Инновационные способы очистки воды, воздуха и почвы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Уральского государственного университета путей сообщения

Курганский институт железнодорожного транспорта (филиал)

Инновационные способы очистки воды, воздуха и почвы

Докучаев М.А., Израйлев Д.И., Турова А.К.

Согласно проведенным исследованиям современные технологии очистки воды хороши тем, что о них мало кто знает и это хорошая ниша для бизнеса. Теперь в приборах используют и микроэлектронику, и сенсорное управление. Но при этом старые добрые методы очищения также в чести и при всем тотальном снижении их использования, все-таки остаются в топе. Почему так происходит?

Прежде всего, это связано пока с малыми возможностями потребителей бывшего СССР. Не все пока могут позволить себе дорогостоящее оборудование. Потому используют старые добрые - отстаивание, осветление, кипячение. Осветление до сих пор еще используют потому, что многие современные приборы очищения работают только с обработанной водой, а осветление помогает простым образом устранить из воды определенный осадок. очистка воздух газообразный загрязнитель

Оно же помогает устранить взвешенные частицы из воды. Их в паводковый период в воде больше всего, примерно до 2500 миллиграмм на литр. Ниже представлена таблица, в которой показано, насколько быстро оседают примеси разных размеров в воде, нагретой до показателя в 100 градусов.

Кипячение, как способ умягчить воду не работает так долго, как осаждение, но при этом образует накипной осадок, который и является самым большим недостатком некачественной воды. Новые технологии водоподготовки призваны как раз предупредить образование этого самого осадка. Правильно выбрать метод очистки тоже задача не из легких. Нужно определить состав воды, выяснить требования, предъявляемые к качеству полученной очищенной воды, и точно знать, для чего эту воду будут применять. Задачи очистки воды не обязательно могут сводиться к умягчению. Очень часто вода для технических нужд требует только обезжелезивания и обеззараживания. Для устранения железа используют окислители или специальные установки, которые отфильтровывают железосодержащие примеси.

Кроме того, к проблемам жесткости, сегодня добавляются и другие. Вода из скважин большой глубины часто обладает целым букетом примесей. Ведь в воду сегодня сливают еще и стоки промышленных предприятий. Порой попадаются очень странные загрязнения, с которыми трудно бороться.

Получить из такой воды чистую и мягкую питьевую воду достаточно сложно. Найти один идеальный фильтр невозможно. И даже новые технологии очистки воды не позволяют использовать один прибор на все примеси. Потому и в быту, и в промышленности используют водоподготовку - комплекс фильтров, помогающий постепенно избавить воду от разных включений. Наиболее часто используют сегодня следующие виды очистки воды:

Озонирование - окисление примесей с помощью жидкого кислорода. Экологически безопасный метод, быстро испаряется с поверхности, эффективно работает с бактериями, но способствует образованию биологических наростов;

Ультрафильтрация - один из популярных мембранных методов и последняя новая технология очистки воды. Это самый прогрессивный метод, позволяющий устранить из воды практически сто процентов всех примесей. Но при этом, все разновидности приборов данного метода, работает только с подготовленной водой, то есть требует предварительной очистки;

Обратный осмос, первый вариант мембранного метода очистки, работает не только с солями жесткости, но еще и с большим количеством органики, бактериями и вирусами, отлично подходит для опреснения морской воды, также показал себя в получении качественной питьевой воды;

Ионообменные методы, хоть являются одними из самых старейших, но по-прежнему успешно эксплуатируются, т.к. только они в состоянии дать самый высокий процент умягчения воды и при этом скорость очищения тоже будет самой высокой;

Смешанные установки, это тоже вариант новых технологий очистки воды. Так, к примеру, хорошо зарекомендовали себя озоно-каталитические приборы с применением активированного угля. Такие технологии помогают справиться с хлористыми и органическими соединениями, при этом уголь в процессе эксплуатации не теряет своих способностей к очистке. [1]

Методы, применяемые для очистки воздуха от пылевых и газообразных загрязнителей, и требуемая эффективность очистки определяются в первую очередь санитарными и технологическими требованиями и зависят от физико-химических свойств самих примесей, от состава и активности реагентов и от конструктивного решения устройств, применяемых для очистки. В связи с этим применяемые методы очистки весьма разнообразны и отличаются как по конструкции аппаратов, так и по технологии обезвреживания.

Промышленные газообразные отходы, содержащие токсичные элементы в виде пыли или тумана, очищают в механических пылеуловителях (сухих и мокрых), фильтрах или электрофильтрах. Для тонких аэрозолей (древесная, табачная, мучная и угольная пыль) кроме механических пылеуловителей применяют адсорбционную очистку, или сжигание.

Промышленные газообразные отходы, содержащие токсичные элементы в виде паров и газовых примесей, очищают в специальных промывных камерах или адсорбционных очистителях с последующим дожиганием. Для обезвреживания этих же видов вредных выделений применяют конденсационную очистку, каталитическое дожигание и другие методы очистки. Очистку газообразных выбросов от пыли или тумана на практике осуществляют в различных по конструкции аппаратах, которые можно разделить на четыре основные группы: 1) механические пылеуловители (пылеотстойные или пылеосадочные камеры, инерционные пыле- и брызгоуловители, циклоны и мультициклоны). Аппараты этой группы применяют обычно для предварительной очистки газов; 2) мокрые пылеуловители (полые, насадочные или барботажцые скрубберы, пенные аппараты, трубы Вентури и др.). Эти устройства более эффективны, чем сухие пылеуловители; 3) фильтры (волокнистые, ячейковые, с насыпными слоями зернистого материала, масляные и др.). Наиболее распространены рукавные фильтры; 4) электрофильтры -- аппараты тонкой очитки газов-- улавливают частицы размером от 0,01 мкм. Эффективность электрофильтра может достигать 99,9%. Обычно необходимая степень очистки может быть обеспечена лишь комбинированной установкой, включающей несколько аппаратов одного или разных типов.

Аппараты для очистки выбросов от газов и паров по принципу действия резко отличаются от обеспыливающих установок. Метод обработки воздуха выбирают в зависимости от физических и химических свойств вредных газов, их концентрации. Эти методы основаны на трех основных принципах: дожигании, абсорбции и адсорбции. Существуют также методы конденсационный и электрический. Метод сжигания (дожигания) примесей применяют в тех случаях, когда их возвращение в производство невозможно или нецелесообразно.

Термическое дожигание применяют главным образом при высокой концентрации примесей (превышающей пределы воспламенения) и значительном содержании в газах кислорода. Температура горения 800--г 1100° С.В последнее время получило развитие каталитическое дожигание. При этом методе обработки воздуха температура окисления не превышает 250--300° С. Каталитическая очистка в 2--3 раза дешевле высокотемпературного дожигания при более высокой эффективности процесса. Наличие теплообменника снижает расход энергии и обеспечивает непрерывность процесса. Каталитическое дожигание целесообразно использовать при низких концентрациях вредных веществ, близких к пределу воспламенения. Присутствие катализатора обеспечивает экзотермическое окисление органических соединений при более низкой температуре, чем температура самовоспламенения.

В качестве катализаторов используют металлы или металлические соединения (платину и металлы того же ряда, окись меди и др.). Так как каталитическое горение является поверхностным, для его осуществления достаточно незначительного количества катализатора, расположенного так, чтобы обеспечивалась максимальная поверхность контакта. Например, тонкий слой платины, нанесенный на ленту хромированного никеля или на фарфоровые пластинки. Эффективность реакции возрастает с повышением температуры. Для каждой реакции характерна определенная температура, называемая температурой начала реакции, ниже которой катализатор становится неактивным. Верхним пределом является температура, при которой катализатор разрушается.

Каталитические способы окисления примесей широко применяют в лакокрасочном производстве, при эмалировке, прокаливании литейных стержней, в типографском производстве, в химическом , производстве, на нефтеперерабатывающих заводах, для нейтрализации окислов азота и т. д. Абсорбционный метод очистки газообразных выбросов основан на поглощении жидкими реагентами токсичных газов и паров из их смесей с воздухом. Эффективность данного метода колеблется в широких пределах в зависимости от вида поглощаемого вещества и поглотительного раствора. В качестве абсорбента чаще всего используют воду. Имеются нереагирующие растворители, которые растворяют газы без химических реакций, и реагирующие, т. е. удаляющие вредные газы путем химической реакции с ними и нейтрализации их. В качестве аппаратов могут использоваться скрубберы, трубы Вентури, циклонные промыватели, оросительные камеры. Адсорбционный метод основан на поглощении вредных газов и паров с помощью твердых сорбентов (активированных углей, силикагелей, цеолитов и др.). Наиболее часто этот метод применяется для улавливания и возвращения в производство паров органических растворителей (рекуперация).Здесь используются физические свойства некоторых пористых твердых тел с ультрамикроскопической структурой, которая делает их способными выборочно извлекать газы из воздушной смеси и удерживать их на своей поверхности. Наиболее распространенный адсорбер -- активированный уголь.

Этот метод очистки воздуха широко применяется для уничтожения запахов, выделяемых предприятиями пищевой промышленности, кожевенными и текстильными фабриками или же установками по переработке природного газа, а также при производстве пестицидов, клеящих веществ, удобрений, фармацевтических продуктов и т. п. При чистом сорбенте эффективность очистки достигает 98%, при загрязненном снижается до 90%.Несмотря на все принимаемые меры, не всегда удается полностью очистить выбросы. Поэтому возникает необходимость отделять промышленные предприятия от жилой застройки санитарно-защитными зонами и проводить расчеты рассеивания вредных веществ в атмосфере.[2].

В результате загрязнения почв утрачивается сельскохозяйственное значение угодий. В связи с этим необходимо разрабатывать новые и использовать экологически безопасные и экономически обоснованные методы, направленные на интенсификацию процессов очистки почв. В настоящее время широко используются физические, химические и биологические методы очистки загрязненных почв.

Широкое использование получили физические методы, основанные на использовании электрического тока. Это технологии электрохимической и электрокинетической очистки загрязненных почв. Технологии, основанные на электрохимических методах используются для очистки почвы от хлорированных углеводородов, фенолов и нефтепродуктов и обеззараживания грунта и почвы. При пропускании электрического тока через грунты происходит электролиз воды в поровом пространстве, электрофлотация, электрокоагуляция и электрохимическое окисление. Эффективность окисления фенола - 70-92%. Эффективность обеззараживания - 95-99%. Расход электроэнергии и стоимость очистки составляют соответственно 32-160 кВт·ч/куб.м почвы и 86-260 $US/куб.м почвы. Электрохимическая технология японской фирмы "ОБАЯСИ" обеспечивает высокую степень очистки от токсичных органических веществ до 25 наименований. Для очистки участка площадью 15 кв. м требуется обработка постоянным током напряжением 50 В с общим расходом электроэнергии 5 кВт. Для удаления 90% кадмия, цианидов, свинца, хрома, ртути и мышьяка требуется три месяца.

Электрокинетические технологии применяют для очистки глинистых и суглинистых почв и грунтов при полной или неполной водонасыщенности от тяжелых металлов, цианидов, хлорорганики, нефти и нефтепродуктов. Основную роль здесь играют процессы электроосмоса и электрофореза. Преимуществом электрокинетической технологии является высокая степень контроля и управления процессом очистки. Исходные концентрации экотоксикантов могут быть снижены с 10-50 мг/кг до 1-10 мг/кг, что вполне укладывается в существующие нормы.

Параметры электрокинетического процесса: напряжение на электродах 4-200 В, напряженность поля 20-200 В/м, плотность тока 0.5-5.0 А/кв.м, расстояние между электродами 2-10 м, глубина их заложения - 2-5,0 м. Эффективность очистки - 80-99%. Добиться высокой очистки без применения химреагентов или растворов ПАВ невозможно. Применение специальных химических агентов снижает затраты электроэнергии и времени на очистку. Стоимость очистки грунтов составляет от 120 до 170 долл. США за 1 куб.м.

Очистка почв методом промывки осуществляется с использованием различных растворов. Загрязненные нефтью почвы промывают растворами ПАВ, в качестве которых применяют ОП-10 или оксиэтилированные жирные кислоты (ОЖК). При использовании 0,02% раствора ОП-10 соотношение грунт: раствор равно 1:16, степень очистки - 99.2%. При очистке дерново-карбонатных почв от нефтепродуктов раствором ОП10 концентрацией 0.02% при соотношении грунт: раствор 1:30 степень извлечения составляет 93.5%. После очистки грунт или почва возвращаются и используются для рекультивации земель. Проблемой является большое количество полученной в процессе очистки воды, загрязненной нефтепродуктами и СПАВ, которую можно очистить на стационарных очистных сооружениях.

Для промывки используются также растворы, с высоким окислительным потенциалом (активный кислород, щелочная среда, активный хлор) с последующим сбором, очисткой дренажных стоков в электрохимическом комплексе. Для обезвреживания грунтов требуется от 12 до 48 месяцев. Нефтепродукты при этом частично вытесняются и извлекаются на очистных сооружениях.

Метод очистки загрязненных почв фитоэкстракцией заключается в выращивании на загрязненных почвах растений. Наиболее эффективен этот метод для очистки почв от никеля, цинка и меди. Загрязняющие вещества аккумулируются в корневой системе и в надземной части растений. Для достижения гигиенических нормативов концентраций вредных веществ в почве необходимо несколько циклов роста культур. После сжигают, пепел складируется на полигоне опасных отходов, но объем золы значительно меньше объема загрязненной почвы.

Некоторые растения могут аккумулировать в корневой системе и наземной массе значительные количества металлов: более 1000 миллиг раммов на килограмм кобальта, меди, хрома, свинца, никеля или, или 10.000 мг / кг марганца и цинка в сухом веществе, поэтому их можно использовать в качестве руды для получения м еталлов.

Эффективен биологический метод очистки почв, который заключается в направленной активизации почвенной микрофлоры, внесении микробных препаратов, разлагающих нефть, а также фиторемедиации -- снижении загрязнения почвы, основанного на стимуляции естественного почвенного сообщества нефтеокисляющих микроорганизмов в результате их тесного взаимодействия с толерантными к нефти растениями.

Фиторемедиация позволяет активно рекультивировать большие территории с относительно низкой, по сравнению с другими технологиями, стоимостью работ при слабом негативном воздействии на окружающую среду. Время восстановления земель сокращается в 3-4 раза.

Биопрепараты стимулируют местный почвенный биоценоз и создают благоприятные условия для перехода нефтяных углеводородов в трудноокисляемое состояние. Образуются органические соединения гумусоподобного характера, положительно влияющие на почвенное плодородие. Создан целый ряд биопрепаратов, на основе активно разлагающих нефть микроорганизмов бактерий родов Rhodococcus, Bacillus, Arthrobacter, Acinetobacter, Azoto-bacter, Alkaligenes, нитевидных актиномицетов Streptomyces, грибов Aspergillus и Penicillium и др. Разложение нефти в почве обусловлено не только непосредственным действием живых микроорганизмов, входящих в состав биопрепаратов, но и способностью последних влиять на аборигенное микробное сообщество почвы, повышая его способность утилизировать нефть. К таким препаратам относится Альбит, содержащий естественный природный микробный полимер полибета-гидроксимасляную кислоту из почвенных бактерий Bacillusmegaterium и Pseudomonasaureofaciens, набор макро- и микроэлементов, хвойный экстракт и другие компоненты. Он стимулирует местный почвенный биоценоз и создает благоприятные условия для перехода нефтяных углеводородов в трудноокисляемое состояние. Образуются органические соединения гумусоподобного характера, положительно влияющие на плодородие почв.

Биопрепарат Альбит способен значительно снижать нефтяное загрязнение почв. Скорость разложения нефти в почве под действием Альбита увеличивается в среднем в 1,67-3,15 раза. В производственных опытах продемонстрировано, что Альбит совместно с высевом нефтетолерантных трав за один вегетационный сезон снижает нефтяное загрязнение почвы в 1,5-10,0 раза. [3].

Список использованной литературы

1. http://vodopodgotovka-vodi.ru/ochistka-vody/novye-tehnologii-ochistki-vody

2. http://www.bibliotekar.ru/otoplenie-ventilyacia/117.htm

3. http://www.rusnauka.com/12_KPSN_2013/Ecologia/1_135395.doc.htm

Размещено на Allbest.ru