% осигуреност на водния отток, като се отчита броя на жителите. Натоварването на водоприемниците се изчислява по отношение на органични компоненти и суспендирани вещества. За целта се използват показателите БПК5 и съдържанието на неразтворени вещества (НВ).

За определяне на натоварването на водоприемниците с органични вещества се приема допустима норма за БПК5 в размер на 54 g дневно на жител за непречистени битово – фекални води. При определяне натоварването на водоприемниците с органични вещества, се въвежда условното понятие еквивалентен брой жители (Nекв.). Физичният смисъл на еквивалентния брой жители се

23

състои в това, че той показва какъв брой жители биха предизвикали с жизнената си дейност същото замърсяване на водоприемника, каквото причиняват отпадъчните води от отделните източници на замърсяване на водоприемника след заустването им в него. Оценява се както индивидуалното натоварване, което биха причинили отпадъчните води от всеки източник на замърсяване поотделно, така и общото натоварване, предизвикано от всички източници на замърсяване.

За изчисляване на Nекв. при определяне на натоварването на водоприемниците с органични вещества чрез ОВ се използва интегралния показател БПК5 по следната формула:

,

където: БПК5 е размерът на биохимичната потребност от кислород, mg/m3;

qотп – отпадъчното водно количество в m3/ 24 часа; 54 – коефициент, показващ, че един жител отделя в

отпадъчните битово - фекални води 54 грама органични вещества за едно денонощие.

В зависимост от това, какъв е броят на източниците на замърсяване, общото натоварване с органични вещества, което те предизвикват на водоприемниците се определя по формулата:

∑ , брой жители

Натоварването на водоприемниците със суспендирани вещества (механично натоварване) се причинява от намиращите се в отпадъчните води неразтворeни вещества. За неговото определяне се приема допустима норма за съдържание на неразтворени вещества 65g дневно на жител. Еквивалентният брой жители, които биха предизвикали с жизнената си дейност същото замърсяване, се изчислява по формулата:

,

Където: L е съдържанието на НВ в отпадъчните води преди заустването им във водоприемника в mg/m3;

qотп – отпадъчното водно количество в m3/ 24 часа;65 - коефициент, показващ, че един жител отделя в

отпадъчните битово-фекални води 65 грама НВ за едно денонощие.

3. Възможности за намаляване на натоварването на водоприемниците

24

Една от възможностите за намаляване на натоварването на водоприемниците е намаляване на количеството и замърсеността на ОВ. Това има редица предимства – улеснява пречистването на водите и намалява строителните и експлоатационни разходи за пречистване. Трябва да се има пред вид, че когато в даден технологичен процес се намалява само количеството на отпадъчните води при положение, че общото количество на замърсяващите вещества се запазва, концентрацията на същите се увеличава. Повишаването на концентрацията на замърсяващите вещества в някои случаи е благоприятно, тъй като облекчава извличането на ценни вещества от тях. От друга страна, повишената концентрация на замърсителите при прилагането на някои методи за пречистване (биохимичното пречистване) може да потиска пречиствателния процес, поради което понякога се налага концентрацията на отпадъчните води да се намали предварително. Снижаването на началната концентрация на замърсяващите вещества при едно и също водно количество осигурява по-устойчива работа на пречиствателните съоръжения.

Количеството на производствените отпадъчни води може да се намали чрез: а) оборотно използване на водата; б) изменение на технологията на производството; в) въвеждане на технологически обосновани норми за разход на вода и др.

Количеството на отпадъчните води в някои случаи рязко може да се намали чрез промяна на технологията на производството. Така например чрез замяна на водното с въздушно охлаждане в някои промишлености количеството на отпадъчната вода за единица продукция се намалява многократно. Улавянето на праха с електрофилтри вместо мокро обезпрашаване при различни производства е друг пример в тази насока.

Широки възможности за намаляване на количеството на отпадъчните води, изхвърляни във водоприемници, дава повторното им използване (след предварителна обработка) за същите технологични операции или за задоволяване нуждите от производствена вода в други цехове на предприятието. Оборотното водоснабдяване намира приложение в много промишлености (нефтопреработвателната, химичната, металургията и др.).

Възможности за намаляване на концентрацията на органичните замърсители са повишаване на пречиствателния ефект на съоръженията за биологично пречистване, а намаляването на концентрацията на НВ - повишаване на пречиствателния ефект на съоръженията за механично пречистване или включване на нови пречиствателни съоръжения с механично стъпало.

25

Ако не е възможно въвеждането на горепосочените водозащитни мерки, се търси решение в увеличаване на водното количество на водоприемника с чисти природни води от друг воден обект.

4. Условия за включване на отпадъчните води във водните течения и басейни

Водните ресурси се използват за най-различни цели: водоснабдяване, плуване, добиване на електроенергия, риборазвъждане, напояване, транспорт и др. За всяка употреба водите трябва да притежават определени качества. Затова е важно да се изучават условията, при които могат да се изпускат отпадъчни води в тях.

Заустването на отпадъчните води във водоприемници със застояли води (езера, язовири, морета) не са така добре проучени, особено по отношение на самопречиствателните и кинетичните процеси, които се развиват в тях. При заустването на отпадъчни води във водоприемници с повече или по-малко ограничен обмен не трябва да се разчита на пълно смесване на водите, не е изяснена напълно и степента на стабилност на токсичните вещества, намиращи се в отпадъчните води. По принцип не трябва да се разрешава заустване на отпадъчни води, които съдържат стабилни (неразградими) вещества и неподдаващи се на биологични и химични процеси на самопречистване във водоприемници със застояли води.

Непрекъснатото повишаване на изискванията на водното стопанство и на консуматорите на вода налага установяването на единни критерии и нормативи за опазването на водните течения от замърсяване и за включването на отпадъчни води в тях.

Показателите и нормите за допустимата степен на замърсяване на течащите повърхностни води у нас са уредени с Наредба №7 на МОС, МЗ и МТСУ, публикувана в ДВ бр.96/12.12.1986г. Тези показатели и норми могат временно (до издаването на съответни наредби) да се ползват и за езера и водохранилища, като се отчитат характерните им особености.

Водните течения при минимално средномесечно водно количество с обезпеченост 95% не трябва да съдържат вредни вещества повече от пределно допустимите норми за съответната категория на приемника посочени в Наредба №7. Тези норми, приети у нас, не разглеждат въпросите за качествата на различните промишлени води, както и за качествата на водите след селищните пречиствателни станции преди заустването във водните течения, а регламентират изискванията само за качеството на водите на водоприемника.

26

Норми за качествата на различните промишлени води, както и на водите след селищните пречиствателни станции преди заустването във водни обекти са регламентирани чрез Наредба №6 за емисионни норми за допустимо съдържание на вредни и опасни вещества в отпадъчни води, зауствани във водни обекти (ДВ бр. 97 от 2000г.).

Целта на наредбата е да се предотврати или преустанови замърсяването на водните обекти с опасни и вредни вещества, попадащи в обхвата на наредбата. Тези вещества въз основа на тяхната токсичност, устойчивост и биоакумулативност са посочени в приложение № 1 към наредбата.

В тази наредба са посочени емисионни норми за допустимо съдържание на опасни вещества в отпадъчните води от промишлените предприятия; емисионни норми за допустимо съдържание на вредни вещества след селищни пречиствателни станции и емисионни норми за отпадъчни води от някои промишлени сектори, зауствани във водни обекти.

Отпадъчните води от селищните пречиствателни станции трябва да отговарят на изискванията посочени в приложение № 3 от наредбата. По-строги норми от тези посочени в приложение № 3 могат да бъдат предявени в разрешителните за заустване на отпадъчни води, които се издават за всеки емитер на такива води. Основните показатели спрямо които са въведени ограничения са БПК5, ХПК и неразтворени вещества.

Емисионните норми за отпадъчните води от промишлеността са въведени за 17 промишлени сектори: минно дело; металургия; производство на стъкло; производство на торове; фармацевтична промишленост; производство на хранителни продукти; текстил; автосервизи и автомивки и др. и са посочени в приложение № 5 към наредбата. Показателите, по които се следи качеството на промишлените отпадъчни води и спрямо, които са въведени ограничения са различни за различните сектори, поради спецификата на технологичните им процеси и респективно - замърсителите. Емисионните норми за опасните вещества в отпадъчните води от промишлени предприятия или сектори се прилагат за мястото, където отпадъчните води напускат промишленото предприятие.

5. Условия за включване на отпадъчните води в канализациите на населените места.

Промишлените отпадъчни води, който съдържат значителни количества суспендирани вещества, могат да окажат отрицателно въздействие както върху канализационната мрежа, така и върху различните пречиствателни съоръжения. Грубите механични

27

примеси бързо се утаяват и могат да доведат до затлачване на канализационните колектори. Отпадъчните води, съдържащи плаващи вещества: нефт, нефтопродукти и масла, създават опасност от избухването на пожар в канализацията.

Някои промишлените отпадъчни води могат да съдържат киселини и основи, които могат да корозират канализационната мрежа; запалителни вещества, които могат да се възпламенят и да доведат до експлозия в канализационната мрежа; химически продукти при смесването на които могат да се получават неразтворими вещества, които могат да задръстят канализационния колектор; детергенти, които могат да предизвикат изключително интензивно пенообразуване.

Включването на промишлени отпадъчни води в канализациите на населените места без предварително пречистване сериозно затруднява поддържането им. Наредбата, която регламентира изискванията за включване на производствени отпадъчни води в канализационната мрежа на населените места е Наредба №7 за условията и реда за заустване на производствени отпадъчни води в канализационни системи в населените места (ДВ бр. 98 от 2000г.). Целта на наредбата е опазване на водите от замърсяване с токсични и вредни вещества, чрез определяне на условията и реда за заустване на отпадъчните води в канализационните мрежи и определяне на норми за допустимо съдържание на замърсяващите вещества в отпадъчните води преди заустването им. С тази наредба се забранява изхвърлянето в канализационните мрежи на твърди отпадъци, които могат да запушат тръбите и шахтите; вещества, които оказват разрушаващо действие на тръбите; необеззаразени инфекциозни отпадъци; киселини и основи оказващи разрушително действие върху материала от който са направени каналите и съоръженията по тях; експлозиви, запалими, корозионнодействащи, канцерогенни и радиоактивни отпадъци; води с температура над 40°С. В приложение към наредбата са посочени допустимите концентрации на замърсяващи вещества, които се заустват в канализационната мрежа. При постъпване на промишлени отпадъчни води в градската канализация, съдържащи няколко различни по вид замърсяващи вещества, сумата на отношенията на концентрациите им ( C1,C2, C3 и т.н.) към съответните допустими концентрации (ПДКC1 ПДКC2

ПДКC3) не трябва да превишава единица, т.е.

С оглед правилната експлоатация на канализационната мрежа и безопасността на хората и за да се осигури нормално протичане

28

на процесите на пречистване, за всяко включване на отпадъчни води в канализациите на населените места, трябва да се предвижда предварително пречистване. Юридическите и физически лица, които заустват или ще заустват производствени отпадъчни води в канализационната мрежа на населените места или селищните пречиствателни станции, трябва да подават писмена молба до лицата експлоатиращи канализационните мрежи на населените места или пречиствателните станции, за разрешаване на заустване.

29

Тема 5. Самопречиствателна способност на водоприемниците при включване на отпадъчни води в тях. Смесване на отпадъчните води при заустването им

във водоприемниците

1. Самопречиствателна способност - същност на процесаОсновното замърсяване на водоприемниците е в резултат на

заустването на отпадъчни води в тях. Независимо от характера на замърсяването и количеството на замърсяващите вещества, степента на замърсяване на водоприемника не нараства, а намалява с течение на времето и пространството. Това се дължи на самопречиствателната способност на водоприемниците.

Самопречистването е съвкупност от природни процеси, насочени към възстановяване на първоначалните свойства и състав на водоприемниците. То представлява взаимно свързани биологични, биохимични, хидрологични и физико-химични процеси, при което водата постепенно придобива първоначалните си свойства. От практическа гледна точка самопречистването представлява намаляване на концентрацията и масата на замърсяващите вещества на определено разстояние надолу по течението на водоприемника. Самопречиствателната способност на водоприемниците зависи от следните фактори:

големината на водния отток (дебит); скоростта на течението; наклона и дълбочината на приемника; физичните, химичните и бактериологичните свойства на

водите; състоянието на водните маси ( стоящи, течащи); начина на включване на отпадъчните води във водоприемника

- (съсредоточено, разсредоточено)и др.

Самопречистването на замърсените природни води се дължи на следните процеси: 1) смесване и разреждане на отпадъчните води с водите на водоприемника;2) утаяване на суспендираните вещества; 3) трансформация и деструкция на замърсителите.

2. Смесване и разреждане на отпадъчните води с водите на водоприемниците

30

Първият етап на самопречистването е смесването и разреждането на замърсяващите вещества, което е различно в зависимост от водоприемника.

Когато отпадъчните води се заустват в река смесването настъпва след определен период от време и на определено разстояние от мястото на заустване. То зависи от хидроложките и хидродинамични характеристики на водоема, от начина на включване на замърсяващите вещества във водоема и най - вече от дебитите на отпадъчната вода и на тази на приемника. Разпространението на замърсяващи вещества се дължи на процесите конвекция и турболентна дифузия.

Степента на разреждане в дадено сечение на водоема се изразява със следното съотношение:

където:n – степен на разреждане;а – коефициент на смесване;Q – водното количество на приемника , m3/s;q – водното количество на отпадъчната вода, m3/s;Сов – концентрация на замърсителите в отпадъчната вода,

mg/dm3;Срека – концентрация на замърсителите в реката, mg/dm3;Сmax – концентрация на замърсителя в максимално

замърсената струя, mg/dm3

Коефициентът на смесване (а) показва каква част от речната вода се смесва с отпадъчната вода в максимално замърсената струя. Този коефициент е винаги < 1 до мястото на пълното размесване, което се намира на известно разстояние надолу по теченето на реката. Този коефициент се изчислява по специални формули. Теоретично пълното смесване се получава при а = 1. В сечението на всяко течение, при съсредоточено заустване на отпадъчните води, почти няма разреждане, тъй като разреждащата речна вода все още не се е присъединила към включения замърсен поток. След време, на известно разстояние от мястото на заустване, отпадъчната вода достига цялото количество на речната вода и в този случай а = 1.

В зависимост от съотношението на водните количества един и същ замърсител в отпадъчните води може да има различна степен на разреждане, когато попада в различни водоприемници. Много често се срещат случаи, когато един и същ замърсител има различна степен на разреждане и при заустване в един и същ воден обект. Такива примери са периодите на пълноводие и маловодие на

31

реките, когато количеството на речната водата се увеличава или намалява твърде много, спрямо това на отпадъчните води.

При включването на отпадъчните води в реки от мястото на заустване до сечението на пълното смесване се обособяват три зони:

I зона – зона на намалено разреждане – В нея процесът на разреждане протича в резултат на увличане на речната вода от турбулентните струи отпадъчна вода, които изтичат от заустващото съоръжение. Зоната завършва в сечението където скоростта на речната и отпадъчната вода се изравняват

II зона – зона на основното разреждане – В тази зона се извършва високата степен на смесване и разреждане, която се дължи на интензивността на турбулентния обмен. Концентрацията на замърсителите постепенно намалява. Зоната завършва в сечението на пълното смесване.

III зона – започва след сечението на пълното смесване – в нея снижаването на концентрацията на замърсяващите вещества се дължи основно на естествени самопречиствателни процеси, като утаяване и деструкция на замърсителите.

При отпадъчни води зауствани в река могат да се наблюдават три случая:

Заустване на отпадъчните води от брега и разпространение на замърсителите от брега към средата на водоема;

Заустване на отпадъчните води на известно разстояние от брега и разпространението на замърсителите към брега;

Заустване на отпадъчните води на известно разстояние от брега и разпространение на замърсителите успоредно на брега

Смесването и разреждането на отпадъчните води с тези на водите на водоприемници като езера и водохранилища, се различават съществено от това при изпускането им в реки. При заустване на отпадъчни води в езера и водохранилища липсват постоянни течения, ето защо при тях основната движеща сила, с помощта на която се извършва смесването е вятърът, в резултат на турбулентна дифузия. Течението, което се образува от триенето на вятъра в свободната повърхност на водата, привежда в движение повърхностния слой, който от своя страна увлича след себе си всички по-следващи слоеве. При това движение на водните пластове се постига смесване на отпадъчните води с тези на езерата и водохранилищата. Около заустването се образува зона със силно замърсена вода, чиято начална концентрация е близка до концентрацията на отпадъчната вода.

32

При заустване на отпадъчни води в море се наблюдават редица особености. Водната повърхност и количеството на водата в морето могат да се смятат за неограничени, поради което причиняваното замърсяване се локализира около мястото на заустване. За същото допринася и факта, че в морето покрай бреговете липсва постоянно течение, вследствие на което не се наблюдава отдалечаване на замърсяването от пункта на заустване. Наличието на приливи и отливи също може да окаже влияние върху процесите на смесване и разреждане на отпадъчните води и разпространението на замърсителите. Когато има постоянно водно течение, се наблюдава рязко намаляване на показателите на замърсяване на известно разстояние от мястото на заустване (350 m) и разширяване на границата на замърсяване, тъй като замърсителите могат да бъдат отнесени далече от мястото на заустване. Това се обяснява с факта, че поради течението и под влияние на ветровете става бързо и значително разреждане на отпадъчните води с морските.

Отпадъчните води, които се заустват в морето причиняват замърсяване, което се наблюдава главно в повърхностния слой на морската вода, на дълбочина 0,5 m от повърхността. В по-долните слоеве (5 - 6m) замърсеността е по-малка. Това се обяснява с по-малката плътност на отпадъчните води в сравнение с морската, което затруднява процеса на тяхното взаимно размесване. Неразтворените вещества в морската вода се утаяват по-бавно, отколкото в речната вода, поради което те замърсяват крайбрежната зона, когато липсва постоянно течение.

Разреждането на отпадъчните води в голяма степен зависи от принципа на включването им във водоизточника, което може да бъде съсредоточено (точково) заустване или разсеяно (дифузно) заустване. Най-благоприятни условия за разреждане се създават при разсеяно включване на отпадъчните води във водоприемника.

При разреждането на отпадъчните води се изменя концентрацията на замърсяващите вещества, което зависи главно от количеството на водата във водоприемника. В повечето случаи при разреждане се намалява концентрацията на замърсяващите вещества, което означава, че се извършва самопречистване на водата.

3. Утаяване на суспендираните вещества Едновременно с разреждането на замърсяващите вещества след тяхното включване във водоприемника могат да се създадат условия за утаяване на част от грубо диспергираните вещества. Количеството на утаените вещества зависи от много фактори: скорост на движение на водата; големината на частиците;

33

относителното тегло на частиците (плътност); времето, което е изтекло от момента на заустването на отпадъчните води във водоприемника. При утаяването от водата се отстраняват част от замърсяващите вещества, което е равностойно на самопречистване.

Суспендираните във водата вещества в зависимост от плътността си могат да се утаяват или да останат в плаващо състояние на повърхността на водното течение. Една част от утаените частици се използват от бентосните организми, а част от плаващите от планктонът. Планктонът, а това са организмите, които пасивно се движат във водата, използват за храна тези суспендирани вещества. По този начин допълнителни количества от замърсяващите вещества се изземат от водата, поради което степента на замърсяване намалява още повече. В този случай намалява не само концентрацията, но и масата на замърсителите.

Ефектът на самопречистване или степента на самопречистване, може да се изчисли чрез разликата в масата на замърсяващите вещества в определени участъци от водоприемника по формулата:

(5.1.)

където:СС – самопречиствателна способност,%М1 и М2 – маси на замърсители в началото и в края на

разглеждания участък, mg/dm3

Според професор Струганов естественият процес на самопречистване на водните течения може да бъде улеснен по следните начини:

1. Регулиране количеството на речния отток с помощта на водохранилища, от които да се изпуска вода по време на лятното маловодие за да се подобри коефициента на разреждане на отпадъчните води във водоприемниците.

2. Подобряване на техниката на размесване посредством различни съоръжения, позволяващи разсредоточено заустване на отпадъчните води.

3. Създаване на хидротехнически съоръжения по течението като прагове, преливници, ВЕЦ, увеличаващи турбулентността на водната маса и нейното по-добро насищане с О2.

Тема 6. Асимилационна способност на водоприемниците при включване на отпадъчни води в

тях. Трансформация и деструкция на замърсителите

34

1. Асимилационна способност на водоприемницитеАсимилационната способност представлява способността на

даден воден обект да приема определени замърсители без да нарушава качеството на водите си. Асимилационна способност на течението включва процесите на разреждане на отпадъчните води, утаяване и трансформацията на замърсителите под въздействие на различни хидродинамични, физико-химични, биологични и биохимични процеси.

Асимилационната способност се определя от отношението на фоновата концентрация на замърсители във водоприемника и допустимата концентрация на замърсителя за съответния водоприемник. Това отношение се нарича екологичен индекс за оценка на асимилационната способност на даден водоприемник, в който се заустват отпадъчните води.

където: EIа- екологичен индекс за оценка на асимилационната способност; Сфон - фонова концентрация на замърсителя във водоприемника, mg/dm3; СПДК - пределно допустима концентрация на замърсителя за съответната категория приемник.

Ако екологичният индекс е EIa < 1, това означава, че водоприемника притежава определен запас от разреждаща способност. Когато екологичният индекс е EIa > 1, това означава, че разреждащата способност на водоприемника е изчерпана и заустването на отпадъчните води трябва да се прекрати.

2. Деструкция и трансформация на замърсителите във водоприемниците

Процесите на деструкция и трансформация на замърсителите във водоприемниците включват: минерализация на органичните замърсители; окислително –редукционни процеси; сорбция и десорбция; неутрализация; образуване на трудно разтворими и комплексни съединения и др.

2. 1. Деструкция (разграждане) на органични вещества Процесите на трансформация на органичните съединения,

които постъпват с отпадъчните водите във водните басейни, са важен фактор за състоянието на екосистемите на водоприемниците. Вследствие на самопречиствателни процеси органичните вещества претърпяват качествени и количествени изменения, които довеждат до образуването на други продукти. В някои случаи те са безвредни, но в други, особено при промишлено замърсяване, могат да бъдат токсични.

Основна роля при протичането на процесите на деструкция и трансформация на органичните замърсители играят

35

микроорганизмите населяващи водната екосистема, тъй като те намаляват не само концентрацията на замърсителите но и тяхната маса. Неразтворените и разтворените органични замърсители се използват от микроорганизмите за две взаимно свързани цели – енергетична и синтез на биомаса, което означава, че органичният замърсител (субстрат) е енергетичен и хранителен източник за микроорганизмите. Голямото разнообразие на бактерии дава възможност за използване, разрушаване и пълна минерализация на органичния субстрат.

При микроорганизмите се наблюдава тясна специализация по отношение на различните безазотни и азотни вещества, които те използват като енергетичен и хранителен източник. Затова с течение на времето органичният субстрат, който замърсява водоприемниците, бива атакуван последователно от различни микроорганизми, които използват различните съединения в него.

При взаимодействие на една молекула субстрат с микроорганизмите, протичат следните процеси:

- Транспорт на субстрата към бактериалната клетка в резултат на турбулентност или дифузия;

- Сорбция или закрепване на субстрата върху бактериалната клетка;

- Проникване на субстрата през клетъчната мембрана във вътрешността на клетката и протичане на ензимни процеси;

- Минерализация на субстрата в резултат на метаболизма на микроорганизмите.

Деструкцията и трансформацията и на органичните замърсители включва биохимично окисление на органичните вещества, което протича в две фази - въглеродна и азотна. В първата фаза се разграждат органичните съединения на въглерода, а във втората фаза протичат процеси на разграждане на органичния азот - амонификация и нитрификация.

При разграждането на въглеродните и азотни органични съединения протичат следните процеси на трансформация:

1) аеробно разграждане на въглеродните органични съединения от хетеротрофни бактерии

Хетеротрофите са организми които изграждат своята биомаса от органичен материал, т. е., използват за храна и енергия органичното замърсяване. Към тях спадат бактерии; едноклетъчни и многоклетъчни организми. Бактериите са деструктури на замърсяващите органични вещества, а едноклетъчните и многоклетъчните се означават като консументи, тъй като консумират бактериален субстрат.

36

2) амонификация на азотните органични съединения от хетеротрофни бактерии, които трансформират органичния азот до амониев йон (NH4

+);3) нитрификация на амониевите йони до нитрити и нитрати от

автотрофни бактерии; NH4+ - NO2

- NO3-

Автотрофните са организми, които изграждат своята биомаса от неорганични замърсители. Най-типични представители в тази група са зелените водорасли и различни нитрифициращи бактерии.

Разграждането на въглеродните и азотните органични вещества зависят от състоянието на водните организми (водната биоценоза), които се включват в процеса в следната последователност:

- използване на органичните вещества, постъпващи с отпадъчните води от хетеротрофни и автотрофни бактерии;

- нарастване на зоопланктона (населява водната повърхност) и зообентоса (населява дъното), които използват бактериите и органични замърсители за храна;

- развитие на фитопланктон (водорасли) и стимулиране на процеса фотосинтеза;

- развитие на висша водна растителност.Хетеротрофните и автотрофните микроорганизми подготвят

условията за развитие на други организми от водната биоценоза.Процесите на трансформация на азотсъдържащите вещества

зависи от много фактори. Окислителните процеси при нитрификация протичат бавно и зависят от температурата и рН на водата. В интервала от 9 до 26˚С, нитрификацията протича нормално. Под 9˚С интензивността на процеса намалява, а при 0˚С спира напълно. Оптималната стойност на рН за развитието на нитрифициращи бактерии е от 7,5 до 8. При рН под 6 и над 9, развитието на микроорганизми спира напълно.

Нитрификацията е завършващата фаза на биохимична деструкция на органични замърсяващи вещества. Крайните продукти на разграждане са биогенни елементи, които стимулират биологичната продуктивност на водните течения и предизвикват тяхната еутрофикация. Обратният на нитрификацията процес, който може да протече при безкислородни условия е денитрификацията. Денитрификацията представлява микробиологична редукция на нитратите, до образуване на свободен азот който постъпва в атмосферата. Денитрификацията е многостадиен процес, който протича по следната схема:

NO3- NO2

- -- NO- N2

37

Чрез денитрификация се завършва кръговрата на азота, като той се връща обратно в атмосферата.

Процесите на трансформация на органични вещества могат да протекат в две направления. При първото направление наличието на тежки метали, пестициди и др. инхибиращи и токсични вещества, намаляват видовото разнообразие и интензивността на водните организми. При тези условия преобладаващите процеси на самопречистване имат абиотичен характер, тъй като не се определят от водните организми и се осъществяват главно чрез физични процеси – утаяване, адсорбция. Разтворените органични вещества претърпяват незначителни трансформации. В този случай съществува по-слаба връзка между самопречистването и водната биоценоза.

При второто направление, трансформацията на органични вещества протича без наличие на токсични замърсители, при което се наблюдава бързо нарастване на микроорганизмите. В този случай самопречистването е тясно свързано с нарастване на определени видове микроорганизми.

За количествена оценка на процесите на трансформация на органичните замърсителите, служат показателите БПК5, ХПК, органичен азот, азот по Келдал. Много е важно да се познава съотношението между показателите БПК5/ХПК. Тогава когато съотношението е > 0.5, това означава, че във водите се съдържат значителни количества органични вещества, които лесно се разграждат по биохимичен път. В тези случаи е целесъобразно да се прилага биохимично пречистване в естествени или изкуствени условия. При съотношение < 0,5, това означава, че във водите се съдържат органични замърсители, които трудно се подлагат на деструкция и за отстраняването им не е целесъобразно да се използват биохимични методи за пречистване. В този случай се използват физико-химични методи. В зависимост от съотношението БПК5 и ХПК, Балман разделя органичните вещества на лесно и трудно разградими.

2. 2 Деструкция на съединения на желязото – В течащите повърхностни води, съдържанието на соли на Fe2+ е високо, особено в тези участъци, в които се заустват отпадъчни води от флотационни предприятия на черната и цветна металургия. Под действие на автотрофни желязобактерии, железните карбонати се превръща в железен хидроксид FeCO3 - Fe(OH)3 , който се утаява на дъното на водните басейни.

2. 3. Деструкция на съединения на сярата – Сярата в природните води се намира в органична и минерална форма. При

38

микробна минерализация на сяросъдържащи замърсители, тя се трансформира в H2S, свободна сяра или различни соли на H2SO4.

2. 4. Окислителни процеси и разлагане на въглеводородни съединения

Окислителните процеси и разлагането на въглеводородните съединения протичат по няколко начина:

- окисляване на етиловия спирт в оцетна киселина чрез оцетно-кисели бактерии;

- окисляване на въглехидратите до органични киселини под действието на различни плесенни гъби;

- разлагане чрез окисление на високомолекулни мастни киселини.

2. 5. Неутрализация на водите във водоприемника – При заустване на кисели или алкални отпадъчни води във водоемите, в тях се извършва неутрализация за сметка на наличието на бикарбонати на Са и Mg или на Н2СО3.

Тема 7. Методи за пречистване на отпадъчни води. Технологични схеми за пречистване

1. Методи за пречистване на отпадъчни води

39

Главната цел на пречистването на отпадъчните води (ОВ) е опазването на водните ресурси от замърсяване. Основните методи за пречистване могат да се разделят в следните групи:

1. Механични2. Биохимични3. Физико - химични4. Химични

1. 1. Механично пречистванеМеханично пречистване се прилага както за битовите, така и за промишлените отпадъчни води. Чрез този метод се задържат и отстраняват неразтворените грубо диспергирани вещества в ОВ. Това е първия етап при пречистването на водите. Прилага се преди биохимичното или физико-химичното пречистване. Като самостоятелен метод се използва много рядко. При механичното пречистване се отстраняват около 60% от неразтворените вещества и органичната замърсеност се понижава от 15 до 35%.

Механичното пречистване включва процесите прецеждане; утаяване; филтруване. Най-едрите замърсители във ОВ се прецеждат през решетки и сита. Суспендираните частици, които имат по-голяма плътност от тази на водата се утаяват под действие на гравитационните сили в различни видове утаители. По-леките изплуват на повърхността и се отделят в други съоръжения, които се наричат маслоуловители; мазниноуловители и др. Частиците от минерален произход се отделят чрез различни конструкции песъкозадържатели. Фините суспендирани частици се отстраняват и чрез филтруване.

1. 2. Биохимично пречистванеБиохимичното пречистване е един от най- важните етапи при

пречистването на битовите отпадъчни води и някои промишлени отпадъчни води (напр. хранително- вкусова промишленост) и се прилага веднага след механичното пречистване. Битовите отпадъчни води се характеризират с голямо количество органични замърсители, отстраняването на които се осъществява най-ефективно по биохимичен път. Биохимичното пречистване се основава на способността на микроорганизмите да използват и превръщат в процеса на жизнената си дейност органичните вещества, намиращи се в ОВ в минерални крайни продукти.

Биохимичното пречистване се осъществява в две основни групи пречиствателни съоръжения:

- съоръжения, в които пречиствателните процеси протичат при условия близки до естествените (напоителни, филтрационни полета и биологични езера);

40

- съоръжения, в които пречиствателните процеси протичат в изкуствено създадени условия (биофилтри и биобасейни).

1. 3. Физико - химично пречистванеЧрез методите на физико - химичното пречистване от

отпадъчните води се отделят замърсяващи вещества в колоидно и фино суспендирано състояние, които не могат да се отстранят чрез останалите традиционни методи. Физико - химичното пречистване се прилага предимно за промишлени ОВ. За повишаване ефекта на пречистване на битовите ОВ от колоидни замърсяващи вещества, също се прилагат физико - химични процеси, като методи за допречистване.

Най-приложимите физико - химични методи са:- Коагулация – метод, при който се използват минерални соли

(коагуланти), най-често съединения на алуминия и желязото. Когато коагулантите встъпят в реакция със замърсителите в резултат на електростатични сили на привличане се образуват агрегати (флокули), които лесно се утаяват.

- Флотация – методът се състои в молекулно прилепване на частиците на замърсителите върху граничната повърхност на фазите газ - вода. Флотационното пречистване се изразява в насищане на ОВ с газови мехурчета, чрез които замърсителите се изнасят на повърхността на водата и създаване на условия за отделянето им, при което замърсяващите вещества се отстраняват с образуващия се слой пяна.

- Адсорбция и йонен обмен – Адсорбцията е процес на отделяне на замърсителите чрез поглъщането им върху твърдо тяло, наречено адсорбент. За адсорбция се използват природни и синтетични сорбенти, които взаимодействат със замърсителя чрез поризитета на контактната си повърхност; чрез ненаситени повърхностни сили в резултат на химическо свързване (хемисорбция); чрез йон-йонно взаимодействие или чрез комплексообразуване. Йонообменът е частен случай на процеса адсорбция и е обратим процес, при който разтворът (в случая отпадъчната вода) обменя еквивалентен брой йони със сорбента наречена йонит. В резултат на йонообмена, йонитът задържа замърсителите в структурата си.

1. 4. Химично пречистване При химичното пречистване на ОВ пречиствателният ефект се

постига чрез протичане на химична реакция. В зависимост от крайните продукти на реакцията методите за химично пречистване се обособяват в три групи:

41

а) превръщане на замърсителите в неразтворими във водата съединения (утайки) и отделянето им от дисперсната среда;

б) разрушаване на замърсяващите вещества до безвредни крайни продукти чрез химическо окисление. За целта се използват силни окислители като хлор, озон, калиев перманганат;

в) превръщане на замърсителите в безвредни, слабо дисоциращи се съединения чрез неутрализация. Прилагат се за обезвреждане на кисели или алкални води. Например за обезвреждане на кисели води се употребяват алкални реагенти, които неутрализират водата.

1. 5. Допречистване на ОВВ много случаи повишените изисквания към качеството на

водите налага те да бъдат допречистени. Към допречистването могат да се отнесат следните процеси: отстраняване на биогенните елементи; обеззаразяване; обработка на утайките.

Поради завишените изисквания биологично пречистените води се подлагат на дълбоко пречистване или т. нар. трето стъпало, при което се отстраняват биогенните елементи - азот и фосфор. Биогенните елементи са основна причина за еутрофикацията на водоприемниците и всички отрицателни последици от този процес.

Повечето ОВ са бактериално замърсени, което налага дезинфекцията им преди заустването им във водоприемниците. Обеззаразяването се прилага за ликвидиране на патогенните микроорганизми, като се прилага хлориране, озониране, пречистване с UV лъчи и използване на ултразвук.

В процесите на пречистване на ОВ се отделя значително количество утайки, които се стабилизират или обезвреждат в аеробни или анаеробни условия. Утайките съдържат ценни за почвата вещества и след стабилизирането им е целесъобразно да се използват за наторяване. При механичното пречистване на ОВ се отделят пясък и първична утайка, а от биохимичното пречистване – вторична утайка.

За разграждане на органичните вещества в утайките, намаляване на обема им и подобряване на санитарните им показатели, се използват следните съоръжения: септични ями; двуетажни утаители (емшерови кладенци); метан - танкове; изсушителни полета, открити изгниватели и лагуни. В първите две съоръжения се осъществяват едновременно два процеса - утаяване на неразтворените вещества и изгниване. Отделилата се утайка може да се стабилизира в анаеробни и аеробни условия. В метантанковете тя се стабилизира при анаеробни условия. В биобасейни – минерализатори (стабилизатори) утайката се стабилизира в аеробни условия чрез продължителна аерация.

42

За намаляване влажността на утайките при естествени условия се използват изсушителни полета. Механично обезводняване се постига чрез вакуумфилтри; филтър-преси и центрофуги. Обезводнените утайки могат да се използват в селското стопанство, да се депонират, да се подложат на термично изсушаване или на изгаряне.

2. Технологични схеми за пречистванеСъвременните пречиствателни станции за битови отпадъчни

води представляват истински заводи за производство на пречистена вода. Комплексът от съоръжения включва обикновено четири основни блока (фиг. 7. 1.):

- механично пречистване;- биологично пречистване;- обеззаразяване;- третиране на утайкитеКъм механичния блок за пречистване спадат следните

съоръжения: решетки, песъкозадържател и първичен утаител. Към биологичния блок спадат: биобасейн и вторичен утаител. Блокът за обеззаразяване включва контактен резервоар за дезинфекция.

Непречистената вода се подава към механичния блок, където преминава последователно през решетки за отстраняване на грубите неразтворени замърсители, песъкозадържатели за отстраняване на пясъка и други минерални замърсители и първични утаители за отстраняване на част от органичните замърсители. Частично пречистената вода постъпва в биобасейн към биологичния блок, където с помощта на активна утайка от микроорганизми, чрез създадени подходящи условия, се извършва минерализация на органичните замърсители. След биобасейна ОВ постъпва във вторичен утаител, където част от активната утайка се връща в биобасейна за поддържане на определен прираст от микроорганизми а останалата утайка се отделя и изпраща в блока за обезводняване и обработка на утайката.

43

Фиг. 7.1. Обща технологична схема на пречиствателна станция за отпадъчни води

I - механичен блок; II - биологичен блок; III - обеззаразяване (дезинфекция); IV - блок за третиране на утайки;

1 - решетка; 2 - песъкозадържател; 3 - първичен утаител; 4 - биореактор; 5 - вторичен утаител; 6 - дезинфекционен блок - контактен резервоар; 7 - обезводняване на утайката; 8 - едри отпадъци; 9 - отпадъци и първични утайки; 10 - рециркулираща активна утайка; 11 - излишна утайка; 12 - за депо

Към блока за обработка на утайки постъпват и утайки получени от механичния блок. След обработката на утайките те се транспортират на депо за утайки. Пречистената ОВ се зауства в съответния водоприемник, като в някои случаи по предписание на контролните органи се подлага на дезинфекция преди заустването.

Ако количеството на ОВ не е голямо и те се заустват в мощен водоизточник, се приема технологичната схема за механично пречистване на ОВ, която включва следните съоръжения: решетка, песъкозадържател, утаител и хлораторно стопанство (фиг.7. 2.).

За изсушаване на утайките могат да се приложат открити изгниватели и изсушителни полета, а за изгниване на утайката метан-танкове. В някои случай вместо метан-танкове се предвиждат двуетажни утаители за утаяване и изгниване на утайките.

Механичното пречистване като самостоятелен метод се прилага много рядко. То обикновено предхожда биологичното стъпало или съоръженията за физико - химично пречистване.

44

Фиг. 7. 2. Схема за механично пречистване на отпадъчни води

45

Тема 8. Видове пречиствателни станции. Основни изисквания при проектиране на пречиствателните

станции.Условия за съвместно отвеждане на отпадъчните води от промишлените предприятия и

населените места

1. Видове пречиствателни станцииTехнологичната схема за пречистване на отпадъчни води (ОВ)

се избира въз основа на количеството и замърсеността на ОВ, след като се определи необходимата степен на пречистване. Обикновено при проектирането се съставят няколко технологични схеми. Изборът на най-подходящата от тях се основава на технико-икономически изчисления и сравнения на различните вариантни решения при съобразяване със санитарно-хигиенните и екологични изисквания.

Пречиствателните станции за отпадъчни води (ПСОВ) могат да бъдат следните видове:

1. 1. Според произхода на ОВ- за пречистване на ОВ от населени места (битови

отпадъчни води) – локални, градски, групови;- за пречистване на промишлени отпадъчни води –

локални и общозаводски1. 2. Според степента на пречистване

- за пълно пречистване;- за непълно пречистване;

1. 3. Според възприетите методи за пречистване- за механично пречистване;- за биохимично пречистване;- за физико-химично пречистване;- за химично пречистване

В много случаи, в зависимост от изискванията към качеството на пречистената вода се приемат технологични схеми, които включват няколко метода за пречистване.

Локалните пречиствателни станции за битови отпадъчни води се изграждат за отделни малки обекти: почивни станции; санаториуми; хотели; къмпинги и др.. Проектират се за механично и биологично пречистване. Напр.: ПСОВ – Гранд хотел – Варна; к-с „Св. Константин и Елена” и др.

Градските пречиствателни станции са предназначени за механично и биологично пречистване на ОВ от населените места. В много градове, поради смесена градска канализация, за пречистване в градската пречиствателна станция постъпват водите

46

от домакинствата, дъждовните води и води от производствените предприятия. Производствените ОВ, които подлежат на съвместно отвеждане и пречистване с битовите води на населеното място, не трябва да нарушават нормалната работа на пречиствателните съоръжения, поради което в повечето случаи се подлагат на предварително пречистване в локални или общозаводски ПСОВ.

Груповите пречиствателни станции се изграждат за пречистване на водите от няколко населени места след съответни изследвания и обосновки. Този въпрос се решава съобразно вида и количеството на водите и в зависимост от конкретните местни условия.

Локалните пречиствателни станции за промишлени води са предназначени за пречистване и обезвреждане на ОВ, след определени инсталации и машини в предприятието. Те се явяват продължение на производствения процес. В тях се пречистват води, които без първично обработване не могат да се отведат директно в заводската или общоградската пречиствателна станция. В тях водите се пречистват до определена степен и ако е необходимо се изпращат за следващ стадий на пречистване. Прилагат се най-често механични методи за пречистване, които се състоят в задържане на най-грубите замърсители. В много промишлени предприятия се формират кисели и алкални води, които постъпват в специално изградени резервоари, където се неутрализират взаимно.

Общозаводските пречиствателни станции се изграждат в големите химични, нефтохимични, фармацевтични комбинати и др. В зависимост от конкретните условия, те могат да имат съоръжения за механично, физико-химично и биохимично пречистване, а при необходимост и за допречистване. Например в промишлените предприятия от машиностроителния и кораборемонтния сектор, където се извършва нанасяне на галванични покрития има изградени пречиствателни станции за физико-химично пречистване на отпадъчните води от тежки метали.

2. Основни изисквания при проектиране на пречиствателни станции за отпадъчни води

Методите и степента на пречистване на ОВ и третирането на утайките се определят от конкретните условия и от възможността за използване на обезвредените утайки.

Пречистените ОВ, изпускани във водоприемниците, трябва да отговарят на изискванията за съответната категория водоприемник, а пречистените ОВ, които ще се използват - и на санитарно - хигиенните норми и изисквания на потребителите.

Площадката на пречиствателните съоръжения за ОВ се избира по възможност върху пустеещи или слабопродуктивни

47

терени и се разполага откъм подветрената страна на преобладаващите ветрове през топлия годишен сезон, по отношение на жилищното застрояване и по течението на водния поток.

Съоръженията се разполагат на площадката така, че да се осигурява:

- рационално използване на терена с отчитане перспективата за разширение на съоръженията и възможност за етапно строителство;

- блоково разположение на съоръженията и сградите с различно предназначение и минимална дължина на вътрешноплощадковите комуникации;

- по възможност гравитационно протичане на основния поток ОВ през съоръженията с отчитане на всички загуби на напор и при използване наклона на терена.

В технологичната схема на пречиствателната станция трябва да се предвиждат:

а) устройства за равномерно разпределяне на ОВ и утайките между отделните съоръжения и за изключване на съоръжения, канали и тръбопроводи за ремонт, изпразване или промиване;

б) устройства за измерване количеството на ОВ и утайки;в) апаратура и лабораторно оборудване за контролиране

качествата на постъпващите и пречистените ОВ.Каналите, улеите и тръбопроводите на канализационните

пречиствателни съоръжения при разделна система се оразмеряват за максимално часово количество на ОВ, постъпващо в пречиствателната станция.

Територията на пречиствателните станции трябва да бъде оградена, благоустроена, осветена и защитена от повърхностно течащи води.

Комуникациите и работните места, разположени над 1,5 m над терена, се обезопасяват с парапети и в съответствие с правилата на техника за безопасност.

3. Условия за съвместно отвеждане на отпадъчните води от промишлени предприятия и населени места

Когато промишлените предприятия са разположени в населени места или близо до тях, неизбежно възниква въпроса относно възможността и целесъобразността за съвместното отвеждане и пречистване на ОВ. На практика са възможни четири случая:

Първият случай е, когато количеството на промишлените ОВ в сравнение с градските е незначително и те са близки по състав. В този случай те се включват в градската канализация без пречистване.

48

Вторият случай е когато количеството на промишлените води е значително и качествата им се различават съществено от тези на градските води: съдържат различни вещества с големи концентрации (киселини; основи; соли; отровни примеси и др.)., които разрушават мрежите и съоръженията и влошават пречиствателните процеси. Такива промишлени води се пречистват предварително в отделна локална пречиствателна станция и след това се включват в градската канализация.

Третият случай е, когато по различни съображения градските и промишлените води се отвеждат по отделни мрежи, а се пречистват в обща пречиствателна станция. Това е възможно когато промишлените води са близки по състав с битовите.

Четвъртият случай е когато ОВ от промишлените предприятия и населеното място се отвеждат по различни мрежи. Градските води се пречистват механично, промишлените – механично и физико-химично, и двата потока се подлагат на съвместно биологично пречистване в общи съоръжения.

Промишлените отпадъчни води влияят различно върху пречиствателните станции – положително и отрицателно. Тяхното влияние се определя от характеристиката на тези води и количествените им съотношения спрямо битовите отпадъчни води. Някои производствени отпадъчни води имат състав, близък до състава на битовите отпадъчни води, като например водите от хранително-вкусовата промишленост. Други промишлени отпадъчни води, са замърсени с органични вещества, които по-трудното се пречистват по биохимичен път, отколкото битовите.

Голяма част от производствените води на различните химични производства, на животновъдството и др. могат да окажат едно или друго неблагоприятно въздействие върху ефекта на пречиствателните станции за битови отпадъчни води.. Показателите на промишлените отпадъчни води, които могат да окажат отрицателен ефект, са: биохимически потребният кислород (БПК5); суспендираните вещества; плаващите вещества; оцветяването; различните токсични и други вещества.

БПК5 на отпадъчната вода се определя от количеството на разтворените и колоидните органични вещества. Битовите отпадъчни води имат сравнително постоянна концентрация по отношение на БПК5 – средно около 250mg/l, докато производствените води могат да имат по-ниска, но и десетки, даже стотици пъти по-висока концентрация. Смесването на битовите със силно замърсените промишлени отпадъчни води може да доведе до голямо повишаване на БПК5 на смесените отпадъчни води пред пречиствателните съоръжения и остатъчното му съдържание (в

49

пречистената вода) да не удовлетворява санитарните изисквания. Освен това скоростта на разграждане на органичните вещества, които се съдържат в промишлените отпадъчни води, може да бъде по-голяма или по-малка, отколкото тази на органичните вещества, съдържащи се в битовите отпадъчни води. В резултат на това или пречистваната вода няма да удовлетворява санитарните изисквания, или ще трябва да се направят неоправдано големи капитални вложения за изграждане на допълнителни пречиствателни съоръжения. Различните химични органични токсични вещества, като пестициди и др., оказват токсично действие върху биохимичното пречистване на отпадъчните води. Всичко това трябва да се има предвид при решаване на въпроса за съвместното отвеждане на битовите и на промишлени отпадъчни води със специално органично замърсяване.

Промишлените отпадъчни води могат да съдържат освен органични вещества и някои неорганични вещества, които влияят отрицателно върху работата на пречиствателните станции. Към тази група се отнасят:

- токсичните метални йони – Cu2+, Cr6+, Zn2+, Ni2+ и др., които подтискат биохимичното пречистване на отпадъчната вода и анаеробното изгниване на утайките;

- цианидите, които при смесването им с киселини водят до получаване на циановодород, който е силно токсичен и представлява опасност за експлоатационния персонал;

- киселините и основите, които могат да доведат до корозия на пречиствателните съоръжения, както и да повлияят върху ефекта на утаяването и биохимичното пречистване (при снижаване на рН под 6,5 и повишаването му над 8,5).

При съвместно биологично пречистване на битови и промишлени води, тяхното предварително механично пречистване може да бъде съвместно или разделно.

Съвместното механично пречистване се прилага в случаите, когато производствените води са замърсени предимно с органични примеси, които се поддават на биохимично окисляване и не изискват специална предварителна обработка. То е допустимо и тогава, когато количеството на промишлените води е незначително и се осигурява необходимата степен на разреждане, без да се нарушава нормалния биологичен пречиствателен процес.

Разделното механично пречистване се прилага, когато промишлените ОВ са замърсени със значителни количества минерални вещества и е наложително предварително физико-химично пречистване.

50

Tема 9. Механично пречистване на отпадъчните води. Пречистване чрез прецеждане

Основните методи за механично пречистване на отпадъчните води (ОВ) са: прецеждане, утаяване и филтруване. В практиката е прието всички тези процеси да се наричат предварително пречистване на водите. Прилагането на един или друг метод за пречистване зависи от количеството и качеството на ОВ и от необходимата степен за пречистване.

Преди ОВ да постъпят в основните съоръжения за пречистване, те предварително се прецеждат с помощта на решетки или сита. Ефектът, който се постига при използването им е сравнително нисък и затова те не се изграждат като самостоятелни съоръжения, а за да предпазват следващите съоръжения от затлачване и да осигурят нормална работа на пречиствателната станция.

1. РешеткиРешетките са първите и задължителни съоръжения в

технологичната схема на ПСОВ. Те служат за задържане на едрите влачени примеси, които замърсяват водата, като предпазват по този начин следващите съоръжения от блокиране. Решетките представляват метални рамки, разположени в разширението на довеждащия канал за ОВ, с успоредно наредени и заварени към рамката метални пръти (фиг. 9. 1).

Фиг. 9. 1. Неподвижна решеткаМеталната рамка и прътите, се монтират вертикално или под

наклон от 450 - 750 спрямо нивото на водния поток за удобство при почистване, в улеи на страничните стени на разширението на довеждащия канал. Това дава възможност при нужда решетките да се изваждат, ремонтират или сменят.

51

За да се избегне вихрово движение на потока, каналът пред решетката плавно се разширява. Общата дължина на канала при решетката е: L=l1 + l2+ l3+ l4+ l5Където:l1 е дължината на разширението преди решетката в m;l2 е дължината на разширената част пред решетката, което се приема 0,2- 0,4 m;l3 е хоризонталната проекция на решетката.Дължината l4 се приема конструктивно ≥1,0 m .l5 е необходимата дължина на стеснението след решетката, което се приема l5= 0,5 l1

Напречното сечение на прътите има съществено значение за нормалната работа на решетките, като най- употребявани в практиката са прътите с правоъгълно сечение и размери 10/60 mm (фиг. 9. 2.). За да се намалят хидравличните загуби, входните ръбове на прътите се закръглят.

Фиг. 9. 2. Напречно сечение на прътитеЕфективността на работата на решетката се определя от

задържаните отпадъци на жител за година. Това зависи от разстоянието между прътите, вида на ОВ, начина на почистване на решетките и може да варира в много широки граници. Колкото е по-малко разстоянието между прътите, толкова повече отпадъци на жител годишно се задържат. Разстоянието между прътите е от 5 – 200 mm, като обикновено се приема 16 - 20 mm. Количеството на задържаните отпадъци в зависимост от светлото разстояние между прътите е дадено в таблица 9. 1.Средната скорост за протичане на водния поток през отворите на решетката е от 0,8 – 1m/s. При максимално водно количество се допуска скорост от 1,2 m/s. Скоростта на водата в разширената част на канала пред решетките не трябва да бъде по-малка от 0,6 m/s при минимални водни количества, за да се избегне отлагане на утайка.

52

Таблица 9. 1Разстояние между прътите на решетката, mm

Количество на задържаните отпадъци на жител годишно, dm3/(ж.г)

от 5 до 10от 10 до 16от 16 до 20от 25 до 30от 40 до 50

от 90 до 125

от 31 до 14от 14 до 8

83

2,31,2

2. Видове решетки Видовете решетки се класифицират по различни показатели:

Според разстоянието между прътите- биват: фини- със светло разстояние от 5 до 30 mm и груби- с разстояние от 30 до 125 mm.

Според конструктивните особености решетките се делят на подвижни и неподвижни.

Според начина на почистване биват:- за ръчно почистване – прилагат се при количество на

отпадъците до 0,1 m3/d. Почистването се извършва с обикновени гребла няколко пъти в денонощието. Отпадъкът от решетките се поставя върху платформа с отвори, която е непосредствено след решетката.

- за механизирано почистване – при механизираното почистване греблата се задвижват с помощта на ел. двигател, като зъбците им загребват задържаните отпадъци, изнасят ги нагоре и ги изсипват върху транспортна лента. Оттам преминават към дробилка. Греблата се включват автоматично, когато се натрупа голямо количество утайка и се създаде определено съпротивление.

В някои пречиствателни станции се използват решетки-дробилки. Те задържат и раздробяват по-едрите отпадъци, като за да се предпазят от задръстване, пред тях се монтират груби решетки с отвори 50 – 60 mm. В много случаи се комбинират груби и фини решетки. Принципът на действие на решетките дробилки е следният. Водата прониква през хоризонтални прорези с размер от 8 до 16 mm на вертикално поставен метален барабан с режещи елементи. Ситните фракции на отпадъците преминават през прорезите на барабана и заедно с водния поток през дюкерно устройство излизат от съоръжението. По-едрите задържани отпадъци се увличат от въртенето на барабана към неподвижен гребен от твърда сплав, който ги раздробява и водния поток ги

53

изнася в канала. Предимство на решетките - дробилки е отпадането на отделна дробилна машина, но като недостатък може да се посочи честото им задръстване с лигнин, парцали, текстил и др, които водят до блокиране на работата им. Затова е необходимо да се предвижда успоредно с тях резервна решетка е механизирано почистване.

3. СитаДруг вид съоръжения за прецеждане на ОВ са ситата. Те се

прилагат за пречистване на градски ОВ и като технологично оборудване в цеховете на някои промишлени предприятия за задържане на ценни материали, които се използват повторно в производството.

Пречиствателният ефект на ситата не е голям. Пред тях винаги се монтират решетки с размери между светлите отвори на прътите не повече от 30 mm.

Ситата представляват надупчени листи или мрежи от неръждаема стомана, месинг или пластмаса и др., през които се прецеждат отпадъчните води. Големината на отворите е от 1 – 6 mm , като площта която заемат отворите е от 25 до 50% от общата полезна площ на ситото.

4. Видове сита- Според конструкцията си биват: дискови, барабанни, лентови, дъгови и др.- Според начина на почистване биват: със сухо почистване,

което се осъществява с четки и въздух под налягане, и с мокро почистване, което се извършва с промивна вода.

Ситата още могат да бъдат- подвижни и неподвижни, като към подвижните се отнасят вибрационни, ротационни и клатещи се.

Предимствата на ситата се състоят в това, че заемат сравнително малка площ. Недостатъци са големия разход на ел. енергия и бързото износване на съставните им части.

54

Тема 10. Песъкозадържатели - предназначение, видове

1. Предназначение на песъкозадържателитеПесъкозадържателите са съоръжения за утаяване и

задържане на по-тежките минерални примеси в отпадъчните води, като пясък, стъкло, въглища, сгурия и др. В технологичния комплекс за пречистване на ОВ, те се разполагат пред първичните утаители. В тях се утаяват от 56 до 95% от всички минерални частици, които се съдържат във водите. От общото количество задържани замърсители, около 80-95% са от минерален произход и от 5 до 20% са органични примеси.

Оптималната хоризонтална скорост на водния поток е около 0,3 m/s, а допустимата минимална скорост – 0,15 m/s. При по-големи скорости пясъкът не може да се утаи и се изнася от съоръжението, а при по-малки скорости в песъкозадържателите се отлагат органични примеси. И двете явления са крайно нежелателни.

Скоростта на утаяване на твърдите минерални частици зависи от диаметъра, плътността на частиците и температурата на водата. Процесите на утаяване в песъкозадържателите протичат в условия на турбулентен хидравличен режим.

Пясъкът се събира в утаителната камера на песъкозадържателя и се изважда по механичен или хидромеханичен начин. Според вида и конструкцията на песъкозадържателя за изваждането на пясъка се използват хидроелеватори, шнекови или пясъчни помпи. Изваденият пясък обикновено се промива и обезводнява с помощта на хидроциклони, бункери и др. и се изпраща на площадка за пясък. Отделената вода от площадките, хидроциклоните и бункерите е силно замърсена, затова се подава в началото на пречиствателната станция за повторно пречистване.

В песъкозадържателите трябва да се създават условия за ефективно утаяване на минералните примеси, без да се допуска утаяването на органичните примеси.

2. Видове песъкозадържателиВ зависимост от посоката на движение на водата,

песъкозадържателите се разделят на две основни групи: хоризонтални и вертикални.

2. 1. Хоризонтални песъкозадържателиХоризонталните песъкозадържатели показват най-добър

ефект за задържане на минералните примеси. Към хоризонталните песъкозадържатели спадат песъкозадържатели с хоризонтално, с хоризонтално кръгово и с хоризонтално винтово движение на водата.

55

Най-проста конструкция имат песъкозадържателите с хоризонтално движение на водата. Те представляват разширен канал (фиг. 10. 1.). При тях пясъкът се задържа в утаителна камера, разположена в началото на съоръжението и се изважда периодично.

Фиг. 10. 1. Хоризонтален песъкозадържател с праволинейно движение на водата

В тези песъкозадържатели всяка неразтворена частица се движи хоризонтално заедно с водната струя и едновременно надолу под действие на силата на тежестта. Скоростта на движение на водата трябва да е по-малка от скоростта на утаяване на най-дребните частици. Оптималната скорост на утаяване е 0,30 m/s. Престоят на водата при максимален поток се приема 30 s и в зависимост от колебанията на водното количество е в границите от 30 до 100 s.

Неравномерното постъпване на ОВ в пречиствателните станции налага за запазване на постоянна скорост на протичане на водата да се използват регулиращи устройства на изхода (порционни преливници). Те обезпечават оттичане на утаяваната вода едва след достигане на определен обем вода в песъкозадържателя. Оразмеряването на песъкозадържателя с хоризонтално движение на водата се изразява в определяне размерите на напречното сечение и дължината на песъкозадържателя. Дължината зависи от скоростта на течение, от дълбочината и от средната скорост на утаяване на частиците, които трябва да бъдат задържани. Дълбочината на този вид песъкозадържатели е между 0,5 - 2 m. По отношение на общия обем на песъкозадържателя, той се определя от броя на жителите, които използват дадена канализационна система, от количеството генерирана вода за един жител за едно денонощие и от броя на денонощията между две пречиствания.

56

Хоризонталните песъкозадържатели с кръгово движение на водата, представляват камера с фуниеобразна форма с диаметър около 6 m и дълбочина около 3 m (фиг. 10. 2.).

Водното количество протича със скорост 0,30 m/s. Отпадъчната вода постъпва тангенциално и така се получава кръгово движение на водата. Върху минералните частици действат центробежни сили и сили на тежестта. Утаителната камера е разположена в централната част във вид на конус, чиято форма облекчава извеждането на пясъка.

Фиг. 10. 2. Хоризонтален песъкозадържател с кръгово движение на водата1 - довеждащ канал; 2 - отвеждащ канал; 3 - саваци; 4 - тръбопровод за техническа вода; 5 - пулпопровод; 6 – хидроелеватор

Опитът показва, че при този вид песъкозадържатели утайките съдържат по- малко количество органични вещества отколкото при песъкозадържателя с хоризонтално движение на водата. Ефектът на утаяване е 90%.

Хоризонталните песъкозадържатели с винтово движение на водата (аерирани) има почти същата конструкция, като тези с хоризонтално движение на водата. Те представляват удължени резервоари с правоъгълна форма. В тях са монтирани въздухопроводи поставени по дължина на страничните стени на разстояние 0,2- 0,8 m, от дъното, които осигуряват продухване на водата с въздух. Аерацията създава въртеливото движение на потока в напречното сечение, със скорост, която се увеличава от центъра към периферията. Аерирането обезпечава непрекъснато поддържане на органичните замърсители в суспендирано

57

състояние, като по този начин не им позволява да се утаяват. Времето на престой на водата е от 2 до 3 min.

2. 2. Вертикални песъкозадържателиВертикалните песъкозадържатели са разделят на такива с

вертикално и с вертикално въртеливо движение на водата. Те се прилагат за големи количества отпадъчна вода и при ограничена площ за разполагане на пречиствателните съоръжения.

Песъкозадържателите с вертикално движение на водата представляват дълбоки резервоари, в които отпадъчната вода първо протича надолу, след което променя посоката си и се движи вертикално нагоре (фиг. 10. 3.).

Вертикалната скорост на водата е 0,2 – 0,3 m/s. Времето за престой на ОВ е 2 - 3 min. Този тип песъкозадържатели се използват за по-малки пречиствателни станции. Този тип песъко-задържатели поради по- малкия си пречиствателен ефект се прилагат по- редко.

Фиг. 10. 3. Песъкозадържател с вертикално движение на водата1 - промивна вода; 2 - въздух под налягане

Песъкозадържателите с вертикално въртеливо движение имат конструкция подобна на песъкозадържателите с вертикално движение (фиг. 10. 4.). Този тип съоръжения намират по- голямо приложение поради големия ефект на утаяване, който достига до 90%. В сравнение с другите видове песъкозадържатели тези задържат най-малко количество органични вещества- около 6%.

Песъкозадържателите с вертикално въртеливо движение са цилиндрични, кръгли в план съоръжения с диаметър до 6 m и дълбочина до половината от диаметъра (до 3 m). В тях отпадъчната вода постъпва тангенциално в долната част на съоръжението, в резултат на което възниква въртеливо вертикално движение на водата.

58

Утаяването на пясъка се извършва във въртящ се поток. Напречната циркулация въздейства на пясъчните частици, като ги премества в центъра на въртенето. Скоростта на водата е 0,30 m/s, а времепрестоят е 2 - 3 min. Отпадъчната вода протичат вертикално въртеливо, преминавайки през преливник и се отвежда. Пясъкът се извежда с шнекови помпи или хидроелеватори.

Фиг. 10. 4. Песъокозадържател с вертикално въртеливо движение

59

Тема 11. Утаяване на отпадъчни води. Видове утаители. Предимства и недостатъци

1. Класификация на утаителитеУтаителите са основни съоръжения за механично пречистване

на отпадъчни води. Тяхното предназначение е да отделят от отпадъчната вода плаващите и утаими частици предимно от органичен произход.

- В зависимост от необходимата степен на пречистване на ОВ, утаителите могат да бъдат:

Съоръжения за предварителна обработка, преди биологичното пречистване на ОВ;

Съоръжения за окончателно пречистване преди пускането на ОВ във водоприемника.

- В зависимост от мястото на утаителите в схемата за пречистване те биват:

първични - предназначени са за утаяване на вода, която е преминала през съоръжения за грубо пречистване (решетки, сита, песъкозадържатели);

вторични – прилагат се след съоръженията за биологично пречистване (биобасейни, биофилтри)

- В зависимост от режима на работа утаителите биват: с периодично действие – водата се пуска периодично и

се утаява в покой; с непрекъснато действие – утаяването се осъществява

при бавно протичане на водата през съоръженията. - В зависимост от направлението на движение на

водата утаителите биват: хоризонтални; вертикални; радиални

Първичните утаители трябва да осигурят ефект на пречистване, при който концентрацията на неразтворените вещества в утаената вода трябва да е намалена значително (под 150 mg/m3). Когато концентрацията на неразтворените вещества е над 300 mg/m3, за подобряване ефекта на утаяване се предприемат допълнителни мероприятия: към отпадъчната вода се добавят химически реагенти (коагуланти) и се способства за образуването на флокули, които лесно се утаяват; отпадъчната вода предварително се аерира, при което се окисляват част от лесноокисляемите органични вещества и др.

Ролята на вторичните утаители в схемата на пречистване на ОВ е много важна. Във вторичните утаители се задържа

60

активната утайка, постъпила заедно с обработените в биобасейна отпадъчни води и биологичната ципа от биофилтрите. Вторичните утаители се намират в пряка технологична връзка с биобасейните, тъй като от тях се взема и изпраща за рециркулация активна утайка към биобасейните. Задържаната във вторичните утаители активна утайка трябва да се поддържа в аеробно състояние. Това изисква да се търсят такива конструктивни решения на вторичните утаители, при които да не се получава залежаване на активната утайка по дъното им, тъй като това води до загниване, разбухване и изплуване на утайката. По този начин се влошава както пречиствателния ефект на утаителите, така и качеството на рециркулиращата утайка.

2. Видове утаители в зависимост от направлението на движение на водата

2. 1. Хоризонтални утаителиХоризонталните утаители са правоъгълни стоманобетонни или

бетонни резервоари (фиг. 11. 1.). Отношението на дължината към ширината се приема от 10 : 1 до 4 : 1. Дълбочината може да е от 1,5 – 4m, а работната дължина – от 25 – 40m.

Фиг. 11. 1. Хоризонтален утаителЗа удобство при експлоатацията и почистването

ширината не трябва да бъде повече от 4 – 5 m. Дъното на утаителя е с обратен наклон на водата за да осигури изтичане на утайките към каловата част (утаителната камера), която е разположена в началото на утаителя. Отпадъчната вода се подава по открит или закрит канал до челната стена на утаителя и по напречно разположен улей се разпределя равномерно по цялата ширина. В началото и в края на утаителя се монтират полупотопени дъски.

61

Полупотопените дъски в началото на утаителя способстват за разпределение на водния поток в дълбочина, а дъската монтирана в края – за задържане на плаващите на повърхността замърсители. Входната потопена дъска се поставя на разстояние 0,5 - 1,0 m от началото на утаителя и се потапя в зависимост от дълбочината на утаителя от 0,25 до 1,00 m. Изходната потопена дъска е на разстояние 0,25 - 0,5 m. от преливника и се потапя най- много до 0,25 - 0,30 m. Работната дължина на утаителя е разстоянието между полупотопените прегради. Времето на престой на водата е от 30 – 90 min.

2. 2. Вертикални утаителиВертикалните утаители са цилиндрични резервоари с конично

дъно (фиг. 11. 2.). Цилиндричната част служи за утаяване на водата, а наклоненото дъно - за събиране и уплътняване на утайките. Височината на утаителната част се приема H = 4 - 5 m.

За равномерното разпределение на водата по напречното сечение на утаителя отношението между диаметъра и височината на утаителната камера се приема не по- голямо от 1,5. Максималният диаметър на утаителя е 7 - 8 m.

Фиг. 11. 2. Вертикален утаител 1 - улей за отпадъчна вода; 2 - централна тръба; 3 - работна част на утаителя; 4 - събирателен улей; 5 - отражател; 6 - утаителна камера

Отпадъчните води се подава по улей 1 в централна тръба 2, която има разширение в долния си край. След като излезе от централната тръба, водния поток изменя посоката на движение, разпределя се в сечението на работната част на утаителя 3, като започва да се придвижва нагоре. Утаената вода прелива в събирателен улей 4. В повечето случаи върху долния край на централната тръба се поставя отражател 5, който разпределя

62

отпадъчните води в работното сечение. Утайките се събират в коничната част на утаителя 6, но могат да заемат и известен обем от цилиндричната част на утаителя, ако количеството им е по- голямо. Утайките се извеждат по каловата тръба 7 под действие на хидростатичното налягане на течността над тях.

2. 3. Радиални утаителиРадиалните утаители обикновено са кръгли резервоари с

голям диаметър от 16 до 40 m и дълбочина – 1/6 или 1/12 от диаметъра (фиг. 11. 3.). В повечето случаи височината на радиалния утаител е в границите от 1,5 – 5 m, а диаметърът е от 18 – 24 m.

Наричат се радиални поради това, че отпадъчната вода се движи по направление на радиуса от центъра към периферията на утаителя. Скоростта на водата в центъра е най-голяма, а в периферията – най-малка. ОВ постъпва в работната част на утаителя посредством централна разпределителната тръба 1, като се довежда до разпределителната тръба отдолу нагоре по тръбопровод 2. Утаената вода преминава през улей 3, чрез приливане и се отвежда към следващото съоръжение. За задържане на плаващи примеси /мазнини; нефтени петна/ пред улея се поставя полупотопена дъска 4. Дъното на утаителя се оформя под наклон към центъра, където е каловата част за събиране на утайките. За да се придвижат по-лесно, утаяващите се частици има монтирани гребла, закрепени за въртяща се ферма.

Фиг. 11. 3. Радиален утаител1 - централна разпределителна тръба за отпадъчна вода; 2 - тръбопровод за подаване на отпадъчна вода; 3 - събирателен улей; 4 - полупотопена дъска

3. Предимства и недостатъци на различните видове утаители

Видът на утаителя за дадена пречиствателна станция трябва да се избира в зависимост от конкретните условия, а именно: производителността на станцията, характера на почвата, нивото на подпочвените води, климата, местните строителни материали, стойността на електроенергията, автоматизацията на съоръженията и т.н. Окончателният избор на вида на утаителя се прави въз основа

63

на технико-икономическото сравнение на различните варианти. Ако отделните видове утаители са оразмерени и конструирани правилно и се експлоатират нормално, ефектът на пречистването ще бъде еднакъв. Предпочита се обаче онзи тип утаител, при който строителните и експлоатационните разходи са най-малки.

Хоризонтални утаители. Прилагат се обикновено в пречиствателни станции с производителност най-много 15000 m3/d. Основното им предимство е това, че имат дълбочина 2 - 3 m, поради което лесно се изпълняват. Съществен недостатък на този вид утаители е трудното отстраняване на утайките и плаващите вещества. Поради малката си дълбочина хоризонталните утаители заемат голяма площ, получават се голям брой отделения, което затруднява равномерното разпределение на водата. При ниски температури поради голямата повърхност водата в тях значително се охлажда, а това забавя процесите на пречистването.

Хоризонталните утаители са подходящи за утаяването на производствени отпадъчни води, съдържащи тежки минерални частици, както и за задържането на леки плаващи вещества (масла, нефт и др.). При пречистването на битови отпадъчни води в повечето случаи се използват като вторични утаители след биофилтри и биобасейни или като контактни резервоари при хлорирането.

Вертикални утаители. Имат просто устройство и експлоатация. Като недостатък се явява голямата им дълбочина (7 - 9 m), която води до значително оскъпяване на строителството им при слаби почви и при високи подпочвени води. Подходящи са за пречиствателни станции с производителност до 25 000 – 30 000 m3/d

Радиални утаители. Условията за прилагането на радиалните утаители са еднакви с тези на хоризонталните утаители, но те са подходящи за по-големи водни количества (повече от 20 000 m3/d).

Кръглата форма на радиалните утаители води до икономично решение на конструкцията им и намаляване на строителната им стойност. При този тип утаители не може да се обезпечи устойчив хидравличен режим. Той в голяма степен се влияе от температурата, концентрацията на замърсяващите вещества и други фактори. В утаителя се образуват зони на водовъртежи както в дълбочина, така и в хоризонтално направление. Поради това ефектът на утаяването на радиалните утаители е по-нисък отколкото на хоризонталните.

Тема 12. Биохимично пречистване на отпадъчни води. Същност на процеса. Ролята на микроорганизмите в

процеса на биохимичното пречистване

64

1. Същност на биохимичното пречистванеОсновните замърсяващи вещества в битовите и в голяма част

от промишлените отпадъчни води са органични вещества. Отстраняването на органичните замърсители се осъществява най-ефектно по биохимичен път.

Сложните биохимични процеси, които протичат в природната среда, са послужили за основа при създаването на методи и съоръжения за биохимичното пречистване на отпадъчните води. Биохимичното пречистване представлява превръщането на съдържащите се в отпадъчните води органични замърсители в по-прости съединения чрез жизнената дейност на специално култивирани при определени условия микроорганизми. Използва се способността на микроорганизмите да усвояват най-разнообразни вещества като източник на енергия и биогенни елементи за клетъчната им структура, бързо да се размножават и лесно да се приспособяват към обкръжаващите ги условия. Всяко пречиствателно съоръжение, в което се осъществяват биохимични процеси, е биореактор и представлява своеобразна изкуствено създадена екологична система. В нея микроорганизмите използват съдържащите се в отпадъчните води замърсители като субстрат (хранителна среда) за растежа си. Такива екосистеми се отличават с висока концентрация на органичните вещества и голяма плътност на микробния сегмент. В тях се поддържат условия за жизнена дейност на микроорганизмите, които осигуряват висока интензивност на протичане на биодеградационните процеси. Условията на средата във всяка екосистема (химичен състав на отпадъчната вода, концентрация на разтворения кислород, температура, рН на средата) формират специфична за нея биоценоза (съвкупност от съвместно съществуващи организми с взаимно свързани функции). Една част от органичните замърсители се подлагат от микроорганизмите на окисляване до крайни минерални продукти, а друга част се използва за синтез на нови клетки. Превръщането на органичните вещества в резултат на окислителните процеси в крайни минерални продукти се нарича минерализация.

В зависимост от условията, при които протича минерализацията, биохимичните процеси се разделят на две групи: аеробни и анаеробни. Аеробните процеси протичат с участието на аеробни микроорганизми в присъствие на свободен кислород. Анаеробните процеси се развиват със съдействието на анаеробни микроорганизми в отсъствие на свободен кислород. Анаеробното минерализиране се нарича гниене.

65

На фиг. 12. 1. е показана примерна схема за използване на аеробните и анаеробните биохимични процеси при пречистването на отпадъчните води.

Фиг. 12. 1. Аеробни и анаеробни биохимични процеси, използвани при пречистването на отпадъчните води

2. Ролята на микроорганизмите в процеса на биохимичното пречистване.

Жизнената дейност на микроорганизмите е неразривно свързана с кръговрата на веществата, който непрекъснато протича в природата и осигурява живота на Земята.

Микроорганизмите имат изключително малки размери. Отношението на повърхнинната площ на клетките към обема им е твърде голям. С това се обяснява една от най-важните особености на микроорганизмите – високата интензивност на обменните процеси както с обкръжаващата среда, така и вътре в самите клетки. Така например за едно денонощие бактериалната клетка е способна да преработи хранителни вещества, които превишават 30 – 40 пъти нейната собствена маса.

Важна особеност на микроорганизмите е и способността им да се приспособяват към изменящите се условия на околната среда, към различни физични и химични фактори, което се дължи на изключителната пластичност и многообразие на обменните процеси.

Микроорганизмите, които участват в биохимичното пречистване на водите включват различни систематични групи: бактерии, първаци, гъби, водорасли, а също така и някои многоклетъчни животински организми - червеи, личинки на насекоми и др.

Органични вещества в ОВ съдържащи С, Н, О, N, P, S

Разтв. и неутаими

утаими

СО2, Н2О, NO3-, SO4

2, PO43-

CO2, H2S, CH4, NH3, H2, N

аеробни пппрррпроцесипроцеси- О2

анаеробни

процеси-гниене

66

Извличането и разграждането на органичните вещества в ОВ от микроорганизмите се извършва по много сложен механизъм и включва четири последователни фази:

масообмен и сорбиране на субстрата върху клетките на микроорганизмите;

дифузия на субстрата през клетъчните обвивки; метаболизъм (обмяна на веществата); дифузия на продуктите на метаболизма през клетъчната

обвивка.В първите две фази се извършва извличане на органичните

вещества, замърсяващи водите. За да се осъществи дифузията през клетъчната обвивка органичните вещества трябва да бъдат в разтворено състояние и да имат подходящ размер на молекулите. Сложните високомолекулярни съединения, които не могат да проникнат през цитоплазмената мембрана или клетъчната обвивка предварително се хидролизират с помощта на синтезирани от клетките ензими.

Ензимите представляват най-важен, високоспециализиран клас белтъчинни молекули, синтезирани от самата клетка и изпълняващи в нея функции на катализатори на биохимичните реакции.

Предвид на това, че биохимичното окисление на органичните вещества е вътрешноклетъчен процес, метаболизмът е основна фаза на биологичното пречистване. Метаболизмът се осъществява чрез два взаимосвързани екзотермични процеса: окисление (дишане) и синтез (хранене). За източник на енергия на микроорганизмите служи една част от органичният субстрат, който чрез кислорода използван от микроорганизмите за дишането се окислява до минерални продукти като въглероден диоксид, нитрати, фосфати и сулфати. Другата част от органичния субстрат служи на микроорганизмите за храна и води до тяхното размножаване и нарастване на биомасата. При изчерпване на органичните замърсители, които се явяват като храна за микроорганизмите, започва разграждане на бактериалната клетка, наречено самоокисление или ендогенно дишане, при което се получават крайни минерални продукти и клетъчен остатък. Механизмът на метаболитните процеси е посочен на фиг. 12. 2.

Ако органичното замърсяване на отпадъчните води се означи с формулата CxHyOzN, то процесът на пречистване може да се изрази със следните условни реакции:

окисление (дишане) или дисимилация:; (12. 1)

синтез (хранене) или асимилация:

67

(12. 2)където: Еn са ензимите;

∆E1(2,3) е енергията; C5H7O2N са новите клетки.Реакция (12. 1) представлява окислението на замърсителите

за получаване на енергия, която се използва за синтез на клетъчно вещество в реакция (12. 2).

При изчерпване на органичните вещества започва разграждането на бактериалните клетки, наречено самоокисление или ендогенно дишане:

(12. 3)

Фиг. 12. 2. Механизъм на метаболитните процеси, протичащи в бактериалната клетка

Тема 13. Биохимично пречистване на отпадъчни води при естествено създадени условия

Органични вещества в ОВ- С, Н, О, N, P, S

С; Н; О; N; P; (S)

СО2; Н2О; NO3-; SO4

2-; PO4

3-

Нови клетки /МО/

Клетъчен остатък

Окисление /дишане/

Синтез /хранене/

68

1. Същност на биохимичното пречистване при естествени условия

При биохимичното пречистване в естествени условия се използват напоителни, филтрационни полета и биологични езера. В напоителните и филтрационните полета процеса на пречистване протича в почвата. При прецеждане на отпадъчните води (ОВ) през почвата в горния й слой се задържат неразтворените и колоидни частици, които обвиват почвените зърна и образуват биологична ципа. Биологичната ципа представлява слизеста биомаса с дебелина 2 - 4 mm, гъсто населена с различни видове микроорганизми. В резултат на вътрешноклетъчния метаболизъм на микроорганизмите се осъществява растеж, развитие и размножаване на бактериалните популации в биологичната ципа. Тази ципа адсорбира финодиспергираните и разтворени частици. В присъствието на кислорода, изпълващ порите на почвата и със съдействието на аеробните микроорганизми, протичат сложни биохимични процеси, при които органичните замърсители се минерализират. Атмосферният О2 прониква в порите на почвата на дълбочина 0,2 – 0,3 m и поради това в този слой протичат най-интензивно окислителните процеси. Сложните съединения на въглерода се окисляват до СО2, органичният азот до нитрити (NO2

-) и нитрати (NO3

-) (нитрификация). Кислородът, който се изразходва при минерализацията на органичните вещества се попълва в почвата преди всичко от въздуха. Естественият обмен на въздуха в почвата се осигурява чрез периодично подаване на ОВ, а не непрекъснато. За да се осигури нормална аерация междуполивните периоди се приемат от 3 до 10 дни. В по-дълбоките почвени слоеве количеството на О2 намалява или изчезва напълно и там се оформят анаеробни зони. Под действие на анаеробните микроорганизми протичат процеси на денитрификация, т.е. кислородът необходим за окисляване на органичните вещества, се извлича от нитратите и нитритите, образувани в по- горните слоеве. Активният слой на почвата, в който се извършва пречистването на отпадъчните води е от 1,2 – 1,5 m. Следователно напоителните и филтрационни полета могат да се прилагат само ако подпочвените води са на дълбочина по- голяма от 1,5 m.

В биологичните езера процесите на пречистване са близки до тези при самопречистване на естествените приемници, след включване на отпадъчни води в тях.

2. Напоителни и филтрационни полетаНапоителните полета са специално подготвени участъци,

обработваеми земи, предназначени за биологично пречистване на ОВ, с които същевременно се напояват и наторяват

69

селскостопанските култури. Предназначението на филтрационните полета е само за пречистване на ОВ.

Двойното предназначение на напоителните полета създава трудности за устройството и експлоатацията им, тъй като ОВ трябва да се пречистват целогодишно, а земеделските култури се нуждаят от вода през определено време. Това неудобство се избягва при съвместно използване на напоителни и филтрационни полета. Според предназначението си напоителните полета се делят на:

- комунални – главната им задача е да пречистват ОВ, а на второ място да се използват за селскостопански цели. Те се натоварват с отпадъчни води само в рамките на допустимите норми за напояване на културите.

- селскостопански (земеделски) – основната им задача е напояването и внасянето в почвата на хранителни вещества, потребни за оптималното развитие на растенията и едновременно с това пречистване на ОВ.

Земеделските напоителни полета биват летни и целогодишни.Летните функционират само през вегетативния период на растенията. През останалото време ОВ се пречистват във филтрационни полета и в съоръжения за изкуствено биологично пречистване. В целогодишните полета ОВ се подават за пречистване непрекъснато без значение на годишното време или метеорологичните условия.

Преди да бъде отправена за пречистване в напоителните полета, отпадъчната вода трябва да бъде утаена, за да не се допусне запушване на порите на почвата и нарушаване на въздушния й режим (фиг. 13. 1.). Освен това утаената вода се освобождава в голяма степен и от болестотворните микроорганизми (75 - 95%), причинители на стомашно - чревни заболявания.

Според санитарно - хигиенните изисквания напоителните и филтрационни полета трябва да са отдалечени от населеното място на разстояние 500 – 1000 m. Просмукалите се пречистени ОВ не трябва да се смесват с подпочвените води, които се използват за водоснабдяване. Те се отвеждат с открит или закрит дренаж и се заустват в приемника.

Пречистените води по тези методи не загниват и имат БПК около 10 – 15 mg/dm3 и количеството на бактериите се намалява с 99% в сравнение с това в изходните отпадъчни води.

70

Фиг. 13. 1. Схема за биохимично пречистване на отпадъчни води с напоителни полета

3. Техника на поливане с отпадъчни водиВ зависимост от теренните условия и положението на

съоръженията за механично пречистване на отпадъчните води, спрямо площадките на напоителните и филтрационните полета, отпадъчните води могат да се доведат до тях гравитационно или помпено. Разпределението на водата в полетата се осъществява съобразно с приетия начин на напояване, който може да бъде: повърхностно напояване, подпочвено напояване и дъждуване.

При повърхностното поливане, площта за напояване се разделя на правоъгълни площадки, заградени от всички страни с малки земни насипи. Размерите на площадките зависят от наклона на терена, от вида на почвата и начина на обработването й. Повърхностното поливане с отпадъчни води е най - разпространения метод, но създава редица неудобства в санитарно - хигиенно отношение, тъй като ОВ съдържат много болестотворни микроорганизми. Това налага поливането да се извършва в периода до цъфтенето на растенията.

При подпочвеното поливане транспортирането на ОВ се осъществява чрез подземна тръбна мрежа, а разпределението й - с помощта на напоителни дренажи от керамични или пластмасови тръби. Поливните води преминават от дренажите в почвата през специално оставени фуги между тръбите с ширина от 0,5 до 1,0 mm или през отворите на перфорирани тръби. При подпочвеното поливане механизмът на действие е на принципа на капилярното движението на водата от долу нагоре към корена на растението. Отпадъчната вода трябва да бъде утаена, за да се избегне затлачването на тръбите и запушването на фугите или отворите.

Предимството на подпочвеното поливане се състои в това, че поливните води и хранителните вещества могат да се подават през целия вегитационен период без опасност от биологична зараза.

71

Въпреки безспорните предимства на тази поливна техника досега тя не е намерила широко приложение поради редица нерешени проблеми в теоретично и конструктивно отношение.

Дъждуването е поливна техника, при която водата се разпръсква във въздуха във вид на дъжд с помощта на специални апарати, при което се създават условия най - близки до естествените. Отпадъчните води могат да се транспортират до територията за напояване по открити канали или закрита напорна мрежа.

Недостатък на дъждуването с ОВ е разпространението на неприятни миризми във въздуха, както и опасност от бактериологични замърсявания на растенията. При прилагане на този метод трябва да се използуват пречистени ОВ. Този метод не е приложим за зеленчукови култури, които се консумират в сурово състояние.

4. Окислителни биологични езера (лагуни) Окислителните езера са големи по площ и с малка дълбочина

изкуствено създадени водни басейни, в които пречистването се осъществява на основата на естествените процеси на самопречистване във водоемите. Окислителните езера се използват както за допречистване на ОВ, така и за самостоятелно цялостно пречистване Под действието на микроорганизми в тях се извършва окисление на замърсяващите вещества. Необходимото за разграждането на органичните замърсители количество О2 се внася чрез естествена или изкуствена аерация. Окислителните езера могат да бъдат разположени каскадно от 3 до 5 броя, като водата преминава през тях с не много голяма скорост. В зависимост от това, какви процеси преобладават, окислителните езера се разделят на :

- аеробни – оразмеряват се за престой на ОВ от 5 – 30 денонощия, когато се използват за самостоятелно пречистване. Езерата които се използват за допречистване се оразмеряват за престой на водата от 10 часа до 7 денонощия.

- анаеробни – оразмеряват се за престой на ОВ до цяла година. По този начин в тези езера става пълно изгниване на замърсителите, като на дъното се осъществява активно анаеробно разграждане на органичните примеси.

- факултативни( аеробно - анаеробни) – Във факултативните езера водата се разделя на три зони- аеробна (горна), факултативна (средна) и анаеробна (дънна) (фиг. 13. 2.). Необходимият кислород за аеробно окисляване на органичните вещества постъпва посредством дифузия при контакт на въздуха с водната повърхност. Голямото количество кислород при тези езера

72

се получава главно от водораслите, които го отделят при фотосинтезата. Те поглъщат въглеродния диоксид, фосфатите и амониевия азот, който се получава при разграждане на органичните вещества. Между аеробните и анаеробните процеси на разграждане на органични вещества има равновесие. Утаените на дъното органични вещества се разграждат чрез кисела или метанова ферментация. Факултативните езера се оразмеряват за престой на водата от 7 – 30 денонощия.

Фиг. 13. 2. Схема на процеси във факултативни биоезера

73

Тема 14. Биохимично пречистване на отпадъчни води в изкуствено създадени условия - биофилтри,

биобасейни

1. Активна утайка. Биологична ципа. Образуване и съставБиохимичното пречистване на ОВ се базира на принципите на

естественото самопречистване, което протича във водните течения и басейни под действието на биохимичната активност на водната микрофлора. В съоръженията за биохимично пречистване обаче поради създадените по - благоприятни условия процесите на разграждане на органичните замърсители протичат с много по - голяма интензивност, отколкото в естествени условия.

Пречистването на ОВ при изкуствено създадени условия се осъществява чрез два типа съоръжения – биофилтри и биобасейни. Тези съоръженията имат редица предимства пред напоителните и филтрационни полета: заемат малка площ, не се влияят от климатичните условия и могат да работят целогодишно. Процесите на пречистване са много по-интензивни и могат да се регулират.

В биофилтрите и биобасейните се осъществява аеробно биохимично пречистване на ОВ под действието на т.н. активна утайка (активна кал) и биологична ципа.

Биологичната ципа представлява биомаса прикрепена върху повърхността на твърд пълнежен материал и гъсто населена с различни видове микроорганизми. Тя се получава при обтичането на зърната на пълнежния материал с отпадъчната вода. Биологичната ципа е характерна за биофилтрите и се характеризира с различно съотношение на отделните физиологични групи микроорганизми, като в 1 m3 пречиствана вода се съдържат 1.1012 клетки. В биологичната ципа с помощта на микроорганизмите се извършва разграждането на органичните вещества и превръщането им в крайни минерални продукти.

Активната утайка се образува в биобасейните при аериране на отпадъчната вода. Тя представлява флокулообразна маса със светлосив, жълто - кафяв или тъмно - кафяв цвят. Активната утайка се състои от групирани във флокули колоидни частици и микроорганизми- най - вече бактерии и първаци (протозои). Благодарение на своите адсорбционни свойства флокулите от активната утайка задържат, съдържащите се във водата органични замърсители и със съдействието на микроорганизмите, населяващи тяхната повърхност, ги превръщат в минерални съединения. Чрез изкуствено вкарване на въздух в отпадъчната вода и създаване на голяма повърхност благодарение на плаващите флокули за кратко време, и в твърде малко пространство, се постига интензивно

74

самопречистване. Във флокулите от активна утайка има много повече микроорганизми, отколкото в замърсените води в природни условия. Осигуряването на достатъчно кислород за тези микроорганизми поради тяхното огромно струпване става възможно чрез изкуствено вкарване на въздух - аериране. С изкуствено раздвижване на водата се постига най- добрия и най- пълен контакт на микроорганизмите с подлежащата на пречистване вода, а от друга страна се постига и поддържане на флокулите в постоянно плаващо състояние.

Съществуват различни теории за механизма на образуване на флокулите от активна утайка. Според едни автори причина за това са слизестите ципи (слизести капсули), които се образуват от бактериите и благодарение на които се оформят агломерации от клетки. Според други автори някои групи микроби и най-вече от рода Bacillus отделят богати на белтъчини слузни нишки с които се съединяват взаимно и образуват матрицата на бъдещия флокул.

Мак Кини обяснява сцеплението на флокулите на активната утайка с електрокинетични сили. Според него бактериите са носители на отрицателен електрически заряд. В биобасейна те са равномерно диспергирани във водата, която съдържа хранителни вещества и соли. Отрицателно заредените бактерии привличат катионите от разтвора, като се конкурират с други аниони от разтвора.

Микробният състав на активната утайка се оформя на базата на микрофлората, която постъпва в пречиствателните съоръжения заедно с отпадъчната вода.

2. БиофилтриБиофилтрите са съоръжения, при които биохимичното

пречистване на водата се осъществява чрез филтрирането й през едрозърнест материал. Процесите в биофилтрите са близки до тези в напоителните и филтрационни полета. ОВ се отправят към биофилтрите след пълно механично пречистване. Кислородът необходим за минерализация на органичните замърсители постъпва във филтъра чрез естествена или изкуствена вентилация. Поради непрекъснатото отлагане на органични вещества от постъпващите води и растеж на микроорганизмите масата на биологичната ципа се увеличава, откъсва се от зърната и се отнася с прецедената вода. Тя се отделя чрез утаяване на водата във вторичните утаители.

Според начина на действие биофилтрите биват:- Периодично действащи Това са съоръжения с малка производителност, трудно се

поддържат и експлоатацията им е скъпа. ОВ се подават в този тип

75

биофилтри на почивки два - три пъти в денонощието. Почивката е необходима за да се осигури време за минерализация на органичните замърсители.

- Непрекъснато действащиНепрекъснато действащите биофилтри се използват за пълно

биологично пречистване на ОВ, при което БПК на пречистената вода се понижава до 15 mg/dm3.

В конструктивно отношение биофилтрите са резервоари с кръгла или правоъгълна форма, запълнени с филтриращ материал. Основните части на биофилтъра са: стени, дъно, междинно дъно (дренажна система), филтриращ материал и разпределителни устройства (фиг. 14. 1.)

Фиг. 14. 1. Биофилтър с непрекъснато действиеОколовръстните стени се правят от бетон, стоманобетон,

тухлена зидария или суха каменна зидария. В някои случаи при малка биофилтрация, филтриращият материал се подрежда така, че се избягва необходимостта от околовръстни стени. За да се осигури вентилация на филтриращия материал в околовръстните стени се оставят отвори, чиято площ трябва да е по-малка от общата площ на филтъра. При обикновените биофилтри вентилацията е естествена и се осъществява в резултат от разликите в температурите на външния въздух и въздуха в тялото на филтъра. Въздушните течения сменят посоката си от горе на долу и обратно в зависимост от това коя температура е по - голяма. Разликата между температурите трябва да е по - голяма от 1 – 20С. Ако разликата между двете температури е по - малка от 1 – 20С, обмен на въздуха не може да се осъществи.

Дъното на филтъра се изпълнява от бетон като се оформя под наклон 1 – 20 към отводнителни улеи. Междинното дъно (дренажът) може да е изработен от тухли или от стоманобетонна решетка с надлъжни процепи и поддържа филтриращия материал.

76

Прецедилата се вода, заедно с откъсналата се биологична ципа преминава през дренажа на филтъра и се събира в улеите.

За филтриращ материал се използва - кокс, сгурия, трошен чакъл или трошляк от тухли. В последните години като филтриращ материал се използват различни видове полимери. Височината на слоя филтриращ материал трябва да бъде от 1,8 – 2,0 m. Филтриращият материал трябва да отговаря на следните условия:

- да бъде устойчив на изветряне и на агресивното действие на ОВ;

- да бъде с грапава повърхност, т. е. да има голяма разгърната площ на зърната;

- да не съдържа вредни примеси, които пречат на биохимичното пречистване;

- да има еднороден състав и еднаква едрина на зърната.Нормалната работа на биофилтъра зависи от

разпределението на водата върху повърхността на филтриращия слой. Равномерно разпределение се осъществява с помощта на разпределителни устройства, които според начина на действие биват: подвижни или неподвижни.

3. БиобасейниБиобасейните (биореактори) представляват съоръжения за

биохимично пречистване с активни утайки. В тях се използва минерализационната способност на активната утайка в аеробни условия. След механичното пречистване на ОВ, те постъпват в биобасейните. Органичните вещества се сорбират върху флокулите на активната утайка и под действие на съдържащите се в нея микроорганизми, една част от тях се окислява, а друга се използва за синтез на нови микроорганизми. Биомасата непрекъснато нараства и се отделя от пречистената вода чрез утаяване във вторичните утаители. Една част от тази активна утайка се връща в биобасейна за да поддържа прираст на микроорганизми, а излишната се отправя към съоръжения за обработка и изсушаване. Постъпващите ОВ и активните утайки от вторичните утаители се размесват в биобасейните и чрез специални аериращи устройства сместа непрекъснато се насища с О2, който е необходим за ускоряване на разграждането на органичните замърсители.

Интензивността на пречистване на ОВ зависи от количеството и състава на органичните вещества, от количеството на активната утайка, от интензивността на аериране, от температурата и рН на водата и от съдържанието на вредни вещества.

В конструктивно отношение биобасейните са бетонни или стоманобетонни резервоари с правоъгълна форма. Работната им дълбочина е от 3 – 6 m, а броя на секциите трябва да бъде повече

77

от две. Дължината може да е до 100 m. В практиката се използват различни технологични системи за пречистване с активни утайки (фиг. 14. 2.):

Фиг. 14. 2. Видове биобасейни - основни схемиа – класически (конвенционален) биобасейн; б – биобасейн – смесител; в - биобасейн с регенериране; г - двустепенен биобасейн; 1 - биобасейн; 2 - вторичен утаител; 3 - помпена станция за утайките; 4 - рециркулираща активна утайка; 5 - излишна утайка; 6 – компресор

- Класически биобасейни – те са коридорен тип (фиг. 14. 2. - а), в който ОВ и активната утайка постъпват в началото на съоръжението, а въздуха се подава равномерно по цялата дължина на биобасейна. Продължителността на аериране е от 4 – 10 часа. Характерна особеност и недостатък на този тип биобасейни е неравномерното усвояване на О2 по дължината на съоръжението. В началото е по-интензивно поради претоварване с активна утайка, а в следващите стадии прогресивно намалява. С други думи, в този тип биобасейни не се създават благоприятни условия за биохимично равновесие и максимална окислителна способност на активната утайка.

- Биобасейни смесители – те са подобрена разновидност на класическите, като са избегнати основните им недостатъци (фиг. 14. 2. - б). ОВ и активната утайка се подават едностранно разсредоточено по едната надлъжна страна на съоръжението и по същия начин се отвеждат от срещуположната страна. С подходящи

78

аерационни устройства (механични аератори) се размесват напълно, при това във всички зони на съоръжението практически се осигурява еднакво натоварване на утайката и еднакъв кислороден режим. Усвояването на О2 е равномерно по пътя на водата. Секциите на този биобасейн са с правоъгълна и кръгла форма.

- Биобасейни с регенерация на активна утайка (фиг. 14. 2. - в) – подадената активна утайка престоява в биобасейна от 30 – 60 min. През това време се извършват и двата процеса - сорбция и минерализация. След този престой утайката се отделя във вторични утаители и оттам се връща в биобасейна в отделението за регенерация на утайката, където се възстановява началната активност на утайката, която се е изтощила при протичането на сорбцията и минерализацията. При усилена аерация от 3 – 6 часа в отделението за регенерация се възстановява сорбционната способност на активната утайка.

- Двустепенни биобасейни – използват се за силно замърсени промишлени води (фиг. 14. 2. - г). Първата степен е предназначена за частично пречистване (50 – 60%), а втората степен е за пълно пречистване на ОВ. Активната утайка рециркулира в рамките на съответната степен.

Количеството кислород необходимо за аерацията в биобасейните се осигурява чрез аерационните системи. Тези системи освен, че доставят необходимото количество О2 за протичане на биохимичните процеси, поддържат активната утайка в плаващо състояние и осигуряват добро размесване на ОВ с активната утайка. Подаването на въздуха се осъществява по три метода:

- чрез нагнетяване с компресор (пневматична аерация);- чрез механично разбъркване (механична аерация) на ОВ и

увеличаване на атмосферния въздух на повърхността с помощта на гребла;

- чрез комбиниране на двата метода.При пневматичната аерация сгъстеният въздух от

компресорите се подава под налягане по хоризонтални въздухопроводи, разположени на дъното на биобасейна. Въздухопроводите са покрити с керамични и пластмасови плочи, които се наричат филтър - преси. През тях въздуха се разпръсква в ОВ на фини мехурчета. Филтър - пресите заемат от 6 – 10% от площта на дъното. В процеса на работа филтър - пресите се задръстват, поради което е необходимо периодично да се почистват.

79

Тема 15. Класификация на утайките, отделяни при пречистване на отпадъчните води. Състав

При пречистването на отпадъчните води основните замърсяващи вещества се отделят във вид на утайки. Количеството и съставът им зависят от вида на отпадъчната вода и от приетия начин на пречистване. За отпадъчни води от населени места те съставляват от 0,5 до 1,5% от пречистваната водна маса. От тях 60 - 70% са активни утайки, а 30 - 40% са първични. При пречистване с прилагане на химични реагенти количеството на утайките може да достигне над 10% от количеството на водата.

Една от най - важните и същевременно най - трудно изпълними задачи в технологията на пречистването на водите е отделянето и обезвреждането на утайките. Необходимите капитални средства за машини и съоръжения и експлоатационните разходи за тяхното третиране възлизат до 30 - 40% от разходите за цялата пречиствателна станция.

Органичните компоненти на необработените утайки бързо загниват, при което се отделят неприятни миризми. В тях се съдържат огромно количество микроорганизми. Всичко това причинява силно замърсяване на въздуха, почвата и водите, нанасят се тежки увреждания на околната среда (ОС) и се застрашава здравето на хората.

Потенциалната опасност от замърсяване и заразяване на ОС, която предизвикват утайките е значително по-голяма от тази, която създават самите пречиствани ОВ. В утайките концентрацията на всички видове замърсяващи вещества е много по-голяма.

Отделените утайки от пречиствателните съоръжения са с висока влажност. Поради това тяхното обработване и транспортиране се затруднява и оскъпява значително и се налага да се уплътняват и обезводняват по различни методи.

Крайната цел на обработването на утайките е трансформирането на органичните вещества и превръщането им в безвредни стабилни продукти, непредизвикващи замърсяване на ОС. Този процес на превръщане на веществата се нарича разграждане (минерализиране или стабилизиране).

1. Класификация на утайките Утайките получени при пречистването на различни видове ОВ се

различават съществено по количество, състав и свойства. 1. 1. В зависимост от произхода си те се разделят на 4

основни групи: битови, промишлени, селскостопански и дъждовни.Битовите утайки се отделят при пречистването на битовите

отпадъчни води от населените места, курортните комплекси, промишлените предприятия и др. В тях преобладават органични

80

вещества. След съответна преработка те могат да се използват за наторяване. В градските отпадъчни води на почти всички населени места се включват и промишлени отпадъчни води. Утайките от такива смесени води имат и различни количества промишлени утайки. В редица случаи те съдържат токсични вещества над допустимите норми, поради което не могат да се използват за наторяване на селскостопански площи. Битовите утайки могат да съдържат и различни видове патогенни микроорганизми.

Промишлените утайки се отделят при пречистването на промишлените отпадъчни води и са с изключително голямо разнообразие по количество, състав и свойства. В зависимост от промишления отрасъл и приетата технология на пречистване промишлените утайки могат да съдържат органични, неорганични, токсични и бактериологични замърсявания. Със силно токсично действие са цианидите, роданидите, фенолите, съединенията на арсена, хрома, медта, оловото, никела и др. Много видове промишлени утайки могат да се използват в производството като вторични суровини.

Селскостопанските утайки се формират при пречистването на отпадъчните води от животновъдството - кравеферми, свинеферми, телеугоителни комплекси, птицеферми и др. Характеризират се с високо съдържание на органични вещества и след съответно третиране могат успешно да се използват за натори-телни цели. Тези утайки не съдържат токсични вещества, но могат да съдържат патогенни микроорганизми.

Утайките, получени от пречистване на дъждовните отпадъчни води, се характеризират с по-високо съдържание на минерални вещества. В началото на оттичането си падналите дъждовни води са замърсени от въздуха и отводняваната територия. Утайките от тях съдържат значителни количества минерални и органични вещества. При смесени канализационни системи те се смесват с отделилите се битови и промишлени утайки.

1. 2. В зависимост от местата на отделянето в технологичния процес, начина и степента на тяхното третиране, утайките са с различни качества и свойства и могат да бъдат класифицирани по следния начин:

Пресни утайки - така се наричат всички видове утайки, които се образуват в пречиствателните станции, преди да се подложат на допълнително обработване.

Първични утайки – това са утайките, отделили се в първичните утаители. Те съдържат отпадъци от битово-комунално естество - фекалии, хартия, храни, плодове, зеленчуци, мъртви

81

материи и др. Те имат влажност 93 - 95% и са със сив до сиво - жълт цвят. Загниват бързо, имат неприятна миризма и се обезводняват трудно. Съдържат патогенни микроорганизми и яйца на хелминти.

Вторични утайки - така се наричат утайките, отделили се във вторичните утаители след съоръженията за биологично пречистване (биобасейни и биофилтри). Те се състоят предимно от аеробна бактериална маса и след биобасейните се наричат активни утайки. Имат висока влажност, която в зависимост от начина на пречистването достига до 99,5%. Органичното им съдържание е по-високо от това на първичните утайки. Пресните активни утайки не миришат или миришат слабо на обработвана почва.

2. Химичен състав на утайкитеУтайките, които се отделят в различните технологични процеси

на пречистване на отпадъчните води, представляват нееднородна дисперсна система. Дисперсната среда е отпадъчната вода, а дисперсната фаза се състои от разнородни суспендирани, предимно утаими частици. Поради този си състав утайките се причисляват към групите суспензии. Колкото са по-едри частиците на дисперсната фаза, толкова по - добре се обезводнява суспензията.

Изборът на метода за обезводняване на утайката зависи както от гранулометричния състав на дисперсната фаза, така и от връзката на водата с частиците на твърдата фаза.

Водата в утайката се подразделя на свободна (60 - 65%) и свързана (30 - 35%). Свързаната вода от своя страна се разделя на химично, физико - химично (колоидно адсорбционна) и физико - механично (капилярна, хигроскопична) свързана.

Свободната вода не е свързана с твърдата фаза и по - голямата част от нея може да се отдели, като се използват естествените гравитационни сили за уплътняване, обезводняване на изсушителни полета и механично обезводняване.

Физико-химично и механично свързаната вода се отделя трудно, като се прилагат други методи, които да разрушат тези силни връзки: вакуумфилтрация, филтър - пресуване и центрофугиране при съответна предварителна обработка на утайките (кондициониране). Кондиционирнето е предварителна обработка на утайката, при която се изменя структурата на утайката и се отслабва връзката на твърдата им фаза с водата. В резултат на това те се уплътняват и се подготвят за механично обезводняване.

Химично свързаната вода влиза в състава на твърдите частици и не може да се отдели дори при термично изсушаване на утайките.

Обемът на утайките е правопропорционален на влажността им и обратно пропорционален на процентното съдържание на сухото

82

вещество. Това е валидно за снижение на влажността до 80%.В утайките се съдържат двете основни групи вещества -

минерални и органични.Минералният състав на утайките се характеризира с голямо

разнообразие. В табл. 15. 1. са дадени данни за различните видове утайки.

Таблица 15. 1.Налични количества в % от масата на сухия остатък

минерални вещества пресни първични

пресни излишни активни

изгнили смесениутайки утайки утайки

Силиций 21,5-55.9 17,6-33,8 27,3-35,7

Желязо 4,9-13,9 7,2-18,7 11,4-13,6

Алуминий 0,3-18,9 7,3-26,9 8,7-9,3

Калций 11.8-35,9 8,9-16,7 12,5-15,6

Магнезий 2,143 1,4-11,4 1,5-3,6

Калий 0,7-3,4 0,8-3,9 1,8-2,8

Натрий 0,8-4.2 ■

1.9-8,3 2.6-4,7

Сяра 2,0-7,5 1,5-6,8 3.0-7,2

Мед 0,1-0,2 0,2-0,3 0.1-0,3

Цинк 0.1-0.8 0,1-0.2 0,2-0,3

Никел 0.2-2,9 0,2-3,4 0.2-0,1

Хром 0,8-3,1 0-2,4 1,3-1,9

Количеството на веществата в утайките при съвместно пречистване на битови и промишлени отпадъчни води зависи в голяма степен от количеството и вида на промишлените отпадъчни води. Затова количествата, посочени в таблицата, могат да варират в значителни граници.

Освен посочените вещества в утайките се съдържа въглерод във вид на СаСО3, респективно Н2СО3. и др.

В утайките от промишлените отпадъчни води се съдържат радиоактивни вещества, които също са от минерален произход. При съвместно пречистване иа битови и промишлени отпадъчни води съдържанието на такива вещества трябва да отговаря на нормите за допустима радиация.

Органичният състав на утайките се характеризира също с голямо разнообразие. Органичните вещества в тях са съединения на елементите органичен въглерод, водород, кислород, азот, фосфор и сяра. Утайки с голямо съдържание на органика имат плътност, близка до плътността на водата, пореста структура и голяма водопоглъщаемост.

Органичните вещества могат да се групират в следните групи:

83

1) въглеводороди; 2) въглехидрати; 3) мазнини, масла и восъци; 4) белтъчини (протеини).

В утайките се съдържат предимно въглехидрати, мазнини и белтъчини. Преобладаващ елемент в органичните вещества е въглеродът. Във въглехидратите той е 40 - 45%, в мазнините – 70 - 75% и в белтъчините 40 - 55%. В белтъчините се съдържа и от 15 до 18% азот.

Общото органично съдържание на утайките има голямо значение при третирането им. То се изразява в mg/dm3 или в % от масата на общия сух остатък и представлява основна характеристика на утайките.

Химичният състав на утайките оказва съществено влияние върху процеса на биологичното стабилизиране и върху обезводнителните им качества. При наличието на токсично действащи вещества като цианиди, роданиди, съединения на хрома, медта, арсена, никела, кобалта, цинка, оловото и др. биологичните процеси могат да бъдат затормозени или преустановени напълно. Такива вещества са ограничаващ фактор при използването на утайките за торене и други селскостопански цели.

Съединенията на желязото, алуминия и др. спомагат за подобряване на обезводнителните качества на утайките и за намаляване на количествата на реагентите при предварителната им обработка (кондиционирането) Наличието на масла, мазнини и азотни вещества затруднява процесите на уплътняване и коагулиране на утайките.

84

Тема 16. Биохимично разграждане на утайки при анаеробни условия. Септични ями, двуетажни

утаители, метантанкове

1. Същност на процесаПри пречистването на отпадъчните води се отделят голямо

количество утайки както в първичните, така и във вторичните утаители. Утайките от битовите отпадъчни води съдържат голямо количество органични вещества (около 80 %), поради което по-нататъшното им обработване е много трудно. Пресните утайки имат неприятна миризма, трудно отдават водата си, лесно загниват и са опасни в санитарно - хигиенно отношение, тъй като съдържат голямо количество болестотворни бактерии. При използване на пресните утайки за наторяване, съдържащите се в тях съединения на азота, фосфора и сярата се усвояват много трудно от растенията.

За да се отстранят вредните и неприятни свойства на органичните утайки, се използват най-често процесите на анаеробното гниене. В специални съоръжения при протичането на сложни химико - биологични процеси органичните вещества се минерализират.

Разпадането на органичните вещества протича в две фази.Първата фаза се характеризира с образуването на голямо

количество киселини (мравчена, мастна, оцетна и др.). Освен това се отделят газове, някои от които с неприятна миризма - СО2, сероводород и др. Водородният показател рН е по-малък от 7, затова тази фаза се нарича кисело гниене. То протича бавно, утайките не изменят обема си, имат лоша миризма и трудно отдават водата си. Поради това киселото гниене в пречиствателните съоръжения трябва да се избягва или да се ограничава.

Втора фаза - През втората фаза настъпва разрушаване на образувалите се през първата фаза киселини, при което се отделят голямо количество метан СН4 и въглероден диоксид СО2, NH3

затова гниенето се нарича метанно (алкално). Процесите са алкални. Утайките нямат лоша миризма, лесно се изсушават, безвредни са в санитарно отношение и са ценен органичен тор. Метанът, който се отделя е висококалоричен газ и може да бъде оползотворен. Метанът и въглеродният диоксид излитат като газове, а NH3 остава в утайката като NH4OH.

Двете фази се осъществяват при наличие на два вида анаеробни бактерии, живеещи в симбиоза: бактерии на киселото гниене и бактерии на метановото гниене. В зависимост от

85

устойчивостта си на различни температури, анаеробните бактерии биват:

- психрофилни – устойчиви при температури от 2 – 20 °С;- мезофилни - устойчиви при температури от 20 – 40 °С;- термофилни - устойчиви при температури от 40 – 60 °С.Мезофилното гниене протича най - добре при 30 – 33 °С, а

термофилното – при 50 – 55 °С. Практически процесите на разграждане на органичните вещества при двете фази протичат винаги успоредно.

Процесът на гниенето на утайките е продължителен. При температура 10 °С разпадането на органичните вещества продължава 4 - 5 месеца, но при повишаване на температурата до 25°- 27 °С процесът протича за 25 - 30 дни. Затова в съоръженията за обработка се прилага изкуствено загряване на утайките, което води до ускоряване на процеса на гниенето и намаляване обема на съоръженията. Утайките, при които е започнало метанно гниене, се наричат узрели. Ако пресните утайки се смесят с известно количество узрели утайки, времето на киселото гниене се съкращава значително.

За да протича нормално процесът на гниенето, трябва да се спазват следните условия:

- да се поддържа оптимална температура в съоръженията;- да се смесват постъпващите пресни утайки в определено

съотношение с узрелите;- да се осигурява добро размесване на пресните с узрелите

утайки.2 . Съоръжения за анаеробно изгниване на утайките

Съоръженията, които се използват за изгниване на утайките, са септични ями, двуетажни утаители (емшерови кладенци), метантанкове и неотопляеми открити изгниватели. Процесът на изгниване се нарича още стабилизация.

2. 1. Септични ями Септичните ями са бетонни или стоманобетонни резервоари

с кръгла или правоъгълна в план форма. Отпадъчната вода протича през тях с малка скорост, при което се задържа голям процент от неразтворените частици. Септичните ями се различават от обикновените утаители по това, че в тях утайките остават до изгниването им от 6 до 12 месеца.

Разпадането на органичните вещества в тях не е пълно. Обикновено протича само първата фаза на гниенето - киселото гниене, поради непрекъснатото постъпване на пресни утайки. В гниещата тиня се натрупват киселини, които забавят процеса на гниенето. Газовете, които се отделят при разпадането на

86

органичните вещества, при изкачването си нагоре увличат със себе си и частици от утайките, които изплуват на повърхността на водата, натрупват се и образуват кора с дебелина до 0,5 m и повече. При това утаената вода се насища с гнилостни газове, замърсява се отново с издигащите се недоизгнили утайки и напуска съоръжението с неприятна миризма и наситена с киселини. По - нататъшното пречистване на тази вода е много трудно.

Обикновено септичната яма се покрива със стоманобетонна плоча, над която се насипва 0,4- 0,5 m пръст за топлоизолация.

Септичните ями са подходящи за пречистването на отпадъчните води на отдалечени от селищата постройки (хижи, почивни домове и др.), а също така и за малки селища до 300 жители в случаите, когато е разрешено заустването в приемника на отпадъчни води, пречистени само механично.

Утайките се изваждат помпено или самотечно (гравитационно). При почистване на ямата не се изваждат всички утайки. Около 20% от тях се оставят за заразяване на прясната утайка с гнилостни бактерии (за подкваска).

2. 2. Двуетажни утаители Двуетажните утаители (емшерови кладенци) са съоръжения с

двойно действие. В тях отпадъчната вода се утаява и утайката се обработва (изгнива).

Те са най-често цилиндрични стоманобетонни резервоари с конично дъно (фиг. 16. 1.). В горната част на кладенеца са разположени корита (улеи), които играят ролята на хоризонтални утаители, а в долната част се събират и изгниват утайките. За всеки утаител обикновено се предвиждат по два улея.

Отпадъчната вода протича през улеите със много малка скорост, при която неразтворените частици се утаяват. Те се свличат по наклонените стени на улея и през надлъжния отвор на дъното му падат в долната калова част. Изгнилите утайки се изваждат с чугунена тръба с Ø 200mm под действието на хидростатичното налягане на водния стълб. Утайките, попаднали в каловата камера (изгнивателя), се подлагат на гнилостна обработка, която съществено се различава от обработката в септичните ями.

Разлагането на органичните вещества протича в две фази. През първата фаза сложните органични съединения (мазнини, белтъчини и въглехидрати) се разпадат на оцетна и мастна киселина и сероводород. Това става при съдействието на анаеробни гнилостни бактерии, които се развиват в кисела среда (рН < 7). През втората фаза получените киселини се разпадат до крайните прости продукти - метан и въглероден двуокис, а сероводородът се съединява с желязото

87

във водата и образува железен сулфид. Той придава на изгнилите утайки черен цвят и миризма на асфалт.

Фиг. 16. 1. Двуетажен утаител1 - улеи; 2 - полупотопени дъски; 3 - саваци; 4 - разпределителни улеи; 5

- тръба за изваждане на утайкитеЗа правилното протичане на гниенето особено важно е да се

съкрати времето на първата фаза – киселинно гниене. Това се постига чрез регулиране на съотношението между пресните и изгнилите утайки или чрез подаване на варово мляко в изгнивателната част на утаителя за ускоряване на алкалното гниене. Скоростта на изгниването на утайките зависи в голяма степен от температурата им. Каловата част се прави дълбоко вкопана в земята, за да се предпази от външните ниски температури, а през зимата утаителят се покрива с дъсчени капаци и рогозки. По-малките кладенци се поставят в закрити помещения.

Вследствие на изгниването утайките намаляват обема си около два пъти. Освен това в каловата част те се уплътняват и намаляват влажността си. Горните пластове утайки имат влажност 95%, а долните слоеве - около 85 %. Средната влажност се приема 90 %, на която съответства обем, два пъти по-малък от обема при влажност 95 %. Поради това след изгниването утайките намаляват обема си общо четири пъти.

2. 3. МетантанковеУтайките от първичните и вторичните утаители се отправят за

обработка в специални съоръжения, наречени метантанкове. Те са по-съвършени съоръжения за изгниване на утайките поради това, че септичната част е отделена от утаителя.

Съвременните метантанкове са стоманобетонни цилиндрични резервоари с конично дъно и херметично покритие, снабдено с купол

88

за събиране и отвеждане на газа метан, който се отделя при гниенето на утайките (фиг. 16. 2.).

В метантанковете, за разлика от двуетажните утаители, гниенето на утайката може да бъде регулирано. В тях се създават благоприятни условия за метанно (алкално) гниене. Това се постига чрез изкуствено загряване и разбъркване на утайките. Загряването им се осъществява:

- чрез серпантини с циркулираща в тях гореща вода; - чрез вкарване на гореща вода или пара в метантанка; - чрез предварително затопляне на утайките преди пускането

им в метантанка. Най - ефикасно е затоплянето с прегрята пара при температура

110 - 112°С, подавана под налягане 0,15 - 0,50 МРа през пароструйни апарати. Така утайките се размесват добре, без да са необходими допълнителни устройства за разбъркването им.

Фиг. 16. 2. Метантанк1 - тръба за подаване на прясна утайка; 2 - елеватор за утайка; 3 -

паропровод; 4 - тръба за рециркулация на изгнила утайка; 5 - тръба за отвеждане на изгнила утайка; 6- шибър за обезвъздушаване 7 - тръба за утайкова вода; 8 - газоотводна тръба; 9 - газов похлупак; 10 - помпа за разбъркване и отвеждане на утайките

Принцип на действие на метантанковетеПресните утайки се подават в метантанка по тръба 1 а през

тръба 5 се отвеждат изгнилите. Водата която се отделя при изгниването и уплътняването на утайките се отвежда по тръба 7. По време на разбъркването, помпата 10 нагнетява утайките в елеватора 2 чрез тръба 4. Парата за загряване на утайките се подава по тръба 3, а газовете се отвеждат по тръба 8.

Пресните утайки се подават в метантанка един път в денонощието или прииждат в него непрекъснато.

Изгниването на утайките протича при анаеробни условия и се развива в алкална среда. Гниенето може да бъде мезофилно при

89

температура от 30 до 33 °С или термофилно при температура- 50 до 55 °С. В повечето случаи се създават условия за мезофилно гниене.

Основни фактори, които определят скоростта на гниенето на утайките в метантанковете са:

а) температурата на утайките; б) съотношението между количеството на пресните утайки,

постъпващи през денонощието в метантанка, и количеството на изгнилите утайки, които остават в него

в) размесването на утайките.При температура 20 °С утайките изгниват за около 30 дни, а при

мезофилното гниене този срок се намалява до 20 дни. Колкото по-малко е денонощното натоварване, толкова по-добре протичат процесите на гниенето.

Изгнилите утайки в метантанковете не намаляват обема си. Причината за това е, че те се разводняват, т. е. влажността на постъпващите утайки е по-малка (95 %) от влажността на изгнилите (около 97 %).

При гниенето на утайките в метантанковете се отделя повече въглероден диоксид, отколкото в двуетажните утаители. Това се дължи на по-високата температура, при която въглеродният диоксид се разтваря по-малко в отделилата се вода и заедно с метана излиза навън. Количеството на отделилите се газове е правопропорционално на температурата на утайките.

Газовете се събират в метален похлупак (калпак) с диаметър 1,2 - 2 m, който се разполага в най-горната част на покритието на метантанка. Ако се предвижда оползотворяването на метана, той предварително се освобождава от въглеродния диоксид, като се промива с вода под налягане 1,5-2,0 МРа. Метанът най-често се използва за загряване на водата, необходима за затопляне на утайките, или служи като гориво на газов двигател за помпата, която разбърква утайките. Газът може да бъде използван и за осветление. В по-големите пречиствателни станции полученият газ - метан може да покрие всички енергийни нужди на станцията.

90

Тема 17. Обезводняване и обезвреждане на утайките

Обезводняването на утайките има за цел да намали многократно обема им за да се улесни транспортирането, депонирането или оползотворяването им. На обезводняване се подлагат всички видове утайки- пресни и изгнили, първични и излишни активни утайки. Обезводняването може да се извършва при естествени и изкуствени условия.

1. Обезводняване на утайки при естествени условия Изгнилите утайки от метантанковете, септичните ями и

двуетажните утаители, а понякога и пресните утайки от обикновените утаители, могат да бъдат изсушени при естествени условия в изсушителни полета. Те представляват изравнени площи, заградени от всички страни със земен насип или бетонни стени (фиг. 17. 1.). В зависимост от вида на почвата изсушителните полета се правят с естествена или изкуствена основа (дъно). Естествената основа се прилага в случаите когато почвата има добра филтрираща способност (пясък, леки глини), подпочвените води са на дълбочина по-голяма от 1,50 м и според санитарните изисквания е допустимо просмукването на ОВ в земните пластове. В противен случай се прави изкуствено дъно. То се изпълнява от бетон с дебелина 0,10 - 0,15 m или мазна глина 0,20 - 0,30 m.

Фиг. 17. 1. Изсушително поле

Върху водоплътната подложка се нареждат дренажни тръби (керамични или бетонни) с диаметър 75 - 400 mm през 4 - 8 m с наклон 2 - 5о. Те се включват в общ събирател, по който дрениралите се отпадъчни води се отвеждат към съоръженията за биологично пречистване или се заустват в приемника, след като предварително се хлорират. Количеството на филтриралата се вода е около 0,1 % от общото количество на отпадъчната вода. Върху дренажните тръби се

91

нарежда пласт сгурия или чакъл с дебелина 0,20 - 0,30 m и над него се насипва 0,20 m пясък.

Площта на изсушителните полета зависи от количеството на утайките, от характера на почвата, от климатичните условия и структурата на утайките. Така например неизгнилите утайки от първичните утаители имат колоидална структура и трудно отдават водата си, докато изгнилите утайки имат зърнеста структура и съхнат бързо.

За да се организира по - добре механизираното почистване на утайките, препоръчва се полетата да бъдат с широчина 10 - 30 m и дължина 100 - 150 m. Земните насипи или стените, които ограждат площадките, са с височина 0,5-1,0 m. По тях минават каналите за подаване на утайките. Те се изливат в площадките през специални бетонни или дървени улеи, разположени през 10 - 15 m. Утайките се довеждат до изсушителните полета гравитационно, ако теренните условия позволяват това, или се подават помпено. Височината на една заливка е 0,25 - 0,30 m, а през зимата - 0,50 - 0,70 m. Времетраенето на съхненето през летните месеци е 10 - 15 денонощия. След като изсушените утайки се напукат, те се изнасят от площадката или върху тях се залива втори пласт за изсушаване. Допускат се една върху друга най - много три заливки.

Обезводняването на утайките в изсушителните полета се осъществява главно чрез изпарението на водата. Поради това интензивността на изсушаването им зависи до голяма степен от климатичните условия. Те не са подходящи за страни с влажен климат и ниски температури. В такъв случай е добре да се използват в комбинация с някои от механичните начини за изсушаване.

2. Обезводняване на утайки при изкуствени условия Изсушителните полета не могат да бъдат прилагани за

изсушаването на утайките при неподходящи теренни и климатични условия, както и при големи пречиствателни станции, тъй като в повечето случаи заемат обширни площи ценна обработваема земя. Тогава се използват по-съвършени начини за обезводняване на утайките, към които се отнасят преди всичко методите за механично отделяне на влагата. Това се постига чрез; а) филтруване на утайките (под вакуум), б) пресоване и в) центрофугиране.

2. 1. Обезводняване на утайки чрез филтруванеЗа обезводняване на утайките най-много се използват

вакуумфилтри, които са показали най-добри технически и икономически резултати. Вакуумфилтрите представляват барабани, обвити в метална мрежа или тъкан от памучни, стъклени, пластмасови влакна (фиг. 17. 2.). Надлъжни плътни прегради, разположени радиално, разделят барабана на 6 – 8 камери. Той е

92

потопен до 1/3 от диаметъра си в корито, в което постъпват утайките за обезводняване.

Фиг. 17. 2. Вакуум филтър

Към челната му страна са включени тръбите, идващи от вакуумпомпата и компресора. Честотата на въртене на барабана е 1 – 1,5 rpm. В секторите, които са потопени се създава вакуум, вследствие на който утайките полепват по филтърната тъкан в слой 10 – 20 mm. Под действието на вакуума водата се отделя от твърдата част на утайките. След излизането на камерите от коритото към тях се включва компресора, който чрез сгъстен въздух създава налягане от 0,2 – 0,4 МРа. Утайките се отлепват от филтърната тъкан, специален нож ги почиства от повърхността на барабана и те падат върху транспортната лента. След това се отправят за по-нататъшно изсушаване или се извозват към мястото на използването им. Влажността на филтруваните утайки е 80 - 82 %. Отпадъчната вода, която се прецежда през лентата, се подава помпено към съоръженията за биологично пречистване.

2. 2. Обезводняване на утайки чрез центрофугиранеЦентрофугите за обезводняване на утайките представляват

мрежести барабани с вертикален или хоризонтален вал на въртене. По-голямо приложение имат вертикалните центрофуги. При тях изгнилите утайки се пускат в барабана отгоре. При честота на въртене 75 rpm утайките, чиято маса е по-голяма (съответно и центробежната им сила е по-голяма) се притискат плътно към стените на барабана. Изцедената вода изтича надолу и по специален тръбопровод се отвежда за биологично пречистване. След като върху стените на барабана се натрупа определено количество утайки, въртенето му се прекратява и изсушените утайки се почистват. Продължителността на един цикъл е 2 - 4 min. Влажността на утайките намалява до 70 - 75 %.

93

Недостатък на този метод е лошото качество на филтруваната вода. Заедно с нея се увличат 20 - 25 % от твърдите частици, което затруднява пречистването й.

2. 3. Обезводняване на утайки чрез пресованеУтайките се подават върху лента от филтърна материя, която

бавно се движи между система от валяци ( фиг. 17. 3.). Те пресоват утайките и ги освобождават от водата. Обезводнените утайки падат върху транспортна лента, по която се отправят към изсушителните полета.

Фиг. 17. 3. Схема за обезводняване на утайки чрез пресоване3. Термично изсушаване на утайките Утайките, обезводнени по механичен начин, имат влажност от 70

до 80 % и могат да загниват. За да се улесни превозването и съхраняването им се налага те да бъдат изсушени по термичен начин, при който влажността им се свежда до 10 - 15 %. Термичният метод се използва и за обезвреждане на утайките.

За термичната обработка на утайките се използват барабанни сушилни, валцови сушилни и др. Най-широко приложение има барабанната сушилня (фиг. 17. 3.). Тя се състои от стоманен барабан с диаметър 1 - 2,5 m с дължина 5 - 14 m, който се върти около надлъжната си ос с честота на въртене 0,5 - 4 rpm. Барабанът се монтира с наклон от 1 : 15 до 1 : 50. Влажните утайки се подават в горния му край и движението им по дължината му се направлява от специални винтови лопатки. Утайките могат да заемат до 20 % от обема на барабана.

94

Фиг. 17. 3. Технологична схема за термично изсушаване на утайките с барабанна сушилня

За изсушаването се използват горещите димни газове, които се получават при изгарянето на въглища, утайки или метан в специални пещи. Температурата на постъпващите газове е около 500 °С, а на излизащите – 200 - 250 °С. Времето за сушене е 30 - 35 min. Оползотворените газове се изсмукват със специален вентилатор.

Изсушените утайки обикновено се смилат и с елеватор се изкачват в бункер за съхранение. Оттук те се товарят и се изпращат за оползотворяване.

Утайките, които постъпват в барабана за сушене, не трябва да имат влажност, по-голяма от 50 %. Влажността им може да се намали, като се смесят с част от термично изсушените утайки, които след смилането им се връщат в специален смесител.

95

Литература

1. Богоев С., И. Папазов, Е. Кабакчиева, Пречистване на промишлени отпадъчни води, Техника, София, 1987г.

2. Добревски И.,В. Мавров, В. Ненов, В.Ганев, Технология на водата, част II, изд. Техника, 1987г.

1. Магаева С., С. Караиванов, Екологична химия и опазване на околната среда, БУЛВЕСТ, 2000.

2. Игнатова Н., Опазване на водите, Ръководство за упражнения, изд. При ЛТУ, 1998.

3. Мирянова Л, Е. Вълкова, Водоснабдяване, канализация и пречистване на питейни и отпадъчни води, част II , Техника, София, 1992.

4. Добревски И. и др., Ръководство за упражнения по технология на водата, част I и II, Техника, София, 1989.

5. Цачев Ц., Пречистване на битови отпадъчни води, изд. Техника, 2001г.

96