Третиране на отпадъчни води

Третирането на отпадъчни води е процес, при който се отстраняват замърсители от водите, отведени от битови, промишлени или търговски обекти, както и повърхностни оттоци. Пречистването на водите се осъществява в пречиствателни станции, в които са разположени поредица от съоръжения. Тези съоръжения зависят от конкретните нужди и се цели постигане на зададени качествени показатели на водата. Това определя използваните технически средства и прилаганата технология. Пречиствателните станции разполагат със системи за пречистване, които третират водата в зависимост от потребностите. Използват се механични биологични, химични и физико-химични методи.

Процесът третиране на отпадни води варира от обикновени резервоари, служещи единствено за утаяване и прецеждане, до сложните процеси за усъвършенствано биологическо третиране, които са известни днес. Използването на пречиствателни станции е от огромно значение за възстановяване на природните ресурси, за опазване на околната среда и екологичното равновесие, особено в гъсто населени райони или крупни промишлени предприятия.

Механично (първично) третиране на отпадни води, мазниноуловители
При механичното пречистване от водата в пречиствателните станции се отстраняват грубите замърсители, плаващите и неразтворени вещества като камъни, пясък, пластмаси, дървесни клони, текстилни материали и т.н. Този метод обикновено е предварителен и при него водата се подготвя за окончателно пречистване посредством химични, биохимични или други методи. Механичният метод за пречистване включва няколко етапа - прецеждане, утаяване, филтриране и отделяне на неразтворените частици чрез хидроциклони и центрофуги.

Прецеждането е първият етап от механичното пречистване. За задържане на обемните плаващи предмети в пречиствателните станции се предвиждат груби и фини решетки или ротационни барабанни решетки. Те не допускат попадане на големи отпадъци в последващия процес на пречистване.

Чрез утаяване в специални пясъкозадържатели се отстраняват частиците от минерален произход - пясък, въглища, сгруя и др. В резултат на промяна в скоростта на движение на отпадъчните води в пречиствателните станции се отделят частиците с размери от 1-2mm. Ако тези частици не бъдат уловени, ще доведат до дoпълнителни усложнения в процеса - запушване на вентили или помпи. Тези съоръжения гарантират отстраняването на частици с размери по-големи от 0,15mm.

След решетките и пясъкозадържателя при необходимост се поставя мазниноуловител или маслоуловител – в зависимост от качеството на водата. Мазниноуловителите са предназначени за захващане на олиа и мазнини, които се оттичат в отпадни води от кухни, хранително-вкусови цехове, цехове за обработка на месо и други. Те служат за защита на канализацията и другите съоръжения в канализационната мрежа от полепвания и замърсяване.

Монтират се на отпадната канализация възможно най-близо до мястото на възникване на отпадни води съдържащи мазнини. Използването на мазниноуловители се препоръчва и преди домашни пречиствателни станции. Там водите съдържат голямо количество мазнини, чийто разграждане предизвиква окисление и причинява биохимични и механични повреди, следователно и понижаване на ефективността на пречиствателните станции за отпадни води.

Мазнинозадържателите се произвеждат като цилиндрични или правоъгълни пластмасови резервоари, оборудвани с покритие и капак, изолиращ миризмите. Резервоарите са оборудвани с технологични стени и хранилище за събиране на мазнините, което може да бъде подвижно или стационарно. Съдържащите се в отпадъчните води масла се отделят под формата на повърхностен шлам. Съгласно Базелската конвенция маслените и петролните смеси следва да се третират като опасни отпадъци.

Механичното пречистване, представлява добро начало за отстраняване на замърсители във водите, но най-често е недостатъчно, за да осигури качество, съответстващо на изискванията на националното законодателство.

Биологично (вторично) третиране на отпадни води
Биологичното третиране е най-често използваният метод за допълнително третиране на отпадни води. Прави се с цел отстраняване на големите количества органична материя и хранителни вещества останали след механичното пречистване. Съоръженията за биологично третиране са едни от най-мащабните и скъпи елементи в една пречиствателна станция.

Биологичното пречистване може да бъде извършено в аеробна (при наличието на кислород) или анаеробна (при отсъствието на кислород) среда. Най-характерният прoцес при този вид пречистване е процесът на активната утайка. Извършва се в аерирани басейни и след това утаители. В аерираните басейни се подава кислород (аерация), който бива използван от микроорганизмите за окисление на биологичния материал. По този начин бактериите получават енергия, нужна за биологичното им съществуване и размножаване. Като продукти от разграждането на органичната материя се получава въглероден диоксид (освобождаващ се свободно в атмосферата), вода и нова биомаса (нови бактерии). Голяма част от биомасата се утаява. Микроорганизмите се групитат и тъй като са по-тежки от водата се утаяват на дъното на басейните под формата на шлам (активна утайка). Активната утайка се състои от голяма част живи и мъртви микроорганизми. За създаване на оптимални условия за бактериите и осъществяване на биологичния процес е необходимо известно време на задържане на отпадната вода и утайката. За да се поддържа постоянно нивото на активната утайка, периодично част от нея се извежда от басейните. Тя съдържа в големи количества молекулярно свързан азот и фосфор.

Анаеробните процеси са известни като гниене. Анаеробното пречистване на водата се дължи на процеси на окисление и ферментация на веществата, съдържащи въглерод. В резултат се освобождават въглероден диоксид и метан. А това е възможност и за създаване на инсталация за добив на биогаз. По този начин метанът се превръща в енергоизточник, а не в източник на замърсяване на околната среда. Характерно за анаеробния процес на пречистване на отпадните води е, че утайката, която се отделя при осъществяването му, е в много по-малко количество, отколкото в аеробния.

Биологичното третиране в пречиствателните станции отстранява около и дори над 85 % от трудно разградимите и разтворените частици в сравнение с механичното, което отстранява около 50 % от тях. В резултат на биологичното пречистване на водата се отлагат утайки, чийто обработване е задължително. Концентрацията на всички видове замърсяващи вещества в тях е много по-висока в сравнение с концентрацията им в отпадните води. Крайната цел е трансформирането и превръщането на съдържащите се в тях органични вещества в безвредни стабилни и безопасни за околната среда продукти. Утайките преминават през няколко етапа на обработване при, което се получава продукт, който може да се използва за добиване на енергия чрез изгаряне, за наторяване в земеделието и др.

Химическото (третично) третиране на отпадни води
Отпадните води от производствения процес на предприятията имат замърсители, които не могат да се разложат с биологични средства. Когато биологичното пречистване не е достатъчно поради различни характеристики на отпадните води или токсичност, тогава е необходимо химическо третиране.

При химичните методи на пречистване се внасят реагенти, които влизат в химични реакции със замърсяващите вещества във водите. В резултат най-често се получават нови безвредни съединения, които се отстраняват като утайка или се отделят във вид на газ. В практиката се прилагат два основни метода за химично пречистване – неутрализация и окисляване.

Неутрализацията е един от често употребяваните методи за пречистване на водите. Той се основава на реакция, при която се образува безвредно слаборазпадащо се съединение. Прилага се за предотвратяване на корозията на канализационните и пречиствателни съоръжения и за осигуряване на неутрална среда след биологичните процеси във водоемите.

Окисляването се използва за пречистване на отпадъчните води от органични вещества, за обезвреждане на токсични субстанции, за прекратяване на жизнената дейност на микроорганизмите. Това пречистване може да бъде химично, електрохимично и термично. Изборът на метод зависи от състава и дебита на отпадните води, количеството и свойствата на замърсителите, изискванията за качество на пречистената вода.

Определянето на замърсителите е основна част от проектирането на пречиствателната станция. Вземат се в предвид потока отпадни води, характера на замърсяване, квалификация на пречистването, инвестиционни и оперативни разходи. Във фаза проектиране се определя дали станцията ще бъде модулна или от стоманобетон. Химическите системи за пречистване на отпадни води обикновено се състоят от бързо и бавно смесителни резервоари, резервоари за химикали, за смесване и дозиране на химически разтвори, и др. Също така има и системи за обезводняване на утайката.

Химическото пречистване е процес, при който се променя агрегатното състояние на материала, който е разтворен или попаднал във водата. В процеса на химическо пречистване веществата в отпадните води с оптимална киселинност, се утаяват чрез добавяне на химически вещества (коагуланти, флокуланти, полиелектролити и др.) и се отделят от калната вода. Прилагането на химическо пречистване има 3 стъпки: флокулация коагулация и утаяване.

Химическите пречиствателни локални станции се произвеждат с непрекъснато или прекъснато действие в зависимост от капацитета им. Пречиствателните станции с непрекъснат режим на работа се предпочитат при по висок капацитет. Състоят се от елементи за флокулация, коагулация и утаяване. При тези системи има постоянен приток и отток на вода. Химическите вещества постъпват постоянно чрез автоматични дозиращи помпи.

Пречиствателни станции с прекъснат режим на работа се използват при по-нисък капацитет. Бързото и бавно размесване и процесът на флокулация се извършват в един и същ резервоар последователно. Съдът за химически реакции има капацитет за отпадните води от един ден и така се премахва необходимостта от басейн за събиране и балансиране на отпадните води.

Физико-химично третиране на отпадни води
При физико-химичното пречистване (коагулация, сорбция, йонен обмен, обратна осмоза и др.) протича химическо взаимодействие между замърсяващите вещества и използваните химични реагенти. Заедно с това се създават условия за въздействие върху хода на пречистването чрез различни физикохимични процеси и явления.

При процесите на механично пречистване на отпадните води се отстраняват в значителна степен грубодиспергираните примеси (с размери над 15 μm). Основната цел на коагулационното пречистване е отстраняването на финодиспергираните, колоидните и емулгираните примеси, които се съдържат в тях, чието просто утаяване или филтруване протича незадоволително. Чрез коагулацията (преминаване на веществата от едно състояние в друго) се намаляват простите вещества, участващи в системата. Това се осъществява чрез внасяне на електролити, противоположно заредени колоиди или чрез изменение на някои физични фактори (температура, разреждане, механични въздействия и др.). При промишлена реализация на коагулационния процес се използват реактори, утаители - тръбен тип, ламелен тип, радиални утаители и др.

Адсорбционните методи се използват предимно за допречистване на води. Независимо, че могат да се отстраняват замърсители с различна плътност (суспендирани, колоидни, разтворени вещества), икономически по-целесъобразно е по този метод да се пречистват води с ниско съдържание на молекулно и йонно разтворени вещества, които имат органичен характер. За адсорбционното пречистване на води се използват естествени и изкуствени материали. Особено често се използва активният въглен.

Обратната осмоза се използва както за опресняване (деминерализация) на морски и океански води, така и за пречистване на отпадъчни води (например допречистване на отпадъчни води от галванични производства, от хранителната промишленост, битови отпадъчни води, и др.). Обратната осмоза е процес на преминаване на разтвори под налягане през полупроницаеми мембрани. Тези мембрани пропускат молекулите на разтворителя (водата) и частично или напълно задържат молекулите на разтворените вещества. Основните фактори, които влияят върху производителността на обратната осмоза са температура на обработваната вода, приложеното работно налягане, природата и концентрацията на разтворените соли и др.

Флотацията е физико-химичен процес за отделяне на фино диспергирани (многокомпонентни вещества) и колоидни вещества от водата с помощта на газови мехурчета. Тя е резултат от молекулното прилепване на частиците на флотиращото се вещество върху граничната повърхност на двете фази газ-вода. В резултат от действието на тези сили се получават агрегати (аерофлокули), представляващи газови мехурчета с частици. Те изплуват на повърхността на течността и образуват слой пяна, който е с голяма концентрация на замърсяващите частици. По такъв начин водата се пречиства. Прилагането на флотацията е целесъобразно за отстраняване от водата на вещества които са с по-малка или относително същата плътност. Основно тя се използва за пречистване на отпадъчни води, които съдържат масла, мазнини, нефтопродукти, латекси, и други.

Флотацията се провежда в съоръжения, наречени флотатори. В тях водата престоява от 20 до 40 минути (до 6 пъти по-кратко, отколкото престоява в утаителите), като се постига висок ефект на пречистване. Съществено предимство на флотацията пред утаяването е, че извлеченият пенен концентрат е с много по-ниска влажност, поради което неговият обем е от 2 до 10 пъти по-малък от обема на утайките. Този показател е от съществено икономическо значение, защото намалява разходите за транспортиране и следващо обработване на извлечените вещества.

Счита се за много подходящ метод и при третирането на индустриални отпадни води или като начален етап при третирането на битово-фекални отпадни води.

Пречиствателни станции
Съществуват множество видове пречиствателни станции с различни комбинации от методи за третиране на отпадните води. Производителите неуморно разработват нови технологии, по-добри от предишните, които се монтират и поддържат по-лесно, по-икономични са, а качеството на извършената работа е по-добро. На каква пречиствателна станция ще се спре потребителят зависи от конкретните условия – еквивалент жители, качество на входната вода, качеството, което се цели да постигне на изходната вода, инвестиционни възможности и много други. Фирмите производители осигуряват както монтажа и поддръжката, така и експертна оценка какаъв вид пречиствателна станция ще е най-доброто решение.

Пречиствателните станции се различават по нивото на пречистване на водата – от битово отпадна до градинска, от битово отпадна до питейна, от дъждовна до питейна. Конструкцията на системата зависи и от броя на хората, които обслужва. Домашните инсталации могат да обслужват максимум 25 човека. Груповите пречиствателни инсталации са със среден диапазон от 25 до 500 Е.Ж. (еквивалент жители). Има пречиствателните станции за цели населени места, които са за над 1000 Е.Ж.

Най-разпространени са модулните решения, при които процесът в пречиствателните станции е автоматизиран, контролира се от електронно табло и поддръжката е максимално опростена. За модулните пречиствателни станции са характерни ниски разходи за строително-монтажни дейности, компактни размери, лесно увеличаване на капацитета на станциите чрез добавяне на допълни модули, минимални разходи на електрическа енергия.