Біохімічні методи очищення стічних вод

Біохімічне очищення засноване на здатності деяких мікроорганізмів використовувати для живлення органічні (спирти, білки, вуглеводи та ін.) і неорганічні (аміак, нітрати, фосфати, солі калію, сірководень і ін.) речовини, що знаходяться в стічних водах. Контактуючи з цими речовинами, мікроорганізми частково руйнують їх, перетворюючи у воду, оксид вуглецю (IV), сульфат-іони, іони натрію. Інша частина речовини йде на утворення біомаси. Руйнування органічних речовин називають біохімічним окисненням. Одні речовини здатні легко окиснюватись, інші окиснюються дуже повільно. Отже, різні організми і рослини розщеплюють хімічні речовини 72

до форм, придатних для засвоєння і введення в біологічний цикл. Розрізняють аеробні й анаеробні способи біохімічного очищення стічних вод. Аеробний спосіб заснований на використанні груп мікроорганізмів, для життєдіяльності яких необхідні постійний приплив кисню і температура 20-40 °С. При зміні кисневого і температурного режимів якість і число мікроорганізмів змінюється. При аеробному очищенні мікроорганізми культивуються в активному мулі, що складається з різних живих організмів (бактерій, хробаків, грибів, водоростей, личинок комах, рачків і ін.). Співтовариство всіх живих організмів, що населяють мул, є біоценозом. Активний мул – це амфотерний колоїд, що має при pН = 4...9 негативний заряд. Суха речовина активного мулу містить 70-90 % органічних і 3010 % неорганічних речовин. Анаеробні процеси біохімічного очищення відбуваються без доступу кисню; їх використовують, головним чином, для знешкодження опадів. Аеробні процеси біохімічного очищення можуть відбуватися в природних умовах і в штучних спорудах. У природних умовах очистка здійснюється на полях зрошення, полях фільтрації і біологічних ставків. Очищення стічних вод на полях зрошення проводиться під дією ґрунтових мікроорганізмів, сонця, повітря і життєдіяльності рослин. Біологічні ставки – це 3-5-ступінчастий каскад ставків, через який з невеликою швидкістю протікає попередньо очищена від грубих суспензій стічна вода. Для підвищення швидкості розчинення кисню, а, отже, і швидкості біохімічного очищення, споруджують аераційні ставки. При аерації на 1 м3 очищених стічних вод подається кілька десятків кубічних метрів повітря чи технічного кисню. При цьому повинна бути забезпечена велика поверхня контакту між повітрям, мулом стічної водойми, що є необхідною умовою ефективного очищення. Застосування аерації дозволяє збільшити швидкість біохімічного очищення в 2-3,5 рази. У більшості випадків очищення ведуть в аеротенках, які є аераційними залізобетонними резервуарами. Процес очищення в аеротенках йде з протіканням через нього аераційної суміші стічної води й активного мулу. Одними з давно застосовуваних споруд для очищення стічних вод у штучних умовах є біофільтри. Як фільтруючий матеріал для завантаження біофільтрів застосовуються водостійкі матеріали (шлак, щебінь, гравій і ін.), покриті біоплівкою з мікроорганізмів. Біоплівка виконує такі самі функції, як і активний мул. Вона адсорбує і переробляє речовини, що знаходяться в стічних водах. Необхідно відзначити, що не всі стічні води можуть бути піддані біохімічній очистці. Можливість очищення виробничих стічних вод оцінюють за багатьма показниками їх якісної і кількісної характеристики. Основними з них є: - здатність органічних і неорганічних речовин до біохімічного окислення (УПК); - відсутність у водах олій, що очищаються, нафти, жирів, смол; - концентрація забруднюючих речовин; 73

- наявність у стічних водах необхідних для мікроорганізмів живильних речовин (сполук азоту, фосфору, калію); - наявність і концентрація речовин, здатних здійснювати токсичний вплив на мікроорганізми (солі важких металів, ціаніди); - активна реакція середовища стічних вод (pН = 5...9); - температурний режим (при зниженні температури від 20 до 6 °С швидкість процесу очищення сповільнюється приблизно в два рази, а при збільшенні від 20 до 37 °С – збільшується в 2-2,3 рази). Багато видів промислових стічних вод лише якоюсь мірою задовольняють усім вищевказаним вимогам очищення і мають необхідність в попередній підготовці до неї. Наприклад, лужні чи кислі промислові стічні води необхідно попередньо нейтралізувати до оптимального значення pН = 6,5...8,5. Стічні води, наприклад коксохімічних заводів, хоча і містять легко окиснювані речовини, але майже не містять сполук азоту, фосфору і калію. У цьому випадку необхідно штучно вводити ці елементи чи додавати до промислових стічних вод побутові. Часто попередня підготовка промислових стічних вод до біохімічного очищення зводиться до зниження початкової концентрації забруднюючих речовин приблизно до 1 г/л. При біохімічному, а також і при інших видах очищення стічних вод утворюються осади, що містять як органічні, так і неорганічні речовини, що можуть руйнуватися анаеробними бактеріями в процесі шумування. Залежно від кінцевого вигляду продукту розрізняють різні шумування: спиртове, метанове й ін. Для знешкодження осадів і деяких стічних вод використовують метанове шумування. Механізм його остаточно ще не встановлений. Однак основна реакція метанового шумування може бути записана рівнянням: СО2 + 4Н2А → СН4 + 4А + 2Н2О, (Н2А – органічна речовина, що містить водень). При денітрифікації в анаеробних умовах утворюється молекулярний азот: 6H2A + 2NO3- → 6А + 6Н2О + N2. Процес шумування проводять у метантенках – герметично закритих резервуарах. Основними параметрами анаеробного бродіння є температура, кількість завантажувальних осадів і ступінь їх перемішування. Повного бродіння органічних речовин у метантенках досягти не можна. Усі речовини мають свою межу бродіння, що залежить від їхньої хімічної природи. Звичайно ступінь розкладання органічних речовин досягає 40 %. Біохімічне очищення є найбільш дешевим і універсальним деструктивним методом видалення зі стічних вод багатьох органічних і деяких неорганічних забруднювачів і тому широко застосовується для знешкодження побутових і виробничих вод. Методи біохімічного очищення дозволяють знизити вміст органічних забруднювачів у стічних водах до 95%. Основні 74

труднощі в розвитку біохімічного очищення становить наявність у стічних водах сполук, що погано піддаються розкладанню за допомогою мікроорганізмів, наприклад багатоатомні циклічні сполуки з дуже стійкими хімічними зв’язками, багато неорганічних сполук, особливо солі важких металів. Тому цей метод не може забезпечити необхідного ступеня очищення стічних вод. З описаних методів знешкодження промислових стічних вод випливає, що жоден з них не дає стовідсоткового їх очищення. Підвищення глибини очищення стічних вод потребує значного збільшення витрат як на спорудження відповідних установок, так і на їхню експлуатацію. Більш перспективний другий шлях – створення оборотних систем з багаторазовим використанням води. При цьому глибокого очищення промислових стічних вод уже не потрібно, досить довести їхню якість до рівня, прийнятного для здійснення відповідних технологічних процесів. Такий шлях дає істотне скорочення водоспоживання, тобто різко зменшується кількість води, що підприємство забирає з джерела. При цьому локальне очищення дозволяє утилізувати цінні компоненти, диференціювати промислові стічні води тощо.

7.7 Методи знезараження газових викидів

Оточуюча нас повітряна атмосфера є одним з основних компонентів забезпечення життя на Землі. З усіх складових компонентів біосфери для нормальної життєдіяльності людини, насамперед, потрібне повітря. Без їжі людина може прожити 5 тижнів, без води – 5 діб, без повітря – не більше 5 хв. Однак для підтримки процесів життєдіяльності живих організмів необхідне повітря, що не містить шкідливих домішок і однорідне за складом. З розвитком промисловості, теплових електростанцій і підвищенням інтенсивності руху авіа- і автотранспорту чистота атмосфери стала піддаватися постійній загрозі, що викликало необхідність очищення газових викидів. Охорона повітряного басейну здійснюється за трьома основними напрямками: − створення нових технологічних процесів, що не дають газових викидів; − удосконалення технологічних процесів, що дозволяють ліквідувати чи зменшити кількість викидів токсичних речовин в атмосферу; − розроблення методів обробки газових викидів з метою добування домішок і подальшого їх використання чи нейтралізація їх шкідливого впливу на навколишнє середовище. Найбільш прийнятним, перспективним, але і трудомістким напрямком є створення нових технологічних процесів, що не дають шкідливих викидів. Однак, у даний час найчастіше застосовуваними методами є: удосконалення технологічних процесів, розробка і впровадження методів очищення і вторинного використання газових викидів. Вибір того чи іншого методу очищення і знешкодження викидів, що знаходяться в газоподібно75

му стані чи у вигляді аерозолю, визначається якісним і кількісним хімічним складом шкідливих домішок, їхньою дисперсністю, вимогами, пропонованими до ступеня очищення. Для знешкодження газових викидів застосовують сорбційні, хімічні і конденсаційні методи. У ряді випадків вони досить ефективні кожний окремо, чи в поєднанні один з одним. Основними забруднювачами атмосфери є: пил з різними хімічним складом, дисперсністю і формою часток, різні газоподібні органічні (вуглеводні, альдегіди, ефіри й ін.) і неорганічні (SO2, СO2, NO2, H2S, NH3, Cl2 і ін.) речовини. Для відводу газових викидів від місця їхнього утворення (з території заводів) у більшості випадків використовуються димарі, що забезпечують їхнє розсіювання в атмосфері. Основна вимога, що висувається до димарів, щоб викид з них не створював на певній відстані навколо них у приземному шарі концентрацій речовин, токсичних для рослинного і тваринного світу, тобто не перевищував значень гранично допустимих концентрацій (ГДК). Для забезпечення ГДК використовують розсіювання забруднюючих газоподібних речовин в атмосфері шляхом збільшення висоти димарів. Труба висотою 100 м розсіює гази в околиці радіусом 20 км, труба висотою 250 – радіусом до 75 км. Однак створення висотних димарів не вирішує проблеми охорони атмосферного повітря. Із збільшенням абсолютних кількостей забруднюючих речовин можливості методу розсіювання за допомогою висотних димарів для більшості районів практично вичерпані і тому чітко регламентуються значеннями абсолютних викидів, тобто гранично допустимими викидами (ГДВ). Необхідно відзначити, що атмосфера має здатність до самоочищення. Так, розрахунки показують, що якби не процеси самоочищення атмосферного повітря, то концентрація токсичних речовин і запиленість досягли б у багато разів більших значень, ніж це є в дійсності. Самоочищення атмосфери відбувається за рахунок протікання фізикохімічних процесів між компонентами забруднювачів і компонентами самої атмосфери. Знепилення атмосфери відбувається за рахунок осідання твердих часток. Так, частки розміром більше 10 мкм досить швидко опускаються на землю. Частки розміром 4-10 мкм піднімаються з димом на висоту більше 1 км, переміщуються уздовж поверхні на тисячі кілометрів і погано осаджуються з краплями дощу. Самоочищення атмосфери від деяких токсичних газів йде за рахунок протікання хімічних реакцій з утворенням нетоксичних речовин: 2NH3 + SO2 + Н2О = (NH4)2 SO2; SO3 + 2H2S = 2Н2О + 3S↓, чи продуктів, що видаляються з атмосфери у вигляді “кислотних“ дощів: 2SO2 + О2 = 2SO3; SO3 + H2O = H2SO4; 4NO2 + О2 + 2Н2O = 4HNO3. Встановлено, що тривалість існування в атмосферному повітрі SO2 і 76

NO2 складає 5 діб, H2S – 40 діб, CO – 0,3 роки, СH4 – 100 років. Тривалість “життя” різних радіоактивних нуклідів, що містяться у викидах АЕС, характеризується періодом напіврозпаду і складає, наприклад, для 131I і 41Ar відповідно 8,8 доби і 1,82 год. Бензопірен під дією сонячного світла протягом 2 діб руйнується на 12 %, а під дією ультрафіолетових променів – на 24 %. Процес його руйнування прискорюється при наявності кисню. Однак можливості самоочищення атмосфери обмежені, особливо зі збільшенням масштабів її забруднення. Тому в даний час перед викидом в атмосферу газоподібні відходи піддаються знешкодженню й утилізації. Залежно від якісного і кількісного хімічного складу газового викиду застосовуються різні фізичні і хімічні методи очищення й утилізації. Найбільш перспективними є методи утилізації тих чи інших компонентів газових викидів, наприклад SO2, що є газоподібним побічним продуктом багатьох підприємств кольорової металургії, ТЕЦ і інших, уловлюється абсорбентом, потім після десорбції використовується для одержання сірчаної кислоти. У більшості випадків першою стадією очищення газових викидів є знепилення. Пил є диспергованою речовиною з розмірами часток від 1 до 500 мкм. Знепилення здійснюється у відповідних апаратах, які можна розділити на чотири групи: − механічні, у яких пил відокремлюється під дією сил гравітації чи інерції відцентрової сили; − гідравлічні, у яких тверді частки уловлюються рідиною; − пористі фільтри, на яких осідають дрібні частки пилу; − електрофільтри, у яких частки осаджуються за рахунок іонізації газу.

Дата добавления: 2014-01-15