Методы очистки сточных вод и экологически чистые технологии

Электрофлотационный способ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами флотации: простота изготовления аппаратов и их обслуживания, возможность регулирования степени очистки стоков в зависимости от фазово-дисперсного состояния примесей, высокая дисперсность пузырьков газа, обеспечивающая эффективность их взаимодействия с примесями, одновременное обеззараживание сточных вод (Василенко, Никифоров…, 2009).

4.4 Электродиализ

Электродиализ - это процесс непрерывной сепарации ионов солей, осуществляемый в многокамерном мембранном аппарате (электродиализаторе) под действием постоянного тока, направленного перпендикулярно плоскости мембран.

Основные области применения электродиализа:

- опреснение и обессоливание воды, водоподготовка для питьевых целей и дезактивация воды;

- получение органических кислот и оснований;

- синтез неорганических соединений;

- очистка и разделение веществ в водных растворах.

Процесс очистки сточных вод в данном случае основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран. Мембраны используются неактивные (пористые) и активные (ионообменные).

Пористые мембраны механически пропускают компоненты раствора за счет наличия в них определенного размера физических пор. Ионообменные мембраны подразделяются на анионообменные и катионообменные и, соответственно, могут пропускать только анионы или катионы.

Простейший электродиализатор (приложение 4, рис. 46) представляет из себя аппарат, разделенный мембранами на три камеры. В среднюю камеру, называемую солевой, запускают рабочий раствор, а в приэлектродных пространствах находятся водные камеры. При прохождении электрического тока ионы начинают направленное движение к соответствующим электродам. При этом на аноде будет выделяться газообразный кислород и образовываться кислота. На катоде же выделяется газообразный водород и образуется щелочь.

Выход по току в аппарате с неактивными мембранами не превышает 20%. Выход по току - это отношение реально удаленного количества солей к тому количеству, которое было бы удалено при 100% -м использовании тока.

При использовании ионообменных мембран эффективность процесса резко повышается (приложение 4, рис. 46, б), и снижается расход электроэнергии. В данном варианте нонообменные мембраны пропускают ионы только определенного знака заряда и бесполезного переноса электрических зарядов почти нет. Выход по току здесь достигает 90%. В промышленной практике обычно используют многокамерные аппараты с чередующимися катионо- и анионопроницаемыми мембранами. В таких аппаратах достигается максимальный выход по току.

Используемые в электродиализе мембраны должны обладать малым электрическим сопротивлением. На эффективность процесса также оказывает влияние расстояние между мембранами. Обычно оно составляет 1-2 мм. Основным недостатком этого процесса является неизбежная концентрационная поляризация, приводящая к осаждению солей на поверхности мембран и снижению показателей очистки. Сточные воды перед подачей в электродиализатор должны быть очищены от взвешенных и коллоидных частиц (Василенко, Никифоров…, 2009).



Глава 5. Мембранные (баромембранные) методы

Мембранные процессы разделения основаны на преимущественной проницаемости одного или нескольких компонентов жидкой, газовой смеси или коллоидной системы через разделительную перегородку - мембрану. Компоненты жидкой фазы, прошедшие через перегородку, называют пермеатом или фильтратом, а задержанные - концентратом. Движущей силой мембранных процессов является разность химических или электрохимических потенциалов по обе стороны перегородки.

Мембрана - это материал или устройство, который ведет себя как некий физико-химический барьер между двумя жидкими фазами и допускающий определенные обменные или диффузные процессы.

Мембранные процессы (табл. 7) могут быть обусловлены градиентами давления (баромембранные процессы - микро- и ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос), электрического потенциала (электромембранные процессы, например электродиализ), концентрации (диффузионно-мембранные).

Таблица 7. Классификация мембран и мембранных методов (Василенко, Никифоров…, 2009)

Размер пор, мкм	Виды загрязнений	Молекулярная масса загрязнений	Метод
1-100	Механические взвеси	-	Механические методы (макрофильтрация)
0,1-1	Бактерии, коллоиды, взвеси	> 500000	Микрофильтрация
0,002-0,1	Коллоиды, бактерии, вирусы, большие молекулы	10 000-500000	Ультрафильтрация
0,002-0,001	Многозарядные ионы, молекулы, вирусы	300-10000	Нанофильтрация
< 0,0001	Ионы	<300	Обратный осмос

Основное свойство, которое обусловливает практическое использование мембран - это не сама пропускная или обменная способность, а селективная проницаемость, то есть способность пропускать только определенные компоненты раствора и препятствовать переносу других.

Мембраны по механизму их действия можно подразделить на неактивные и ионселективные (ионообменные) мембраны. Неактивные мембраны характеризуются селективной проницаемостью вследствие наличия в них определенного размера пор (табл. 7), способных пропускать соответствующего размера (меньшего) компоненты раствора. Примером таких мембран может являться типичная ацетатцеллюлозная мембрана.

Ионообменные мембраны по механизму действия сходны с обычными ионообменными материалами - ионитами. Но, в отличие от последних, регенерация таких мембран осуществляется в процессе их работы. Они также подразделяются на анионоактивные и катионоактивные мембраны.

По характеру структуры мембраны подразделяются на гомогенные и геретогенные. Гомогенные представляют собой однофазную систему с одинаковыми свойствами во всех точках. Эти мембраны применяются реже вследствие их меньшей прочности и проницаемости. Гетерогенные мембраны - это композиции тонко измельченного ионита с пластичным связующим или на основе металлокерамики и различных композитов (например, полиамидные мембраны).

Основные требования, предъявляемые к мембранам при их выборе:

- высокая проницаемость и селективность;

- устойчивость к действию рабочих растворов;

- механическая прочность и низкая стоимость;

- постоянство характеристик в процессе работы.

Таким образом, принцип баромембранных методов состоит в непрерывном процессе разделения растворов путем их фильтрования под давлением, превышающим осмотическое, через полупроницаемую мембрану, которая полностью или частично задерживает молекулы или ионы растворенного вещества.

Осмосом называют процесс самопроизвольного проникновения молекул растворителя через полупроницаемую мембрану. При давлении выше осмотического будет осуществляться перенос растворителя в обратном обычному осмосу направлению - от раствора к чистому растворителю (приложение 5, рис. 47). То есть мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенное вещество. Поэтому такой процесс называют обратным осмосом, а применяемое давление - обратноосмотическим.

При обратном осмосе отделяются частицы, размеры которых не превышают размеры молекул растворителя. При ультрафильтрации же размер отдельных частиц на порядок больше. То есть от обычных методов фильтрации такие процессы отличаются отделением частиц меньших размеров. Естественно, что давление, необходимое для обратного осмоса (6-10 МПа), значительно больше, чем для процесса ультрафильтрации (0,1-0,5 МПа).

Обратный осмос достаточно широко используется для обессоливания воды, в системах водоподготовки предприятий различных отраслей промышленности, для очистки промышленных и городских сточных вод, очистки водопроводной воды. Достоинством этого процесса является достаточно небольшие габаритные размеры установки, которая включает в себя в качестве основных элементов насос высокого давления и мембранный модуль.

Кроме того, обратный осмос отличают: высокая степень очистки, стабильное качество очищенной воды, универсальность метода, возможность работы при обычных температурах, длительный срок службы современных мембран, возможность одновременного выделения ценных компонентов. В качестве недостатка можно отметить

неизбежное возникновение концентрационной поляризации - увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности мембран. Это приводит к уменьшению срока службы мембран и уменьшению производительности. Также с определенными технологическими трудностями связана работа аппаратуры при повышенном давлении.

Процесс мембранного разделения зависит от гидродинамических условий и конструкции аппарата, давления, температуры, концентрации и кислотности раствора. С ростом давления обычно повышается производительность, так как растет движущая сила процесса. Но при этом происходит уплотнение материала мембран и снижается ее проницаемость. Например, для ацетатцеллюлозных мембран давление не должно превышать 10-15 МПа. С увеличением температуры раствора уменьшается его вязкость и плотность, а это усиливает проницаемость. Но при этом одновременно повышается осмотическое давление, которое уменьшает проницаемость.

Кроме того, при повышении температуры происходит усадка и стягивание пор мембран, что тоже снижает движущую силу, возрастает скорость гидролиза мембран и уменьшается срок их службы.

Увеличение концентрации раствора приводит к росту осмотического давления растворителя, повышению вязкости раствора и росту концентрационной поляризации поверхности мембран, то есть к снижению их проницаемости и селективности.

Обратный осмос рекомендуется использовать при следующей концентрации электролитов: для одновалентных солей - не более 5-10%; для двухвалентных - 10-15%; для многовалентных - 15-20%. Для уменьшения влияния поляризации мембран обычно организуют турбулизацию раствора у поверхности, применяют различные мешалки, вибрационные устройства и т.п.

Конструкция аппаратов для проведения обратного осмоса и ультрафильтрации должна обеспечивать простоту сборки и монтажа, большую поверхность мембран в единице раствора, механическую прочность и герметичность. Мембранные аппараты по способу укладки мембран подразделяются на четыре вида (приложение 5, рис. 48): плоскокамерные аппараты типа «фильтр-пресс» с плоскопараллельными фильтрующими устройствами; с трубчатыми фильтрующими элементами; рулонные, или спиральные; с мембранами в виде полого волокна.

В плоскокамерных аппаратах разделительный элемент состоит из двух плоских листовых мембран, между которыми расположен пористый дренажный материал. Элементы расположены на небольшом расстоянии друг от друга (0,5-5 мм). В результате этого между ними образуются мембранные каналы, по которым циркулирует разделяемая смесь. Образовавшийся концентрат выводится из аппарата, а пермеат отводится по дренажному материалу в коллектор.

При необходимости более высокого концентрирования исходного раствора в аппарате устанавливают несколько последовательно работающих секций. Поверхность разделительной мембраны, приходящаяся на единицу объема аппарата, то есть плотность упаковки мембраны, для такого типа конструкций низка (60-300 /), поэтому их используют в установках небольшой производительности для разделения жидких и газовых смесей.

Трубчатые аппараты состоят из набора пористых дренажных трубок диаметром до 30 мм, на внутренней или наружной поверхности которых на дренажных подложках расположены мембраны. В соответствии с этим исходный поток может направляться в трубное или межтрубное пространство.

Трубчатые аппараты, в которых плотность упаковки мембран составляет 60-200 /, используются для очистки жидких сред от загрязнений или опреснения воды свысокой концентрацией солей.

Недостатки этих аппаратов: более сложная замена мембран, наличие застойных зон, повышенный расход сточной воды и электроэнергии.

В рулонных, или спиральных, аппаратах мембранный элемент имеет вид пакета, который навивают в виде спирали на трубу, имеющую продольные прорези.

Пакет состоит из двух мембран, гибкой пористой пластины и гофрированного сепарационного листа. Сточная вода движется в каналах гофрированного листа. Фильтрат, проникающий через мембраны, заполняет объем пустот в пористой пластине и проходит по ним к трубе, откуда удаляется. Ширина навивающего пакета может достигать 500 мм, а длина до 2,5 м. Аппараты этого типа отличаются высокой плотностью упаковки мембран (300-800 /), но сложнее, чем плоскокамерные, в изготовлении. Они используются в установках средней и большой производительности.

В аппаратах с волокнистыми мембранами рабочий элемент обычно представляет собой цилиндр, к стенкам которого прикрепляется пучок полых волокон длиной 2-3 м. Диаметр волокон равен 45-2000 мкм. Удельная поверхность волокон достигает 20000 /.

Применяют ацетатцеллюлозные волокна, полиамидные и другие. Эти аппараты компактны и высокопроизводительны, благодаря высокой плотности упаковки мембран.

Для обратного осмоса, как правило, используют плоскокамерные, трубчатые и рулонные аппараты; для ультрафильтрации - плоскокамерные и трубчатые; для микрофильтрации - те же аппараты, а также обычные патронные фильтры.

Баромембранные методы в технологии могут использоваться в комбинации или друг с другом, или другими физико-химическими методами: флокуляция и ультрафильтрация; ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос; фильтрация через зернистый угольный фильтр и ультрафильтрация.

Мембранная технология получает все большее распространение как в промышленном, так и в бытовом использовании. Это связано с общими преимуществами методов: стабильно высокое качество очищенной воды; мембрана, в отличие от других водоочистных систем, не накапливает внутри себя примеси, что исключает вероятность их попадания в очищенную воду; достаточно низкие эксплуатационные затраты; экологическая безопасность - отсутствие химических сбросов и реагентов; компактность установок и минимальное внимание со стороны персонала (Василенко, Никифоров…, 2009).



Глава 6. Термоокислительные методы очистки сточных вод

6.1 Теоретические положения термоокислительных методов очистки сточных вод

Для большой группы промышленных сточных вод применение типичных механических, биологических, физико-химических и других методов очистки зачастую не дает требуемых положительных результатов. Особенно затруднительна очистка стоков с большим спектром и высокой концентрацией органических и минеральных веществ. В таких случаях применяют термоокислительные методы, суть которых заключается в окислении при повышенной температуре органических веществ до нетоксичных газообразных соединений.

Сжигание же вод с минерализованными примесями может приводить к образованию твердого остатка или жидкого расплава.

Эти методы подразделяются на парофазное окисление (или огневой метод), жидкофазное окисление (метод Циммермана) и парофазное каталитическое окисление. Сточные воды, поступающие на сжигание, тоже подразделяют: по физическим свойствам жидкости или по ее теплотворной способности. То есть они могут быть загрязнены только органическими веществами, летучими или нелетучими, или загрязнены и неорганическими, и органическими компонентами. Также при сжигании стоков может быть необходимо дополнительное топливо или они в исходном состоянии обладают высокой теплотворной способностью не менее 8,4 МДж/кг.

Окончательный выбор метода обусловливается следующими факторами: количество и состав сточных вод, их исходная теплотворная способность, наличие у предприятия энергоресурсов и катализаторов, возможность и целесообразность использования очищенных стоков, экономичность процесса (Василенко, Никифоров…, 2009).



6.2 Огневой метод

Огневой метод является наиболее универсальным, надежным и эффективным из всех термоокислительных методов. Суть его заключается в следующем. Сточные воды в распыленном состоянии вводятся в высокотемпературную зону горения органического топлива. При этом вода полностью испаряется, токсические органические вещества, подвергаясь термическому окислению кислородом печной атмосферы, образуют нетоксичные продукты полного сгорания. Минеральные же примеси переходят в твердые или расплаленные частицы, которые улавливаются в пределах рабочей камеры и выводятся из нее в виде расплава или уносятся с дымовыми газами.

К недостаткам огневого метода относятся большой расход топлива и необходимость перегрева водяного пара почти до тысячи градусов Цельсия из-за присутствия минеральных примесей. Поэтому данный метод целесообразен в следующих случаях:

- при небольшом количестве сточных вод, содержащих высокотоксичные вещества, обезвреживание которых другими способами невозможно;

- при извлечении ценных растворенных минеральных примесей;

- при наличии у предприятия горючих производственных отходов, которые могут быть использованы в качестве топлива.

Эффективность работы огневой установки во многом зависит от принятой технологической схемы и типа реактора. Выбор же реактора и его оформление также определяется многими факторами, главным из которых является физико-химический состав сточных вод. Дело в том, что концентрация и свойства примесей могут быть таковы, что отходящие газы необходимо будет дополнительно очищать от токсичных паров и пыли. Кроме того, физические свойства минеральных примесей (например, температуры плавления или возгонки) определяют методы улавливания продуктов и их физическое состояние: это может быть сухая пыль, гранулированный шлак или расплав, водный раствор или суспензия. Физическое состояние примесей оказывает влияние и на условия распыла стоков.

С учетом всех этих факторов сточные воды анализируются и относятся к определенному типу, после чего выбирается вид реактора и его технологическое оформление. При огневом обезвреживании сточных вод используют камерные и шахтные печи, печи с псевдоожиженным слоем и циклонные топки, или реакторы.

Камерные и шахтные печи (приложение 6, рис. 49) используются в основном для обезвреживания сульфитных щелоков, сточных вод анилинокрасочной промышленности, производства фенолформальдегидных смол, пластмасс и др. Они оборудуются устройствами для сжигания топлива и форсунками для распыла воды. При наличии минеральных примесей за камерой сгорания устанавливают золоулавливающие камеры.

Эти печи характеризуются низкими удельными нагрузками по сточной воде - до 100 кг/(Чч), поэтому они всегда громоздки и требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат. Кроме того, не обеспечивается полное окисление токсичных неорганических веществ, и их приходится дожигать. При наличии минеральных веществ наблюдается быстрый износ футеровки. Основные недостатки печей данной конструкции обусловлены плохими условиями тепло- и массообмена, недостаточным перемешиванием газообразных продуктов в рабочей камере.

В печах с псевдоожиженным слоем (приложение 6, рис. 50) процесс сжигания осуществляется с достаточно высокой интенсивностью. Псевдоожиженный слой создается золой, образующейся при сгорании стоков, и поддерживается с помощью воздуха, который подается под газораспределительную решетку. Температура, равная примерно 750° С, создается за счет тепла от сгорания органических примесей и топлива. Эти печи достаточно просты и компактны. Но, чтобы не было зашлаковывания, необходимо держать температуру меньше температуры плавления минеральных солей, а этого бывает недостаточно.

Циклонные печи являются наиболее эффективными и универсальными устройствами при огневом обезвреживании сточных вод.

Их преимущества обусловлены хорошими аэродинамическими качествами (вихревые струйные потоки). Это обеспечивает большую интенсивность и устойчивость процесса сжигания топлива с малыми топочными потерями. При этом также создаются благоприятные условия тепло- и массообмена между газовой средой и каплями сточной воды вследствие больших относительных скоростей и высокой турбулентности. Все это позволяет создавать малогабаритные устройства с большими нагрузками по стокам. В промышленной практике используют вертикальные (приложение 6, рис. 51) и горизонтальные циклонные печи. Последний тип печей используется для ограниченного

круга стоков.

Основные особенности вертикальных аппаратов:

- тангенциальный подвод топлива и воздуха;

- зона горения топлива отделена от зоны испарения стоков и окисления примесей (форсунки расположены ниже);

- для интенсификации горения газов используют горелки предварительного смешения, а если топливо жидкое, то организуется совместный ввод топлива и воздуха;

- для распыления воды используют экономичные центробежные форсунки.

Малые габаритные размеры печей и наличие эффективной центробежной сепарации позволяют использовать водоохлаждаемую футеровку, а это дает возможность обезвреживать сильно минерализованные стоки с высокой степенью очистки и выпуском их в виде расплава. Производительность таких печей достигает 1500

кг/(Чч). В циклонных печах, кроме окисления протекают и другие различные реакции между топочными газами, кислородом, расплавами солей, щелочей и др. Поэтому такие печи часто называют циклонными химическими реакторами (Василенко, Никифоров…, 2009).

6.3 Метод жидкофазного окисления

Основан на окислении кислородом воздуха органических примесей стоков при повышенной температуре (до 350 °С) и давлении (2-28 МПа), которое обеспечивает нахождение воды в жидком состоянии. При высоких давлениях существенно возрастает растворимость кислорода в воде, а это способствует ускорению процесса окисления.

В соответствии со схемой (приложение 6, рис. 52, а) сточные воды смешивают с воздухом и подают в теплообменник, где смесь нагревается теплом уже очищенной воды. Затем она поступает в печь для нагревания до требуемой температуры, и далее - в реактор, в котором происходит окисление. Воду и продукты окисления из реактора подают в сепаратор, где происходит отделение газов от жидкости. С увеличением концентрации органических веществ в сточной воде существенно возрастает экономичность процесса.

Преимуществами данного метода являются значительно меньший расход топлива и высокий КПД его использования, универсальность и экономичность, возможность комбинирования с другими методами. В качестве недостатков можно указать высокую стоимость оборудования, повышенную коррозионную активность и образование накипи, а также неполное окисление ряда химических веществ (Василенко, Никифоров…, 2009).



6.4 Метод парофазного каталитического окисления

Заключается в каталитическом окислении органических примесей сточных вод при повышенной температуре в парогазовой фазе (приложение 6, рис. 52, б). В соответствии со схемой сточные воды направляют в выпарной аппарат, после которого водяной пар поступает в теплообменник для нагревания. Затем пары смешивают с горячим воздухом и направляют в контактный аппарат с катализатором, где происходит окисление органических веществ. Обезвреженная газовая смесь конденсируется и направляется обратно в производство. Пульпа из выпарного аппарата после обезвоживания направляется на сжигание.

Для этих установок характерна достаточно высокая производительность по стокам и высокая степень их обезвреживания (Василенко, Никифоров…, 2009).



Глава 7. Экологическая и технико-экономическая оценка систем водоотведения

Выбор наиболее эффективной системы водоотведения зависит от технологических показателей желательности, предъявляемой в конкретной ситуации.

Обоснование применения определенной системы водоотведения должно быть комплексным, так как она характеризуется определенными показателями.

Экономическому обоснованию должен предшествовать технологический анализ выбора оптимального варианта или при наличии многих вариантов - двух-трех, удовлетворяющих определенным требованиям.

Для систематизации и обобщения научно-технической информации рекомендуется составить граф, в котором находятся вероятностные и перспективные системы, а также возможный уровень их использования.

Рассмотрим общесплавную систему с ее элементами в виде графа возможных вариантов водоотведения, при котором все виды сточных вод отводятся и обрабатываются совместно.

В этом случае осуществляется неполная очистка смеси сточных вод. При наличии мощного водоема и многократном разбавлении сточных вод в целом санитарная обстановка может быть удовлетворительной, если концентрации лимитирующих загрязнений не превысят ПДК. Однако следует отметить, что достижение санитарного благополучия путем разбавления не всегда оправдано.

Большинство токсичных веществ, находясь в начальный момент времени в состоянии равномерного распределения по объему воды, через определенный промежуток времени в естественных условиях перераспределяются неравномерно, сорбируюсь на твердой фазе в концентрациях на 3-5 порядков выше, чем при равномерном распределении.

Токсичные вещества в открытых водоемах сорбируются как на инертном материале, так и на живых объектах - песках, глинистых частицах, разнообразных гидробионтах, являющихся кормом для обитающих в этих водоемах рыбах.

К недостаткам общесплавной системы следует отнести сложнейшие проблемы утилизации осадков, так как их образование связано с присутствием в смеси сточных вод загрязнений различного происхождения, например, затрудняющих использование осадка в качестве удобрения.

Нетехнологичность общесплавной системы водоотведения еще и в том, что на каждом объекте смесь сточных вод будет разной по составу и свойствам, поэтому эффект действия очистных сооружений будет различным.

Технологически также невозможно обосновать предусмотренный общесплавной системой сброс в водоем во время сильных ливней разбавленных дождевой водой неочищенных бытовых и производственный стоков.

Частота работы ливнеспусков может изменятся от 1 до 80 раз в году, в зависимости от принятых условий работы системы водоотведения, что создает в водоеме нестабильные условия.

Следует использовать систему водоотведения и рационального использования очищенных сточных вод при полной раздельной системе. Эта совершенная система водоотведения обеспечивает рациональное использование как воды, так и осадков, н надежно защищает окружающую среду от загрязнения.

Для улучшения санитарного состояния водоема, являющегося приемником для очищенных сточных вод, следует предусматривать очистные сооружения для дождевых сточных вод города и промпредприятий отдельно на локальных очистных сооружениях или совместно с бытовыми стоками города на городских очистных сооружениях.

Поскольку дождевые стоки образуются периодически и более чем на порядок превышают по расходу бытовые сточные воды, в целях экономии средств предусматривают лишь очистку наиболее загрязненных масс воды, приближающихся по составу загрязнений к бытовым стокам, что реализуется с помощью специальных разделительных камер-ливнесбросов.

В этом случае полная разделительная система превращается в полураздельную. С технологической точки зрения она наиболее совершенна, так как все виды сточных вод подвергаются очистке, в водоем без обработки сбрасываются лишь низкоконцентрированные дождевые воды во время значительных ливней.

Комбинированные системы по технологическим признакам занимают промежуточное положение между общесплавной и полной разделительной системами.

Неполная разделительная система по экологическим требованиям идентична полной разделительной системе, при которой обычно не предусматривают очистку дождевых вод города.

При повышении степени благоустройства города неполная раздельная система трансформируется в полную раздельную, при которой качество дождевых вод несколько улучшается за счет уменьшения в стоках частиц почвы, вследствие увеличения площадей асфальтовых покрытий и зеленых насаждений. Выбор системы водоотведения определяется конечной технологической целью и основными требованиями охраны водных ресурсов от загрязнения и их рационального использования.

Технологически оптимальный вариант системы водоотведения можно обосновать, учитывая показатели желательности и степень совершенства технологии.

К показателям желательности относят:

- безопасность;

- санитарный эффект;

- надежность;

- малоэнергоемкость;

- возможность возврата воды в производство или по другому назначению;

- возможность эффективной утилизации отходов;

- степень благоустройства обслуживаемого объекта.

Степень удовлетворения анализируемой технологии каждому показателю желательности оценивают по коэффициентам, изменяющимся от 0 до 1:

0 - система полностью не удовлетворяет данному показателю;

0,2 - малоудовлетворяющая система;

0,5 - удовлетворяющая;

0,8 - хорошо удовлетворяющая;

1- полностью удовлетворяющая.

В настоящее время при разработки прогрессивных экологически эффективных систем водоотведения следует учитывать большой объем научно-технической информации. Отдельные факторы, разносторонне характеризующие систему, должны обеспечивать комплексность оценки, поэтому приходится одновременно рассматривать множество факторов.

Следует отдавать предпочтение системам с минимальной энергоемкостью на единицу отводимых и очищенных до требуемого качества стоков.

Процесс утилизации промышленных отходов и ценного сырья в значительной степени облегчается при действии отдельных водооборотных замкнутых циклов. Поэтому при разработке водных технологий производств, следует дифференцировать сточные воды и лишь в отдельных случаях допускать объединение различных потоков.

При дифференцировании водной технологии производств уменьшаются суммарные энергозатраты на очистку воды физико-химическими способами, и значительно облегчается утилизация отходов и повторно-оборотное использование воды и ценного сырья.

Рассмотренные выше факторы следует учитывать при обосновании и разработке любых систем водоотведения (Воронов, Яковлев…, 2006).



Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения, и их рациональное использование для нужд народного хозяйства - одна из самых актуальных проблем, стоящих перед человечеством. Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дают возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточные воды в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90% расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование данного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4% национального дохода ориентировочно; на примере США, относительные затраты составляют (в %): охрана атмосферы 35,2 %, охрана водоемов - 48,0%, ликвидация твердых отходов - 15,0%, снижение шума - 0,7%, прочие - 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов. Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы (Очистка и использование сточных вод..., 1983).



Список литературы

1. Василенко Л.В., Никифоров А.Ф., Лобухина Т.В. Методы очистки промышленных сточных вод: учеб. пособие. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. университет, 2009. - 174 с.

2. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов: - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006 - 704 с.

3. Гудков А.Г. Механическая очистка сточных вод: Учебное пособие. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - 152 с.

4. Когановский А.М., Клименко Н.А. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. - М.: Химия, 1983. - 288 с.

5. Колесников А. В., Лобачева Г. К. Методы очистки сточных вод. Альманах-2004. Волгогр. отд-ние МААНОИ. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2004. 272-275 с.

6. Справочник по очистке природных и сточных вод /Паэль Л.Л., Кару Я.Я., Мельдер Х.А., Репин Б.Н. - М.: Высшая школа, 1994. - 336 с.

7. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю.М., Калицун В. И. Водоотведение и очистка сточных вод. - М.: Стройиздат, 1996. - 591 с.

8. Хенце, М. Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы / М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-Кур-Янсен, Э. Арван. М., 2004. - 471 с.

9. http://www.mediana-eco.ru/information/stoki_biological/bioreactor/

10. http://www.hydropark.ru/equipment/membrane_bioreactor.htm

11. http://www.ecopolymer.com/2008-07-30-13-37-05/2008-07-30-13-58-56.html

12. http://potential4.com.ua/mbr-tehnologii1.html

13. http://www.bccresearch.com/report/MST047B.html

14. http://ru.wikipedia.org/wiki/Очистка_сточных_вод



Приложения

Рис.3. Профили стержней решеток (Гудков, 2003)

Рис. 4. Решетка с ручной очисткой (Гудков, 2003)

Рис.5. Решетка с механическими граблями (Гудков, 2003)

1- решетка; 2 - бесконечная цепь; 3 - грабли; 4 - конвейер

Рис. 6. Решетка-дробилка РД (Гудков, 2003)

1 - щелевой барабан; 2 - приводной механизм; 3 - отводной дюкер

Рис.7 Горизонтальная песколовка (Гудков, 2003)

1- цепной скребковый механизм; 2 - гидроэлеватор; 3 - бункер

Рис. 8. Горизонтальная песколовка с круговым движением воды (Гудков, 2003)

1- кольцевой желоб; 2 - осадочный конус; 3 - подводящий канал; 4 - отводящий канал

Рис. 9. Вертикальная песколовка с вращательным движением (Гудков, 2003)

1- подводящий канал; 2 - сборный кольцевой лоток; 3 - ввод воды в рабочую зону; 4 - отводной канал

Рис. 10. Тангенциальная песколовка с вихревой водяной воронкой (Гудков, 2003)

1- подводящий канал; 2 - отводящий канал; 3 - рабочая часть; 4 - регулируемый водослив; 5 - песок; 6 - шнековый подъемник



Рис. 11. Аэрируемая песколовка (Гудков, 2003)

1- дырчатый аэратор; 2 - трубопровод гидросмыва осадка; 3 - осадочная часть; 4 -гидроэлеватор

Рис. 12. Песковая площадка (Гудков, 2003)

1- пескопровод от песколовок; 2- разводящий лоток; 3- отвод дренажной воды

Рис. 13. Бункеры для обезвоживания и хранения песка (Гудков, 2003)

1- подача пескопульпы; 2 - отвод воды; 3 - гидроциклон; 4 - бункер; 5 - задвижка для выгрузки песка



Рис. 14. Область применения различных типов песколовок (Гудков, 2003)

Таблица 8. Параметры различных типов песколовок (Гудков, 2003)

Песко- ловка	Гидравл. крупность песка мм/с	Скорость движения сточных вод, м/с при потоке	Глубина, м	Кол-во задерж. песка, л/(сут*чел)	Влаж-ность песка, %	Содерж. песка в осадке, %
		миним	макс
Горизонта-льная	18,7-24,2	0,15	0,3	0,3-2	0,02	60	55-60
Аэри-руемая	13,2-18,7	-	0,08-0,12	0,7-3,5	0,03	-	90-95
Тангенци-альная	18,7- 24,2	-	-	0,5	0,02	60	70-75



Рис. 15. Принципы работы отстойных аппаратов (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - отстаивание в вертикальных отстойниках с восходящим потоком воды; б - отстаивание в горизонтальных отстойниках с горизонтальным движением потока воды; в - радиальный отстойник с центральным вводом воды; г - радиальный отстойник с периферийным вводом воды; д - круговое горизонтальное движение воды; е - круговое горизонтальное движение потока воды



Рис. 16. Устройства для улучшения отстаивания (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - распределительное устройство на входе в отстойник (продольные перегородки). Позволяет снизить турбулентные пульсации на входе, вызывающие увеличение вертикальной составляющей w; б - водослив с затопленными отверстиями (уменьшает турбулентные пульсации на выходе отстойника); в-горизонтальный отстойник с вертикальными перегородками (дырчатыми). Позволяет осуществить рассосредоточенный отбор осветленной воды. Отстойник снабжен скребковым устройством для осадка.

Рис. 17. Конструкция полочного отстойника (Василенко, Никифоров…, 2009)



Рис. 18. Схема контактного осветлителя (Василенко, Никифоров…, 2009)

Рис. 19. Схема скорого однослойного фильтра в рабочем положении (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - план и разрезы фильтра; б - план дренажной системы; 1 - распределительный канал исходной воды (сборный канал промывной воды); 2 - желоба; 3 - бассейн фильтра; 4 - фильтрующий слой; 5 - поддерживающий слой; 6 - дренажный коллектор (распределительный коллектор промывной воды); 7 - труба для опорожнения фильтра; 8 - отводной канал; 9 - отвод первого фильтрата; 10 - диафрагма с дифманометром для регулирования скорости фильтрования; 11 - коллектор отвода фильтрата; 12 - подача промывной воды; 13 - отвод промывной воды; 14 - подача исходной воды; 15 -ответвления дренажной (распределительной) системы.



Рис. 20. Схема двухслойного фильтра (Василенко, Никифоров…, 2009)

Рис. 21. Схема каркасно-засыпного фильтра (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - поддерживающие гравийные слои; 2 - распределительная система высокого сопротивления; 3 - трубчатая система для подачи исходной и отведения промывной воды; 4 -подача воздуха; 5- гравийный каркас; 6 - песчаная засыпка; 7 - подача промывной воды; 8 - отвод фильтров.



Рис. 22. Схемы контактных осветлителей (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - КО-1; б - КО-3; 1 - подача исходной воды; 2 - магистральный канал; 3 распределительный трубопровод подачи исходной и промывной воды; 4 - желоба; 5 - отвод профильтрованной воды; 6 - отвод промывной воды; 7 - подача промывной воды; 8 - распределительный трубопровод воздуха; 9 - струенаправляющий выступ; 10 пескоулавливающий желоб.

Рис. 23. Технологический процесс очистки воды коагулянтами (Василенко, Никифоров…, 2009)



Рис. 24. Технологическая схема совместного использования коагулянтов и флокулянтов (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - автомашина; 2 - баки для сухого и мокрого хранения коагулянта; 3 - расходные баки для раствора коагулянта; 4 - склад флокулянта; 5 - реактор для приготовления раствора флокулянта; 6 - расходный бак раствора флокулянта; 7 - насос для перекачки раствора коагулянта в расходные баки; 8 - воздуходувка; 9 - насос для откачки шлама; 10 - дозировочный насос для раствора флокулянта; 11 - дозировочный насос для раствора коагулянта; 12 - смеситель; 13 - камера хлопьеобразования.



Рис. 25. Конструкции камер хлопьеобразования (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - перегородная камера; б - вихревая (водоворотная) камера; в - отстойник (горизонтальный) с механической камерой хлопьеобразования.

Рис. 26. Схема компрессионной флотационной установки (Василенко, Никифоров…, 2009)



Рис. 27. Схема барботажной установки пенной флотации (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - флотационный резервуар; 2 - подача исходной воды; 3 - подача сжатого воздуха; 4 - перекрытие; 5 - центробежный вентилятор; 6 - пеносборник; 7 - отвод пенного продукта; 8 - отвод очищенной воды; 9 - перегородка; 10 - аэраторы; 11 - опорожнение флотационного резервуара.

Рис. 28. Схемы компрессионных флотационных установок (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - с насыщением всего потока сточной воды воздухом; б - с насыщением части потока сточной воды воздухом; в - с насыщением части очищенной воды воздухом и смешением ее со сточной водой, поступающей на очистку (с рециркуляцией).



Рис. 29. Схема работы установки со стационарным слоем сорбента (Василенко, Никифоров…, 2009)

Р - реагент для регулирования рН стока перед подачей в колонны с активированным углем 1-3; Н - насос для подачи стоков на очистку; -подача стоков на очистку; - подача раствора на десорбцию.

Рис. 30. Типичные схемы работы адсорберов (Василенко, Никифоров…, 2009)

I - адсорбер с движущейся загрузкой; II - последовательно работающие адсорберы с неподвижной загрузкой и нисходящим потоком воды; III - параллельно работающие адсорберы с неподвижной загрузкой и восходящим потоком воды; IV - последовательно работающие адсорберы с неподвижной загрузкой и восходящим потоком воды («расширенный слой» угля); 1 - подача воды; 2 - угольная загрузка; 3 - выпуск очищенной воды.

Рис. 31. Адсорберы непрерывного действия с кипящим слоем активного угля (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - одноярусный; б - многоярусный с переточными трубками; в - с секционированием слоя адсорбента; 1 - опорные решетки; 2- распределительные ре-шетки; 3 - адсорбент; 4 - желоб для очищенной воды; 5 - питающая воронка сухого дозирования угля; 6 - эрлифт; 7 - слой гравия.

Рис. 32. Принципиальная схема трехступенчатого обессоливания воды (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 и 2 - слабокислотный и слабоосновный катионит и анионит I ступени; 3 и 4 -сильнокислотный и слабоосновный катионит и анионит II ступени; 5 и 6 -сильнокислотный и сильноосновный катионит и анионит III ступени; 7 - декарбонизатор.



Рис. 33. Наиболее распространенные виды систем ионного обмена (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - катионный обмен; б - анионный обмен; в - комбинированный обмен; 1 - натриевый цикл (умягчение воды, рекуперация ценных катионов); 2 - водородный цикл (обессоливание); 3 - собственно анионный обмен; 4 - адсорбция анионов (обессоливание); 5 - многоступенчатая ионизация; 6 - деионизация на смешанном ионите.

Рис. 34. Принципиальная схема установки биоочистки с аэротенком (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 - регенератор



Рис. 35. Аэротенки с различной структурой потоков сточной воды и возвратного активного ила (Василенко, Никифоров…, 2009)

1. - подача сточной воды; 2 - подача возвратного активного ила; 3 -аэротенк; 4- выпуск иловой смеси.

Рис. 36. Аэротенк-отстойник (Василенко, Никифоров…, 2009)

I - аэрационная часть; II - отстойная часть; 1 - подача сточных вод; 2 - воздуховод; 3 - выпуск очищенной сточной воды; 4 - эрлифт; 5 - трубопровод для отвода избыточного ила; 6 - иловый бункер.



Рис. 37. Основные технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - с одноступенчатым аэротенком без регенерации; б - то же, с регенерацией; в - с двухступенчатым аэротенком без регенерации; г - то же, с регенерацией; 1 - подача неочищенных сточных вод; 2 - аэротенк; 3 - выпуск иловой смеси; 4 - отстойник; 5 -выпуск очищенных сточных вод; 6 - выпуск отстоенного активного ила; 7 - иловая насосная станция; 8 - подача возвратного активного ила; 9 - выпуск избыточного активного ила; 10 - регенератор; 11 - выпуск сточных вод после I ступени очистки; 12 -аэротенк II ступени; 13 - регенератор II ступени.

Рис. 38. Схема типового четырехкоридорного аэротенка (Василенко, Никифоров…, 2009)

I; II; III; IV - каналы аэротенка; 1 - воздуховоды; 2 - стояки; 3 - фильтросные каналы.



Рис. 39. Схема секции биофильтра (а) с пластмассовой насадкой (б) (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - ороситель; 2 - трубопровод для подачи воды на очистку; 3 - блоки насадки; 4 - отвод очищенного стока; 5 - ввод воздуха.

Рис. 40. Дисковый вращающийся биофильтр (а) и схема движения потока массы gy загрязнений в биопленку (б) (Василенко, Никифоров…, 2009)

Рис. 41. Схема биохимических взаимодействий в окислительном пруду (Василенко, Никифоров…, 2009)

I - воздух; II - зона роста водорослей; III - зона аэробной переработки растворимых и коллоидных органических примесей; IV - ил (зона анаэробного разложения).



Рис. 42. Схема метантенка с механическим перемешиванием и незатопленным перекрытием (Василенко, Никифоров…, 2009)

Рис. 43. Различные способы организации биохимической очистки (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 -регенератор

Рис. 44. Схема электрокоагуляционной установки (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - усреднитель; 2 - бак для приготовления раствора; 3 - источник постоянного тока; 4 - электрокоагулятор; 5 - отстойник; 6 - аппарат для обезвоживания осадка.

Рис. 45. Принципиальная схема электрофлотационного аппарата (Василенко, Никифоров…, 2009)

1-3 - секции аппарата; 4 - конечный продукт; 7-12 - электроды

Рис. 46. Схема электродиализаторов с пористыми (а) и ионитовыми мембранами (б) (Василенко, Никифоров…, 2009)

Рис. 47. Схемы осмоса (Н - осмотическое давление; Р - рабочее давление) (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - прямой осмос; б - осмотическое равновесие; в - обратный осмос; 1 - чистая вода; 2 - мембрана; 3 - раствор.



Рис. 48. Аппараты для обратного осмоса (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - типа «фильтр-пресс»: 1 - пористые пластины, 2 - мембраны; б - трубчатый фильтрующий (элемент): 1 - трубка, 2 -подложка, 3 - мембрана; в - с рулонной укладкой полупроницаемых мембран: 1 - дренажный слой, 2 - мембрана, 3 - трубка для отвода очищенной воды, 4 - сетка-сепаратор; г - с мембранами в виде полых волокон: 1- подложка, 2 - шайба с волокном, 3 - корпус, 4- полые волокна.

Рис. 49. Схемы печей (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - камерная печь с золоулавливающими камерами: 1 - газомазутная горелка, 2- форсунка для подачи сточной воды, 3 - взрывные клапаны, 4 - камера для осаждения летучей золы, 5 - затвор для удаления жидкой золы; 6 - шахтная печь: 1 - форсунки для подачи сточных вод, 2 - горелочные устройства жидкого и газообразного топлива.



Рис. 50. Печь с псевдоожиженным слоем (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - зона плотной фазы ожиженного слоя; 2 - зона разбавленной фазы; 3 - корпус; 4 - выносной осадкоуплотнитель; 5 - труба для возврата материала; 6 - газораспределительная решетка.

Рис. 51. Схема вертикальных циклонных камер для термического обезвреживания сточных вод (Василенко, Никифоров…, 2009)

1 - центробежные механические форсунки; 2 - горелка предварительного смешения; 3 - кирпичная головка; 4 - водоохлаждаемый пережим; 5 - летка для выпуска расплаваминеральных солей.



Рис. 52. Схемы установок для очистки сточных вод (Василенко, Никифоров…, 2009)

а - жидкофазным окислением (1- сборник, 2 - насос, 3 - теплообменник, 4 - печь, 5 - реактор, 6 - сепаратор); б - каталитическим окислением (1 - емкость, - выпарной аппарат, 3 - теплообменник, 4 - контактный аппарат, 5 - котел-утилизатор, 6 - печь, 7 -центрифуга).

Размещено на Allbest.ru

...