Конкурс. Бесплатная публикация

УДК 628.1

Кошелева Дарья Владимировна – студент, кафедры техносферная безопасность, института химии и защиты в ЧС Уфимского университета науки и технологий.

Тараканов Дмитрий Анатольевич – ассистент кафедры безопасности производства и промышленной экологии, института химии и защиты в ЧС Уфимского университета науки и технологии.

Малофеев Роман Евгеньевич – студент кафедры безопасности производства и промышленной экологии, института химии и защиты в ЧС Уфимского университета науки и технологии.

Аннотация: В статье рассмотрена природа сточных вод, проведена оценка степени их загрязнения, а также предложен ряд методов по водоочистке, ставшей одной из лидирующих и наиболее актуальных проблем нашего времени.

Ключевые слова: загрязнение, методы очистки, сточные воды.

Из-за стремительного развития различных нефтеперерабатывающей, металлургической, химической и других промышленных отраслей, аграрного сектора, логистических инфраструктуры и прочих видов человеческой деятельности на первый план в повестке дня выходит вопрос очистки сточных вод. Невнимание к данной проблеме приводит к снижению биологического разнообразия, ухудшению качества воды и многим других негативным последствиям.

Сточные воды загрязняются из-за бытовой деятельности человека, из-за производства и из-за атмосферных явлений [1].

В силу этих факторов в воду попадают компоненты жидких, твердых и газообразных веществ. Это может привести к неприятному вкусу и резкому запаху воды.

Круговая диаграмма по степени важности экологических проблем приведена на рис. 1.

По результатам анализа рис. 1 видно, что промышленность является максимальным значением (43%) по загрязнению сточных вод, минимальным значением загрязнения сточных вод (16%) является воздействие различных объектов.

Рисунок 1. Диаграмма степени важности экологических проблем [1].

Динамика сброса сточных вод в поверхностные водные объекты приведена на рис. 2.

Рисунок 2. Динамика сброса сточных вод в поверхностные водные объекты [2].

По результату анализа рисунка 2 видно, что в 1990 г. количество сброса сточных вод и загрязненных вод было максимальным. Минимальное значение сброса загрязненных вод наблюдалось в 2018 г. По сбросу сточных вод минимальное значение наблюдалось в 2019 г. Из наблюдений видно, что ближе к 2021 г. сброс сточных и загрязненных вод значительно уменьшился, что напрямую связано с разработкой и усовершенствованием методов очистки.

Стоки могут очищаться следующими методами:

1. Механическим способом.
2. Физико-химическими способами.
3. Биохимическими способами.
4. Методами дезинфекции [2].

Механическая водоочистка является важнейшим этапом предварительной обработки сточных вод перед их очисткой биометодами. В ходе нее используются различные элементы, например, фильтры, решетки, уловители песка, сита, отстойные камеры. Они необходимы для удаления из сточных вод крупных твердых загрязнений.

Рисунок 3. Наглядная схема технологического устройства механической станции очистки стоков: вода (1) проходит через решетки (2), уловитель песка (3), отстойники (4), смесители (5), контактную емкость (6), выпускные клапаны (7), дробилки (8), площадку для песка (9), метантанки (10), камеру хлорации (11), площадку для ила (12), после чего разделяется на отбросы (13), пульпу (14), песчаную пульпу (15), сырок (16) и сброшенный (17) осадок, дренажную (18) и хлорную (19) воду.

Целью физико-химической очистки выступает удаление растворенных и тонкодисперсных неорганических веществ, очищение воды от сложно окисляемых органических соединений. Здесь пользуются коагуляцией, адсорбцией, флотацией и т. д. Сегодня все чаще встречаются обезвоживающие центрифуги. За счет этого получается достигнуть максимально качественного разделения твердой и жидкой фракции, что отображено на рис. 4.

Рисунок 4. Наглядная схема устройства станции физико-химической очистки стоков: подача стоков (1), решетка (2), уловитель песка (3), камера флокуляции (4), отстойник после флокуляции (5),контактный резервуар (6), фильтры адсорбции (7), отвод очищенной воды (8), источник подачи коагулянта (9), источник подачи флокулянта (10), озонатор (11), емкость для промывочной воды (12), источник подачи полиэлектролита (13), осадочный уплотнитель (14), пресс-фильтр (15)

Для биологической очистки сточных вод используется активный ил, который состоит из совокупности всевозможных микроорганизмов. Данный способ очистки сточных вод сегодня применяется очень активно и является одним из самых актуальных. Его схему можно изучить по рис. 5.

Рисунок 5. Наглядная схема традиционной очистки сточных вод с помощью биологических методов.

Сделать очистку стоков более эффективной и в то же время менее затратной помогает инновационный способ биологической очистки, при котором аэротанки переоснащают, чтобы они работали в режиме нитриденитрификации. Данный способ показан на рис.6.

Рисунок 6. Технологическая схема усовершенствованной станции очистки стоков с использованием биологических методов.

Для финишной очистки стоков используются установки УФ-облучения, показанные на рис. 7 [3].

Рисунок 7. Наглядная схема финишной очистки сточной воды с использованием ультрафиолета.

Для обеззараживания стоков, очищенных биометодами, также применяется хлорирование в течение получаса.

Хлор задействован как главный очистной реагент практически во всех очистных сооружениях на территории России. Так как данное вещество является достаточно токсичным и опасным, многие очистные станции уже активно переходят на дезавид, гипохлорит и прочие химреагенты для обеззараживания стоков.

Передвижные станции очистки стоков обычно состоят из циркуляционного насоса, угольного фильтра, емкости обеззараживания и барботера. Они применяются вместе со стационарными в том случае, если необходима очистка в малых объемах или же не в постоянных случаях.

Чаще всего путем механической очистки и применения химических реагентов не получается достичь нужных результатов. Здесь применяют термическую утилизацию стоков – их сжигают горелках, печах, аналогичных установках. В европейских странах чаще всего задействуют дорогостоящие, но эффективные печи термического разложения. В России чаще применяются надежный, универсальный и относительно недорогой огневой метод, который показан на рис. 8 [4].

Рисунок 8. Схема обезвреживания стоков огневым методом: а – без утилизации тепла; б – с подогревом принудительно подаваемого воздуха за счет тепла отходящих газов. На схеме изображены: печь (1), труба для отвода дыма (2), вентилятор, который подает воздух на разбавление дымовых газов (3), воздуходувка (4), газоход (5), дымосос (6), подогреватель воздуха (7).

В основе его лежит процесс распыления стоков в виде мелких частиц, которые поглощаются факелом, образующимся при горении газообразных или жидких веществ. Процесс испарения воды запускает разложение вредных примесей на воду и углекислый газ.

Сегодня в связи с применением оборотных систем водоснабжения все чаще пользуются физико-химическими методами очистки стоков. Самыми распространенными из них выступают: [5]

• сорбция;
• флотация;
• эвапорация;
• центрифугирование;
• выпаривание.

Таблица 3. Сравнение физико-химических способов очистки стоков [6].

Метод	Преимущества	Недостатки
Флотация	Низкие затраты на эксплуатацию установок; простота конструкции и обслуживания флоататоров; высокоэффективная и быстрая очистка воды.	Дорогой процесс строительства; необходимость постоянно поддерживать необходимо количество биомассы бактерий; строгие требования к соблюдению технологического режима очистки; ограничения по переработке некоторых органических соединений.
Сорбция	Конструктивно простые фильтры, долгий срок службы, надежность; высокая эффективность; простота замены применяемых сорбентов; возможность пользоваться для очистки воды различными веществами.	Для размещения высокопроизводительного и высокоэффективного оборудования необходимо достаточно много свободного пространства; воду необходимо очистить от крупных частиц.
Центрифугирование	Возможность получать осадок с минимальным показателем влажности; разделение тонкодисперсной суспензии.	Высокая энергоемкость приборов.
Эвапорация	Экономия ресурсов; концентрация веществ; очистка; применение в различных отраслях; энергоэффективность	Энергозатраты; оборудование и инфраструктура; потери продукта; необходимость контроля параметров
Выпаривание	Концентрация вещества; очистка; экономия места; увеличение срока хранения; экономия ресурсов; процесс обогащения	Потеря энергия и продукта; коррозия; ограничения при работе с чувствительными веществами; экологические проблемы

Развитию современной системы отведения и очистки сточных вод отводится ключевая роль в обеспечении грамотного использования водных ресурсов и сохранения баланса окружающей среды [7].

Из-за быстрого развития промышленного сектора, роста городов и увеличения численности населения серьезно возрастает и спрос на водные ресурсы [8].

Рисунок 9. Структура мирового водопотребления

В связи со всем вышесказанным особенно важно уделять внимание развитию современной системы по очистке сточных вод разных типов. Она должна хорошо защищать окружающую среду от всевозможных загрязнений. [9] Для успешного решения указанных задач необходимы проектирование и строительство сетей отведения и очистки стоков, которые будут способствовать эффективному удалению загрязнений и обеспечивать самые благоприятные условия пользования водными ресурсами.

Список литературы

1. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов: - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006 – 704 с.
2. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация. М.: Стройиздат, 1987, - 319 с., ил.; 7-е издание, переработанное и дополненное.
3. Elizaryev A., Cattani C., Tarakanov Dm., Khasanov I., Fakhertdinova A. / Review of the international publication activityby phytoremediation technology // Проблемы обеспечения безопасности (Безопасность-2021). 2021. С. 41-47.
4. Мешалкин А.В., Дмитриева Т.В., Шемель И.Г. Экологическое состояние гидросферы под редакцией д.т.н., проф., академика РАЕН Коржавого А.П. 2017.
5. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях. Бюро НТД. 2015.
6. Biological approaches to the purification of textile wastewater Alexey Elizaryev A., Elizareva E., Tarakanov Dm., Fakhertdinova A. E3S Web of Conf., 389 (2023) 04001. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338904001
7. Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2013. №1 (17). Журкин Н.Н., Алибеков С.Я. Усовершенствование механической очистки сточных вод.
8. Башкирский химический журнал. 2017. №4. Т.14. Назаров В.Д., Гараев И.Ф., Назаров М.В. Физико-химические методы очистки и обеззараживания сточных вод туберкулезных и инфекционных.
9. Assessment of anthropogenic impact on the hydroecological regime of water bodies (using the example of the Belaya river) Alexey Elizaryev A.