1.2. Характеристика примесей сточных вод

По своей природе загрязнения сточных вод подразделяются на органические, минеральные и биологические.

Органические загрязнения - это примеси растительного и животного происхождения.

Минеральные загрязнения - это кварцевый песок, глина, щелочи, минераль­ные кислоты и их соли, минеральные масла и т.д.

Биологические и бактериальные загрязнения - это различные организмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе болезнетворные (возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии и др).

Все примеси сточных вод можно разделить на четыре группы в соответствии с размером частиц.

К первой группе примесей относят нерастворимые в воде грубодисперсные примеси. Нерастворимыми могут быть примеси органической или неорганичес­кой природы. К этой группе относят микроорганизмы (простейшие, водоросли, грибы), бактерии, яйца гельминтов. Эти примеси образуют с водой неустойчивые системы. При определенных условиях они могут выпадать в осадок или всплывать на поверхность воды. Значительная часть загрязнений этой группы может быть выделена из воды в результате гравитационного осаждения.

Вторую группу примесей составляют вещества коллоидной степени дисперсности с размером частиц менее Ю^см. Гидрофильные и гидрофобные коллоидные примеси этой группы образуют с водой системы с особыми молекулярно-кинетическими свойствами. К этой группе относятся и высоко­молекулярные соединения, так как их свойства сходны с коллоиднымисистемами. В зависимости от физических условий примеси этой группы способны изменять свое агрегатное состояние. Малый размер их частиц затруд­няет осаждение под действием сил тяжести. При разрушении агрегативной устойчивости примеси выпадают в осадок.

К третьей группе относят примеси с размером частиц менее 10 см. Они имеют молекулярную степень дисперсности. При их взаимодействии с водой образуются растворы. Для очистки сточных вод от примесей третьей группы применяют биологические и физико-химические методы.

Примеси четвертой группы имеют размер частиц менее 10 см, что соответствует ионной степени дисперсности. Это растворы кислот, солей и оснований. Некоторые из них, в частности аммонийные соли и фосфаты, частично удаляются из воды в процессе биологической очистки. Однако технология очистки бытовых сточных вод (полная биологическая очистка) не позволяет изменить солесодержание воды. Для снижения концентрации солей используют следующие физико-химические методы очистки: ионный обмен, электродиализ и т. д.

Различают три основные категории сточных вод в зависимости от их происхождения: хозяйственно-бытовые, производственные и атмосферные.

Хозяйственно-бытовые сточные воды поступают в водоотводящую сеть от жилых домов, бытовых помещений промышленных предприятий, комбинатов общественного питания и лечебных учреждений. В составе таких вод различают фекальные сточные воды и хозяйственные, загрязненные разными хозяйственными отбросами, моющими средствами. Хозяйственно-бытовые сточные воды всегда содержат большое количество микроорганизмов, которые являются продуктами жизнедеятельности человека, среди которых могут быть и патогенные. Особенностью хозяйственно-бытовых сточных вод является относительное постоянство их состава. Основная часть органических загрязнений таких вод представлена белками, жирами, углеводами и продуктами их разложения. Неорганические примеси составляют частицы кварцевого песка, глины, соли, образующиеся в процессе жизнедеятельностичеловека. К последним относят фосфаты, гидрокарбонаты, аммонийные соли. Из общей массы загрязнений бытовых сточных вод на долю органических веществ приходится 45-58%.

Производственные сточные воды образуются в результате технологических процессов. Качество сточных вод и концентрация загрязняющих веществ определяются следующими факторами: видом промышленного производства и исходного сырья, режимами технологических процессов. Большинство предприятий имеют как минеральные, так и органические загрязнения сточных вод в различных соотношениях. Концентрация загрязнений сточных вод различных предприятий неодинакова и колеблется в весьма широких пределах в зависимости от расхода воды на единицу продукции, от совершенства технологического процесса и производственного оборудования. Концентрация загрязнений в производственных сточных водах может сильно колебаться во времени и зависит от хода технологического процесса в отдельных цехах или на предприятии в целом. Неравномерность концентрации и притока сточных вод и во всех случаях ухудшает работу очистных сооружений и усложняет их эксплуатацию.

Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения осадков. К этой категории сточных вод относят талые воды, а также воды от поливки улиц. В атмосферных водах наблюдается высокая концентрация кварцевого песка, глинистых частиц, мусора и нефтепродуктов, смываемых с улиц города. Загрязнение территории промышленных предприятий приводит к появлению в ливневых водах примесей, характерных для данного производства. Отличительной особенностью ливневого стока является его эпизодичность и резко выраженная неравномерность по расходу и концентрациям загрязнений.

В зависимости от гидрогеологических условий местности, характера произ­водственных процессов в данном регионе, расхода воды на хозяйственно-бытовые и производственные нужды и выбирается та или иная система водоотведения и, соответственно, схема водоотводящей сети. Качественный состав хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод непосредственно влияют на выбортехнологии очистки воды и, следовательно, на экологическую ситуацию в данном районе.

Дренажные воды полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) отличаются от всех выше перечисленных как качественным составом, так и источником образования.

Ниже приведен химический и микробиологический состав сточных вод этой категории, а также характеристика их органических неорганических примесей [36, 73, 12].

Химический состав дренажных вод

Химический состав фильтрата зависит от механизмов, скорости и полноты протекания химической и биохимической деструкции каждой фракции отходов и этапа жизненного цикла полигона. Также на химический состав фильтрата значительное влияние оказывает морфологический состав ТБО, время нахождения отходов в теле полигона, степень проникновения атмосферных осадков в тело полигона. Как правило, указанные воды содержат многочисленные минеральные и органические компоненты, а также разнообразные продукты их взаимодействия и распада, в том числе ацетон, метанол, метиламин, бензол, толуол, циклогексан, метиленхлорид, этилендихлорид, тетрахлорэтилен и др. Эти вещества в большинстве своем являются нервно-паралитическими ядами с наркотическим действием, раздражают слизистые оболочки и кожу вплоть до экзем; способствуют частым заболеваниям дыхательных путей, при хроническом воздействии они вызывают расстройства печени, почек, сердечной мышцы, поджелудочной железы; обладают канцерогенным действием.

Усредненные качественные характеристики дренажных вод полигонов ТБО приведены в табл..1.1.

Фильтрат из ТБО характеризуется преимущественно по интегральным показателям - БПК и ХПК, а также по содержанию тяжелых металлов, аммонийного азота и других веществ. Показатели ХПК и БПК фильтрата в десятки раз могут превышать эти показатели для обычных сточных вод. Как показали обследования действующих емкостей, где накапливается фильтрат, вытекающий из тела полигона, на берегах прудов накопителей у уреза накапливаемой жидкости отсутствует как водная, так и береговая растительность.

Таблица 1.1- Усредненные качественные характеристики дренажных вод полигонов ТБО

Наименование показателя

Значение

Наименование показателя

Значение

рН

7,6

Фосфаты, мг/л

0,5

ХПК, мгО2/л

1200

Цианиды, мг/л

0,2

БПК5 мгО2/л

180

Фенол, мг/л

0,5

Хлориды, мг/л

3000

Мышьяк, мкг/л

34

Сульфаты, мг/л

1940

Свинец, мкг/л

68

Нитриты, мг/л

2,0

Кадмий, мкг/л

11,5

Нитраты, мг/л

14,5

Ртуть, мкг/л

2

Азот аммонийный, мг/л

658

Цинк, мг/л

0,5

Фосфор общий, мг/л

2,9

Медь

2,0

Взвешенные вещества

240

Нефтепродукты

1,0

СПАВ

1,5

Минерализация

7000

Состав фильтрационных вод различных полигонов ТБО (как в Украине, так и в странах дальнего и ближнего зарубежья) неоднороден, что вызвано множеством ранее названых факторов [28, 54, 60]. Поэтому при разработке технологий по очистке дренажных вод необходимо учитывать неоднородность состава, возможные колебания и изменения количественных и качественных характеристик фильтрата на различных этапах жизненного цикла полигона. Анализ процессов химического и биохимического разложения отходов на различных этапах эксплуатации полигонов позволяет получить представление о химическом составе фильтрационных вод [12,100].

Органические соединения

Органические вещества в фильтрате находятся в виде белков, углеводов, жиров, кислот, спиртов и т. д.

На основании исследования процессов разложения отходов и тщательного анализа информации о типовом составе фильтрационных вод полигонов ТБО можно попытаться спрогнозировать наиболее вероятный состав органических примесей дренажных вод на различных этапах биохимической деструкции ТБО.

Кроме веществ, которые образуются при анаэробном брожении органической составляющей ТБО, содержащиеся в них растворимые вещества переходят в раствор, образуя в ряде случаев новые соединения с новыми свойствами, зачастую более опасные, чем исходные. Чем выше процент содержания органических веществ и чем больше водорастворимых солей в составе ТБО, тем больше загрязняющих веществ будет в фильтрате [12].

В таблице 1.2 приведены возможные органические примеси фильтрационных вод полигонов ТБО в зависимости от фазы эксплуатации полигона.

Гуминовые, стеариновая, капроновая кислоты в присутствии аммиака способны образовывать поверхностно-активные соединения, что негативно сказывается на работе сооружений биологической очистки.

Таблица 1.2 - Органические примеси фильтрационных вод полигонов ТБО

Ацетогенная фаза_

Углеводороды: гексан, гексен, гептан, октан

Спирты: метанол, этанол, бутанол, гексанол,    этилгексанон, гептанол,

изопропанол, октанол_

Альдегиды и кетоны: ацетон, гексанол, формальдегид

Кислоты и сложные эфиры: уксусная, пропионовая, масляная, изомасляная, валериановая, изовалериановая и их эфиры, бензойная, салициловая, сульфосалициловая, капроновая, изо-капроновая, энантовая, стеариновая Азотсодержащие соединения: изо-бутиламин, капролактам, метиламин, вторбутиламин, аминокапроновая кислота.

Метаногенная фаза_

Ароматические соединения: алкил-бензолы, бензол, ароматические кето-ны, фенолы, крезолы, ксилолы, произ­водные бензойной и фталевой кислот,

диметилфталат_

Кислоты: пальмитиновая, олеиновая

Терпены и их производные, много­атомные ароматические соединения: терпинеол,   сквален,   танин, метил-

нафталин, полифенолы._

Азотсодержащие соединения: три-этиламин, аминокислоты, гуминовые и фульвокислоты

Хлорсодержащие соединения: ди-хлорметан, дихлорэтан, тетрахлор-этилен, трихлорэтилен, хлорфенолы, четыреххлористый углерод, хлороформ Серосодержащие соединения: диметил-сульфид, метил-,этил-меркаптаны

Неорганические соединения

Из неорганических компонентов в фильтрате присутствуют ионы железа, калия, натрия, кальция, магния, бария, хлора, карбонатов, сульфатов.

Показателями содержания неорганических соединений в дренажных водах могут служить прокаленный остаток, электропроводность раствора, солесодержание.

В состав ТБО входят черные и цветные металлы, которые на протяжении всего пребывания на полигоне подвергаются коррозии и участвуют в окислительно-восстановительных процессах, образуя комплексные соединения с продуктами биохимического разложения органической части ТБО, образуя новые труднорастворимые соединения.

При окислении пищевых отходов в аэробных условиях могут образовываться кислоты: лимонная (СН2 СООН)2 С(ОН) СООН, янтарная, салициловая НОС6Н4 ССОН и другие.

На стадии ацетонегенеза (кислая фаза) может протекать дальнейшая коррозия металлов с водородной деполяризацией, полнота которой может зависеть от окислительно-восстановительного потенциала водорода. На этой стадии ионы металлов могут образовывать устойчивые комплексные соединения с гуминовыми кислотами и их производными, а также осаждаться в виде карбонатов, фосфатов.

На стадии метаногенеза, в щелочной среде в присутствии сульфид ионов может происходить разрушение комплексных соединений и образование труднорастворимых сульфидов, карбонатов или гидроксидов металлов, что сопровождается снижением их концентрации в фильтрационных водах.

Переход ионов металлов в фильтрат как в аэробных, так и анаэробных условиях составляет не более 0,1%, при этом концентрация ионов металлов в дренажных водах может колебаться от 80 мг/л до 20 мкг/л в зависимости от их начального содержания в отходах.

При разложении протеинов, белков, пектинов в аэробных и анаэробных условиях образуются ионы аммония, переходящие в фильтрат. Концентрацииионов аммония в дренажных водах практически не зависят от стадии биодеструкции и в зависимости от морфологического состава ТБО могут изменяться в пределах от 300 до 3000 мг/л. Повышенное содержание этих ионов может ингибировать биохимические процессы.

Концентрация хлорид -и сульфат-ионов, переходящих в фильтрат, колеблется в пределах от 200-5000мг/л и 1000-200 мг/л соответственно.

В аэробных условиях серосодержащие соединения окисляются до сульфат-иона, переходящего в фильтрат; в анаэробных условиях происходит восстановление сульфат-иона до сульфида.

Микробиологические показатели

Согласно данным, предоставленным коммунальным предприятием «Муниципальная компания по обращению с отходами» г. Харькова, количество опасных отходов в общем составе ТБО достигает 3,2%; сюда можно отнести отходы медицинских учреждений, мясо - и молокоперерабатывающих пред­приятий, как правило, содержащие болезнетворные микроорганизмы, бактерии, вирусы, которые беспрепятственно переходят в фильтрат и представляют опасность для здоровья людей.

Численность и набор популяций микроорганизмов в фильтрационных водах, как и в предыдущих случаях, меняются в зависимости от этапа жизненного цикла полигона.

Присутствие энтеровирусов обуславливается фекальной составляющей ТБО. Деструкция их наблюдается при температуре 250С. Как известно, деструктивные процессы, протекающие на ранних стадиях разложения ТБО, сопровождается повышением температуры, что катализирует процессы деструкции энтеровирусов, поэтому они редко встречаются в дренажных водах.

Снижение концентраций загрязняющих веществ по мере удаления от полигона происходит в результате разбавления и растекания. Немалую роль играет осаждение на геохимических барьерах, обусловленных наличием глинистых отложений, органических веществ и различными окислительно-восстановительными условиями [12].