Защита от загрязнения водной среды

Защита водной среды от вредных выбросов осуществляется применением следующих методов и средств:

1. Рациональным размещением источников сбросов и организацией водозабора и водоотвода;

2. Разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций, путем организации специально организующих и рассредоточивающих выпусков.

3. Применение средств очистки стоков.

Методы очистки сточных вод подразделяют:

1. Механическая очистка: отстаивание, фильтрование, отделение частиц под действием центробежных сил, пескоулавливание, процеживание через решетки.

2. Биологический метод: основан на способности микроорганизмов использовать эти свойства в процессе своей жизнедеятельности (активный ил).

3. Физико-химические методы:

а) коагуляция;

б) флотация;

в) ионный обмен;

г) сорбция;

д) электродиализ - процесс сепарации ионов, под действием постоянного электрического поля;

е) обратный осмос - фильтрация через мембрану, под действием давления, превышающее осмотическое;

ж) ультрафильтрование.

4. Химические методы:

а) нейтрализация;

б) окисление;

в) восстановление.

Механическая очистка служит для отделения нерас­творенных веществ, размер которых больше 1∙10^-4 см, путем процеживания, отстаивания, фильтрования и центрифугирования.

Для задержки различных веществ, плавающих на поверхно­сти сточных вод (масел, жиров, нефти, смол и т. п.), служат различные сооружения: масло-, жиро -, нефте -, смолоуловители.

Во многих случаях сточные воды содержат мельчайшие частички, находящиеся во взвешенном состоянии, называемые сус­пензиями. Для их отделения прибегают к фильтрованию вод че­рез специальные сетки или песчано-гравийные и шлаковые фильтры.

Процеживание предназначено для выделения из СВ механических примесей (d_r³25 мм) вертикальными или наклонными решетками.

При эксплуатации решетки очищаются с помощью вертикальных и поворотных граблей, а при небольших расходах воды (Q< 4000 м³/ч) - вручную. Примеси, снятые с решеток, измельчаются и, в зависимости от их ценности, сбрасываются в поток СВ за решеткой или направляются на переработку. В настоящее время в основном используют решетки-дробилки РД-200, РД-900.

Отстаивание предназначено для выделения из СВ нерастворимых и частично коллоидных механических загрязнений минерального происхождения. Этот процесс основан на осаждении в жидкости твердых частиц.

Отстаивание осуществляется в песколовках, отстойниках, жиро-нефте-смоло- и маслоуловителях. Песколовки применяют для задержания тяжелых нерастворимых примесей: песка (в стоках литейных цехов), окалины (отходы прокатных цехов) и т.д. со средним размером частиц до 250 мкм.

В зависимости от направления потока сточных вод песколовки делятся на: вертикальные, горизонтальные с прямолинейным и круговым движением воды, аэрированные − для разделения загрязнений по фракционному составу или плотности.

Некоторые из устройств водоочистки в виде принципиальных схем показаны на рис. 3.11. Здесь а) – радиальный отстойник; б) – песчано-гравийный фильтр; в) – песколовка; г) – ловушка для нефти.

Очистку сточных вод от механических примесей можно осу­ществить с помощью гидроциклона и центрифуги, в которых воде придается вращательное движение с выделением частиц взвеси.

Рис. 3.11. Схемы устройств очистки воды

Для очистки частиц с U _в< 0,02 м/с используют напорные гидроциклоны (схема аналогична циклону для очистки воздуха от сухой неслипающейся пыли) и центрифуги. Промышленность использует напорные гидроциклоны НГЦ диаметром цилиндрической части 0,05−0,5 м.

Фильтрование СВ предназначено для очистки их от тонкодисперсных механических загрязнений в небольшой концентрации. Процесс фильтрования часто проходит 3 ступени: циклон, фильтр с металлической сеткой, а затем рукавный фильтр. Такую схему применяют на участках очистки воды от бериллия. Используются фильтры с зернистым слоем (песок, доломит, доменный шлак, керамические отходы, металлические опилки, отходы асбестового производства и др.), а также микрофильтры для тонкой очистки (барабанные или пластинчатые конструкции).

На рисунке 3.12 показана схема фильтра-сепаратара с фильтрующей нагрузкой (например, из частиц пенополиуретана), предназначенного для очистки СВ от маслопродуктов и твёрдых частиц. Сточную воду по трубопроводу 5 подают на нижнюю опорную решётку 4. Затем вода проходит через фильтрующую нагрузку в ротор 2, верхнюю решётку 4 и очищенная от примесей переливается в приёмный кольцевой карман 6, затем выводится из корпуса 1. При концентрации маслопродуктов и твёрдых частиц до 0,5 кг/м³ эффективность очистки составляет соответственно 0,92 и 0,9, а время непрерывной эксплуатации фильтра 16−24 ч. Фильтрующая нагрузка может вращаться электродвигателем 7. В результате частицы пенополиуретана под действием центробежных сил отбрасываются к внутренним стенкам ротора, маслопродукты выжимаются, поступают в карманы 3 и направляются на регенерацию. Время полной регенерации фильтра 0,1 ч.

Очистка от примесей, содержащихся в сточных водах в небольшом количестве, производится отстаиванием, обработкой в гидроциклонах, флотацией и фильтрованием. Конструкции маслоловушек аналогичны конструкции горизонтального проточного отстойника с маслосборным устройством. Для очистки охлаждающих жидкостей, используемых на металлорежущих станках, применяют специальные реагенты, способствующие коагуляции загрязнений в эмульсиях (реагенты Na₂CO₃, H₂SO₄, NaCl, Al₂(SO₄)₃ и др.).

Рис. 3.12. Схема фильтра-сепаратора

Химический и физико-химический способы применяют для очистки производственных сточных вод от коллоидных и растворенных веществ.

К основным химическим способам очистки относятся: окис­ление или восстановление загрязняющих воду веществ, нейтра­лизация с введением в сточные воды веществ с кислой или щелочной реакцией с целью обеспечения в них рН в пределах 6,5 − 8,5.

Во многих случаях загрязняющие вещества выделяются в виде осадков.

При физико-химической очистке используются следующие методы:

- коагулирование − введение в сточные воды веществ-коагулянтов, способствующих ускорению выделения из них нерастворенного и части растворенного загрязнения;

- адсорбция − добавление некоторых веществ, способных концентрировать на своей по­верхности вещества, находящиеся в сточных водах;

- экстракция − введение в сточные воды вещества, не смешивающегося с ними, но способного растворять находящиеся в них загрязнения;

- флотация − пропуск через сточную воду воздуха, пузырьки которого при движении вверх захватывают загрязняющие воду вещества;

- эвапорация − пропуск через нагретую сточную воду водяного пара;

- ионитовый метод − фильтрование сточных вод через ионообменный материал, что обеспечивает удаление из воды катионов и анионов;

- электрохимический метод − инициирование различных химических реакций под воздействием электрического тока.

Выбор метода зависит от того, в каком состоянии находится вещество − в молекулярном или диссоциированном на ионы. Для веществ, находящихся в молекулярно-растворенном состоянии, могут быть использованы различные сорбенты (активированные угли, бентониты, диатомит, хлопья гидроксидов и т. д.), обработка воды окислителями (для веществ органического происхождения) и др.

При очистке воды от веществ, диссоциированных на ионы, используют методы, направленные на образование малорастворимых соединений, перевод токсичного иона в нетоксичные комплексы (например, перевод цианидов в ферроцианиды), образование малодиссоциирующих молекул (при взаимодействии водородных и гидроксильных ионов), извлечение из воды ионов (электродиализ), замену токсичных ионов безвредными (например, при Н⁺ и ОН^--ионировании) и т. п.

В последнее время все большее применение получают такие методы физико-химической обработки воды, как экстракция, сорбция, ионный обмен, электродиализ, озонирование, электрохимическое окисление и восстановление, окисление под высоким давлением, выпаривание, сжигание, обработка воды ультразвуком, ультрафильтрация и обратный осмос (гиперфильтрация). Под влиянием ультразвука интенсивно протекают окислительные процессы трудно окисляющихся веществ.

Нейтрализация СВ на заводах ведется для удаления из них кислот (H₂SO₄, HCl, HNO₃, H₃PO₄) и щелочей (NaOH, KOH), а также солей металлов, образованных на основе кислот и щелочей. В результате содержащиеся в воде ионы водорода Н⁺ и гидроксильная группа ОН^- объединяются в молекулы воды.

В последние годы успешно разрабатывается метод окисления органических веществ при высоком (до сотен атмосфер) давлении и высокой (порядка тысячи градусов) температуре. Возможность утилизации выделяющейся при этом теплоты повышает экономическую рентабельность метода.

Производственные и бытовые стоки, прошедшие очистку, теряют часть содержащихся в них бактерий, однако их полное уничтожение возможно лишь с помощью дезинфекции, которая производится путем хлорирования, электролиза, использования бактерицидных лучей и т. д.

Биологическая очистка базируется на способности некоторых микроорганизмов использовать для своего развития органические вещества, содержащиеся в сточных водах в кол­лоидном и растворенном состоянии. Этот способ применяют после того, как сточная вода очищена от минеральных и нерастворимых органических веществ. Он позволяет почти пол­ностью удалить загрязнения органического происхождения. Биохимическая очистка производится в естественных условиях − на полях орошения, полях фильтрации или в биологических прудах, а также в искусственных условиях − в биологических фильтрах и аэротенках.

Использование полимеров в качестве загрузочного мате­риала позволило существенно повысить эффективность био­фильтров, при этом они могут работать и как само­стоятельные биоокислители, и в различных комбинациях с аэротенками.

Биологическая (биохимическая) очистка сточных вод считается основной для обезвреживания органических примесей, в результате которой происходит очищение сточных вод вследствие способности микробов расщеплять, окислять и восстанавливать органические и некоторые минеральные соединения, содержащиеся в сточных водах.

Схема аэротенка с принудительной подачей воздуха показана на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Схема аэротенка

Очистка СВ в аэротенке колеблется от 4 до 24 ч и более в зависимости от вида СВ, требуемой глубины очистки, типа процесса и отделения очищенной жидкости от частиц активного ила в отстойнике.

Частицы активного ила представляют собой хлопок - смесь бактерий и простейших. Как правило, из множества видов бактерий, находящихся в активном иле, выделяют только три основные группы: углеродокисляющиефлокулообразующие бактерии, углеродокисляющие нитчатые бактерии и бактерии-нитрификаторы. Флокулообразователи способствуют быстрому осаждению ила в отстойнике, а нитрификаторы превращают аммонийный азот в нитраты:

NH₄⁺ + O₂® NO₂‾+O₂® NO₃‾.

Анаэробные методы используют для обезвреживания высококонцентрированных СВ и осадков, образующихся при биохимической очистке СВ.

Биологический анаэробный способ позволяет обрабатывать осадок на ОС без применения реагентов и выдавать товарный продукт: биогаз и комплексное минерализованное удобрение для сельскохозяйственных целей.

Эффективность различных методов очистки СВ составляет (в %): механических − 50÷70, химических − 80÷90, физико-химических − 90÷95, биологических − 90÷95.

Поиск по сайту: