Поверхностный и подземный сток.уравнение водного баланса

1.1.Классификация сточных вод

Сточные воды от промышленных предприятий, в зависимости от условий образования, подразделяют на три основные группы:

— Производственные сточные воды. Их наличие непосредственно связано с выпуском продукции или обеспечением работы технологического оборудования. Эти воды, в свою очередь следует разделить на технические и технологические.

Технические сточные воды являются следствием использования воды для обеспечения нормальной работы технологического оборудования (например, охлаждение).

Технологические сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах (например: гидротранспорт, растворы реактивов и т.д.)

— Бытовые сточные воды. Образуются в результате использования воды для бытовых целей (т.е. воды от санитарных узлов, душевых и т.д.)

— Атмосферные (поверхностные) сточные воды. Являются результатом выпадения осадков (дождевые и талые). К этой группе следует отнести воду, используемую для полива газонов, проездов, а также, для мытья зданий и т.п.

По степени загрязненности сточные воды могут быть двух категорий:

— загрязненные, т.е. сброс которых в водный объект или водоотводящую сеть населенного пункта без предварительной обработки запрещен;

— незагрязненные (условно-чистые), т.е. сброс которых в водный объект или водоотводящую сеть населенного пункта, в данных условиях, разрешен без предварительной обработки.

В зависимости от назначения, воду в системах производственного водоснабжения разделяют на 4 категории:

I категория — вода используется для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с продуктом, а также вода, используемая для охлаждения технологического оборудования; вода нагревается, но практически не загрязняется (загрязнение химическими веществами такой воды наблюдается в результате аварий или неисправности теплообменных аппаратов и технологического оборудования);

II категория — вода используется в качестве среды, поглощающей различные нерастворимые (механические) и растворенные примеси; при этом не нагревается, но загрязняется механическими и растворенными примесями (например: обогащение полезных ископаемых, гидротранспорт);

III категория — вода используется также, как и вода II категории; при этом загрязняется и нагревается (например: улавливание и очистка газов в скрубберах, гашение кокса и т.д.)

IV категория — вода используется в качестве растворителя реагентов или экстрагента (например: при флотационном обогащении природных ископаемых) и др.

Виды и свойства промышленных стоков

Производственные стоки воды появляются в результате действий предприятий по переработке сырья и созданию какой-либо продукции.

Промышленные воды можно разделить на следующие категории:

  • Относительно чистые – такая вода появляется в основном после охлаждения различных агрегатов;
  • Грязные – создаются в результате промывки сырья или участия жидкости в различных производственных и технических процессах.

Производственные водные стоки по своему составу весьма неоднородны и могут иметь разные свойства. Состав загрязнений, а также их концентрация зависят от технологии производства, вида изготавливаемой продукции, используемого сырья и оборудования.

Например, водные стоки бумажных комбинатов заполнены целлюлозой и древесным волокном, металлургических заводов – окалиной и фенолами, шахт – угольной пылью, текстильных фабрик – моющими средствами и красителями и так далее.

При этом количество производственных стоков зависит от мощности предприятий, а также расхода воды на одну единицу изготавливаемой продукции.

Что касается концентрации загрязнений, то она может быть слабой (стоки машиностроительных и металлургических заводов), средней (сточные воды мясных и молочных комбинатов) и высокой (стоки предприятий первичной обработки шерсти).

Виды загрязнений предприятий промышленности

Важная характеристика примесей, попадающих в воду, — растворимость:

  • Часть из них образуют истинные растворы, в которых размеры частиц инородных веществ не превышают 1 нм.
  • Другие формируют коллоидные системы с более крупными крупицами. Их диаметр может достигать полмиллиона нанометров.
  • Третьи не растворяются в воде совсем, образуют гетерогенные системы с примесями во взвешенном состоянии.

Состояние водного потока имеет принципиальное значение для выбора правильных походов к его очистке.

Интересно. Для стоков с большим количеством нерастворимых загрязнений определяющим этапом является механическое разделение.

Состав примесей также принципиально различается. Инородные вещества имеют следующий характер:

  • неорганический (минеральные компоненты);
  • органический (угеродсодержащие соединения);
  • биологический (микроорганизмы, вирусы, часть грибков).

На предприятиях по производству кожи, шерсти, витаминов, некоторых лекарственных препаратов в стоках преобладают биологические загрязнители; в горнорудных комплексах – минеральные компоненты.

Степень агрессивности стоков варьируется от сильной (концентрированные кислоты и основные вещества) до нулевой.

Методы

Для сбора и очистки бытовых стоков применяют автономные очистные сооружения, после которых они становятся готовыми для сброса в водоемы или грунт.

В зависимости от количества сточных вод и степени загрязнения могут быть использованы:

  1. механические;
  2. биологические;
  3. химические;
  4. физико-химические

методики.

Ниже рассмотрен каждый способ в отдельности.

Механические

Механическая очистка представляет собой процесс устранения крупных взвешенных веществ и загрязнений (например, глину и песок).

К механическим устройствам, используемым при очистке ХБС, относятся:

  • решетки;
  • пескоулавливатели;
  • отстойники.

Справка! Такие способы являются простыми и доступными, позволяют устранить до 80% загрязнителей различных по массе и объему.

Частицы с большим удельным весом падают вниз, а легкие всплывают на поверхность, после чего их устраняют специальной техникой. Рассмотрим подробнее сущность основных механических устройств:

Решетки


Она требуется для задержания крупных отбросов (к примеру, отходов целлюлозно-бумажной промышленности). Решетка состоит из нескольких параллельных прутьев из металла, которые поставлены вертикально в коллекторе, подводящем ХБС к очистным сооружениям.

Устранение отходов на крупных сооружениях осуществляют механическими граблями.

Интересно! Решетки освобождают осадок от грубых примесей, облегчая его обезвреживание, предохраняет от засорения насосы и трубы для перекачки сточной жидкости и осадка.

Песколовки

Они требуются для задержания минеральных частиц (в частности, песка). Принцип работы следующий: используя силы гравитации, поток сточной воды циркулирует с высокой скоростью, в результате чего легкие органические взвеси не оседают.

Устройства бывают вертикальными (с круговым движением) и горизонтальными (с прямолинейным движением). Горизонтальные песколовки характеризуются высокой эффективностью, задерживают даже особо мелкие фракции.

Рекомендуем статью по теме

Что такое песколовки для очистки сточных вод, какие существуют виды, а также принцип их работы

Отстойники


Они бывают с обработкой и без обработки осадка.

Первые отличаются большим объемом иловой части для продолжительного нахождения осадка и уплотнения задержанных веществ.

Различают три основных типа оборудования (без обработки осадка):

  • вертикальное;
  • горизонтальное;
  • радиальное.

После нахождения в отстойнике осадок переводится в закрытый резервуар – метантенк, где осуществляется сбраживание.

Физико-химические

Они позволяют избавить стоки от загрязнителей неорганического и органического происхождения. Чаще всего к таким методам прибегают с целью очистки промышленных вод, а не хозяйственно-бытовых.

К физико-химическим способам относятся:

  • Флотация. Этот способ основан на прилипании взвешенных примесей к пузырькам воздуха и всплывании их на поверхность;
  • Коагуляция. Она дает возможность повысить скорость образования осадка на фоне слипания мелких частиц в более крупные частицы, быстро выпадающие в осадок;
  • Сорбция (абсорбция и адсорбция). Для проведения применяют вещества, которые поглощают загрязнения (к примеру, силикагель КСКГ);
  • Центрифугирование. Методика подразумевает разделение твердых и жидких фаз в поле центробежных сил.

Биологические

Эти способы подразумевают устранение растворенных компонентов благодаря жизнедеятельности аэробных (требуется кислород) или анаэробных (не требуется кислород) микроорганизмов.

Для проведения биологической очистки используются следующие сооружения:

  1. Септики. Это герметичная емкость с камерами, к ней прибегают для предварительной очистки стоков.
  2. Отстойники. В них разложение органических примесей протекает более эффективно по сравнению с септиками.
  3. Аэротенки. В них очистка осуществляется благодаря перемешиванию активного ила с бактериями (при подаче кислорода).
  4. Метантенки. В них очистка осуществляется благодаря жизнедеятельности анаэробных бактерий.

Химические

Сущность методики заключается в добавление химических средств. В результате появившейся реакции образуется осадок, который устраняют механическим путем.

Химические способы дают возможность избавиться от 20-25% растворимых и 90-95% нерастворимых примесей. С целью обеззараживания воды чаще всего добавляют хлор и перманганат калия.

Внимание! С целью проведения нейтрализации кислот и щелочей – добавляют известь или аммиак

Классификация стоков по их происхождению

Характеристика сточных вод по способу происхождения позволяет разделить их на три группы. Основные виды сточных вод:

  • Атмосферные или дождевые. Состав сточных вод определяется тем, куда падает дождевая вода. Вода, стекая с крыш, асфальтовых и бетонных покрытий улиц и площадей, увлекает за собой разнообразный мусор, поэтому и такие стоки нуждаются в очистке.
  • Производственные стоки образуются на различных предприятиях, на которых вода используется в производственном цикле.
  • Бытовые стоки из жилых домов. Это вода, отводимая от предметов сантехники – ванн, унитазов, раковин и пр.

Состав загрязнений

Наиболее чистыми, то есть содержащими меньше всего загрязнений, считаются дождевые стоки. Как правило, в этом случае проводится фильтрация сточных вод, то есть отделении механических примесей.

Производственные стоки могут иметь разную степень загрязненности. К числу самых чистых относят воду, которая используется для охлаждения агрегатов и трубопроводов. В производственных стоках могут содержаться только неорганические или, напротив, органические примеси, или комбинация обоих типов. Поэтому требуется тщательная переработка сточных вод. Причем качество очищенных стоков должно быть высоким. В идеале в промышленности должно применяться повторное использование стоков.

Канализация

Все стоки должны выводиться к местам удаления загрязнений и сброса через канализационные сети. Применяется несколько видов канализаций в зависимости от местонахождения: промышленная, ливневые и хозяйственно-бытовая. Хозяйственно-бытовые сети сбора стоков бывают централизованными и автономными. Канализационные системы подразделяются на два типа: внутренние и наружные.

Внутренними считаются те сети, которые расположены в пределах какой-либо постройки или здания. Они включают: домовые стояки, водосточные воронки, отводные трубы, внутренние сборные лотки, ревизионные устройства и колодцы. К внешним системам относят трубы, колодцы, очистные сооружения, насосное оборудование и все другие функциональные объекты за пределами построек.

Наружная канализация подразделяется на три вида:

  • общесплавная;
  • раздельная;
  • полураздельная.

В общесплавной системе выведения ливневые, хозяйственные и бытовые жидкости отводятся совместно, через одни и те же технические сети. В раздельной системе продукты атмосферных осадков и таяния снега выводятся отдельно от хозяйственно-бытовых жидкостей. В полураздельной системе стоки и осадки выводятся отдельно, но соединяются в едином коллекторе очистки.

Автономные канализационные сети используются для вывода стоков в загородных домах, на дачах, производственных и иных объектах, где не подведена централизованная система.

Виды автономных канализационных систем:

  1. Выгребные ямы.
  2. Биотуалеты.
  3. Септики.
  4. Фильтрующие установки.

Система централизованной канализации включает следующие составные части:

  • внутренние устройства здания для отвода стоков;
  • наружная внутриквартальная система;
  • наружная уличная система;
  • насосное и напорное оборудование;
  • очистные сооружения;
  • системы сброса в водоёмы и грунт.

Классификация и состав сточных вод

Очистка стоков

Классификация сточных вод включает три основные категории в зависимости от их состава, происхождения и качественных показателей примесей и загрязнений:

  • Бытовые, или хозяйственно-фекальные, к которым относятся сточные воды, удаляемые из различных бытовых помещений, таких как туалеты, душевые и ванные комнаты, кухни, прачечные, бани, больницы, столовые и т.д. Основными их загрязнениями являются хозяйственно-бытовые и физиологические отходы, а для их сброса действуют специальные правила приема сточных вод в городскую канализацию;
  • Промышленные или производственные, использованные при выполнении разнообразных технологических процессов, таких промывание сырья и продукции, охлаждение оборудования и т.д., а также откачанные на поверхность в процессе добывания полезных ископаемых. Чаще всего промышленные стоки загрязнены производственными отходами, в которых могут содержаться такие вредные и отравляющие вещества, как азот аммонийный в сточных водах, синильная кислота, соли свинца, ртути и меди, фенолы, анилин и т.д., а также отходы, которые могут иметь ценность при использовании в качестве вторичного сырья. Промышленные стоки могут быть разделены на две категории: загрязненные, для которых перед повторным использованием или выпусканием в водоемы производится предварительная очистка сточных вод, и слабозагрязненные или условно чистые, которые не требуют предварительной обработки.
  • Атмосферные сточные воды, к которым относятся талые и дождевые воды, а также воды от полива зеленых насаждений и улиц. Данная категория сточных вод содержит в себе в основном загрязнения минерального происхождения и представляет меньшую санитарную опасность, чем производственные и бытовые стоки, поэтому очистка ливневых сточных вод является наименее требовательной процедурой.

Уровень загрязнения сточных вод рассчитывается в зависимости от концентрации в них различных примесей, выражающейся в массе на единицу объема (г/м3 или мг/л).

Бытовые сточные воды являются относительно однообразными по своему составу, а концентрация в них загрязнений зависит от того, какой объем воды расходуется на одного человека, проще говоря – от норм водопотребления.

В зависимости от того, какое значение принимает разбавление сточных вод, загрязнения бытовых стоков подразделяют на следующие категории:

  • Нерастворимые, в которых образуются крупные взвеси, размеры частиц в которых превышают 0,1 мм;
  • Пены, суспензии и эмульсии, размеры частиц которых составляют от 0,1 мкм до 0,1 мм;
  • Коллоидные – размер частиц от 1 нм до 0,1 мкм;
  • Растворимые, в состав которых входят молекулярно-дисперсные частицы, размер которых не достигает 1 нм.

Кроме того, отличают органические, минеральные и биологические загрязнения бытовых стоков:

  • Минеральные загрязнения включают в себя частицы песка, глины и шлака, растворы солей, щелочей, кислот и прочие вещества.
  • Органические загрязнения могут быть как животного, так и растительного происхождения. Растительные загрязнения – это различные остатки плодов, растений и овощей, а также бумага, масла растительные и т.д., характеризующиеся повышенным содержанием углерода. К животным загрязнениям можно отнести различные человеческие и животные физиологические выделения, остатки органической ткани, клейкие вещества и т.д., для которых характерно высокое содержание азота.
  • Биологические же загрязнения включают в себя различные грибки (плесневые и дрожжевые), микроорганизмы, водоросли и бактерии, среди которых довольно большое количество возбудителей таких болезней, как паратиф, тиф брюшной, дизентерия, сибирская язва и т.д. Такие загрязнения могут быть характерны не только для бытовых сточных вод, но и для части промышленных стоков, например – отходов мясокомбинатов, скотобоен и т.д. Несмотря на то, что химический состав данных загрязнений является органическим, создаваемая ими при поступлении в водоемы санитарная опасность требует их выделения в отдельную категорию.

В состав бытовых стоков входят следующие загрязнения (значения приведены в процентах от общего числа загрязнений):

  • Минеральные вещества – 42%;
  • Органические вещества – 58%;
  • Взвешенные осаждающиеся вещества – 20%;
  • Коллоидные смеси – 10%
  • Растворимые вещества – 50%.

Состав промышленных сточных вод и их степень загрязнения могут варьироваться в зависимости от характера конкретного производства и различных условий применения воды в технологическом процессе.

На количество же атмосферных сточных вод существенное влияние оказывает рельеф и климат конкретной местности, а также такие показатели, как характер застройки, вид дорожного покрытия и т.п.

Защита водоемов от загрязнений сточными водами

Сброс сточных вод в водоем

Сточные воды предприятий промышленности и населенных пунктов являются основным источником загрязнения водоемов.

Так, не очищенные поверхностные сточные воды с высоким содержанием микроорганизмов и органических веществ, при попадании в естественные водоемы, такие как реки и озера, приводят к нарушению их естественного режима.

При этом происходят следующие негативные процессы:

  • поглощение кислорода, растворенного в воде;
  • снижение качества воды в водоемах;
  • оседание на дно водоемов различных отложений;
  • вода становится непригодной для питья, а зачастую даже для технического использования;
  • происходит вымирание рыбы в водоемах и т.д.

Загрязнение естественных и искусственных водоемов сточными водами также приводит к ухудшению их внешнего вида и существенно снижает их пригодность для купания, туризма, водного спорта и т.д., поэтому биоочистка сточных вод является обязательной процедурой.

Степень очистки и условия выпуска сточных вод в водоемы регламентируют специальные «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».

Данные Правила устанавливают два вида нормативов, которым должно соответствовать качество воды в водоеме в соответствии с характером ее использования (водоемы питьевого или культурно-бытового использования, а также водоемы, использующиеся в целях рыбного хозяйства), а также предельные допустимые концентрации различных веществ в воде, которые используются как исходные данные в процессе определения условий сбрасывания сточных вод в водоемы.

Действующим законодательством также запрещен выпуск в водоемы неочищенных сточных вод, а также регламентируются надзор за качеством спускаемых в водоемы стоков и такие дополнительные мероприятия, как доочистка сточных вод.

Расчет основных параметров


Как для бытового, так и для промышленного использования существуют песколовки разного размера и эффективности. Для определения того, какой пескоуловитель нужно приобрести по размерам и производительности, следует провести расчет, имея при этом следующие данные:

  • объем сбрасываемых вод;
  • параметры загрязненности;
  • скорость движения потока;
  • суточный объем осадка;
  • территориальные условия для установки.

Рассчитаем габариты конструкции горизонтального блока с прямолинейным течением воды, состоящей из двух основных частей: рабочей и осадочной.

Пример.

Исходные данные:

  • объем сбрасываемых вод – 130000 м3 или qmax=1,50 м3/с (130000/24/3600);
  • допустимая скорость потока – 0,15-0,30 м/с;
  • гидравлическая крупность осаждаемого песка – 18-24 мм/с;
  • планируемое количество жителей – 415300 чел.

Решение:

  1. Выбирают три отделения, исходя из расчета 50000 м3/сут.
  2. Определяют необходимую площадь сечения одного отделения: ω=q_max/vn, где
  3. ω=1,50/(0,25×3)=2,0 м^2.
  4. Рассчитывают длину: L=1000KHv/u, где
  5. u – гидравлическая крупность песка, мм/с, берется из таблицы.

L=(1000⋅1,3 ⋅1⋅0,25)/24,2=13,43 м.

Находят ширину одного отделения, м: B=ω/H. B=2,0/1=2,0 м.
Исходя из полученных размеров песколовки, выбирают стандартную из таблицы или проектируют индивидуально.
Скорость стока при разных значениях: υ_max=q_max/(BH n). υ_max=1,50/(2⋅1⋅3)=0,25 м/с.
Время нахождения в рабочей части: T=L/υ_max. T=13,43/0,25=53,72 с.
Рассчитывают количество осадка за сутки м3/сут: W_сут=(Nq_2)/1000, где

W_сут=(415300⋅0,02)/1000=8,31 м^3/сут.

Находим объем одного контейнера: W_о=(W_сут T)/n, где T- время между выгрузками песка, должно быть не более 2-х суток. W_о=(8,31⋅1)/3=2,77 м^3.
Находят глубину контейнера: h=W_о/B^2. h=2,77/2^2 =0,69 м.
Рассчитывают высоту осадка песка на дне: h_ос=(W_сут k)/BnL, где: k- коэффициент распределения песка по дну, принимается равным 3. h_ос=(8,31⋅3)/(2⋅3⋅13,43)=0,31 м.
Делают расчет полной строительной высоты: H_стр=H+h_ос+0,5. H_стр=1+0,31+0,5=1,81 м.

Получен расчет габаритов горизонтальной песколовки, которыми необходимо руководствоваться при проектировании оборудования:

  • ширина,
  • высота
  • и длина.

BхHхL=2 х 1,81 х 13,43 м.

Для удаления минеральных взвесей из сточных вод могут быть также использованы другие устройства:

  • гидроциклоны
  • и центрифуги.

Их конструкции работают благодаря вращательному движению жидкости, оно производит разделение частиц с различным удельным весом. Более тяжелые падают вниз, легкие – уносятся водным потоком.

  • В чем преимущества биологического метода очистки сточных вод
  • Промышленные флотаторы для очистки сточных вод: типы, устройство, принцип работы
  • Коагулянт для очистки сточной воды: как выбрать + правила использования
  • Водопользование водных объектов
  • Узел учета канализации: особенности, приборы измерения
  • Что относится к сооружениям механической и биологической очистки сточных вод?
  • Особенности проведения анализа воды из скважины: когда необходим и какая стоимость
  • Аэротенк
  • Федеральный закон «о водоснабжении и водоотведении» от 07.12.2011 n 416-фз ст 6 (ред. от 01.04.2020)
  • Выбираем правильно препараты и септики для выгребных ям
  • Очистные сооружения поверхностного стока закрытого типа
  • Как очистить колодец и воду
  • Канализационный насос для кухни
  • Септик танк 2
  • Категории и группы классификации систем водоснабжения
  • Водозабор
  • Как сделать септик из колец своими руками: схемы и варианты + пошаговая инструкция
  • Разработка проектов зоны санитарной охраны (зсо)
  • Вентиляция выгребной ямы частного дома
  • Норма жесткости воды для питья: общий показатель ppm, гост, питьевой норматив
  • Как делать фильтры для воды своими руками?
  • Чем лучше клеить гипсовые фигуры, средства и правила реставрации своими руками
  • Канализационный обратный клапан
  • Ручной насос для воды из скважины
  • Фильтр для очистки воды от извести: особенности фильтрации известковой воды

С этим читают

  • В чем преимущества биологического метода очистки сточных вод
  • Промышленные флотаторы для очистки сточных вод: типы, устройство, принцип работы
  • Коагулянт для очистки сточной воды: как выбрать + правила использования
  • Водопользование водных объектов
  • Узел учета канализации: особенности, приборы измерения
  • Что относится к сооружениям механической и биологической очистки сточных вод?
  • Особенности проведения анализа воды из скважины: когда необходим и какая стоимость
  • Аэротенк
  • Федеральный закон «о водоснабжении и водоотведении» от 07.12.2011 n 416-фз ст 6 (ред. от 01.04.2020)
  • Выбираем правильно препараты и септики для выгребных ям