Повышение экоэффективности и технологии очистки сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ON IMPROVING THE ECO-EFFICIENCY OF WASTEWATER TREATMENT TECHNOLOGIES

Шубов Лазарь Яковлевич, доктор технических наук, профессор,

член сообщества экспертов РФ по рациональному природопользованию,

Научно-исследовательский центр

по проблемам управления ресурсосбережением и отходами,

Москва, Российская Федерация

Борисова Оксана Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры

физической культуры и безопасности жизнедеятельности,

Доронкина Ирина Геннадьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры

физической культуры и безопасности жизнедеятельности,

ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва, Российская Федерация

Shubov Lazar' Iakovlevich, Doctor of Engineering, Professor, Associate Expert of the RF Association of Environmental Management, Resource Conservation and Waste Management Research Center, Moscow Russia

Borisova Oksana Nikolaevna, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Physical Culture and Vital Functions Safety, Russian State University of Tourism and Service, Moscow, Russia

Doronkina Irina Gennad'evna, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Physical Culture and Vital Functions Safety, Russian State University of Tourism and Service, Moscow, Russia

Освещены виды негативного воздействия отходов на окружающую среду, отмечена необходимость ее инженерной защиты и безопасности жизнедеятельности. Подчеркнута задача первостепенной важности - предотвращение загрязнения водных объектов как источников пресной воды, особое внимание при этом уделено очистке сточных вод (СВ).

Приведены укрупненные характеристики СВ и дана классификация методов их очистки. Показано, что повышение экоэффективности очистки СВ может быть связана с применением технологии флотации.

Ключевые слова: отходы, инженерная защита окружающей среды, сточные воды, флотация.

The article highlights the hazardous impact of waste on the environment; emphasizes the expediency of introducing engineering protection and vital functions safety procedures into the overall process of environmental protection; prioritizes the prevention of fresh water supplies pollution through adequate wastewater treatment.

The authors provide classificatory characteristics of wastewater and propose a classification of wastewater treatment methods. The authors claim that treatment eco-efficiency may be related to flotation technology application.

Key words: waste, engineering protection of the environment, wastewater, flotation.

инженерная защита отходы пресная вода

Глобальной для всего мира является проблема отходов - главных загрязнителей окружающей среды. Проблема отходов, наравне с проблемами энергии и воды, является всеобщей проблемой, связанной с каждым сектором экономики.

Многие отходы по своей структуре не известны для природных циклов воспроизводства, и природа не способна справиться с накопленными и качественно измененными продуктами, созданными человеком для удовлетворения своих потребностей. Например, полимерные отходы, поступившие на полигонное захоронение, загрязняют окружающую среду на многие десятилетия.

Негативное воздействие отходов на окружающую среду связано с выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух (газообразные отходы), сбросами загрязняющих веществ в водные объекты и на водосборные площади (сточные воды), размещением отходов производства и потребления на специальных объектах - полигонах захоронения, хвостохранилищах и т.п. Соответственно видам негативного воздействия отходов на окружающую среду процессы ее инженерной защиты должны предусматривать защиту атмосферы, гидросферы и литосферы. Весьма актуально повышение эффективности технологических процессов инженерной защиты окружающей среды.

71% поверхности Земли приходится на гидросферу. Вода - самое распространенное вещество в природе. Без воды существование живых организмов невозможно в принципе. Особую роль играют пресные воды Земли, общий объем которых невелик - всего 2,5% от массы вод океана (приблизительно 30 млн. км³). Подавляющая часть пресной воды для людей в повседневной жизни труднодоступна, т.к. связана с полярными льдами и подземными водоносными слоями. Поэтому задача первостепенной важности - предотвращение загрязнения водных объектов как источников пресной воды.

Приблизительно половина потребляемой человечеством воды превращается в сточные воды (СВ), сбрасываемые (после далеко не всегда эффективной очистки) на водосборные площади и в водные объекты (поверхностные и подземные).

Проблема России не в дефиците воды, а в её качестве. Почти все города, а их в России более тысячи, снабжаются водой не из скважин, а из поверхностного водосбора. Около 75% городских квартир потребляют водопроводную воду весьма низкого качества, причем не исключено попадание в нее опасных микроорганизмов, а также токсичных веществ, широко используемых в промышленности и неизбежно попадающих сначала в СВ, а затем и в водопровод. Обычная городская система очистки воды не способна обезвредить подобные воды. Приблизительно 30% населения России потребляет воду, не прошедшую вообще никакой очистки, что весьма опасно для здоровья. В таких регионах РФ, как Белгородская и Курская область, Адыгея, Бурятия, Тыва, очистке подвергают не более 10% воды. В таблице 1 представлена характеристика сточных вод отдельных производств.

Таблица 1 - Укрупненная характеристика сточных вод отдельных производств

Россия катастрофически отстает от стран ЕС по уровню контроля за водоснабжением. В соответствии с законодательством в РФ вода должна проверяться по 54 показателям (в большинстве регионов, из-за отсутствия оборудования, это правило соблюдается только на бумаге). Для сравнения: в Великобритании вода контролируется по 70 показателям, при этом в год делается около 100 тысяч анализов. Пробы воды, не соответствующие нормам, в Великобритании составляют 0,01%, а в России - более 40%, что свидетельствует о питьевой непригодности такой воды. Например, вода в Волге относится к так называемому третьему (самому низкому) классу питьевой воды, а очистные сооружения большинства волжских городов, потребляющих воду из реки, рассчитаны на работу с первым - высшим классом. Содержание в волжской воде фенолов, нефтепродуктов, солей меди и цинка превышает ПДК в 5-12 раз.

В странах ЕС для очистки воды применяют УФ-технологии, в России преимущественно для очистки воды применяют хлор (на Рублевской водопроводной станции в Москве для очистки воды применяют озон).

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) инвестирование 1 доллара в развитие водоснабжения позволяет сэкономить от 4 до 12 долларов в системе здравоохранения.

В настоящее время в России доля СВ, проходящих очистку, не превышает 65%. В этой связи особую роль приобретает инженерная защита окружающей среды в части скорейшего решения технологических задач водоочистки, водоподготовки, оборотного водоснабжения, предотвращения загрязнения водоемов и их истощения. Очистка СВ - составная часть инженерной экологии, сервиса экосистем и природоохранных объектов.

Очистка СВ необходима, чтобы не допустить загрязнения водных объектов, процессы самоочищения которых не способны справиться с большими нагрузками загрязняющих веществ, многие из которых для природных процессов воспроизводства неизвестны. В таблице 2 представлена характеристика загрязнителей сточных вод.

Таблица 2 - Укрупненная характеристика загрязнителей сточных вод

При выборе системы очистки СВ необходимо учитывать, что универсального способа очистки одновременно от всех вредных примесей и веществ не существует, как правило, очистка СВ от загрязнений производится последовательно несколькими методами. Инженерная задача снижения до допустимых норм содержания в СВ специфических вредных примесей требует применения различных и часто комбинационных технологических решений.

В промышленности применяют механические, биологические, химические (реагентные) и физико-химические методы очистки СВ :

- механические - процеживание, отстаивание (гравитационная сепарация), сепарация в центробежном поле, фильтрование;

- биологические - аэробное разложение органических веществ (минерализация), нитрификация, денитрификация, биологическое удаление фосфора, анаэробное разложение органических веществ (метановое сбраживание);

- химические (реагентные) - нейтрализация, химическое осаждение, окисление, восстановление, агрегирование (укрупнение коллоидных частиц и шламов - процессы коагуляции и флокуляции);

- физико-химические - флотация, адсорбция, ионный обмен с использованием ионитов, мембранные процессы.

Одним из весьма эффективных, но недостаточно широко используемых в российской практике методов очистки СВ является флотация, которую можно также использовать для извлечения из СВ ценных компонентов (в том числе растворенных).

Флотация - процесс извлечения (разделения) взвешенных в водной среде мелких твердых частиц, растворенных в воде ПАВ или йонов металлов с помощью генерируемых в объеме пульпы или непосредственно на твердых частицах воздушных пузырьков, которые выносят закрепившиеся на них частицы или адсорбированные ПАВ в пенный слой, удаляемый из процесса. В основе флотации лежат процессы смачивания.

Флотационное выделение загрязняющих веществ из СВ характеризуется, по сравнению с отстаиванием, значительно большей скоростью процесса, которая во многом определяется скоростью подъема воздушных пузырьков в воде (приблизительно
1-16 см/с).

Флотационную очистку СВ применяют в различных производствах: в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, в цветной металлургии, в целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, в производстве искусственного волокна, в кожевенном, красильном и гальваническом производстве, в машиностроении, а также в коммунальном хозяйстве, прачечных и др.

Объектами для флотации при очистке СВ могут быть:

- растворенные ПАВ;

- твердые гидрофобные загрязнения (нерастворимые взвешенные частицы);

- нефтепродукты, масла, жиры;

- растворенные соли (ионы тяжелых металлов);

- гидроксиды металлов;

- хлопья скоагулированных коллоидов;

- суспензия избыточного активного ила (после биологической очистки СВ).

Наиболее привлекательно технологически и экономически применение флотации для очистки СВ от растворенных ПАВ. Адсорбируясь на поверхности поднимающихся воздушных пузырьков, ПАВ выносятся в пенный слой и удаляются из процесса (по своей сути процесс, называемый пенным фракционированием, аналогичен процессу сорбции на твердых сорбентах). Иными словами, простая продувка СВ воздухом в виде мелких пузырьков (их дисперсность возрастает с увеличением концентрации ПАВ) дает высокий технологический эффект. Степень очистки СВ от ПАВ может достигать 98%. Применение специальных флотореагентов не требуется. Флотация проводится при рН 9,5-12. В процессе очистки от ПАВ одновременно происходит удаление из СВ диспергированных и эмульгированных частиц.

Чаще всего СВ загрязнены анионными ПАВ. При содержании в СВ катионных ПАВ процесс флотации интенсифицируется с помощью подачи в процесс реагентов - рекомендуется последовательная подача эмульсии аполярных масел и полиакриламида (реагент - флокулянт). Время флотации не превышает 20 минут, рН 9,5-11.

Безреагентная флотация эффективна при очистке СВ нефтеперерабатывающих заводов от загрязнений маслами и взвешенными тонкими частицами, которые обычно покрыты пленкой масел (извлечение загрязнений составляет 90-99%, время флотации
4-6 мин), при очистке СВ мясокомбинатов от жиромассы (степень очистки 70-75%, причем сфлотированную жиромассу утилизируют, превращая в жировой концентрат путем дальнейшей термической переработки). При флотационной очистке СВ от нефтепродуктов удается снизить их концентрацию до 3-5 мг/л при исходной концентрации нефтепродуктов 30-40 мг/л.

При флотации хлопьев скоагулированных коллоидов и гидроксидов металлов с соосажденными вместе с ними различными примесями необходимо учитывать, что «флотационная активность» хлопьев по мере их «старения» заметно падает и через несколько часов они могут потерять способность флотироваться. Наилучшими с точки зрения флотации хлопьев скоагулированных коллоидов и гидроксидов являются условия, когда выделение пузырьков газа из раствора и образование хлопьев происходят одновременно.

Флотация все шире используется для извлечения из СВ (в частности, из промышленных СВ гидрометаллургических и обогатительных предприятий) ионов тяжелых металлов - меди, цинка, кадмия, молибдена, никеля, кобальта и др. Ионы металлов с помощью собирателей переводятся в труднорастворимые соединения и затем флотируются. В качестве собирателей используются алкилксантогенаты , алкилкарбоксилаты RCOO^Ї, алкилсульфаты , алкилсульфонаты , алкилфосфаты .

Разработан оригинальный способ флотации из СВ ионов кадмия, основанный на использовании специального носителя - биомассы микроорганизмов (грамм-положительные актиномицеты АК61 и JL322), которая концентрирует на своей поверхности катионы металлов и затем извлекается в пенный продукт флотацией. В качестве катионного собирателя используется бромид цетилтриметиламмония. Контакт собирателя с биомассой 15 минут, рН 6-10. Десорбция кадмия с поверхности биомассы осуществляется обработкой сульфатом натрия.

Некоторые практические сведения по флотационной очистке СВ различных производств приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты очистки СВ флотацией

Практика показывает, что степень флотационной очистки СВ от нерастворимых примесей и взвешенных веществ часто достигает 90-98% при времени флотации 20-40 мин. Одновременно снижается концентрация поверхностно - активных веществ, бактерий и микроорганизмов.

Существенное преимущество флотации перед отстаиванием - получение пен, содержащих шламы, с более низкой влажностью, чем влажность осадка, образующегося при отстаивании. Выход шлама при флотации меньше, чем осадка при отстаивании.

Поскольку, как отмечено, универсального способа очистки одновременно от всех вредных веществ не существует, технологические схемы очистки СВ включают, как правило, несколько технологических операций.

На рисунке приведена прогрессивная технологическая схема очистки нефтесодержащих СВ, включающая операцию флотации.

Рисунок - Технологическая схема очистки нефтесодержащих сточных вод

В заключение можно сделать следующие выводы.

1. Отмечена актуальность и важность предотвращения загрязнения водных объектов, как источников пресной воды.

2. Приведены укрупненные характеристики СВ и дана классификация методов их очистки.

3. Показано, что для повышения эффективности очистки СВ извлечение из них ценных компонентов (в т.ч. растворимых) целесообразно использовать методы флотации.

Литература

1.Каширская, Т.А. Очистка сточных вод без очистных сооружений // Экология производства. - 2010. - № 5. - С. 85-87.

2.Технологические аспекты охраны окружающей среды // ВИНИТИ. - 2010. - №№1-12.

3.Иванков, С.И., Жосан, В.А., Иванков, Р.С. Современные способы очистки и утилизации сточных вод и их осадков на основе запатентованных технических решений // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. - 2007. - № 2. - 91 с.

4.Каракеян, В.И., Кольцов, В.Б. Процессы и аппараты зашиты окружающей среды. Ч. 1. Процессы и аппараты защиты атмосферы. - М.,2007. - 124 с.

5.Сумм, Б.Д., Горюнов, Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. - М.: Химия, 1976. - 230 с.

References

1.Kashirskaia, T.A. Ochistka stochnykh vod bez ochistnykh sooruzhenii [Wastewater Treatment in the Absence of Wastewater Treatment Facilities]. Ekologiia proizvodstva [The Ecology of Manufacturing]. - 2010. - № 5. - pp. 85-87.

2.Tekhnologicheskie aspekty okhrany okruzhaiushchei sredy [Technologica aspects of environment protection]. VINITI [All-Russian Institute of Scientific and Technical Information of the Russian Academy of Sciences].. - 2010. - №№1-12.

3.Ivankov, S.I., Zhosan, V.A., & Ivankov, R.S. Sovremennye sposoby ochistki i utilizatsii stochnykh vod i ikh osadkov na osnove zapatentovannykh tekhnicheskikh reshenii [Modern patented-knowledge-based approaches to wastewater and wastewater sludge treatment and disposal]. Nauchnye i technicheskie aspekty okhrany okruzhaiushchei sredy [Scientific and technical aspects of environmental protection]. - 2007. - № 2. - p.91.

4.Karakeian, V.I., & Kol'tsov, V.B. Protsessy i apparaty zashchity okruzhaiushchei sredy [The Procedures and Protective Apparatus of Environmental Protection]. Ch.1 Protsessy i apparaty zashchity atmosfery [Part 1. The Procedures and Apparatus of the Protection of the Atmosphere]. - Moscow, 2007. - p.124.

5.Summ, B.D., & Goriunov, Iu.V. Fiziko-khimicheskie osnovy smachivaniia i rastekaniia [The Physicochemical Basics of Wetting and Spreading]. Moscow: Khimiia [Chemistry] Publ., 1976. - p.230.

Размещено на Allbest.ru