10.2.2. Методы обработки и обеззараживания
сточных вод на судне
В судовых установках для обработки сточных вод используются
биологический, физико-химический и электрохимический методы.
Биологическая очистка сточных вод широко распространена в установках,
которыми оснащены суда более ранней постройки. В установках
биологического действия в результате жизнедеятельности различных
микроорганизмов загрязнения разлагаются до неорганических соединений
(азот, аммиак, двуокись углерода, вода и др.). Процессы являются
естественными, протекают они и в водоемах при сбросе в них стоков. В
судовых установках биологический процесс очистки интенсифицирован за
счет поддержания высокой активности микроорганизмов, в том числе путем
выращивания в азрационных танках активного ила.
Установки, работающие на принципе биологической очистки, имеют следующие
достоинства: обеспечивают высокую степень очистки от взвешенных веществ
и значительное снижение БПК, что позволяет использовать установки в
районах, где требования к показателям очистки наиболее высокие; процесс
очистки полностью автоматизирован, со стороны обслуживающего персонала
необходимо только обеспечение контроля за состоянием активного ила;
достигается высокая степень разложения органических веществ в стоках,
поэтому не требуется частого удаления шлама ввиду малого количества его
образования после очистки сточных вод; возможность использования на
судах с большой численностью экипажа (целесообразно применять на судах,
где количество образующихся сточных вод
5 м3/сут и более, т.е. экипаж 70 ... 100 чел, так как удельные
показатели при меньшем количестве стоков ухудшаются в 3 ... 4 раза);
блочную конструкцию, что облегчает монтаж установки на судне.
Недостатки, присущие этим установкам, следующие: необходимость
равномерной подачи сточных вод на установку с целью получения паспортных
показателей очистки, при перегрузке происходит развитие в активном иле
микрофлоры бактерий, что приводит к вспуханию ила, а при недостатке
стоков наблюдается гибель микроорганизмов и, как следствие, нарушение
работы установки; невозможность быстрого ввода установки в действие, при
вынужденном выводе из эксплуатации в последующем требуется 7 ... 12 сут
для выращивания активного ила и получения устойчивых показателей
очистки; длительность процесса очистки, поскольку минимальное время
биологической очистки составляет 24 ч, то объем установки не может быть
меньше суточного образования сточных вод (по этой причине в установках
полной обработке подвергаются, как правило, сточные воды, а
хозяйственно-бытовые воды — только обеззараживанию); процесс очистки
восприимчив к изменениям солености и температуры стоков , содержанию
химических веществ и дисперсности взвешенных веществ.
Повышение солености воды может привести к нарушению процесса
биологической очистки (свыше 20 г/л). Изменение температуры стоков на
10° С замедляет (при понижении) или интенсифицирует (при повышении)
процесс разложения загрязнений в 2—3 раза. Такие вещества как жир,
минеральные масла и другие нефтепродукты, ПАВ, ядовитые и моющие
вещества могут привести к нарушению работы установки или даже к гибели
активного ила.
Физико-химическая очистка стоков осуществляется с помощью физических
(фильтрация, осаждение, центрифугирование, флотация,адсорбция) и
химических (окисление, коагуляция, расщепление) процессов.
Электрохимическая очистка происходит под действием электрического поля с
использованием процессов электрохимической коагуляции, электрофлотации и
электролитического обеззараживания сточных вод. При злек-трокоагуляции в
стоках образуется кислород, который способствует более полному распаду
органических загрязнений.
Установки, в которых используются физико-химический и электрохимический
методы очистки сточных вод, имеют следующие достоинства: быстрое
введение в работу, что позволяет выводить их из действия при нахождении
судна в районах Мирового океана, где сброс необработанных сточных вод не
запрещается; возможность полной автоматизации процесса очистки и
обеззараживания; высокая производительность ввиду кратковременности
процесса очистки и, как следствие, хорошие массогабаритные показатели;
малая зависимость показателей очистки от солености и температуры стоков,
содержания химических веществ и дисперсности взвешенных веществ;
возможность регулирования качества очистки; при необходимости
возможность обработки не только сточных, но и хозяйственно-бытовых вод.
Указанным установкам присущи следующие недостатки: степень снижения
загрязнения сточных вод взвешенными веществами и органикой, выраженное
через БПК, ниже, чем в установках биологического действия; количество
шлама, образующегося при физико-химической обработке стоков, достигает 5
... 10 % количества обрабатываемых сточных вод, что требует решения
вопроса о сборе и утилизации или сбросе шлама; количество шлама,
образующегося при электрохимической обработке меньше и обычно не
превышает 3 % количества сточных вод; необходимость сложных систем
автоматики.
Анализируя достоинства и недостатки судовых установок для обработки
сточных вод, предпочтение следует отдавать установкам физикохимического
и электрохимического действия. Данные установки в большей степени
удовлетворяют предъявляемым требованиям, имеют лучшие удельные
показатели по массе и габаритам (в 3 ... 4 раза по сравнению с
установками биологического действия), меньшие затраты энергии на
1 м3 обрабатываемых стоков, чем установки биологического действия (в 2
... 3 раза). Последнее связано с тем, что хотя установки физико-хими-.
ческого и электрохимического действия требуют большей
энерговооруженности, но за счет отключения их из действия затраты
энергии существенно могут быть снижены в условиях эксплуатации на судах.
Кроме того, в установках физико-химической и электрохимической обработки
сточных вод ресурс комплектующего оборудования и механизмов за счет
вывода из действия может сохраняться дольше, чем в установках
биохимического действия, в которых данная операция затруднена и не
всегда возможна.
Обеззараживание сточных и хозяйственно-бытовых вод на судах является
одной из важных составляющих общего процесса обработки стоков. Сточные
воды содержат огромное количество бактерий, среди которых могут быть
болезнетворные вирусы. Патогенные бактерии в морской воде сохраняют свою
жизнедеятельность длительное время (3 ... 30 сут) и могут
непосредственно или через биологическую цепочку попадать к человеку. При
низких температурах выживаемость бактерий и вирусов сохраняется дольше,
чем в теплых водах. Обеззараживающий эффект за-зависит от ряда факторов:
дозы и степени активности бактерицидного агента; времени контакта с
обрабатываемой водой, количественного содержания бактерий; стойкости
бактерий и вирусов к конкретному бактерицидному агенту и др.
Методы обеззараживания могут быть реагентными (хлорирование,
озонирование, серебрение, электролиз) и безреагентными (термический,
электрофорез, ультразвуковой,ультрафильтрация, электрический разряд).
Хлорирование — один из наиболее распространенных
методов обеззараживания благодаря своей доступности и дешевизне. Вместе
с тем от обслуживающего персонала требуется осторожность при
использовании. Сущность дезинфекции хлорированием заключается в
окислении бактерий кислородом, который образуется при взаимодействии
хлора с водой, и в непосредственном воздействии хлора на протоплазму
клеток бактерий. Для хлорирования чаще используют гипохлориты натрия
NaCIO или кальция Са(С10)2. Хлор вредно воздействует на живые ресурсы
моря, поэтому остаточное его содержание в сбрасываемых водах должно быть
не более 5 мг/л.
Озонирование — один из наиболее эффективных методов обеззараживания.
Озон не только обладает бактерицидными свойствами, но и способствует
обесцвечиванию воды, окисляет фенольные соединения и органические
вещества. Эффективность действия озона примерно в 2,5 ... 3,0 раза выше,
чем хлора. При этом не требуется тщательной дозировки, поскольку
действие озона мало зависит от температуры воды и показателя pH.
Использование озонаторных станций для обеззараживания питьевой воды на
судах подтвердило возможность применения их и для рассматриваемых целей.
Электролиз — разновидность обработки сточных вод методом хлорирования.
Только в этом случае гипохлорит натрия получается из морской воды или из
поваренной соли при помощи специального прибора — электролизера.
Достоинство этого метода заключается в том, что не требуется держать на
судне запасы гипохлорита натрия или кальция, при хранении которых
возникают определенные трудности. Данный метод используется в
современных установках, в частности в отечественной типа ЭОС.
Термический метод обеззараживания применяется при высокой концентрации
органических и минеральных веществ, например шлама, образующегося в
результате обработки сточных веществ. Разновидностями метода являются
жидкофазное окисление и огневая обработка.
Жидкофазное окисление — это процесс окисления кислородом воздуха
органических примесей при высокой температуре (150 ... 370° С) и
давлении (до 30 МПа). Указанный метод не получил пока практического
распространения в связи с высокой стоимостью оборудования.
Огневая обработка заключается в том, что сточные воды в мелкодисперсном
распыленном состоянии вводятся в высокотемпературные (более 1000° С)
зоны горения топлива. При этом капли воды полностью испаряются,
органические вещества сгорают, а минеральные — превращаются в золу.
Данный метод благодаря своим преимуществам используется на современных
судах в специальных установках - инсинераторах.
Ультразвуковым методом при определенных условиях вызывают гибель
микроорганизмов. Механизм бактерицидного действия объясняется
совокупностью кавитационного и физико-химических факторов. Эффект
обеззараживания зависит от частоты ультразвуковых колебаний и достигает
максимума при частоте 50 ... 1000 кГц.
Метод электрофореза основан на движении частиц в электрическом поле в
сторону того из электродов, заряд которого противоположен по знаку их
собственному. Бактерии обладают отрицательным зарядом,
поэтому метод может быть использован для очистки и
обеззараживания воды.
Для обеззараживания питьевой воды широко используются методы серебрения
и ультрафиолетового облучения. Для обеззараживания сточных вод указанные
методы практически не используются, так как первый дорогостоящий, а
второй требует очень тщательной очистки от взвешенных веществ.
Об эффективности некоторых методов обеззараживания в зависимости от
времени контакта воды и обеззараживающего агента можно судить по кривым,
представленным на рис. 10.11.