Способы очищения стоковых вод
Предупреждение загрязнения водных объектов стоковыми водами может быть обеспечено организационными и техническими мероприятиями.
Организационные мероприятия сводятся к предупреждению сброса стоковых вод к водоемам без их очищения. Технические мероприятия предусматривают очищение стоковых вод разными методами , повторное использование стоковых вод для технических потребностей и полива , создание оборотных и замкнутых систем водопользования, совершенствование технологических процессов на предприятиях в направлении уменьшения поступления загрязнений к стокам , переход на безотходные технологии , уменьшение загрязнения территорий нефтепродуктами, которые со сливными стоками могут попадать к водоемам.
Очищение стоковых вод на предприятиях может осуществляться по одной из таких схем:
ü очищение стоковых вод на заводских очистительных сооружениях;
ü очищение стоковых вод после их загрязнения на заводских, а затем на городских очистительных сооружениях с последующим сливом в водоемы;
ü непрерывное очищение промышленных вод и растворов на локальных очистительных сооружениях на протяжении определенного времени, после чего они передаются на регенерацию, после регенерации возвращаются к обороту и только после выяснения невозможности регенерации усредняются и передаются на заводские очистительные сооружения и утилизируются.
Способы очищения загрязненных промышленных вод можно соединить в такие группы : механические , физические , физико-механические , химические , физико-химические, биологические, комплексные (рис. 3.1.)
Механические способы очищения применяются для очищения стоков от твердых и масляных загрязнений. Механическое очищение осуществляется одним из таких методов:
· измельчение больших по размеру загрязнений в меньшие, под средством механических устройств;
· отстаивание загрязнений из стоков посредством нефтеловцов, ловцов песка и других отстойников;
· разделение воды и загрязнителей посредством центрифуг и гидроциклонов;
· усреднение стоков чистой водой с целью снижения концентрации вредных веществ и примесей к уровню, по которому стоки можно сбрасывать в водоемы или в канализацию;
· изъятие механических примесей к уровню, по которому стоки можно сбрасывать в водоемы или в канализацию;
· изъятия механических примесей посредством элеваторов, решеток, скребков и других устройств;
· фильтрование стоков через сетки, сита, специальные фильтры, а самое частое - путем пропускания их через песок;
· осветление воды путем пропускания ее через песок или специальные устройства, наполненные композициями или минералами, способными поглощать зависшие части.
Рисунок 3.1 - Классификация способов очищения стоковых вод
Выбор схемы очищения воды от зависших частей и нефтепродуктов зависит от вида и количества загрязнений, необходимой степени очистки.
физико-механические способы очищениястоков и воды базируются на флотации, мембранных методах очищения, азотропных отводах.
Флотация- процесс молекулярного прилипания частиц загрязнений кповерхности распределения двух фаз (вода - воздух, вода - твердое вещество). Процесс очищения СПЛР, нефтепродуктов, волоконных материалов флотацией заключается в образовании системы ''частички загрязнений - пузырьки воздуха", которые всплывают на поверхность и утилизируются. По принципу действия, флотационные установки классифицируются таким способом:
· флотация с механическим диспергированием воздуха;
· флотация с подачей воздуха через пористые материалы;
· електро флотация;
· биологическая флотация.
Обратный осмос (гиперфильтрация)- процесс фильтрования стоковых вод через полупроницаемые мембраны под давлением. При концентрации солей 2...5 г/л должно быть давление до 1 МПа, а при концентрации солей 10...ЗО г/л - около 10 МПа.
Ультрафильтрирование- мембранный процесс распределения растворов, осмотическое давление которых является малым. Применяется для очищения стоковых вод от высокомолекулярных веществ, зависших частиц и коллоидов.
Электродиализ – процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате, который осуществляется под действием постоянного электрического тока. Электродиализ используется для деминерализации стоковых вод. Основным оборудованием есть электродиализаторы, которые состоят из катионовых и анионовых мембран.
Химическое очищениеиспользуется как самостоятельный метод или как предыдущий перед физико-химическим и биологическим очищением. Его используют для снижения коррозийной активности стоковых вод, удаление из них тяжелых металлов, очищение стоков гальванических участков, для окисления сероводорода и органических веществ, для дезинфекции воды и ее обесцвечения.
Нейтрализацияприменяется для очищения стоков гальванических, травильных и других производств, где применяются кислоты и щелочи. Нейтрализация осуществляется путем смешивания кислых стоковых вод со щелочами, добавление к стоковым водам реагентов (известка, карбонат кальция и магния, аммиак и тому подобное) или фильтрования через нейтрализующие материалы (известка, доломит, магнезит, мел, известняк и тому подобное).
Количество реагента для нейтрализации сточных вод
Мv = k 
V 
mC 
где k – коэффициент запаса реагента;
В – масса активной составляющей в сточной воде;
V - оббьем сточных вод;
m – потери реагента для нейтрализации активных веществ;
- концентрация кислоты и щелочи.
Окислениеприменяется для обеззараживания стоковых вод от токсических примесей (медь, цинк, сероводород, сульфиды), а также от органических соединений. Окислителями является хлор, озон, кислород, хлорная известка, гидрохлорид кальция и тому подобное.
Рассмотрим физико-химические методы.
Коагуляция— процесс соединения мелких частиц загрязнителей в большие под средством коагулянтов. Для положительно заряженных частиц коагулированными ионами являются анионы, а для негативно заряженных - катионы. Коагулянтами есть известковое молоко, соли алюминия, железа, магний, цинк, сернокислый кальций, углекислый газ и тому подобное. Коагулирующая способность солей трехвалентных металлов является в десятки раз выше, чем двухвалентных, и в тысячу раз больше, чем одновалентных.
Флокуляция— процесс агрегации мелких частиц загрязнителей в воде за счет образования мостиков между ними и молекулами флокулянтов. Флокулянтами являются активная кремниевая кислота, эфиры, крахмал, целлюлоза, синтетические органические полимеры (полиакриламид, полиоксиетилен, полиакрилиати, полиетиленамины и тому подобное).
Для осветления воды одновременно используются коагулянти и флокулянти, например сернокислый алюминий и полиакриламид ПГИА. Коагуляция и флокуляция осуществляются в специальных емкостях и камерах.
При очищении воды используется и електрокоагуляция - процесс укрупнения частиц загрязнителей под действием постоянного электрического тока.
Сорбция- процесс поглощения загрязнений твердыми и жидкими сорбентами (активированным углем, золой, мелким коксом, торфом, силикагелем, активной глиной и тому подобное). Адсорбционные свойства сорбентов зависит от структуры пор, их величины, распределения по размерам, природы образования. Активность сорбентов характеризуется массой загрязнений, которые поглощаются на единицу их объема или массы (кг/м3).
Устройства для изъятия из стоковых вод или растворов по этим методам изготовляют в виде фильтров.
Различает три вида сорбционных процессов очищения стоков: абсорбция, адсорбция, хемосорбция.
В абсорбциипоглощение загрязнений осуществляется всей массой (объемом) абсорбированного вещества.
В адсорбциипоглощение загрязнителей происходит лишь поверхностью адсорбента за счет молекулярных сил двух тел, которые взаимодействуют.
В хемосорбциипоглощение загрязнителей сорбентом происходит с образованием на поверхности распределения нового компонента или фазы.
Выбор сорбента определяется характером и свойствами загрязнений. Процесс очищения стоков сорбентами разных видов осуществляется в специальных колоннах, заполненных сорбентами.
Экстракция- изъятие из стоковых вод ценных веществ посредством экстрагентов, которые должны иметь такие свойства: высокую экстрагирующую способность, селективность, малую растворимость в воде, иметь густоту, отличительную от густоты воды, небольшую удельную теплоту испарения, малую теплоемкость, быть взрывоопасными и нетоксичными, иметь небольшую стоимость.
Экстрагирование веществ из стоковых вод осуществляется одним из методов: перекрестнопотоковым, ступенчасто-противопотоковым, непрерывно противопотоковым. Объем экстрагента, который необходим для экстракции
nVст
где те - удельный вес экстрагента для одной экстракции;
п — количество экстракций;
Vст - объем стоковых вод, которые подлежат экстракции.
Этот способ используется для изъятия из стоковых вод фенола.
Ионный обменбазируется на изъятии из стоковых вод ценных примесей хрома, цинка, меди, ПАР за счет обмена ионами между примесями и ионитами (ионообменными смолами) на поверхности распределения фаз "раствор - смола". По знаку заряда иониты делятся на катиониты и аниониты, которые имеют соответственно кислые и щелочные свойства. Иониты могут быть природными и синтетическими. Практически применяются природные иониты типа алюмосиликатов, гидрооксидов и солей многовалентных металлов, иониты из угля и целлюлозы и разнообразные синтетические ионообменные смолы.
Основным свойством ионитов является их поглощающая способность - обменная емкость (количество грамм-эквивалентов в стоковой воде, что поглощается 1 м" ионита к полному насыщению).
После механических, химических и физико-химических методов очистки в стоковых водах могут находиться разнообразные вирусы и бактерии (дизентерийные бактерии, холерный вибрион, возбудители брюшного тифа, вирус полиомиелита, вирус гепатита, цитпатогенный вирус, аденовирус, вирусы, которые вызывают заболевание глаз). Поэтому с целью предотвращения заболеванием стоковые воды перед повторным использованием для бытовых потребностей подлежат биологической очистке.
Стерилизация водыосуществляется путем нагревания, хлорирования, озонирования, обработкой ультрафиолетовыми лучами, биообработки, электролиза серебра, когда анодом является серебряный электрод, а катодом - уголь. Ионы серебра имеют бактерицидное действие. Для стерилизации 20 м3 нужно изъять из анода 1 г серебра.
Второй метод электролизной обработки воды заключается в добавлении к воде кухонной соли, которая при пропускании тока разлагается, выделяя свободный хлор.
Биологическое очищение осуществляется в биофильтрах, в аеротенках, в окислительных каналах, в биотенках, в аеротенках с заполнителями.
Биологическое очищение может осуществляться и в природных условиях на полях орошения, полях фильтрации, в биологических водоемах.
В зависимости от микроорганизмов, которые принимают участие в разрушении органических веществ, различают аэробное (окислительное) и анаэробное (обновительное) биологическое очищение стоковых вод.
В производственных условиях часто приходится использовать комплексные методы очищения, которые базируются на механических, химических, физико-химических, биологических способах и устройствах для изъятия загрязнений.
Ключевые вопросы
1. Основные химические и физические свойства воды.
2. В чем заключается разница между дистиллированной и питьевой водами?
3. На какие потребности используется вода?
4. Источники загрязнения воды. |
5. Составные показатели качества воды.
6. Какие вещества опаснейшие для воды (за ГДК)?
7. Способы очищения стоковых вод.
8. Как работает гидроциклон?
9. Что такое аеротенк и биофильтр? .
Домашнее задание
1. Для успешного выполнения и защиты лабораторной работы студенту нужно выучить соответствующую литературу.
2. Начертить схемы систем очищения воды.
3. Подготовиться к дискуссии на тему: "Вода - основа жизни".
Лабораторное задание
1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия систем очищения воды.
2. Ознакомиться с оборудованием (ПЕОМ) на рабочем месте.
3. Сделать классификацию причин загрязнения и веществ - загрязнителей воды.
4. Ознакомиться со строением и принципом действия разнообразных систем очищения воды. Избрать две самые оптимальные системы и сделать сравнение (пункт 2 домашнего задания).
5. На основании данных преподавателя кафедры провести расчеты срока очищения акватории Черного моря от нефтепродуктов.
6. Рассчитать водопотребление предприятий связи и потери воды (по данным кафедры)
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
- цель работы;
- результаты выполнения домашнего задания;
- сжатые тезисы к дискуссии "Вода — основа жизни";
- результаты расчетов;
- графики зависимости соответственно требованиям лабораторного задания;
- дату и подпись студента и преподавателя о защите задания.