Очищення непромислових (побутових) стоків

Загальна характеристика стічних вод

ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ ОЧИЩЕННЯ ПРИРОДНИХ ВОД, ПРОМИСЛОВИХ СТОКІВ І ГАЗОВИХ ВИКИДІВ

Основні питання

1. Загальна характеристика стічних вод, очищення непромислових (побутових) стоків.

2. Методи очищення промислових стоків.

3. Очищення стічних вод електролізом, електрокоагуляцією, флотацією, екстракцією, зворотним осмосом..

4. Біохімічні методи очищення стічних вод.

5. Методи знезараження газових викидів, методи очищення вихлопних газів ДВЗ.

Література:

М.О. Клименко, Екологія: навчальний посібник, Рівне, НУВГП, 2008.-404с.

А.Ф.Потіш, Екологія: теоретичні основи і практикум, Львів,2006.-324с.

Г.О. Білявський, Основи екології: підручник, К.,20004.-408с.

Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього середовища. Навчальний посібник, К, 2000.

Старе емпіричне правило твердить – подібне лікується подібним. Тому, якщо внаслідок технічної діяльності людини забруднюється навколишнє середовище, то зупинити або хоча б сповільнити цей процес можна тільки застосовуючи технічні прийоми і системи, створені людиною. Відходів в хімії немає, а є тільки невикористана сировина. Оскільки всі елементи біосфери – і вода, і повітря, і тверді речовини знаходяться в постійному колообігу, то, перш ніж повернутись в цей колообіг, стоки і газові викиди повинні бути очищеними до певних граничних концентрацій домішок. Є промислові і побутові стічні води. Кількість побутових стоків складає близько 200 л/добу на 1 людину. Можливе майже повне їх очищення в результаті біологічного руйнування домішок, так як всі вони мають органічну природу. Звичайно, непромислові стоки можуть містити й інші матеріали, наприклад, залишки твердих порід, масел, але вони легко відділяються на очисних станціях. Промислові стоки можуть не очищатись шляхом біологічної обробки. Більшість з цих стоків є отрутами для мікроорганізмів, які розкладають промислові відходи, тому очищення промислових і побутових стоків здійснюється окремо. Стічні води характеризуються такими ознаками: мутність, вміст твердих речовин у вигляді суспензій, загальний солевміст, кислотність, концентрація розчиненого O2, “перманганатна проба”, яка характеризує кількість нестабільних органічних речовин, запах, прозорість, твердість, в’язкість, окислення органічних сполук KMnO4, біохімічна потреба в O2 (БПК) – характеристика кількості органічних сполук, які здатні розкладатись біологічно, ХПК – характеризує загальну кількість органічних речовин тощо.

Раніше стічні води скидались в водойми без попереднього очищення. Оскільки кількість стоків і вміст шкідливих речовин у них були невисокі, то для цього було досить природних процесів седиментації і бактеріального окислення. Тепер цих процесів явно недостатньо. Взагалі, непромислові стоки обробляють в 3 стадії: а) первинна обробка – зі стоків видаляються крупні частки твердих 60 речовин. При цьому в рідкій фазі залишаються колоїдні розчинені частки. Спочатку стоки фільтруються через решітку, потім їх пропускають через відстійники, де осідає завись. Процес седиментації прискорюють введенням коагулянтів Al(SO4)3 і FeSO4 та флокулянтів. Якщо після цього стоки не поступають на вторинну обробку, то перед скиданням в природні водойми їх хлорують. Стерилізуюча дія хлору, очевидно, зумовлена не самим Cl2, а хлорнуватистою кислотою HClO, яка утворюється в результаті взаємодії Cl2 з водою. Cl2 + H2O ⇔ HCl + HClO – 25кДж. Хоча хлор використовується для стерилізації води, давно встановлено, що він може приносити шкоду людському організмові. В хлорованій воді в незначній кількості було знайдено CHCl3 і CCl4. А накопичення цих токсичних речовин в організмі людини може призвести до різних захворювань. Правда, для знищення бактерій більш ефективним засобом є озон, але його потрібно виробляти тільки там, де застосовують. А хлор можна доставляти в зрідженому вигляді в цистернах і дозувати безпосередньо у водопровідну мережу. Первинна обробка видаляє 60% завислих твердих речовин і зменшує БПК на 35%; б) вторинна обробка. Відбувається за допомогою біохімічних процесів. При цьому із стоків видаляється основна маса органічних речовин. Найбільш поширений спосіб вторинної обробки носить назву “метод очищення з активним мулом”. В цьому методі стоки, які пройшли первинну обробку, пропускаються в аераційну камеру, де через воду продувається повітря. Аерація стимулює швидкий ріст аеробних бактерій, які переробляють органічні домішки води. Бактерії утворюють масу, яка називається активним мулом. Він осідає у відстійниках, а очищена після додаткового хлорування вода зливається у водойми. Більша частина активного мулу повертається в аераційну камеру. Після вторинної обробки з води видаляється близько 90% зависі і її БПК знижується на 90%. Вода, яка пройшла тільки первинну і вторинну обробки, може містити відносно великі кількості фосфору i азоту. Це може призвести до бурхливого росту водоростей у водоймах. Крім того, розчинені хімічні домішки не видаляються при вторинній обробці. Тому невелика частина стоків поступає на третинну обробку. Приблизно 10% всіх побутових стоків взагалі не очищується, біля 30% проходить тільки первинну обробку, а решта стоків проходить вторинну обробку. Для зменшення об’єму осаду його обробляють в автоклаві при підвищеному тискові. При цьому його об’єм зменшується на 60%. Для збільшення продуктивності автоклаву суміш осаду і стоків нагрівають парою або гарячою водою (при цьому збільшується швидкість ферментації). Метан, який утворюється із осаду, використовується при виробництві пару для нагрівання самого осаду, в газових турбінах при виробництві електроенергії. Потім осад поступає в згущувач і перекачується в вакуумний 61 фільтр, де відділяється основна маса води. Відфільтрований осад містить 30% сухої речовини, що використовується як добриво у сільському господарстві; в) третинна обробка стоків. Вона включає такі процеси – сорбція активним вугіллям, мікрофільтрація, селективна коагуляція, аерація і осадження фосфатів, видалення сполук Нітрогену, очищення від органічних сполук за допомогою бактеріальних фільтрів, електрохімічна обробка і стерилізація тощо. Коротко про ці процеси. Активоване вугілля характеризується великою реакційною поверхнею (1000 м2/г), яка формується в результаті нагрівання вугілля до 9500С в атмосфері водяної пари. Органічні частки за рахунок статичних та молекулярних сил притягуються і утримуються на поверхні вугілля. Мікрофільтрація – один з видів фільтрації, в якому використовується тканина, сплетена з нержавіючою сталевою проволокою малого діаметру. Така сітка при невеликому опорі може затримувати тверді частинки, діаметр яких менший за розмір комірки. Крім того, волокно затримує і живі організми. Вміст твердих і органічних домішок після мікрофільтрації знижується на 80-90%. Коагуляція. Необхідність застосування коагулянтів в процесах очищення зумовлюється малими швидкостями осадження домішок.

. Коагуляція – це процес агломерацій дрібних частинок. Вона супроводжується співосадженням їх з великими частинками. Таким осаджувачем може бути Al2(SO4)3, який при осадженні частинок реагує з Ca(HCO3)2: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3↓ + 3CaSO4↓ + 6CO2↑. Осад Al(OH)3 захоплює колоїдні частки і здійснюється процес співосадження. Крім Аl2(SO4)3 використовуються також як коагулянти FeSO4, NaAlO2, CaSO4. Для покращення умов осадження до коагулянтів додають органічні полімерні сполуки (флокулянти), наприклад, поліакриламід (ПАА). Флокулянти утворюють своєрідні мости між сусідніми частинками і викликають їх співосадження. Це можуть бути полімери, розчинні в воді, наприклад, кремнієва кислота. Процес аерації заключається в пропусканні повітря через шар осаду. Він досить ефективний для прискорення хімічних реакцій, тому що при 62 цьому досягається активне перемішування осаду і стоків, а О2 створює умови для протікання біохімічних процесів. Осадження фосфатів. Досягається в основному обробкою коагулянтами. При цьому відбувають такі реакції: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → Al(OH)3↓ + 3CaSO4↓ + 6CO2↑; Al(OH)2 + PO43− + 3H+ + NaOH → NaAlO2 + Na3PO4↓ + 5H2O; 2Na3PO4 + 3CaCl2 → Ca3(PO4)2↓ + NaCl. Видалення сполук Нітрогену відбувається або аерацією в баштах із кільцями Рашига (при цьому видаляється до 90% NH3), або коагуляцією солями Fe і вапном: 2NaNO3 + FeSO4 → Fe(NO3)3 + Na2 SO4. Застосовується також адсорбція на іонообмінних смолах. При електрохімічних способах очищення води побутові стоки змішуються з морською водою (для збільшення електричної провідності) в електролізерах, в які опущено графітовий анод і чавунний катод. В катодному просторі утворюються NaOH і H2. Cl2 окислює Mg(OH)2, який утворюється в катодному просторі і виконує функції коагулянту для фосфатів і нітратів. В стоках, які пройшли всі стадії очищення, можуть лишатися дизентерійні бактерії, палички, віруси. Для їх знищення проводять стерилізацію води. Є такі способи стерилізації води – хлорування, озонування, УФ-опромінення ртутними лампами, електроліз із Аg-анодами. Описана вище підготовка води дозволяє видаляти з неї всі речовини, потенційно небезпечні для здоров’я людини. Проте іноді воду додатково обробляють, щоб знизити в ній кількість іонів Ca2+ і Mg2+, які зумовлюють твердість води. Ці іони реагують з милами, утворюючи нерозчинні сполуки, що знижує ефективність СМЗ (синтетичних миючих засобів). Крім цього, при нагріванні води, яка містить Ca2+ і Mg2+, утворюється мінеральний накип. При нагріванні води, яка містить Ca2+ і HCO3, з неї виділяється частина CO2. В результаті цього підвищується рН води і утворюються нерозчинні CaCO3(карбонати): Ca2+ + 2HCO3− → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O. Накип з CaCO3, CaSO4 тощо покриває котли і труби, що знижує коефіцієнт теплопередачі. Для пом’якшення великих об’ємів води застосовують вапняносодовий метод:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + H2O; CaCl2 + NaCO3 → CaCO3↓ + 2NaCl; MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaSO4.

Дата добавления: 2014-01-15