Методы и оборудование для очистки сточных вод

Экологические проблемы общества. Охрана воздушного и водного бассейна. Предельно допустимые нормы содержания вредных веществ в биосфере. Очистка сточных вод.

Тема 8. Заключительная лекция.

Наилучшим методом борьбы загрязнением окружающей среды является создание безотходных технологий, т.е. бес трубных и бессточных предприятий и транспортных средств. Эта задача является сложной как в научно-техническом, так и в экономическом аспекте. В настоящее время уже действуют предприятия с оборотным водоснабжением (частичным или полным). Эти предприятия имеют очистные сооружения, в которых технологическая вода очищается от твердых примесей и снова отправляется в производственные цеха. Получаемые отходы используются в данном или другом производстве. В случае невозможности их использования должно быть предусмотрено безвредное уничтожение отходов.

В любом случае газовые выбросы или стоки предприятий, городов, транспортных средств должны подвергаться анализу на содержание вредных веществ в атмосфере, воде, почве, продуктах питания нормировано. На основании нормативов и общего состояния окружающей среды в конкретном регионе устанавливают предельно допустимые вопросы (ПДВ) для предприятий, а максимальное содержание различных веществ и другие показатели сочных вод и газовых выбросов. Важнейшими санитарно-гигиеническими нормативами являются:

а) для воздушной среды:

ПДКрз – предельно допустимая концентрация веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м. Эта концентрация при ежедневной работе в течение 8 часов не должна вызывать заболевания или отклонения от состояния здоровья. Рабочей зоной считается пространство высотой 2 м над уровнем пола, где работают люди.

ПДКсс – Предельно допустимая среднесуточная концентрация в-ва в воздухе населенных мест, мг/м. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при вдыхании неопределенно длительное время.

ПДКмр - Предельно допустимая максимальная разовая концентрация в-ва в воздухе населенных мест, мг/м. Эта концентрация при вдыхании в течение 30 минут не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДВ - Предельно допустимый выброс в атмосферу, при котором обеспечивается соблюдение гигиенических нормативов в воздухе населенных мест, кг/сутки. Устанавливается для предприятий, районов.

б) для водоемов:

ПДКв - Предельно допустимая концентрация в-ва в воде водоема, мг/л. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение его жизни и на здоровье последующих поколений, не должна ухудшать гигиенических показателей водопользования.

ПДКвр - Предельно допустимая концентрация в-ва в рыбохозяйственном водоеме, мг/л.

Для оценки санитарного состояния почвы применяется показатель ПДКпр - предельно допустимая концентрация химического соединения, мг/кг.

Классификация сточных вод и примесей в них.

Производственные сточные воды (ПСВ) делят на условно чистые (обратные) и грязные. Условно чистые воды-воды, поступающие после охлаждения в городских градирнях, прудах и снова возвращаются в технологический цикл с небольшой добавкой свежей воды. Грязные сточные воды резко отличаются по качественному и количественному составу в зависимости от места образования. На судостроительных заводах стоки гальванических цехов содержат значительное количество вредных для организма ионов металлов (хрома, цинка, никеля, меди, свинца и др.). Стоки после мойки законсервированных маслами и смазками труб и других деталей содержат органические в-ва и моющие средства. Чрезвычайно важны сложные по составу хозяйственно-бытовые сточные воды предприятий и городов.

Классификация примесей в сточных водах.

С точки зрения обработки сточных вод важной является классификация примесей по их фазовому состоянию и дисперсности (раздробленности).

Примеси делятся на 4 группы:

Группа 1. неустойчивые в воде взвеси, кинетически неустойчивые. В хозяйственно-фекальных водах 20% примесей представляют нерастворимые взвешенные в воде органические и неорганические в-ва; к ним относятся и бактерии.

Группа 2. жидкие и твердые частицы коллоидных размеров (более мелкие, чем примеси группы 1). Примерами таких примесей являются системы типа «нефть в воды» и «вода в нефти», содержащиеся в НСВ. Сточные воды, содержащие примеси 1 и 2 групп являются гетерогенными системами.

Группа 3. молекулярно растворенные в-ва (в основном органические соединения и газы). Системы гомогенные. В расконсервирования, мойки, обезжиривания на заводах образуются СВ, содержащие органические вещества. Для разложения этих веществ в водоемах расходуется кислород. Это отрицательно сказывается на существование рыб и других морских организмов.

Группа 4. электролиты, например, соли металлов, содержащихся в стоках гальванических цехов.

Методы очистки сточных вод можно разделить на регенерационные и деструктивные. В регенерационных методах примеси извлекаются из воды без разрушения с целью их дальнейшего использования (утилизации), захоронения или перевода в нетоксичные вещества. В деструктивных методах посредственно в СВ.

К растворённым примесям относятся примеси 3 и 4 групп. Это органические вещества (пестицилы, ПАВ (поверхностно- активные вещества), ингибиторы коррозии и др.; частично растворяются нефть и нефтепродукты – масла, смазки и т.п.). Из органических веществ наибольшую опасность представляют ионы металлов (свинец, ртуть, хром, никель, цинк и др.). Для очистки недиссоциированных примесей (органических) применяются следующие методы: сорбционный, окислительный, электрохимический и др.

Для очистки от диссоциированных веществ (электролитов) применяют ионный обмен, электродиализ, обратный осмос, химические осаждения и др.

Сорбционный метод – один из наиболее эффективных регенерационных методов извлечения из СВ в основном органических веществ. Он заключается в поглощении из растворов или газов примесей специальными веществами – сорбентами за счёт поверхностных сил. Наиболее распространёнными и эффективными являются угли различных марок. Эффективность применения сорбентов зависит от их природы, площади удельной поверхности, объёма пор, температуры, полярности и размеров поглощаемых веществ и др. Поглотительную способность сорбента можно охарактеризовать адсорбцией Гиббса (Г):

,

где и - концентрация вещества в растворе до и после очистки:

V – объем раствора;

m – масса сорбента.

В результате адсорбции происходит уменьшение свободной энергии Гиббса (< 0), сорбция является обратимым процессом и характеризуется константой адсорбцией ():

Очистка воды на высококачественных сорбентах из экономических соображений проводится только с регенерацией сорбентов (десорбцией), т.к. сорбенты являются дорогими материалами. Однако, методы регенерации сорбентов довольно сложны, либо недостаточно эффективны, чем и обусловлена такая стоимость сорбционной очистки воды. Наиболее эффективной является термическая регенерация в специальных печах, т.к. при этом происходит деструкция вредных веществ. Возможна регенерация паром или растворами реагентов.

Преимуществом сорбционных методов является возможность извлечения веществ чрезвычайно широкой природы, практически до любой остаточной концентрации. Однако вследствие высокой стоимости сорбция применяется для получения особо токсичных веществ, примесей небольших концентраций, а также веществ, не окисляющихся наиболее распространенным дешевым методом.

Кроме активных углей применяются более дешевые сорбенты – глины, оксиды и гидроксиды алюминия и железа.

Экстракция извлечения органических веществ из воды с помощью органического растворителя (экстрагента). Извлекаемое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями (экстрагентом и водой) согласно коэффициенту распределения , где и - равновесные концентрации вещества в экстрагенте и воде соответственно. Экстрагент должен иметь высокий К и как можно меньше растворятся в воде. Метод применяется при высокой концентрации извлекаемых примесей, особенно представляющих техническую ценность.

Окислительные методы очистки от органических веществ относятся к деструктивным методам. Под действием окислителей токсичные вещества переводятся в безвредные, иногда малорастворимые, которые можно отделить фильтрацией и отстаиванием. В качестве окислителей используются озон, газообразный хлор, перманганат калия, различные хлоросодержащие соединения (хлорная известь, гипохлориты).

Одним методом сильнейших окислителей является озон . Применяется для очистки СВ и водоподготовки. Например, на судах волжского пароходства установлены озонаторы для забортной воды, предназначенной для санитарно-бытовых нужд. Преимуществом озона является его безбаластность и возможность синтеза на месте потребления. Молекула озона склонна к разложению, причем образующийся атомарный кислород является активным окислителем:

,

где М – любая частица.

.

В большинстве случаев реакции окисления с участием озона только один атом кислорода входит в состав продукта, а два выделяются в виде молекулы кислорода, например:

.

Даже инертные молекулы азота реагируют с озоном за минуту при довольно низкой температуре():

.

Озон является токсичным (ПДКсс в атмосфере равна 0,1мг/). Поэтому необходима герметизация аппаратуры, вытяжная вентиляция.

Комбинированные методы представляют собой сочетание различных методов, часто обеспечивающих очистку не только эмульгированных, но и других примесей. На судах ММФ для очистки ПСВ от нефтепродуктов в основном применяется три типа судовых сепарационных установок:

1) отстойные; 2) флотационные; 3) коалисцирующие (с предварительным и конечным отстоем).

Дата добавления: 2014-01-04