Технология очистки сточных вод

Инфра-Инженерия 
Москва – Вологда 

2018 

2-е издание

628.31 
Н761.204.4 
24 

Рецензент: 

Л. И. Соколов, доктор технических наук, 

профессор кафедры водоснабжения и водоотведения ФГБОУ ВО ВоГУ.

Рассмотрены виды, состав и особенности сточных вод из различных источников. Подробно описаны механический, физико-химический, электрохимический, термический и биологический методы обезвреживания и утилизации осадка. Приведены 
схемы и принципы работы соответствующего оборудования. Предложены рекомендации относительно выбора оптимального способа и степени очистки сточных вод.  
Для студентов природоохранительных специальностей всех форм обучения  
и специалистов по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.© Карманов А. П., Полина И. Н., авторы, 2018 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2018 

ISBN 978-5-9729-0238-5 

ФЗ 

№ 436-ФЗ 

Издание не подлежит маркировке  

в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11 

Введение ....................................................................................................................... 6 

1. СОСТАВ И СВОЙСТВА СТОЧНЫХ ВОД .......................................................... 7
1.1. Формирование состава сточных вод ............................................................... 7 
1.2. Санитарно-химические показатели сточных вод .......................................... 9 
1.4 Определение необходимой степени очистки сточных вод .......................... 14 
Контрольные вопросы ............................................................................................... 17 

2. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ............................................................. 18
2.1. Разработка и обоснование технологических схем  очистки  
сточных вод ...................................................................................................... 20 
2.2. Технологические схемы очистки сточных вод ............................................ 20 
Контрольные вопросы ............................................................................................... 24 

3. МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ......................................................... 25
3.1. Способы и сооружения механической очистки сточных вод..................... 26 
3.1.1. ................................................................................................. 27 
3.1.2. -................................................................................ 29 
3.1.3. ............................................................................................. 30 
3.1.4. ........................................................................................... 34 
3.1.5. .......................................................................................... 42 
3.1.6. , ...................................................... 46 
3.1.7. ................................................................................................. 50 
3.1.8. ............................................................... 57 
3.1.9. ........................................................... 62 
Контрольные вопросы ............................................................................................... 65 

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ  СТОЧНЫХ ВОД ............. 66
4.1. Коагуляция и флокуляция .............................................................................. 66 
4.1.1. -................................................ 66 
4.1.2. ............................................... 68 
4.2. Флотация .......................................................................................................... 70 
4.2.1. -............................. 71 
4.2.2. ................................................................... 72 
4.3. Адсорбция ........................................................................................................ 81 
4.3.1. -.................................................. 81 
4.3.2. ...................................................................... 83 
4.3.3. ...................................................................... 84 
4.3.4. ...... 85 
4.3.5. ..................................................... 87 
4.4. Ионный обмен ................................................................................................. 88 

4.4.1. -.................................................. 89 
4.4.2. .................................................................. 91 
4.5. Экстракция ....................................................................................................... 93 
4.5.1.  -................................................. 93 
4.5.2. .................................................................... 94 
4.5.3. 
              ............................................................................................ 95 
4.6. Мембранные методы ....................................................................................... 98 
4.6.1. -................................................ 98 
4.6.2. 
              ............................................................................................ 100 
4.6.3. ,   
             .................................................................................. 102 
4.7. Перегонка и ректификация........................................................................... 105 
4.7.1. ............................................................................................. 105 
4.7.2. .............................................................. 107 
4.8. Кристаллизация ............................................................................................. 109 
4.8.1. -................................................ 109 
4.8.2. ................... 110 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 112 

 
5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ .......................................... 114 
5.1. Физико-химические основы методов .......................................................... 114 
5.2. Электрокоагуляция и электрофлотация ...................................................... 116 
5.3. Электрохимическое окисление и восстановление ..................................... 118 
5.4. Электродиализ ............................................................................................... 119 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 121 

 
6. ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ........................................................... 122 
6.1. Концентрирование минерализованных сточных вод ................................ 122 
6.2. Термоокислительные методы обезвреживания жидких отходов ............ 125 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 128 

 
7. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ...................................................... 129 
7.1. Общие положения ......................................................................................... 129 
7.1.1. ......................................................................... 133 
7.1.2. .................................................. 134 
7.1.3. ............................ 136 
7.1.4.      
             .............................................................................................. 138 
7.1.5. ................................................................ 139 
7.2. Сооружения и аппараты для биологической очистки  сточных вод  
       в искусственных условиях ........................................................................... 140 
7.2.1. ............................................................................................ 141 

7.2.2. ........................................................................................ 152 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 160 

8. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД ......................................................... 161
8.1. Хлорирование воды гипохлоритом натрия ................................................ 161 
8.2. Озонирование ................................................................................................ 164 
8.3. Ультрафиолетовое облучение ...................................................................... 166 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 167 

9. ОБРАБОТКА, ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ  И УТИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ
    СТОЧНЫХ ВОД .................................................................................................. 168 
9.1. Состав и свойства осадков сточных вод ..................................................... 168 
9.2. Уплотнение илов и осадков сточных вод ................................................... 175 
9.3. Стабилизация осадков сточных вод и активного ила  в анаэробных  
       и аэробных условиях ..................................................................................... 176 
9.3.1. ..... 177 
9.3.2. ................................................................. 180 
9.4. Обезвоживание осадков сточных вод ......................................................... 182 
9.4.1. ................................ 182 
9.4.2. .......................................... 193 
9.5. Термическая сушка осадков сточных вод .................................................. 197 
9.6. Сжигание осадков сточных вод ................................................................... 201 
9.7. Утилизация осадков городских сточных вод ............................................. 204 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 205 

Заключение ............................................................................................................... 207 

Основные термины и определения ........................................................................ 208 

Библиографический список .................................................................................... 210 

, , , . 

, , 
, ! , : — . . 

Антуан де Сент-Экзюпери 

 
Во все времена люди селились сами и размещали промышленные объек
ты в непосредственной близости от пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей. В процессе использования воды человеком она изменяла свои природные свойства  
и в ряде случаев становилась опасной в санитарном отношении. Впоследствии  
с развитием инженерного оборудования городов и промышленных объектов 
возникла необходимость в устройстве организованных способов отведения загрязненных отработавших потоков воды по специальным гидротехническим 
сооружениям. В настоящее время значение пресной воды как природного сырья 
постоянно возрастает. При использовании в быту и промышленности вода загрязняется веществами минерального и органического происхождения. Такую 
воду принято называть сточной водой [5]. Многие современные технологические процессы связаны со сбросом сточных вод в водные объекты. Бурное развитие промышленности вызывает необходимость предотвращения отрицательного воздействия производственных сточных вод на водоемы. В связи с чрезвычайным разнообразием состава, свойств и расходов сточных вод промышленных предприятий необходимо применение специфических методов и особых сооружений по их локальной, предварительной и полной очистке. В составе инженерных коммуникаций каждого промышленного предприятия имеется 
комплекс канализационных сетей и сооружений, с помощью которых осуществляется отведение отработанных вод, дальнейшее использование которых 
либо невозможно по техническим условиям, либо нецелесообразно с учетом 
технико-экономических показателей. Кроме того, предусмотрены сооружения 
по предварительной обработке сточных вод и извлечению из них ценных веществ и примесей [2]. 

Данное учебное пособие призвано стать основой для понимания основ
ных технологических способов очистки сточных вод от различных загрязнений — как промышленных, так и бытовых. 
 

— это воды, бывшие в бытовом, производственном или 

сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшие через какую-либо загрязненную территорию. 

Сточные воды разнообразны по составу и, следовательно, по свойствам. 

загрязнения сточных вод подразделяются на: 

Органические;
Минеральные;
Биологические.

— это примеси растительного и животного

происхождения. 

— это кварцевый песок, глина, щелочи, 

минеральные кислоты и их соли, минеральные масла и т. д. 

— это различные мик
роорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии,  
в том числе болезнетворные — возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии и др. 


. 

К примесей относят нерастворимые в воде . Нерастворимыми могут быть примеси органической или  
неорганической природы. К этой группе относят микроорганизмы (простейшие, водоросли, грибы), бактерии и 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. 

примесей составляют 
с размером частиц менее 10-6 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 коллоидными системами.  
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 относят примеси с размером частиц менее 10-7 см. 

Они имеют . При их взаимодействии с водой образуются растворы. Для очистки сточных вод от примесей третьей группы применяют биологические и физико-химические методы. 

Примеси имеют размер частиц менее 10-8 см, что со
ответствует . 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 
физико-химические методы очистки: ионный обмен, электродиализ и т. д. 


: 

хозяйственно-бытовые;
производственные;
атмосферные.

-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 жизнедеятельности человека. К последним относят фосфаты, гидрокарбонаты, аммонийные соли (продукт гидролиза мочевины). Из общей массы загрязнений бытовых сточных вод на долю органических веществ приходится 45–58 %. 

образуются в результате технологиче
ских процессов. Качество сточных вод и концентрация загрязняющих веществ 
определяются видом промышленного производства и исходного сырья, режимами технологических процессов. Например, на металлообрабатывающих 
предприятиях производственные сточные воды загрязнены минеральными веществами. Пищевая промышленность дает загрязнения органическими примесями. Большинство предприятий имеют загрязнения сточных вод как минеральные, так и органические, в различных соотношениях. Концентрация загрязнений сточных вод различных предприятий неодинакова. Она колеблется  
в весьма широких пределах в зависимости от расхода воды на единицу продукции, 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 притока 
сточных вод и их концентрации во всех случаях ухудшает работу очистных сооружений и усложняет эксплуатацию. 

образуются в результате выпадения осад
ков. 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 хозяйственнобытовые и производственные цели выбирается та или иная система водоотведения и, соответственно, схема водоотводящей сети. Загрязнения хозяйственно-бытовых и производственных стоков влияют на технологию очистки воды 
и на экологическую ситуацию в районе [1, 2, 3]. 

Состав сточных вод и их свойства оценивают по результатам санитарно
химического анализа, включающего наряду со стандартными химическими тестами ряд физических, физико-химических и санитарно-бактериологических 
определений. 

Сложность состава сточных вод и невозможность определения каждого 

из загрязняющих веществ приводят к необходимости выбора таких показателей, которые характеризовали бы определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. 

-: 

температура;
окраска;
запах;
прозрачность;
величина рН;
сухой остаток;
плотный остаток и потери при прокаливании;
взвешенные вещества;
оседающие вещества по объему и по массе;
перманганатная окисляемость;
химическая потребность в кислороде (ХПК);
биохимическая потребность в кислороде (БПК);
азот (общий; аммонийный; нитритный; нитратный);
фосфаты;
хлориды;
сульфаты;

тяжелые металлы и другие токсичные элементы; 
поверхностно-активные вещества (ПАВ); 
нефтепродукты; 
растворенный кислород; 
микробное число; 
бактерии группы кишечной палочки (БГКП); 
яйца гельминтов. 

 

В число обязательных тестов полного санитарно-химического анализа 

на городских очистных станциях может быть включено определение специфических примесей, поступающих в водоотводящую сеть населенных пунктов  
от промышленных предприятий. 

— один из важных технологических показателей. Функци
ей температуры является вязкость жидкости и, следовательно, сила сопротивления оседающим частицам. Важнейшее значение имеет температура для биологических процессов очистки, так как от нее зависят скорости биохимических 
реакций и растворимость кислорода в воде. 

— один из органолептических показателей качества сточных 

вод. Хозяйственно-фекальные сточные воды обычно слабо окрашены и имеют 
желтовато-буроватые или серые оттенки. Наличие интенсивной окраски различных оттенков — свидетельство присутствия производственных сточных 
вод. Для окрашенных сточных вод определяют интенсивность окраски по разведению до бесцветной, например 1:400; 1:250 и т. д. 

— органолептический показатель, характеризующий наличие  

в воде пахнущих летучих веществ. Обычно запах определяют качественно при 
температуре пробы 20 °С и описывают как фекальный, гнилостный, керосиновый, фенольный и т. д. При неясно выраженном запахе определение повторяют, 
подогревая пробу до 65 °С. Иногда необходимо знать пороговое число — 
наименьшее разбавление, при котором запах исчезает. 

выражается величиной рН. Этот по
казатель чрезвычайно важен для биохимических процессов, скорость кото- 
рых может существенно снижаться при резком изменении реакции среды. 
Установлено, что сточные воды, подаваемые на сооружения биологичес- 
кой очистки, должны иметь значение рН в пределах 6,5–8,5. Производствен- 
ные сточные воды (кислые или щелочные) должны быть нейтрализованы перед сбросом в водоотводящую сеть, чтобы предотвратить ее разрушение.  
Городские сточные воды обычно имеют слабощелочную реакцию среды  
(рН = 7,2–7,8). 

характеризует общую загрязненность сточной воды не
растворенными и коллоидными примесями, не идентифицируя вид загрязнений. Прозрачность городских сточных вод обычно составляет 1–3 см, а после 
очистки увеличивается до 15–30 см. 

характеризует общую загрязненность сточных вод орга
ническими и минеральными примесями в различных агрегативных состояниях