Очищення промислових та стічних вод

Лабораторна робота № 13.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що таке охорона вод?

2. Умови скидання стічних вод в каналізацію та водоймища.

3. За якими показниками визначається необхідний ступінь очищення стічних вод перед скиданням?

Мета роботи – навчитися методам очищення промислових та стічних вод.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Очистка стічних вод — це руйнування або вилучення з них окремих забруднюючих речовин. Існує велика кількість способів очищення стічних вод і різні види їх класифікації.

Стічні води, забруднені промисловими і побутовими від­ходами, очищують механічними, хімічними, фізико-хімічними і біохімічними способами. Механічне очищення (від­стоювання, проціджування, фільтрація і центрифугування стічних вод) застосовують для відокремлення нерозчинених речовин, а хімічну і фізико-хімічну — переважно для виді­лення з стічнихвод колоїдних і розчинених забрудню­вачів. При хімічному очищенні використовують процеси коагуляції і нейтралізації, а фізико-хімічне очищення ґрунтується на процесах сорбції, флотації, електрохімічного окислення. Біохімічне очищення застосовують для стічних вод, вже очищених від мінеральних і нерозчинних органіч­них речовин. При цьому використовують здатність деяких мікроорганізмів вживати і перетворювати органічні забруд­нювачі, які знаходяться в стічних водах у колоїдному чи розчиненому стані.

Попередження забруднення водних об'єктів стічними водами може бути забезпечене організаційними та технічними заходами.

Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод у водойми без їх очищення. Технічні заходи передбачають очищення стічних вод різними методами, повторне використання стічних вод для тех­нічних потреб та поливу, створення оборотних та замкнених систем водоко­ристування, вдосконалення технологічних процесів на підприємствах у на­прямку зменшення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технології, зменшення забруднення територій нафтопродуктами, які з зли­вовими стоками можуть потрапляти до водойм.

Очищення стічних вод на підприємствах може здійснюватися за однією з таких схем:

— очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;

—очищення стічних вод після їх забруднення на заводських, а
потім на міських очисних спорудах з подальшим спуском у водойми;

—безперервне очищення промислових вод та розчинів на локальних
очисних спорудах протягом певного часу, після чого вони передаються на
регенерацію, після регенерації повертаються в оборот та лише після з'ясування неможливості регенерації усереднюються і передаються на заводські
очисні споруди та утилізуються.

Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні (рис. 7).

Рис. 7. Класифікація способів очищення стічних вод

Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень. Механічне очищення здійснюється од­ним з таких методів;

— подрібнення великих за розміром забруднень у менші за допомогою
механічних пристроїв;

— відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів,
пісковловлювачів та інших відстійників;

— розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг та гідроциклонів;

— усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрацій
шкідливих речовин та домішок до рівня, при якому стоки можнаскидати
у водойми або в каналізацію;

— вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток,
скребків та інших пристроїв;

— фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а найчастіше — шляхом пропускання їх через пісок;

— освітлення води шляхом пропускання її через пісок або спеціальні пристрої, наповнені композиціями або мінералами, здатними поглинати за­вислі частки.

Вибір схеми очищення води від завислих часток та нафтопродуктів за­лежить від виду та кількості забруднень, необхідного ступеня очищення.

Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на
флотації, мембранних методах очищення, азотропній відгонці.

Флотація — процес молекулярного прилипання частинок забруднень
до поверхні розподілу двох фаз (вода — повітря, вода — тверда речовина).
Процес очищення ПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією
і полягає в утворенні системи "частинки забруднень — бульбашки повітря",
що спливає на поверхню та утилізується. За принципом дії флотаційні установки класифікуються таким чином:

- флотація з механічним диспергуванням повітря;

- флотація з подачею повітря через пористі матеріали;

- електрофлотація;

- біологічна флотація.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) — процес фільтрування стічних вод через напівпроникні мембрани під тиском. При концентрації солей 2—5 г/л повинен бути тиск до 1 МПа, а при концентрації солей 10—30 г/л — близько 10 МПа.

Ультрафільтрація — мембранний процес розподілу розчинів, осмотичний тиск яких малий. Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярних речовин, завислих частинок та колоїдів.

Електродіаліз — процес сепарації іонів солей в мембранному апараті, який здійснюється під впливом постійного електричного струму. Електро­діаліз застосовується для демінералізації стічних вод. Основним обладнан­ням є електродіалізатори, що, складаються з катіонітових та_; аніонітових мембран.

Хімічне очищення використовується як самостійний метод або, як
попередній перед фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують для зниження корозійної активності стічних вод видаленням з них
важких металів, очищення стоків гальванічних дільниць, для окислення
сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.
Нейтралізація застосовується для очищення стоків гальванічних, травильних та інших виробництв, де застосовуються кислоти та луги. Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак тощо) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо).

Кількість реагенту для нейтралізації стічних вод

де k — коефіцієнт запасу реагенту;.

В — кількість активної складової в стічній воді;

V — кількість стічних вод;

т — витрата реагенту для нейтралізації активних речовин;

C — концентрація кислоти та лугу.

Окислення застосовується для знезараження стічних вод від токсич­них домішок (мідь, цинк, сірководень, сульфіди), а також від органічних сполук. Окислювачами є хлор, озон, кисень, хлорне вапно, гіпохлорид каль­цію тощо.

Розглянемо фізико-хімічні методи.

Коагуляція — процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, а для негативно заряджених — катіони. Коагу­лянтами є вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокис­лого кальцію, вуглекислого газу тощо. Коагулююча здатність солей трьохва­лентних металів в десятки разів вища, ніж двовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.

Флокуляція — процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами є активна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічні полімери (поліакриламід, поліоксиетилен, поліакрилати, поліетиленаміни тощо).

Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та фло­кулянти, наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакриламід ППА. Коагуляція та флокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.

При очищенні води використовується і електрокоагуляція — процес укрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.

Сорбція — процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбен­тами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, силікагелем, активною глиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від струк­тури пор, їх величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активність сорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинають­ся на одиницю їх об'єму або маси (кг/м³).

Розрізняють три види сорбційних процесів очищення стоків: абсорбція, адсорбція, хемосорбція.

При абсорбції поглинання забруднень здійснюється всією масою (об'є­мом) абсорбованої речовини. При адсорбції поглинання забруднювачів відбувається тільки поверх­нею адсорбенту за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.

При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається з утворенням на поверхні розподілу нового компонента або фази.

Вибір сорбенту визначається характером та властивостями забруднень. Процес очищення стоків різними видами сорбентів здійснюється в спеціаль­них колонах, заповнених сорбентами.

Екстракція — вилучення зі стічних вод цінних речовин за допомогою екстрагентів, які повинні мати такі властивості: високу екстрагуючу здатність, селективність, малу розчинність у воді, мати густину, що відрізняєть­ся від густини води, невелику питому теплоту випаровування, малу теп­лоємність, бути вибухобезпечними та нетоксичними, мати невелику вартість.

Екстрагування речовин зі стічних вод здійснюється одним з методів:

- перехреснопотоковим,

- ступінчастопротипотоковим,

- безперервнопротипотоковим.

Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді, ПАР за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз "розчин — смола". За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, які мають відповідно кислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними. Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилі­катів, гідроокислів та солей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітні синтетичні іонообмінні смоли.

Основною властивістю іонітів є їх поглинальна здатність — обмінна ємність (кількість грам-еквівалентів у стічній воді, що поглинається м³ іоніту до повного насичення).

Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічних водах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійні бак­терії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірус гепатиту, цитпатогенний вірус, аденовірус, віруси, що викликають захворю­вання очей). Тому з метою запобігання захворюванням стічні води перед повторним використанням для побутових потреб підлягають біологічному очищенню.

Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озону­вання, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла (коли анодом є срібний електрод, а катодом — вугілля). Іони срібла мають бактерицидну дію. Для стерилізації 20 м³ потрібно виділити з анода 1 г срібла. Другий метод електролізної обробки води полягає в додаванні до води кухонної солі, яка при пропусканні струму розкладається, з виділенням вільного хлору.

Озонування — процес обробки стічних вод озоном; застосовується для очищення від важких металів, ціанідів, та іншої розчинної суміші.

H₂S + O₃ → S + O₂ + H₂O

CN^- + O₃ → CNO^- + O₂

CNO^- + 2H⁺ + H₂O → CO₂ + NH₄⁺

Біологічне очищення здійснюється в біофільтрах, в аеротенках, в окислювальних каналах, в біотенках, в аеротенках з заповнювачами.

Біологічне очищення може здійснюватися і в природних умовах на по­лях зрошення, полях фільтрації, у біологічних водоймах.

Залежно від мікроорганізмів, які беруть участь у руйнуванні органічних речовин, розрізняють аеробне (окислювальне) та анаеробне (відновлювальне) біологічне очищення стічних вод.

У виробничих умовах часто доводиться використовувати комплексні методи очищення, які базуються на механічних, хімічних, фізико-хімічних, біологічних способах та пристроях для вилучення забруднень.

Дата добавления: 2014-10-23