Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Очистка сточных вод от ионов металлов и от растворимых органических веществ

На предприятиях металлоперерабатывающей промышленности в технологических процессах образуются сточные воды, загрязненные солями тяжелых металлов. Эти вещества являются токсичными для водных организмов и растений, а в более высоких концентрациях и для человека. Поэтому сточные воды, обладающие высокой токсичностью, не могут быть сброшены в открытые водоемы без соответствующей обработки. Применение ионообменных смол позволяет обеспечить не только глубокую очистку сточных вод, но и возвратить в производство ценные продукты. Примером может служить ионообменная технология очистки сточных вод, которая используется на целом ряде предприятий машиностроения и металлообработки. сточный металл загрязнение атмосфера

Сточная вода последовательно проходит катионитовые фильтры, заполненные смолой КУ-2 в Н-форме, и анионитовые фильтры, в которые загружена смола AB-17 в OH -фopме. Такая технологическая схема позволяет получить почти полностью обессоленную воду. Остаточное солесодержание очищенной воды не превышает 15 мг/л. Поэтому такая вода без всяких ограничений может быть использована для любых технологических целей. Вместе с тем технологическая схема полного обессоливания сточных вод с применением метода ионообмена имеет целый ряд недостатков, а именно:

* большие затраты на строительство установки и ее эксплуатацию;

* сложную и дорогостоящую схему переработки элюатов;

* труднобалансируемые расходы кислых и щелочных промывных вод от фильтров и, как следствие, снижение производительности установки;

* возможность гипсации загрузки катионитовых фильтров вследствие применения в цикле регенерации концентрированных растворов серной кислоты.

Во многих отраслях промышленности перерабатывают или применяют различные соединения ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка и другие вещества, что ведет к загрязнению ими сточных вод. Для удаления этих веществ из сточных вод в настоящее время наиболее распространены реагентные методы очистки, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостатком реагентных методов очистки является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками.

В качестве реагентов для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды натрия, различные отходы, например феррохромовый шлак, который содержит (в %):

Сa - 51,3; МgО - 9,2; SiO₂ - 27,4; Cr₂O₃ - 4,13; Al₂O₃ - 7,2, FeO₂ - 0,73.

Наиболее широко используется гидроксид кальция. Осаждение металлов происходит в виде гидроксидов. Процесс проводится при различных значениях рН. [6]

Значения рН, соответствующие началу осаждения гидроксидов различных металлов и полному осаждению (таблице 1), зависят от природы металлов, концентрации их в растворе, температуры, содержания примесей. Например, при совместном осаждении двух или нескольких ионов металлов при рН = const; достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. При этом образуются смешанные кристаллы и происходит адсорбция на поверхности твердой фазы ионов металлов, благодаря чему достигается более полная очистка от некоторых металлов.

При исходной концентрации осаждаемого иона 0,01 моль/л.

Значения рН соответствуют остаточной концентрации металла 10 моль/л.

Очистка от соединений ртути. Сточные воды, загрязненные ртутью и ее соединениями, образуются при производстве хлора и едкого натра, в других процессах электролиза с использованием ртутных электродов, на ртутных заводах, в некоторых гальванических производствах, при изготовлении красителей, углеводородов, на предприятиях, использующих ртуть как катализатор.

В производственных сточных водах может присутствовать металлическая ртуть, неорганические и органические ее соединения. Неорганические соединения ртути: оксид - НgО, хлорид (сулема) - НgС1₂, сульфат - НgSO₄, сульфид (киноварь) - НgS, нитрат - Нg(NO₃)₂, цианид - Нg(NCS)₂, тиоцианат - Нg(OCN)₂, цианат - Нg(OCN)₂. В неорганических соединениях токсичны главным образом ионы Hg²⁺, поэтому наиболее опасны хорошо растворимые и легко диссоциирующие соли.

Органические соединения ртути применяют при консервировании древесины, при синтезе металлорганических соединений, как ядохимикаты, для защиты пластических материалов, бумажной массы и текстиля, казеиновых клеев от плесневых грибков. Органические соединения ртути весьма токсичны и отличаются от неорганических солей тем, что не дают реакции на ионы Нg. В водоемах ртуть под влиянием органических соединений, содержащихся в природных водах, превращается в сильнотоксичные соединения. Предельно допустимая концентрация ртути в водоемах равна 0,005 мг/л.

Металлическая ртуть может быть удалена из сточных вод в процессах отстаивания или фильтрования. Частицы, прошедшие с фильтратом или не успевшие осесть, окисляют хлором или NaOCl доHgCl₂. Затем воду обрабатывают восстановителем (NaHSO₄ или Na₂SO₃) для их удаления и связывания остатков свободного хлора. Ртуть осаждают сульфидом натрия с последующим коагулированием образующегося сульфида ртути хлоридом железа. Очистка может быть осуществлена смешанной солью - сульфидом железа и сульфатом бария.

Для выделения из сточных вод ртути используют методы восстановления: сульфидом железа, гидросульфидом натрия, гидразином, железным порошком, газообразным сероводородом и др. Широко изучаются сорбционные методы очистки от ртути. Весьма эффективным является ионный обмен с винилпиридиновыми сорбентами, емкость которых доходит до 40 %. Наиболее распространенным способом удаления растворимых в воде соединений ртути является перевод их в трудно растворимый сульфид ртути и осаждение его.[5]

Осадок сульфида ртути отделяют от сточных вод на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах. Отделение НgS до остаточной концентрации 0,001 мг/л можно обеспечить и на угольных фильтрах. Отработанный уголь, содержащий сульфид ртути, сжигают в печи или подвергают обработке для рекуперации ртути. Для удаления из растворов соединений ртути можно использовать и свежеосажденный сульфид железа, который получают при взаимодействии ионов S^2- или FeSO₄•7H₂O, FeCl₃•6H₂O. Для очистки может быть применена и смесь сульфида железа с сульфатом бария при избытке сульфида железа. Растворенные неорганические соединения ртути можно восстанавливать до металлической ртути с последующим выделением из воды.

Очистка от соединений цинка, меди, никеля, свинца, кадмия, кобальта. Соли этих металлов содержатся в сточных водах горно-обогатительных фабрик, металлургических, машиностроительных, металлообрабатывающих, химических, химико-фармацевтических, лакокрасочных, текстильных заводов.

При обработке кислых вод оксидом кальция и гидроксидом натрия ионы указанных тяжелых металлов, содержащиеся в стоках, связываются в трудно растворимые соединения. Состав солей зависит от рН среды. Так, при рН = 7 осаждается гидроксидсульфат цинка состава ZnSO₄•3Zn(OH)₂, а при повышении рН до 8,8 составу осадка соответствует формула ZnSO₄•5Zn(OH)₂. В сильнощелочной среде твердая фаза представляет собой в основном гидроксид.

Произведение растворимости гидроксида цинка составляет 7,110¹⁸, началу выпадения в осадок соответствует рН = 5,4. При рН = 10,5 начинается растворение амфотерных гидроксидов цинка, а при достижении рН = 12 происходит образование комплекса:

Исходя из этого, очистку следует проводить при рН = 8-9. В этих условиях происходит максимальное осаждение гидроксида цинка.

При действии соды на сточные воды, содержащие соли цинка, образуются гидроксокарбонаты:

При значениях рН от 7 до 9,5 образуется основной карбонат состава , начиная с рН = 10 доля гидроксида возрастает.

Обработка сточных вод щелочными реагентами позволяет снизить содержание тяжелых металлов в растворе до величин, сопоставимых с ПДК для водоемов санитарно-бытового пользования. Однако когда требуется более глубокая очистка, например, при непосредственном сбросе в рыбохозяйственные водоемы, очистка щелочными реагентами не дает необходимого эффекта.[2]

Более глубокая очистка от тяжелых металлов достигается при обработке сточных вод сульфидом натрия. Это связано с тем, что растворимость сульфидов тяжелых металлов значительно меньше растворимости любых других труднорастворимых соединений - гидроксидов и карбонатов.

Очистка кислотно-щелочных и хромсодержащих сточных вод после операций промывки до норм ПДК по тяжелым металлам с последующим сбросом очищенной воды в систему канализации или возвратом на повторное использование.

Для очистки сточных вод от тяжелых металлов, взвешенных веществ, ПАВ и нефтепродуктов предлагается метод электрофлотации с последующим обезвоживанием осадка на фильтр-прессе и финишной доочисткой воды на установке ультрафильтрации с половолоконными мембранами.

Состав системы очистки сточных вод:

- Усреднитель сточных вод

- Реактор флокулятор

- Электрофлотатор

- Фильтр-пресс

- Установка ультрафильтрации

Описание технологического процесса очистки сточных вод:

Электрофлотация - технология очистки сточных вод основанная на процессе выделения электролитических газов за счет протекания электролиза воды на нерастворимых электродах и флотационном эффекте. В электрофлотаторе в результате протекания электрохимических реакций происходит флотация дисперсных веществ (гидроксидов и фосфатов тяжелых металлов) и адсорбировавшихся на них частиц органических веществ (ПАВ и нефтепродуктов). Образующиеся флотокомплексы, транспортируются выделяющимися на электродах газовыми пузырьками размером 10-70 мкм на поверхность сточной воды, где накапливаются в слое флотошлама, который периодически удаляется с поверхности воды при помощи автоматического пеносборного устройства.

Ультрафильтрация - процесс мембранного разделения при котором из жидкости под давлением удаляются растворенные вещества размером более 0,02 мкм. Соответственно в процессе очистки воды на установке ультрафильтрации частицы труднорастворимых соединений металлов размером 1-40 мкм и более накапливаются в концентрате, который рециркулирует через промежуточную емкость и периодически сбрасывается в голову очистных сооружений. Фильтрат содержит растворимые соли, высоко и низкомолекулярные органические вещества. В установках ультрафильтрации используются полимерные полые волокна из полиэфирсульфона и ПВДФ либо керамические мембраны. Рабочее давление составляет 2-3 бар.

Исходные кислотно-щелочные сточные воды поступают в усреднитель Е1, отработанные растворы электролитов поступают в усреднитель Е2. Отработанные растворы из Е2 дозируются в Е1 дозирующим насосом НД1. Из усреднителя Е1 сточные воды насосом Н1 подаются в реактор Р1. В реактор Р1 дозирующими насосами НД2 и НД3 дозируются рабочие растворы реагентов: едкий натр для поддержания pH гидроксидообразования тяжелых металлов, флокулянт Суперфлок А-100 для укрупнения дисперсной фазы и интенсификации процесса электрофлотации. Реактор устанавливается выше уровня электрофлотатора ЭФ для организации самотека жидкости. Из Р1 сточные воды поступают в ЭФ, где по описанному выше механизму происходит извлечение дисперсных веществ. Из ЭФ осветленная вода самотеком поступает в промежуточную емкость Е3. Осветленная вода из Е3 насосом Н2 подается на установку ультрафильтрации УФ, где происходит финишная очистка воды от остаточного содержания дисперсных веществ. Из УФ очищенная вода под остаточным давлением поступает в Е4, сюда же дозирующим насосом НД4 дозируется рабочий раствор серной кислоты для снижения pH.

Очищенная вода соответствует как нормам ПДК по сбросу в городскую канализацию, так и требованиям к подаче на обратноосмотическую установку обессоливания при организации оборотного водоснабжения.

Флотошлам из электрофлотатора поступает в сборник шлама Е5. Из Е5 флотошлам подается диафрагменным насосом Н4 на фильтр-пресс ФП, для обезвоживания. Обезвоженный шлам влажностью 70% из ФП сдается на утилизацию.

По технологии предусмотрена предварительную (Е1, Е2, Р1) обработку кислотно-щелочных, хромсодержащих и циансодержащих сточных вод в самостоятельных технологических цепочках.

2. Источники загрязнения атмосферы и их влияние на организм человека. Привести классы опасности веществ

Антропогенное загрязнение атмосферы связано с механическими, физическими, химическими и биологическими факторами, которые наиболее заметно проявляются в местах компактного проживания людей, особенно в мегаполисах, где погодные условия также заметно отличаются от аналогичных параметров вне города. В атмосфере постоянно присутствуют миллионы тонн загрязняющих веществ. По статистике выбросы наиболее распространенных вредных веществ с каждым годом растут (табл.2).[3]

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные (поступающие непосредственно в атмосферу) и вторичные (являющиеся результатом превращения последних в атмосфере). В результате химических, фотохимических, физико - химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы образуется большое количество других вредных веществ. Как первичные, так и вторичные загрязнители влияют на здоровье человека.

Загрязнение атмосферного воздуха приводит к увеличению заболеваний, как органов дыхания, так и сердечно-сосудистой системы. Почти 20% всех болезней органов дыхания и 10% болезней системы кровообращения связаны с загрязнением атмосферы. В настоящее время промышленные города, где сосредоточено более 50% населения, можно отнести к экологически опасным зонам, так как содержание загрязняющих веществ в их атмосфере значительно превышает предельно допустимые концентрации. Большую роль в этом играет и загрязнение атмосферы выбросами от автотранспорта, в частности выбросами свинца, который обладает значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Накапливаясь в организме человека, свинец наряду с другими вредными веществами может стать причиной неблагоприятных отдаленных последствий, так как обладает мутагенными, канцерогенными, тератогенными и эмбриогонадо-токсическими свойствами. К химическим факторам риска для здоровья примыкает и такой физический фактор, как радиация, избежать воздействия которой невозможно. Излучение поступает как из космоса, так и от радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и в различных объектах окружающей среды.

Величины доз внутреннего облучения (поступление радиоактивных веществ внутрь организма с воздухом или с загрязненной пищей и водой) от природных источников радиации примерно в два раза выше доз внешнего облучения. Наибольший вклад в дозу внутреннего облучения (примерно в 80%) вносят короткоживущие продукты распада 222Rn и 220Rn, около 11% - 40K и 7% - 210Pb и 210Po. Основная часть дозы облучения населения от воздействия радона накапливается при нахождении людей в закрытых непроветриваемых помещениях. Источниками радона также могут быть грунты, на которых построены дома, строительные материалы, а также артезианская вода и природный газ.

На планете немало регионов, где отчетливо наблюдаются последствия радиационных воздействий. Среди них полигоны для испытаний ядерного оружия: Семипалатинский и Северный (бывший СССР), Невада (США и Великобритания), Муруроа (Франция) и Лобнор (Китай), на которых до 1991 года было произведено 2059 взрывов, в том числе 715 в СССР и 1085 в США; добыча и обогащение урана, разведанные запасы которого составляют около 2,2 млн. т.; так называемые взрывы в "мирных целях" (более 200 наземных и подземных взрывов); воздействие АЭС; воздействие исследовательских реакторов; воздействие судовых атомных реакторов; возможность воздействия могильников для захоронения радиоактивных отходов. Длительное действие малых доз либо кратковременное действие больших доз излучения приводит к развитию так называемой лучевой болезни, которая проявляется в поражении преимущественно кроветворных органов, желудочно-кишечного тракта и нервной системы. В наиболее облучаемых тканях развиваются злокачественные новообразования. Может наблюдаться возникновение болезней у потомков облученных родителей (наследственные поражения). Поэтому места захоронения РАО и пути их транспортировки несут потенциальную угрозу для здоровья людей.

Темпы развития мер по охране атмосферного воздуха в городах отстают от темпов развития автотранспорта и промышленности. В связи с этим становится весьма актуальной проблема долгосрочного прогноза рисков заболеваний населения, обусловленных химическим и радиационным загрязнением.

3. От каких свойств вредных веществ зависят их отрицательные воздействия на человека

Согласно ГОСТу 121007-88, вредное вещество - это вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызывать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в в состоянии здоровья, которые могут быть обнаружены современными методиками как в процессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и будущих поколенийнь.

Эти вещества обычно содержатся в сырье, продуктах, полупродуктов, отходов производства

Под действием вредных веществ в организме человека могут происходить различные нарушения Эти нарушения проявляются как острые и хронические профессиональные отравления

Острые отравления часто наступают вследствие аварий, существенных нарушений технологических процессов, правил техники безопасности и промышленной санитарии Острые отравления возникают после разовой (разового попадания внутрь организма) действия больших концентраций (доз) вредного вещества Проявляются эти отравление непосредственно в момент воздействия вредного вещества либо через небольшой (6-8 часов, иногда больше) Скрытые и (латентный) период (например, после воздействия оксида азотау).

Хроническое отравление - заболевание, которое развивается после систематической длительного действия малых концентраций или доз вредного вещества (Pb, Mn, Hg, C6H6 и др.) Такие отравления обусловлены, в основном, процессам мы кумуляции (накопленияя).

Различают кумуляции материальную (накопления вредного вещества в организме человека - Нg, F, Ва) и функциональную (накопление изменений, вызванных вредными веществами, например, при систематическом в употреблении С2Н5ОН - алкоголизм.

Количественно кумулятивные свойства вредных веществ оценивают по значению коэффициента кумуляции

Коэффициент кумуляции - отношение суммарной дозы вредного вещества, вызывающая определенный (чаще - смертельный) эффект у 50% подопытных животных при многократном дробном введении, к дозе, которая вызы икае тот же эффект при однократном действия

где Кк - коэффициент кумуляции; Си - концентрация (доза) вредного вещества при дробном введении, С - концентрация (доза) вредного вещества при однократном введении

При любой форме отравления характер действия вредного вещества определяется степенью ее физиологической активности - токсичностью

Токсичность - свойство вещества приводить к смерти или вредить здоровью живого существа при попадании любым путем в его организм Это мера несовместимости вредного вещества с жизнью

Токсичные вещества (яды) - это такие вещества, проникающие в организм, сочетаются с его тканями и уже в небольших количествах вызывают нарушения их нормальной деятельности.[2]

Физиологическую активность вредных веществ изучает токсикология Промышленная токсикология - раздел гигиены труда, изучающая действие на организм человека вредных веществ с целью создания безвредных и безопасных них условий труда на производстве, предупреждению отравленийь.

Различают химическую и физическую токсичность В основе химической токсичности лежит химическое взаимодействие яда с тканями и биосубстратами организма, преимущественно за счет ковалентных связей Эти процессы н необратимымми.

Примером веществ с химической токсичностью являются растворимые соли ртути и мышьяка, которые взаимодействуют с сульфидгидрильнимы группами белков (-SН):

Вещества, имеют физическую токсичность, связываются с физиологическими субстратами организма за счет ван-дер-ваальсовых сил В этом случае действие яда является обратимой Структура молекул яда и биосубст трата не меняется Происходит адсорбция токсического вещества с частичной нейтрализацией и последующим выведением из организма без заметных вредных последствий Физическая токсичность характерна для веществ наркотического действия (спирты, альдегиды, кетоны, углеводороды вещества и т.д.ощо).

Для количественной оценки токсичных нагрузок на человека используют ряд показателей Основные из них - концентрация, доза и токсодоза

Концентрация - количество вещества, содержащегося в единице объема воздуха (мг / м³)

Доза - количество вещества, поглощенной средой (мг / кг)

Токсодоза - количественная характеристика токсичности вещества, соответствующей определенному уровню поражения при его действия на живой организм (мг / кг)

зависимости от применения химические соединения в различных отраслях промышленности могут быть оценены с помощью различных видов классификаций.

Вредные вещества классифицируются по следующим признакам:

* степень воздействия на организм человека;

* путь проникновения в организм;

* характер действия на организм человека;

* степень токсичности;

* химический класс соединений

По степени воздействия на организм человека (ГОСТ 121007-88 ССБТ) вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:

И - вещества чрезвычайно опасные;

II - вещества высокоопасные;

III - вещества умеренно опасные;

IV - вещества малоопасные

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в табл. 4. Каждая конкретная вещество относится к соответствующему классу опасности

В табл. 4 приведены показатели, оценивающие токсическое действие веществ по их абсолютному количеству, которая вызывает определенный биологический эффект

Предельно-допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе рабочей зоны - это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 40 м один на неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследований в процессе работы или отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.

Список использованных источников

1. Промышленная экология : учебное пособие / под ред. В.В. Денисова. -- Ростов н/Д : Феникс; М: ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2009. -- 720 с. -- (Учебный курс).

2. http://enviropark.ru/course/category.php?id=9

3. Промышленная экология : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.В. Семенова. -- М.: Издательский центр «Академия», 2009. -- 528 с.

4. http://newchemistry.ru/letter.phpn_id=7527

5. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология: учебник для вузов - Дрофа, 2006 - 416 с.

6. Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. Методы очистки производственных сточных вод М.: Стройиздат. 1991 г..

Размещено на Allbest.ru