Методы и способы очистки сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Состав, свойства и классификация сточных вод

1.1 Источники загрязнения внутренних водоемов

1.2 Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами

Глава 2. Сущность процессов, используемых при очистке сточных вод

2.1 Сравнение существующих способов очистки сточных вод

2.2 Гидромеханическая очистка

2.3 Физико-химическая очистка

2.4 Химическая очистка

2.5 Биологическая очистка

2.6 Термическое обезвреживание

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Вода - первозданный источник жизни на Земле. От чистоты водоемов, рек, озер, морей зависит многообразие животного и растительного водного мира, и как следствие благосостояние нации и развитие экономики страны в целом. Когда мы говорим о сточных водах, то часто не задумываемся о масштабах этой проблемы. Сточные воды, являясь одним из активнейших загрязнителей окружающей среды, поражают биоценоз не только водоемов, но и близлежащих к ним территорий. Поэтому, нарушая биоценоз водного мира, мы нарушаем биогеоценоз в целом. Вода - одна из составляющих абиотических факторов любого биогеоценоза.

Состояние водных ресурсов, на сегодняшний день, вызывает тревогу. Дело в том, что в водоёмы попадают огромное количество различных, не свойственных им, химических веществ, которые ухудшают их качество. Основным источником загрязнения окружающей природной среды являются промышленные предприятия, теплоэлектростанции и транспорт. Переход на новые технологии позволит уменьшить выбросы загрязнений. Общие правила заключаются в том, чтоб предотвратить загрязнения. Для этого в промышленности применяются системы очистки сточных вод и газоулавливающие установки, на выхлопных трубах автомобилей устанавливаются специальные фильтры. Уменьшение загрязнения среды способствует переход на новые, более «чистые» источники энергии.

Рост городов, бурное развитие промышленности, сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Говоря о сточных водах, следует упомянуть и об острой проблеме нарастающего дефицита пресной воды. Загрязнение водохранилищ, рек, озер - прямой источник возникновения инфекционных кишечно-полостных заболеваний, некоторые из которых могут носить тяжелый характер. Это говорит о возможности снижения качества жизни населения. Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют всех ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

Рассматривая сточные воды как одно из огромнейших по своим масштабам и сильнейших по своей интенсивности антропогенных воздействий, нам следует обратить внимание на эффективность методов очистки водоемов. Вопросы очистки, обезвреживания и утилизации сточных вод являются неотъемлемой частью проблемы охраны природы, оздоровления окружающей человека среды и обеспечения санитарного благоустройства городов и других населённых мест. Одним из решений данной проблемы является разработка малоотходных технологий производства и создание замкнутых систем водопользования.

сточный водоем очистка



Глава 1. Состав, свойства и классификация сточных вод

Применение и получение в различных технологических процессах разнообразных химических продуктов (исходных, промежуточных и конечных) обусловливает образование сточных вод, загрязненных всевозможными органическими и неорганическими соединениями. Ниже приведены характерные загрязнения и их источники

Источники загрязнения	Состав загрязнения
Заводы по производству минеральных и неорганических солей	Неорганические кислоты, щелочи, соли (фториды, сульфаты, фосфаты и др.)
Заводы основного органического и нефтехимического синтеза	Жирные кислоты, ароматические соединения, спирты, альдегиды и др.
Заводы по производству синтетических смол, полимеров, синтетических волокон и т. п.	Высокомолекулярные вещества, мономеры, частицы полимеров и др.
Нефтеперерабатывающие заводы, предприятия по термической переработке топлив	Нефтепродукты, масла и смолы, поверхностно-акивные вещества и др.

Сточные воды - это чрезвычайно сложные многокомпонентные растворы, содержащие растворимые и нерастворимые вещества, агрессивные, токсичные, пожаро- и взрывоопасные. В сточных водах нередко находятся вещества с неприятным запахом (сульфиды, дисульфиды, сероводород и др.). Наличие в сточных вода взвешенных веществ, способных к полимеризации и накипеобразованию, может приводить к засорению трубопроводов и коллекторов, а поверхностно-активных веществ - к интенсивному пенообразованию.

Согласно классификации, разработанной Л. А. Кульским, загрязняющие примеси по отношению к дисперсной среде составляют четыре группы.

К первой группе загрязнений относятся взвеси в воде нерастворимых веществ со степенью раздробленности от тонких взвесей до крупных частиц (10^-2 - 10^-5 см и более)

Примеси второй группы представляют собой разные типы гидрофильных и гидрофобных коллоидных систем, высокомолекулярные вещества и детергенты с размером частиц 10^-5 - 10^-6 см, способны в зависимости от условий менять свою агрессивность.

Загрязнения третьей группы - это молекулярные растворы в воде газов, и органических веществ с размером частиц 10^-6 - 10^-7 см.

Загрязнения четвертой группы - это ионные растворы электролитов, диссоциирующих в воде, частицы которых менее 10^-7 см.

Для каждой группы подобран определенный комплекс методов очистки сточных вод. Фазово-дисперсное состояние сточных вод и их температура колеблются в широких пределах. Весьма различны также режимы образования и сброса сточных вод. Многие технологические процессы характеризуются периодическим возникновением и залповыми сбросами сточных вод.

Сточные воды, образующиеся в технологических процессах, классифицируют по происхождению и свойствам.

Реакционные воды характерны для реакций, протекающих с образованием воды. Они загрязнены исходными веществами и продуктами реакции. Очистка сточных вод обычно является серьезной проблемой.

Во многих видах сырья (уголь, нефть) содержится свободная или связанная вода. В процессе технологической переработки она загрязняется различными веществами, так, угли Канско-Ачинского бассейна содержат до 40 % влаги, которая в результате термической обработки углей загрязняется фенолами и другими органическими веществами.

При использовании воды в технологических процессах для промывания сырья и продуктов образуются промывные воды. Качество получаемых продуктов часто определяется тщательностью промывания.

Маточные водные растворы появляются в процессе получения или переработки продуктов в водных средах.

При использовании воды в качестве экстрагента или абсорбента возникают водные экстракты и абсорбционные жидкости, содержащие значительные концентрации химических веществ. Особенно в больших количествах абсорбционные жидкости образуются при мокрой очистке газов (в скубберах, пенных и других абсорбционных аппаратах и устройствах).

Охлаждающие воды используют на химических предприятиях для охлаждения продуктов и аппаратов; воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами, - в системах оборотного водоснабжения.

Другие виды сточных вод образуются при работе вакуум-насосов, барометрических конденсаторов смешения, при гидрозолоудалении, конденсации паров воды, а также после мытья оборудования, тары, помещений.

Атмосферные осадки на территории, прилегающей к химическим предприятиям, также могут быть загрязнены химическими веществами.

Все сточные воды выводятся с территории химических предприятий по канализационной сети закрытых трубопроводов и каналов. Во избежание смешения сточных вод разных составов, как правило, применяется полная раздельная система их канализации.

Обычно в самостоятельные потоки выделяются следующие виды сточных вод: незагрязняющиеся в процессе производства (после охлаждения аппаратуры, некоторые конденсаты и др.); коррозионноактивные (кислые и щелочные); высокоминерализированные; загрязненные органическими веществами; содержащие ценные компоненты, извлечение которых экономически целесообразно; содержащие нефтепродукты и масла; содержащие дурнопахнущие, особо токсичные, пожаро- и взрывоопасные примеси; дождевые воды; бытовые воды и др.

Значительные объемы воды потребляются не только в процессе химической технологии, но и в химическом машиностроении, как и в других отраслях машиностроительного комплекса, где при изготовлении машин и аппаратов вода участвует во многих вспомогательных операциях (отмывка, нанесение химических и лакокрасочных покрытий, смазывание при прокате и прессовании и т. д.). Сточные воды машиностроительных заводов характеризуются содержанием слаборазлагающихся поверхностно-активных веществ, фосфатов, органических веществ (бензин), солей тяжелых металлов и других соединений.

Для сокращения водопотребления и уменьшения загрязнений водоемов на машиностроительных заводах также применяют замкнутый водооборотный цикл. Такие циклы создают с использованием локальных водоочистных систем, основанных на электрохимических, ионообменных и других современных методах очистки вод и утилизации их компонентов.

1.1 Источники загрязнения внутренних водоемов

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является 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, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

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, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные 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.

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 кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 мкюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. 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 влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.

В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.

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 сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.

Нагретые сточные воды тепловых ЭС и других производств 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”. Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.

1.2 Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами

Загрязнение водоёмов является главным образом следствием спуска в них сточных вод промышленных предприятий и населённых мест. Неочищенные сточные воды, содержащие значительные количества органических веществ и микроорганизмов, попадая в водоём (реку, озеро), нарушают его естественный режим: поглощают растворённый в воде кислород, ухудшают качество воды, способствуют образованию отложений (осадка) на дне, водоёмы становятся непригодными для питьевого (а иногда и технического) водоснабжения, в них погибает рыба. Кроме того, при загрязнении водоёмов сточными водами ухудшается их эстетический вид и ограничивается возможность использования для купания, водного спорта, туризма и т.п.

В России необходимая степень очистки сточных вод и условия спуска сточных вод в водоёмы регламентированы "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами". Установлено 2 вида нормативов качества воды в водоёмах в зависимости от характера их использования: для водоёмов питьевого и культурно-бытового водопользования и для водоёмов, используемых в рыбохозяйственных целях.

Установлены также предельно допустимые концентрации веществ в воде водоёмов и показатели относительной опасности вредных веществ (таблица 2). Они являются исходными при определении условий сброса сточных вод в водоёмы. Выпуск в водоёмы неочищенных сточных вод в России запрещен Законом об охране природы и водным законодательством. Надзор за спуском сточных вод и их очисткой или обезвреживанием осуществляется органами санитарно-эпидемиологической службы министерства здравоохранения России.

Таблица 1 Перечень основных предельно допустимых концентраций и показателей относительной опасности вредных веществ

Вещество	ПДК, мг/л, для водоемов	Показатель относительной опасности сброса вещества в водоемы, усл. т/т
	Хозяйственно-питьевого и культурно-бытового пользования	Рыбо-хозяйственного назначения
Взвешенные вещества	0,25/075*	0,25/9,75**	4/1,33**
Минеральный состав	1000	-	0,001
Растворимый кислород	4	6/4**	0,17/0,25**
Биохимическая потребность кислорода	3/6*	3	0,33
Аммиак (по азоту)	2	0,05	20
Барий	0,1	0,001	10
Железо	0,5	0,5/0,05***	2/20***
Калий	-	50	0,02
Калий (двухромовокислый)	-	-	20
Кальций	-	-	0,0055/1,64***
Кремний	10	0,05	20
Магний	-	40/0,94***	0,025/1,06***
Медный купорос	0,001	0,004	250
Медь	1	0,001/0,005***	1000/200***
Мочевина	0,5	-	2
Мышьяк	0,05	0,05/0,01***	20/100***
Натрий	-	120	0,008
Никель	0,1	0,01	100
Нефтепродукты	0,3	0,05	20/20***
Нитраты (по азоту)	10	9,1	0,11
Нитриты	1	-	1
ОПСМ	0,5	-	2
Полиакриламид	2	-	0,5
Ртуть	0,0005	0,002/0,001***	500/1000***
Свинец	0,003	0,1/0,001***	10/100***
Сероуглерод	1	1	2
СПАВ	-	0,5	2
Сульфаты	500	100	0,01
Сурьма	0,05	-	20
Тиомочевина	0,03	1	1
Фенол	0,001	0,001	1000
Фосфор	-	0,1	10
Фтор	1,5	0,05	20
Хлор активный	Отсутствие	Отсутствие	50000
Хлориды	350	300	0,003
Хром (шестивалентный)	0,1	0,001/0,001***	1000/100***
Цианиды	0,1	0,05	20
Цинк	1	0,01/0,05***	100/20***
CCl4	0,3	-	3,33

*В числителе - для водоемов, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, в знаменателе - для купания, спорта, отдыха.

**В числителе - для водоемов, используемых для воспроизводства ценных пород рыб, в знаменателе - для всех других рыбохозяйственных целей.

***В знаменателе для морских водоемов.

Основными документами, определяющими требования к качественному и количественному составу очищенных вод, являются: "Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения" СанПиН 4630-88 от 01.01.89 г., "Правила охраны поверхностных вод (типовые положения)", "Обобщенный перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов", "Правила приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов", ГОСТы "Охрана природы. Гидросфера".

Большинство водоемов в Российской Федерации в настоящее время отнесено к рыбохозяйственным, при разработке технологий и сооружений очистки сточных вод приходится ориентироваться на требования, предъявляемые к этой категории водоемов.

При поступлении в водоем нескольких веществ с одинаковыми лимитирующими показателями вредности, сумма отношений концентраций (C₁ ,C₂, …, С_n) каждого из веществ в этом водоеме к соответствующим ПДК не должна превышать 1

В этих условиях зачастую очищенная сточная вода должна быть чище питьевой, предусмотренной соответствующими ГОСТами на питьевую воду, а качество воды во многих, даже экологически благополучных водоемах не соответствует требованиям правил по охране водных ресурсов.

Требования к качеству очищенных сточных вод должны базироваться на соответствии экологической необходимости, экономической целесообразности и технологических возможностей.

Завышенные требования к качеству очищенных вод часто приводят к противоположным результатам в области охраны водоемов от загрязнения. Экономически осуществимые в настоящее время проекты по очистке сточных вод, предусматривающие снижение концентрации основных загрязнений на 90-95%, не согласовываются органами санэпиднадзора и охраны природы, в результате чего задерживается строительство очистных сооружений и в водоемы продолжают сбрасываться неочищенные сточные воды. В других случаях затрачиваются финансовые и материальные ресурсы для осуществления глубокой очистки сточных вод, в то время как мощность очистных сооружений не обеспечивает полную биологическую очистку всех сточных вод населенного пункта. В связи с тем, что более 20% сточных вод сбрасываются в водоемы в настоящее время без очистки, для обеспечения необходимого санитарно-гигиенического эффекта оздоровления водоемов следует обеспечить, прежде всего, полную биологическую очистку всех сточных вод. Только после этого можно будет определить реальные нормативы сброса сточных вод в водоемы.



Глава 2 Сущность процессов, используемых при очистке сточных вод

2.1 Сравнение существующих способов очистки сточных вод

Очистка сточных вод производится с целью снижения концентраций загрязнений, сбрасываемых в водоем, в пределах, ограничиваемых санитарно-гигиеническими нормативами. Критерии очистки сточных вод следует определять на основании самоочищающей способности водоема. Биологическая очистка осуществляется на биофильтрах или аэротенках. Физико-химическая очистка выполняется коагулированием бытовых сточных вод химическими реагентами с последующим отстаиванием и фильтрованием через зернистую загрузку. Качество бытовых сточных вод, после физико-химической и биологической очистки отличается незначительно по ХПК и БПК_полн. Значительное различие отмечается по аммонийному азоту, фосфатам, ПАВ и взвешенным веществам. Показатели состава сточных вод до и после биологической и физико-химической очистки приведены в таблице 2.

Таблица 2

Название	Взвеш. в-ва, мг/л	ХПК, мг/л	БПКполн, мг/л	Аммонийный азот, мг/л	Фосфаты, мг/л	ПАВ, мг/л
Исходная вода	130-450	<550	90-350	5-50	6-30	4-15
После биохимич. очистки	15-25	75-110	10-20	2-20	15-20	1,5-3,0
После физико-химич. очистки	3-15	46-109	10-25	18-30	0,6-2,2	0,5-0,8

2.2 Гидромеханическая очистка

Гидромеханическую очистку применяют для удаления из производственных сточных вод нерастворимых примесей. Основными процессами гидромеханической очистки являются:

процеживание сточной жидкости на решетках и сетках для выделения крупных примесей и посторонних предметов;

улавливание в песколовках тяжелых примесей, проходящих через решетки и сетки;

отстаивание воды для удаления нерастворяющихся тонущих и плавающих органических и неорганических примесей, не задерживаемых решетками и песколовками;

удаление твердых взвешенных частиц в гидроциклонах;

фильтрование через различные фильтры для улавливания тонкодисперсных взвесей.

Процеживание сточных вод осуществляется главным образом для защиты очистных сооружений от засорения и поломки движущихся частей оборудования. Для этого применяют решетки из металлических прутков с углом наклона к горизонту 60 - 75°. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Наибольшее распространение получили неподвижные решетки. Скорость сточных вод между прутками принимается равной 0,8 - 1 м/с.

Для удаления более мелких взвешенных частиц используются сита, которые могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Барабанные сита представляют собой сетчатый барабан с отверстиями диаметром 0,5 - 1 см. При вращении барабана сточные воды процеживаются через отверстия и освобождаются от твердых примесей, которые смываются с сетки водой и отводятся в желоб.

Для очистки сточных вод от грубодисперсных примесей применяют отстаивание. В данном случае отделение примесей происходит под действием силы тяжести. Для проведения отстаивания чаще всего применяются песколовки, отстойники и осветлители.

Песколовки представляют собой резервуары, в которых сточные воды протекают с небольшой скоростью, обеспечивающей выпадение частиц тяжелых веществ, главным образом песка. Скорость протекания воды должна быть не более 0,3 м/с. При этом выделяется песок с размерами частиц 0,25 мм, который составляет 65 - 70 % от всего количества песка, содержащегося в сточных водах. Песколовки бывают горизонтальными и вертикальными.

Горизонтальная песколовка представляет собой резервуар с прямоугольным или трапециевидным сечением.

Рис. 1 Принципиальная схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением воды: 1 - привод скребкового механизма; 2 - скребковый механизм; 3 - сточная вода; 4 - осевший песок; 5 - приемный бункер для песка; б - приемник грязевого насоса

Очищаемая сточная вода движется слева направо с определенной скоростью, а выпадающий песок подвигается скребковым механизмом 2 к приемному бункеру 5, откуда время от времени удаляется грязевым насосом через приемник. Для обеспечения бесперебойной работы песколовку делают из нескольких отдельных секций.

Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Отстойники применяются для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей. Когда плотность примесей выше плотности воды, применяют собственно отстойники, если ниже - отстойники-ловушки. Продолжительность отстаивания зависит от состава сточных вод, т. е. от содержания нерастворимых примесей, и составляет в среднем 1,5 -2 ч, иногда до 8 ч.

Различают отстойники периодического и непрерывного действия. По направлению движения воды они делятся на горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Горизонтальные отстойники.

Горизонтальный отстойник представляет собой бассейн прямоугольной формы длиной L, шириной В, глубиной Н. (рис. 2)

Рис. 2 Принципиальная схема горизонтального отстойника

Вода, подлежащая осветлению, подходит с одного торца бассейна, проходит вдоль зоны осаждения 1 отстойника и отводится у противоположного торца. Ниже глубины Н в отстойнике расположена зона накопления 2, в которой собирается и уплотняется выпавший осадок, причем ее дно имеет уклон, обратный ходу воды, не менее 0,02.

Размеры отстойника следует определять в соответствии с рекомендациями СНиП. Если ширина отстойника значительна, то он разделяется продольными перегородками шириной не более 6м. Объем зоны накопления отстойника должен быть рассчитан на прием осадка, выпадающего между его шестками, м³:



(1)

где Q_сут - суточная производительность отстойника, м³/сутки;

N-средняя в период между выпусками осадков расчетная мутность поступающей воды, мг/л;

N- заданная мутность отстоянной воды, мг/ л;

T - продолжительность периода между выпусками осадков, сут;

д - расчетная концентрация уплотненного осадка в зоне накопления, г/л.

При изменении N от 100 до 2500 мг/л значение д изменяется от 8 до 40 г/л. При значительном содержании взвешенных частиц в осветляемой воде удаление осадка из отстойника должно быть механизировано. С этой целью устанавливаются скребковые транспортеры с насосом или системы дырчатых труб.

Горизонтальные отстойники экономически оправдываются при необходимости осветлять более 15 000 м³/сут воды. Как правило, сооружают не менее двух параллельно работающих горизонтальных отстойников.

В воду перед подачей в отстойник обычно добавляют коагулянт, способствующий укрупнению взвеси. Образующиеся при коагуляции крупные частицы осаждаются во много раз быстрее. В качестве коагулянта чаще всего применяют: сернокислый алюминий, железный купорос, хлорное железо (Al₂SO₄; FeSO₄; FeCl). Глубина зоны осаждения Н=2,5…3,5м. Эффективность отстаивания воды достигает 60 %.

Вертикальные отстойники.

В вертикальных отстойниках осветляемая вода движется вертикально - снизу вверх. Вертикальные отстойники применяют при обработке не более 1,0 м³/с воды.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический корпус (рис. 3) с коническим днищем и центральной цилиндрической трубой.

Рис. 3 Принципиальная схема вертикального отстойника: 1 - корпус; 2 - центральная труба; 3 - подающая труба; 4 - сборный желоб; 5 - отводная труба; 6 - гаситель; 7 - труба отвода осадка; щ - скорость движения воды; u - скорость выпадения частиц (в неподвижной воде)

Отстаивание воды осуществляется следующим образом. Вода по тубе 3 подается в верхнюю часть центральной трубы 2 и, опускаясь по ней вниз, проходит через гаситель 6 в нижнюю часть корпуса отстойника. Далее вода движется со скоростью щ ? 0,5…0,6 мм/с вверх по кольцевому сечению между корпусом и центральной трубой и отводится через сборный желоб 4 и отводную трубу 5. Взвешенные частицы во время восходящего движения воды стремятся опуститься со скоростью выпадения частиц u вниз.

Все частицы, у которых u ? щ будут задерживаться в отстойнике и постепенно оседать в его нижней части, угол конусности которой б = 50°…60° обеспечивает сползание осадка к трубе отвода его по 7. По трубе 7 осадок периодически удаляется из отстойника без выключения его из работы.

Высота цилиндрической части отстойника Н = 4…5м. Диаметр отстойника можно определить по формуле:



(2)

где Q - расчетное количество воды, проходящей через отстойник, м³/с;

в - коэффициент объемного использования отстойника;

d - диаметр центральной трубы определяется по соотношению:

(3)

ф = 900…1200 - время пребывания взвешенной частицы в центральной трубе, с.

Рекомендуется в вертикальных отстойниках иметь отношение D/H1,5. Вертикальные отстойники, как правило, используют коагулированную воду.

Преимуществом вертикального отстойника является простота удаления осадка, недостатком - большая глубина, затрудняющая их строительство особенно в плотных грунтах. Эффективность осаждения в вертикальных отстойниках на 10 - 20 % ниже, чем в горизонтальных.

Радиальные отстойники.

В настоящее время большое распространение получили радиальные отстойники, схема которых показана на рис. 4.

Радиальные отстойники имеют радиальное направление воды и представляют собой круглый железобетонный резервуар большого диаметра и небольшой глубины - D/H>3,5, где D - диаметр отстойника, Н - глубина отстойника. При увеличении отношения D/H возрастают горизонтальные составляющие скорости движения воды, причем значение скорости по мере продвижения воды от центра к периферии снижается.

Рис. 4. Принципиальная схема радиального отстойника: 1 - железобетонный бассейн; 2 - круговой водослив; 3 - центральная распределительная труба; 4- приводной механизм, 5 - площадка для обслуживающего персонала; 6 - ферма; 7 - скребки; 8- труба илососа; 9 - приямок

Радиальный отстойник представляет собой круглый бассейн из железобетона диаметром до 50 м. Очищаемая от загрязнений вода подается через центральную распределительную трубу 3 и движется от центра к периферии с постоянно уменьшающейся скоростью, при этом скорость осаждения осадка остается постоянной во все время осаждения. Осветленная вода попадает в круговой водослив 2 у краев бассейна и оттуда по лотку подается к месту назначения. Выпавший осадок с помощью скребков 7, закрепленных на металлических фермах 6, сдвигается к центрально расположенному приямку 9. Если диаметр отстойника превышает 24 м, то ферма опирается концами на тележки, движущиеся по круговому рельсу, уложенному на борту отстойника. Такие отстойники применяются для очистки больших количеств сточных вод - свыше 20 000 м³/сут. Одним из недостатков радиальных отстойников является наличие ферм со скребками, работающих под водой и недоступных для постоянного надзора.

Гидроциклон.

Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах. Для очистки сточных вод, как правило, используют напорные и открытые гидроциклоны. Напорные гидроциклоны (рис. 5) применяют для осаждения твердых примесей, а открытые - для удаления осаждающиеся и всплывающих. Гидроциклоны просты по устройству, компактны, легко обслуживаются, имеют высокую производительность и небольшую стоимость.

Рис. 5 Принципиальная схема напорного гидроциклона: 1 - корпус; 2 - коническое днище; 3-тангенциально расположенный подающий патрубок; 4 - выпускной патрубок; 5 - отводящий патрубок

Очищаемая вода подается по патрубку 3 в цилиндрическую часть гидроциклона 1 со скоростью 20 м/с и движется вдоль стенок по спирали вниз; в конической части циклона она поворачивается к вертикальной оси аппарата и по внутренней спирали поднимается вверх к выходному патрубку 5. Под действием центробежной силы взвешенные в жидкости частицы выпадают и через спуск для шлама 4 удаляются из системы. Для увеличения пропускной способности устанавливают группу из параллельно включенных гидроциклонов, а для увеличения степени очистки группу последовательно включенных аппаратов. Гидроциклоны могут использоваться также для уплотнения шлама путем удаления из него части воды. Эффективность очистки гидроциклонами составляет около 70 %. Недостатком напорных циклонов является значительный расход электроэнергии для создания необходимого напора и быстрое изнашивание аппаратов.

Производительность гидроциклона может быть определена по формуле:

(4)

где Q - количество осветляемой воды, м³/ч;

б- коэффициент, учитывающий потери воды в осадке и равный 0,85…0,90;

м- коэффициент расхода гидроциклона;

щ- площадь сечения подающего патрубка;

?H- потери напора в гидроциклоне.

Для удаления тонкодисперсной взвеси оказывается рациональным применение гидроциклонов весьма малых диаметров (порядка 10…20см). Для возможности осветления заданных количеств воды при этом приходится использовать значительное число параллельно включенных гидроциклонов.

Тонкослойные отстойники.

Чем больше высота отстойника, тем больше необходимо времени для всплытия частицы на поверхности воды. А это, в свою очередь, связано с увеличением длины отстойника. Следовательно, интенсифицировать процесс отстаивания в отстойниках обычных конструкций сложно. С увеличением размеров отстойников гидродинамические характеристики отстаивания ухудшаются. Чем тоньше слой жидкости, тем процесс всплытия (оседания) происходит быстрее при прочих равных условиях. Это положение привело к созданию тонкослойных отстойников, которые по конструкции можно разделить на трубчатые и пластинчатые.

Рис. 6 Схема трубчатого отстойника

Трубчатые отстойники.

Для повышения скорости отстаивания примесей можно увеличить площадь отстаивания и тогда проводить процесс осаждения в тонком слое жидкости. При этом используются трубчатые. Схема трубчатого отстойника приведена на рис. 6. Рабочими элементами в отстойниках являются пакеты трубок диаметром 25 - 50 мм. Для успешного проведения отстаивания необходимо равномерное распределение воды по рабочим элементам и ламинарный режим ее движения. Эти отстойники могут использоваться для осветления сточных вод с небольшим содержанием взвешенных веществ при расходах 100 - 10000 м³/сут. Они достаточно компактны и хорошо вписываются в технологические схемы очистки сточных вод. Эффективность очистки в таких отстойниках 80 - 85 %.

Стандартные трубчатые блоки отстойника изготовляют из поливинилового или полистирольного пластика. Обычно применяют блоки длиной около 3 м, шириной 0,75 м и высотой 0,5 м. Размер трубчатого элемента отстойника в поперечном сечении составляет 5х5 см. Конструкции этих блоков позволяют монтировать из них секции на любую производительность; секции или отдельные блоки легко можно устанавливать в вертикальных или горизонтальных отстойниках.

Пластинчатые отстойники.

Пластинчатые отстойники состоят из ряда параллельно установленных пластин, между которыми движется жидкость. В зависимости от направления движения воды и выпавшего (всплывшего) осадка, отстойники делятся на прямоточные, в которых направления движения воды и осадка совпадают; противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно к направлению движения осадка. Наиболее широкое распространение получили пластинчатые противоточные отстойники.

Достоинства трубчатых и пластинчатых отстойников -- их экономичность вследствие небольшого строительного объема, возможность применения пластмасс, которые легче металла и не коррозируют в агрессивных средах. Общий недостаток тонкослойных отстойников -- необходимость создания емкости для предварительного отделения легко отделимых нефтяных частиц и больших сгустков нефти, окалины, песка и др. Сгустки имеют нулевую плавучесть, их диаметр может достигать 10-15 см при глубине в несколько сантиметров. Такие сгустки очень быстро выводят из строя тонкослойные отстойники. Если часть пластин или труб будет забита подобными сгустками, то в остальных повысится расход жидкости.

Пруды-осветители.

Нефтепродукты, масла, смолы и другие вещества, обладающие меньшей плотностью, чем вода, удаляются из сточных вод в ловушках, маслоуловителях, смолоотстойниках. В ряде случаев в промышленности сохранились пруды-осветлители для доочистки путем отстаивания сточной и оборотной воды. Они представляют собой водоем, в котором вода протекает с очень малой скоростью. Считается, что для очистки 1 м³/ч оборотной воды нужна активная поверхность воды около 7 - 10м² глубиной не менее 1 м до уровня осадка. Отстоявшуюся нефть удаляют с помощью шарнирных труб или другими способами. Большую сложность в данном случае представляет очистка прудов от осадков. В новые проекты очистных сооружений пруды-отстойники не включаются.

2.3 Физико-химическая очистка

К физико-химическим методам очистки

и сточных вод относят флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод мелкодисперсных взвешенных частиц, растворенных газов, минеральных и органических веществ. Выбор того или иного метода очистки проводят с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемых к очищенным производственным сточным водам с целью дальнейшего их использования, а также с учетом объема сточных вод и концентрации загрязнений в них, необходимых материальных и энергетических ресурсов, экономичности процесса.

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ. При этом процессе в очищаемую жидкость подают воздух, мелкие пузырьки которого всплывают на поверхность воды, увлекая за собой частички загрязнителя, и образуют пенообразный слой, насыщенный флотируемым веществом. Флотация в десятки раз повышает скорость всплывания частиц, и поэтому ее применение весьма эффективно.

Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод: с выделением воздуха из растворов; с механическим диспергированием воздуха; с подачей воздуха через пористые материалы; электрофлотацию и химическую флотацию.

В свою очередь флотация с выделением воздуха из растворов в зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в воде бывает вакуумная, напорная, эрлифтная. Наибольшее распространение получила напорная флотация. Она позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвесей 4,0 - 5,0 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты.

Принципиальная схема напорной флотации показана на рис. 7.Сточная вода поступает в приемный резервуар, откуда перекачивается насосом в напорный бак.

Во всасывающий трубопровод перед баком засасывается воздух. При повышенном давлении (0,15 - 0,4 МПа) воздух растворяется в воде. При поступлении водно-воздушной смеси во флотатор, работающий при атмосферном давлении, воздух выделяется из воды в виде высокодиспергированных пузырьков, к которым прилипают взвешенные частички примесей, образуя на поверхности воды пену. Пена с твердыми частицами удаляется с поверхности воды скребковым механизмом. Осветленная вода отводится из нижней части флотатора. При использовании коагулянтов процесс флотации интенсифицируется за счет образования хлопьев в напорном баке.

Рис. 8 Принципиальная схема действия флотоотстойника

Схема действия самого флотоотстойника показана на рис. 8. Смесь сточной воды и воздуха поступает в приемную камеру 2 через распределительную трубу 1 и переливается через струегасящую перегородку 3 в отстойную часть флотоотстойника. Выделяющиеся из воды вследствие снижения давления пузырьки воздуха всплывают, увлекая за собой загрязнения и образуя на поверхности воды пену. Скребковый механизм 4 сгоняет пену через перегородку 5 в пенную камеру 6, из которой ее отводят вместе с загрязнениями по трубопроводу 7, осветленную воду - через перфорированную трубу 8.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратурного оформления, селективность выделения примесей, высокая степень очистки (95 - 98 %), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ, легкоокисляемых веществ и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки.

Адсорбцию широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Адсорбцию используют для очистки сточных вод от гербицидов, пестицидов, фенолов, ароматических и нитросоединений, ПАВ, красителей и др.

Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т. е. с извлечением из адсорбента уловленных им веществ и дальнейшим их использованием, или деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод загрязнения уничтожаются, как не имеющие технической ценности, иногда вместе с адсорбентом. Ценные вещества, поглощенные адсорбентом, могут быть извлечены из него экстракцией органическими растворителями, отгонкой адсорбированного вещества с водяным паром, испарением этого вещества током нагретого инертного газа и другими способами. В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические вещества и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки, бурый уголь, торф, коксовую мелочь).

Достоинством адсорбционного метода является высокая эффективность; возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ и регенерация адсорбированных примесей. Степень очистки сточных вод зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения адсорбируемого вещества и его состояния в растворе и достигает 80-95 %.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов, а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений, радиоактивных и многих других веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Жидкостная экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция экономически выгодна лишь тогда, когда стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на проведение процесса. В большинстве случаев экстракция оправдана при концентрации примесей 3,0 - 4,0 г/л. Сущность экстракции заключается в том, что сточную воду смешивают с экстрагентом, т. е. с такой жидкостью, в которой загрязняющее стоки вещество растворяется лучше, чем вода, а сам экстрагент не смешивается с водой. При проведении процесса экстракции образуются две фазы. Одна фаза - экстракт - содержит извлекаемое вещество и экстрагент; другая - рафинат - сточную воду и экстрагент. Затем экстракт и рафинат отделяют друг от друга, и осуществляется регенерация экстр-агента от экстракта и рафината. Регенерированный экстрагент снова направляется в процесс экстракции. Основная задача при экстракции заключается в том, чтобы подобрать соответствующий экстрагент для конкретного вещества, загрязняющего сточную воду. Сделать это нелегко потому, что экстрагент должен удовлетворять нескольким требованиям: иметь большую способность к растворению экстрагируемого вещества, чем вода; обладать селективностью к экстрагируемому веществу, т. е. извлекать из разнообразных находящихся в сточной воде веществ именно те, которые необходимы; не растворяться в воде (в то же время и вода не должна в нем растворяться); заметно отличаться своей плотностью от плотности воды (для облегчения выделения экстрагента из воды); иметь температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества; не взаимодействовать с экстрагируемым веществом и материалом аппарата; иметь, возможно, меньшие показатели по взрыво- и пожароопасности и токсичности; быть доступным и дешевым.

Десорбция летучих примесей состоит в том, что сточные воды, загрязненные летучими примесями (сероводород, диоксид серы, сероуглерод, аммиак, диоксид углерода и др.), очищаются при пропускании воздуха или другого инертного малорастворимого в воде газа через сточную воду. При этом летучий компонент диффундирует в газовую фазу.

Дезодорация применяется для удаления из сточных вод неприятнопахнущих веществ: меркаптанов, аминов, аммиака, сероводорода и др. Для дезодорации сточных вод используются различные способы: аэрация, хлорирование, ректификация, дистилляция, обработка дымовыми газами, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракция, адсорбция и микробиологическое окисление. При выборе метода необходимо учитывать его эффективность и экономическую целесообразность.

Наиболее доступным считается метод аэрации, который заключается в продувании воздуха или острого водяного пара через очищаемую сточную воду. Промышленное значение имеет и хлорирование неприятнопахнущих сточных вод. При этом происходит окисление хлором серосодержащих и других соединений.

2.4 Химическая очистка

Химические методы очистки сточных вод основаны на проведении химических реакций с использованием реагентов и на получении из загрязняющих примесей безвредных или менее вредных новых веществ, которые легче удалить, чем исходные. При выборе метода очистки учитываются эффективность процесса очистки, скорость реакции, стоимость реагентов, удобство последующего выделения образовавшихся после реакции веществ и др. Методы химической очистки обычно сочетаются с механической или физико-химической очисткой, так как после окончания реакции необходимо выделить из сточных вод образовавшиеся вещества.

Методы химической очистки наиболее приемлемы в системах локальной очистки сточных вод, где объемы очищаемой воды относительно невелики, а концентрация загрязняющих веществ значительна.

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, коагуляцию, флокулирование, окисление и восстановление.

Нейтрализации подвергаются сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи. За регулируемый параметр нейтрализации стока принимают рН воды после очистки: этот показатель установлен регламентом в пределах 6,5 - 8,5. Для нейтрализации щелочных вод используются кислоты, а кислых - щелочи. Нейтрализацию можно проводить смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, адсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами.

Коагуляция - это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ.

Флокуляция - это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличие от предыдущего метода при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия макромолекул флокулянта, адсорбированного на частицах взвешенных веществ.

Окисление и восстановление вредных примесей, присутствующих в сточных водах, являются деструктивными методами. Они используются для перевода опасных в экологическом отношении веществ в безвредное или менее вредное состояние.

...