Практическая работа 4. Методы и сооружения очистки сточных вод
Цель занятий:формирование у студентов знаний в области очистки сточных вод, охраны гидросферы; получение практических навыков при выборе методов и средств очистки вредных сбросов в водные объекты
Задачи:
- изучить теоретический материал;
- изучить методы очистки сточных вод;
- изучить сооружения для очистки сточных вод;
Учебные вопросы:
1. Образование промышленных и бытовых сточных вод
2. Способы очистки сточных вод;
3. Методы очистки промышленных и бытовых сточных вод;
4. Устройство сооружений для очистки сточных вод
Изучив данную тему, студент должен:
иметь представление о:
- процессах образования сточных вод,
- химических и биологических основах очистки сточных вод;
знать:
- методы очистки сточных вод;;
- современные технологии очистки сточных вод;
- устройства и сооружения для очистки сточных вод;
уметь:
- оценивать качество очистки сточных вод,
- применять полученные знания при проведении природоохранных мероприятиях,
Владеть навыками
- системным подходом к решению задач по снижению экологического риска в области профессиональной деятельности,
- принятия решений по обеспечению экологической безопасности,
- методами реализации мер экологической безопасности
Методические рекомендации по изучению темы:
При освоении темы необходимо:
- изучить теоретический материал;
- выполнить задание: выбрать метод очистки сточных вод согласно составу сточной воды в карточке – задании;
- ответить на контрольные вопросы;
Теоретический материал:
Источники загрязнения водных объектов
В промышленности вода играет важнейшую роль, в любом технологическом цикле вода используется как растворитель, теплоноситель, хладагент.
Виды сточных вод
Сточные воды – это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения.
Основными веществами, загрязняющими воду, являются:
- Нефть и нефтепродукты
- Поверхностно-активные вещества (синтетические моющие вещества, СПАВ)
- Кислоты и щелочи
- Пестициды и гербициды
- Загрязнители атмосферы (за счет осаждения)
- Загрязнители почвы (за счет вымывания)
- Органические вещества
- Ядохимикаты
- Горюче-смазочные материалы
По происхождению сточные воды могут быть классифицированы на следующие: бытовые, производственные и атмосферные.
Производственные сточные воды образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и пр. к ним относятся отработавшие технологические растворы, маточники, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов; шахтные и карьерные воды; воды химводоочистки, воды от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и их транспортировки. Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов.
По составу сточные воды делят на три основные группы, содержащие:
неорганические примеси (в том числе токсические);
- органические примеси;
- неорганические и органические загрязняющие примеси.
По составу сточные воды делят на три основные группы, содержащие
- неорганические примеси (в том числе токсические);
- органические примеси;
- неорганические и органические загрязняющие примеси.
К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т. д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся различные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается, главным образом, в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.
Сточные воды третьей группы образуются в процессах гальванохимической обработки поверхностей, производстве печатных плат электронной техники, в коксохимических и других технологических процессах. В составе этих стоков присутствуют неорганические кислоты, ионы тяжелых металлов, ПАВ, масла, красители, смолы и другие вещества. Производственные сточные воды можно подразделить на два основных вида: незагрязненные и загрязненные.
Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, такие стоки образуются при охлаждении технологического оборудования и продуктов производства.
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси, такие стоки могут быть загрязнены преимущественно органическими или преимущественно минеральными примесями.
Производственные сточные воды можно различать также по физическим свойствам, например, по температуре кипения: кипящие при температуре ниже 120°С, 120-250°С и выше 250°С (в зависимости от свойств содержащихся в них примесей).
По степени агрессивности сточные воды разделяют на:
- слабоагрессивные (слабокислые, рН 6-6,5 и слабощелочные, рН 8-9);
- сильноагрессивные (сильнокислые, рН < 6 и сильнощелочные, рН > 9);
- неагрессивные (рН 6,5-8).
Атмосферные сточные воды образуются в процессе выпадения дождей и таяния снега, как на жилой территории населенных пунктов, так и территории промышленных предприятий, АЗС и др. Часто эти воды называют дождевыми или ливневыми, вследствие того, что в большинстве случаев максимальные расходы образуются в результате выпадения ливней (дождей).
Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий.
В бытовых сточных водах содержатся загрязнения минерального и органического происхождения. Те и другие находятся в нерастворенном, растворенном и коллоидном состояниях. Наибольшую санитарную опасность представляют загрязнения органического происхождения. В бытовых сточных водах взвешенных веществ органического происхождения содержится в среднем 100…300 мг/л. Содержание органических загрязнений, находящихся в растворенном состоянии, оценивается значениями биохимической потребности в кислороде (БПК) и химической потребности в кислороде (ХПК). Бытовые сточные воды имеют БПК=100…400 мг/л, а ХПК=150…600 мг/л, и их можно оценить как весьма загрязненные. При хранении они способны загнить через 12-24 ч (при t=20°C).
Все указанные выше сточные воды требуют обязательной очистки при их отведении в открытые водоемы, так как в них содержатся различные загрязняющие вещества в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые.
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды. Наблюдается изменение химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности.Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности отмечается интенсивным использованием пресной воды (3,4 млрд. м3 в год) и относится к числу наиболее крупных загрязнителей водоемов.Со сточными водами сбрасывается значительное количество органических веществ,входящих в состав древесины, одним из которых является лигнин. Лигнин и подобные ему вещества (талины, флавоноиды, и другие фенольные соединения), являются веществами, обуславливающие цветность воды. Лигниноподобные вещества относятся к числу опасных загрязнений. Их деструкция длится долгие годы, они являются источником постоянных токсичных соединений (как фенолы), что резко ухудшает физико-химические свойства воды и замедляет процессы самоочищения водоемов.
Радиоактивные сточные воды.Объекты ядерной энергетики (атомные станции, военные объекты) загрязняют водные объекты радиоактивными стоками. Радиоактивные вещества концентрируются в мельчайших планктонных организмах и в рыбе, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем радиоактивность воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 Кюри на 1 л и более), подлежат захоронению в подземных бессточных бассейнах и специальных резервуарах.
Сточные воды тепловых электростанций.Нагретые сточные воды тепловых электростанций причиняют «тепловое загрязнение», которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого «цветения воды».
Сточные воды гальванических производств.При использовании в технологических процессах вода загрязняется различными органическими и минеральными веществами, в том числе и ядовитыми. Одним из источников загрязнения окружающей среды вредными веществами, и в первую очередь тяжелыми металлами, являются сточные воды гальванических производств.
Гальванические производства создают в процессе эксплуатации отходы, которые могут находиться в жидком, твердом, пастообразном или газообразном состоянии, представляя собой различную степень опасности и токсичности для окружающей природной среды и человека. Ежегодно для промывки изделий после гальванических покрытий расходуется не менее 650 млн. тонн чистой воды. Ежегодно при промывке изделий после гальвано-химических покрытий из рабочих ванн выносится не менее 3300 т цинка, 2400 т никеля, 2500 т меди, десятки тысяч тонн других металлов, кислот и щелочей. Источниками загрязнения окружающей среды в гальванотехнике являются не только промывные воды, но и отработанные концентрированные растворы. Сбросы отработанных растворов по объему составляют 0,2-0,3% от общего количества сточных вод, а по общему содержанию сбрасываемых загрязнений достигают 70%. Залповый характер таких сбросов нарушает режим работы очистных сооружений, приводит к безвозвратным потерям ценных материалов.
Сточные воды химической промышленности.Сточные воды, образующиеся на предприятиях химических производств, а также стоки, отводимые с территории промышленных предприятий, можно разделить на три категории:
- производственные сточные воды (использованные в технологическом процессе производства или образующиеся при добыче полезных ископаемых);
- бытовые стоки (от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории промышленных предприятий);
- атмосферные стоки (дождевые и образующиеся от таяния снега).
Для каждого типа химических производств характерен свой состав сточных вод. Так, на предприятии, производящем печатные платы, в сточных водах будут присутствовать ионы тяжелых и цветных металлов, но в стоках не будет нефтепродуктов и масел. На нефтеперерабатывающем предприятии в стоках будут содержаться фенолы, нефтепродукты, но не будет ионов хрома или никеля.
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т. д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. Всего 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.Для очистки от загрязнения нефтепродуктами применяется метод биологической ремедиации нефтезагрязненных земель, что представляет собой комплексную технологию очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель с применением аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Фенол содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий и коксохимических производств. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
Для формирования состава производственных сточных вод большое значение имеет вид перерабатываемого сырья. Так, основным загрязняющим компонентом сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий является нефть, нефтепродукты. Состав сточных вод зависит также от технологического процесса, состава исходных компонентов, промежуточных продуктов, выпускаемых продуктов, состава исходной воды, местных условий и от других факторов.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти сточные воды стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В сточных водах обычно содержится около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических веществ относятся биологические загрязнения (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах.
В связи с расширением пищевой промышленности и животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данных отраслей. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.
В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное негативное влияние на биологический и физический режимы водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
Попадание неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод и других видов отходов, содержащих цветные металлы, в водные объекты наносит ущерб народному хозяйству и окружающей природе не только из-за потерь, используемых в производстве металлов, но и вследствие огромного негативного их воздействия на окружающую среду.