Сточные и хозяйственно-бытовые воды, образующиеся на судах в процессе жизнедеятельности людей, служат одним из источников загрязнения окружающей среды с судов. При этом под сточными водами понимаются стоки из туалетов, унитазов, писсуаров, медицинских помещений (амбулатории, лазарета и т.п.) и прочие сточные воды, если они перемешаны с перечисленными выше стоками, а хозяйственно-бытовыми водами считаются стоки из камбузов, буфетов, бань, саун, душевых, прачечных, умывальников и т.п. Считается, что хозяйственно-бытсвые воды менее опасны в эпидемиологическом отношении, чем сточные. Поэтому согласно Международной конвенции МАРПОЛ-73/78 обработке с целью обеззараживания и очистки должны подвергаться только сточные воды.
Рис. 1. Система сбора и очистки нефтесодержащих трюмных вод
В России действуют более жесткие нормы, требующие подвергать очистки обеззараживанию как сточные, так и хозяйственно-бытовые воды.
Качество сточных и хозяйственно-бытовых вод определяют следующие основные показатели:
— коли-индекс;
— взвешенные вещества;
— биохимическое потребление кислорода за 5 сут (БПК5);
— содержание свободного активного хлора.
Коли-индекс является показателем болезнетворное™ сточных вод, он указывает количество бактерий группы «коли» (кишечная палочка), содержащихся в 1 л воды (шт/л). Взвешенные вещества служат мерой оценки загрязненности сточных вод нерастворимыми соединениями (мг/л) и характеризуют качество очистки вод от нерастворимых органических и минеральных веществ. БПК5 определяется количеством кислорода, необходимого для биохимического разложения органических загрязнений, содержащихся в 1 л вод в течение 5 сут при температуре 20 °С без доступа воздуха и света (мг/я). Содержание свободного активного хлора характеризует наличие в удаляемой за борт воде остаточного хлора в случае применения хлоро-содержащего вещества в качестве обеззараживающего.
Сточные и хозяйственно-бытовые воды по физико-химическому составу загрязнений весьма разнообразны. В них входят минеральные, органические и биологические загрязнения в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях.
Очистку сточных и хозяйственно-бытовых вод осуществляют обычно физическими, химическими или биологическими методами. В практике судостроения чаще всего применяют различные их комбинации, например, физико-химические, биохимические, использующие элементы химической обработки, электрохимические и др.
Биологический метод очистки является наиболее приемлемым и заключается в воздействии на загрязнения в стоках различных аэробных микроорганизмов, образующих активный ил. Процесс очистки включает в себя измельчение отходов, аэрирование жидкости, отстаивание ее от активного ила, химическое обеззараживание путем хлорирования.
Рис. 2. Технологическая схема биологической обработки судовых сточных и хозяйственно-бытовых вод:
1 – поступление сточных вод; 2 – подача обеззараживающего агента; 3 – поступление хозяйственно-бытовых вод; 4 сброс очищенной воды за борт
Преимуществами таких установок являются простота конструкций и обслуживания, они, как правило, полностью автоматизированы и требуют малого расхода химических реагентов и затрат труда. Существенным недостатком служит длительность запуска установки в действие после, значительных перерывов в работе. Как правило, в течение первых 7-14 сут после запуска в установке развивается активный ил и очистка не производится. Процесс ввода можно ускорить за счет введения в аэрационную емкость активного ила, приня-“ того с береговых очистных сооружений. Кроме того, химический состав активного ила очень сложен и может значительно изменяться в зависимости от концентрации стоков и равномерности их поступления, солености и температуры. Ил чувствителен к наличию в стоках поверхностно-активных веществ, а при прекращении подачи стоков он через 20-30 ч погибает.
Типичной установкой с биохимической очисткой воды является установка типа «Трайдент», схема которой приведена на рис.151. Основой ее служат четыре блока: I – приема и сбора сточных вод; II -аэрации; III – отстоя ила; IV – обеззараживания. Сточные воды поступают в блок I через сетку, на которой задерживаются, а затем измельчаются потоком крупные фракции. По мэре накопления в блоке сточные воды переливаются в блок аэрации II, куда с помощью воздуходувок через воздухораспределитель непрерывно поступает воздух. Благодаря этому обеспечивается перемешивание сточных вод с активным илом и начинается биологическое разложение загрязнений, размельчение оставшихся крупных частиц и окисление органических веществ, находящихся в сточных водах. Углекислый газ при этом выводится через вентиляционный канал. Далее очищенная вода поступает вместе с активным илом в блок отстоя III, выполненный в виде конического бункера, чтобы облегчить сползание активного ила на дно. Для интенсификации процесса отстоя и снижения влияния качки на работу установки внутри бункера размещены наклонные пластины.
Рис. 3. Схема установки типа «Трайдент»
Очищенные и отстоявшиеся сточные воды перетекают в блок IV, а осевший на дно бункера активный ил с помощью специального устройства – эрлифта вновь направляется в блок II для последующего цикла процесса очистки. Работу эрлифта обеспечивает воздух от воздуходувок. Вместе со сточными водами в блок обеззараживания IV поступают и хозяйственно-бытовые. Обеззараживание осуществляется гипохлоритом кальция Са(СЮ)2, который подается при помощи дозирующего устройств. Уровень воды в блоке IV регулируется датчиками нижнего и верхнего уровней. Откачка очищенной и обеззараженной воды осуществляется с помощью насоса, осушительного трубопровода и клапана. При необходимости можно осушать и блоки I и II, используя клапаны. Вентиляция установки осуществляется по воздуховоду.
Установки с биохимической обработкой сточных вод фирмы «Хам-ворси» типа «Супер трайдент» применяются на газовозах типа «Моссовет». Они рассчитаны на обслуживание экипажа из 50 чел и имеют производительность 15 мэ/ч.
Установки с физико-химическим принципом действия, как правило, очищают и обеззараживают одновременно как сточные, так и хозяйственно-бытовые воды, образующиеся на судах. Для этой цели используются химическая обработка, реагентная коагуляция, осаждение взвешенных и скоагулированных загрязнений, флотация, фильтрование, окисление загрязнений и др. Установки физико-химической обработки имеют более сложные технологические схемы и конструкцию по сравнению с установками биологической очистки. Однако скорость процессов обработки стоков в них в 10-20 раз выше, что обусловливает меньшие габариты и массу.
Эти установки обеспечивают быстрое включение в работу, высокую производительность, незначительную зависимость от солености и температуры стоков, возможность автоматизации. Они не имеют ограничений по минимальной производительности. Если на судне используется установка с производительностью, превышающей требуемую для данного судна, то качество очистки не ухудшается, а уменьшается лишь время работы установки в сутки.
К недостаткам таких установок относятся наличие большого количества вспомогательных механизмов, более низкое качество очистки, чем в биологических установках, значительное количество шлама (2-5% от объема сбрасываемых за борт очищенных вод).
Рис. 4. Технологическая схема физико-химической обработки судовых сточных и хозяйственно-бытовых вод:
1 – поступление сточных и хозяйственно-бытовых вод: 2 – подача раствора коагулянта; 3 – подача обеззараживающего агента; 4 – сброс за борт или на рециркуляцию
Физико-химический принцип действия используется на установках «Нептуматик-МОХ» (Швеция), «Пуритек» и «Омнипурс» (ОША), «Аква-Санз» (Япония), «Атлас» (Дания), ЭОС (Россия) и др. Наиболее известны установки «Нептуматик-МОХ» (М – механическая, О -окислительная, X – химическая обработка). Принцип их работы основан на применении реагентной напорной флотации с последующим обеззараживанием хлорсодержащими реагентами. Эти установки предназначены для обработки всех судовых сточных и хозяйственно-бытовых вод (принципиальная схема представлена на рис.159).
Первый этап обработки вод (механический) заключается в следующем. Сточные и хозяйственно-бытовые воды 1 подаются в усред-нительную емкость I, при этом крупные загрязнения задерживаются на решетке, а воздух выходит через отверстие. По мере заполнения емкости I срабатывает датчик верхнего уровня и включается погружной насос, подающий стоки через самоочищающееся сито в расширительную емкость II. Отключается насос при срабатывании датчика нижнего уровня. При наполнении емкости II часть стоков через сито вновь перетекает в емкость I. За счет циркуляции насосом стоки перемешиваются и измельчаются.
Рис. 4. Принципиальная схема установки для очистки сточных и хозяйственно-бытовых вод типа «Нептуматик-МОХ»
На втором этапе (окисление) грязная вода подается циркуляционным насосом в резервуар III, где создается повышенное давление для образования перенасыщения раствора воздухом. Из резервуара III часть жидкости через эжектор, подающий в обрабатываемые стоки воздух через патрубок, возвращается в расширительную емкость II (вторая ступень циркуляции). Интенсивное перемешивание воздуха с загрязненной водой в эжекторе в сочетании с обработкой в насыщенной кислородной среде под давлением обеспечивает быстрое биологическое разложение органических загрязнений, в результате чего обеспечивается значительное снижение БПК6.
На последнем этапе (химическая обработка и сепарация дозирующими насосами) в стоки, поступающие из резервуара III во флотационную емкость IV, впрыскивается реактив для коагуляции коллоидных загрязнений, например, хлорное железо, и обеззараживающий реактив (гипохлорид кальция или гилохлорид натрия). Под влиянием хлорного железа происходит прилипание загрязнений и образование крупных хлопьев. Во флотационной емкости IV при снижении давления происходит процесс флотации скоагулированных коллоидных и взвешенных загрязнений пузырьками воздуха, выделяющимися из перенасыщенного раствора. При этом одновременно осуществляется процесс обеззараживания стоков (снижение до минимума коли-индекса).
Выделяемые из стоков загрязнения образуют на поверхности флотационной емкости IV пену, которая скребковым транспортером направляется к отверстию, ведущему в шламовую емкость, а освободившиеся объемы флотационной емкости IV заполняются воздухом через отверстие 8. Очищенная вода скапливается в емкости V, из которой насосом по трубопроводу поступает за борт.
Типоразмерный ряд установок «Нептуматик-МОХ» обеспечивает пропускную способность в пределах от 4,0 до 28,0 м3/суг.
В отечественном судостроении разработаны установки типа ЭОС, основанные на электрохимическом принципе действия. Установки способны обрабатывать и сточные, и хозяйственно-бытовые воды. Принципиальная схема установки приведена на рис. 5.
Сточные и хозяйственно-бытовые воды от соответствующих систем поступают по трубопроводу через сетку отделения крупнофракционных загрязнений и специальную воронку в усреднительную емкость II, где накапливаются до определенного уровня.
Рис. 5. Принципиальная схема установки для очистки сточных вод типа ЭОС
Одновременно с процессом электрохимической флотации происходит процесс обеззараживания сточных вод. Обеззараживание сточных вод обусловлено совместным действием следующих процессов: обработки воды с помощью активного хлора, электрохимически выделяющегося на электродах э результате окисления хлоридов; изменения рН в анодном и катодном пространствах блоков электродов; прямой инактивации бактерий на электродах; воздействия электрического поля в межэлектронном пространстве. Очищенные и обеззараженные стоки поступают в сборную емкость IV, откуда насосом откачиваются за борт судка. Качество откачиваемой воды контролируется прибором.
Установки по очистке и обеззараживанию сточных и хозяйственно-бытовых вод являются лишь частью оборудования комплекса санитарных систем. Помимо этих установок в состав систем входят санитарные насосы, цистерны сбора сточных, хозяйственно-бытовых вод и шлама, подогреватели, трубопроводы и арматура, контрольно-измерительные приборы. В совокупности они обеспечивают санитарно-гигиенические потребности людей на борту судна и выполняют функции по охране окружающей среды.