Тема реферата: Проблемы и методы очистки промышленных сточных вод.
Проблема сохранения водных ресурсов нашей планеты с каждым годом становится все более острой. Развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, расширение площадей орошаемого земледелия – все это увеличивает потребность в чистой пресной воде. Так, для производства 1 тн стали, требуется до 20 м3 воды, бумаги – до 350 м3, капрона – до 705 м3. На орошение 1 га посевов хлопка расходуется 5-6 тыс. м3 воды, а риса – 15-20 тыс. м3. Для водоснабжения города с населением 1 млн. необходимо в сутки 0,5 млн. м3 воды.
Общий объем гидросферы составляет 1,5 млрд. км3, но только 0,3% (4-5 млн. км3) приходится на пресные воды. К тому же большая часть запасов пресной воды сосредоточена в ледниках, в глубоко залегающих подземных резервуарах и поэтому пока недоступна для использования.
Рост водопотребления приводит к увеличению количества сточных вод.
Вода, используемая на нужды промышленности, коммунального и сельского хозяйства, не только сама загрязняется, но, попадая в водоемы, загрязняет и их, снижая самоочистительную способность водоемов. Способность к самоочищению не беспредельна, и поэтому превышение норм загрязнений, допустимых к сбросу в водоем, может привести к необратимым изменениям и к гибели водоема.
Проблема защиты водоемов от загрязнений и сохранения водных ресурсов планеты стала одной из самых важных проблем для любой страны мира.
Главная задача и в настоящее время, и в перспективе – экономное и рациональное использование водных ресурсов, способное обеспечить наиболее полную сохранность и восстановление вод.
Для выполнения этой задачи специалисту, занимающемуся вопросами очистки сточных вод, помимо владения техническими дисциплинами, необходимы знания в области экологии, микробиологии, гидробиологии, биохимии и других биологических дисциплин. Без этого невозможно правильно устанавливать технологические параметры работы сооружений биологической очистки, невозможно грамотно подойти к решению вопроса о том, какие именно компоненты сточных вод и в какой концентрации могут оказать губительное воздействие на водоем и, следовательно, какая степень очистки сточных вод необходима.
В населенных пунктах и на промышленных предприятиях образуются загрязнения, связанные с повседневной деятельностью человека. К загрязнениям относятся физиологические отбросы, получаемые в результате обменных процессов в организме человека и животных, а также загрязненные воды бань, прачечных, душевых, мытья продуктов питания, посуды, помещений, улиц и пр.
Загрязнения по своему происхождению могут быть органические и минеральные. Органические загрязнения способны разрушаться до конечного продукта распада, превращаясь в минеральные соли. Органические вещества – хорошая питательная среда для различных бактерии, в том числе болезнетворных (патогенных), вызывающих инфекционные заболевания, поэтому нельзя допускать, чтобы отбросы органического происхождения накапливались на поверхности или в глубине почвы и в водоемах. Необходимо своевременно удалять эти отбросы с территории населенного пункта или промышленного предприятия и обезвреживать их. Сточные воды перед спуском в водоем следует очищать и обезвреживать, иначе водоем загрязняется на значительном расстоянии от места их сброса.
Канализационные сети и сооружения служат для приема, транспортирования, очистки сточных вод до необходимой степени и утилизации полезных веществ, содержащихся в них и в осадке (получаемом при очистке сточных вод), и сброса очищенных сточных вод в водоем.
Сточные воды подразделяются на бытовые (хозяйственно – фекальные), производственные (промышленные) и дождевые (атмосферные).
К производственным сточным водам относятся воды, использованные в процессах производства и загрязненные теми или иными примесями. По составу они могут быть весьма разнообразными. В зависимости от вида обрабатываемого сырья и технологического процесса производства количество загрязнений в этих водах резко изменяется. Производственные сточные воды подразделяются на загрязненные и незагрязненные. Загрязненные производственные сточные воды могут содержать примеси органического или минерального происхождения; незагрязненные содержат мало примесей, поэтому их можно без очистки спускать в водоемы или дождевую сеть либо использовать повторно, если позволяют условия технологии производства.
Для очистки производственных сточных вод применяют механическую, физико-химическую, химическую и биологическую очистку.
Для извлечения из сточных вод главным образом минеральных загрязнений, а также для предварительной очистки используют механическую очистку (процеживание, отстаивание, осветление в гидроциклонах и фильтрование).
Процеживание применяют для выделения из сточной жидкости крупных, плавающих веществ и более мелких, главным образом волокнистых загрязнений. Для выделения крупных веществ используют решетки, а более мелких частиц – сетки. Решетки для предварительной очистки необходимо предусматривать на всех очистных станциях. Для выделения мелких взвешенных веществ чаще всего применяют барабанные сетки с ячейками
0,5 х 0,8 мм. С одного конца барабана поступает неочищенная сточная вода. Фильтрующая сетка прикреплена к боковой поверхности барабана. Поток воды из барабана выходит в резервуар через фильтрующую сетку. Частицы задерживаются на внутренней поверхности барабана. Наружные насадки позволяют смывать задержанные частицы в бункер.
Отстаиванием из производственных сточных вод выделяют нерастворимые и частично коллоидные загрязнения минерального и органического происхождения. Для выделения тонущих нерастворимых примесей используют как горизонтальные, так и радиальные отстойники. По своей конструкции они мало отличаются от отстойников, применяемых для осветления бытовых сточных вод.
Если в производственных сточных водах содержится большое количество жиров, то для их выделения устраивают жироловушки.
Жироловка представляет собой горизонтальный резервуар, в котором всплывающие мелкие вещества (жиры) за время прохождения по нему жидкости успевают подняться наверх и могут быть отделены от сточной жидкости. Для ускорения этого процесса толщу жидкости в жироловке иногда продувают воздухом.
Жироловки предусматривают на мясокомбинатах, молочных и других заводах пищевой промышленности.
Если в производственных сточных водах содержится большое количество бензина, то устраивают специальные бензиноуловители.
Для очистки производственных сточных вод, содержащих нефтепродукты, применяют нефтеловушки. Простейшие нефтеловушки представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары, в которых за счет разности удельных весов нефти и воды происходит их разделение. Нефть, находящаяся в воде в виде частиц различного размера, всплывает на поверхность, а минеральные примеси оседают на дно. Осадок из приямка нефтеловушки удаляется с помощью гидроэлеваторов. При нормальной эксплуатации в нефтеловушках задерживается до 98% нефтепродуктов.
Для выделения смол из сточной жидкости применяют отстаивание и фильтрацию. Смолы обычно содержатся в сточных водах коксохимических заводов, газогенераторных станций и некоторых других предприятий. Они представляют собой ценное сырье, поэтому их необходимо устанавливать наиболее плотно.
Фильтрование предназначено для задержания взвешенных веществ, не осевших при отстаивании. Применяют фильтры песчаные, диатомитовые и сетчатые с фильтрующим слоем.
Песчаные фильтры применяют при невысоком содержании взвешенных веществ. Хорошо зарекомендовали себя двухслойные фильтры: нижний слой загрузки – песчаный (крупность зерен 1-2 мм), а верхний слой – антрацитовая крошка. Сточная вода подается на фильтр сверху. Через определенное время производится промывка загрузки фильтра с целью удаления из него, задержанной взвеси. После промывки процесс фильтрации возобновляется.
При реагентной очистке производственных сточных вод применяют скоростные контактные фильтры для удаления грубодисперстных и коллоидных примесей. Фильтр имеет распределительную систему, расположенную над поверхностью загрузки. Эта система позволяет избежать предварительного хлопьеобразования и создает условия для эффективной коагуляции примесей.
Гидроциклоны применяют для осветления сточных вод и сгущения осадка. Они бывают открытые и напорные. Открытые гидроциклоны используют для выделения из сточных вод оседающих и грубодисперстных всплывающих примесей, напорные гидроциклоны – для выделения только оседающих грубодисперстных примесей.
Центрифуги в последнее время находят все более широкое применение для осветления сточных вод. Чаще всего используют осадительные центрифуги непрерывного или периодического действия для локальной очистки сточных вод, когда выделенный осадок благодаря ценным свойствам должен быть утилизирован.
Биологическая очистка необходима для производственных сточных вод, содержащих органические примеси, которые после предварительной обработки могут окисляться в результате биохимических процессов.
Для биологической очистки производственных сточных вод может быть использован любой из существующих способов биологической очистки бытовых сточных вод. Возможна аэробная и анаэробная биологическая очистка. Для аэробной очистки используют аэротенки различных конструкций: окситенки, фильтротенки, флототенки, биодиски и биологические пруды. Для полной очистки высококонцентрированных производственных сточных вод применяется двухступенчатое анаэробно – аэробное окисление. Первой ступенью служат метантенки, а второй – аэротенки.
Для обеспечения нормального хода процесса биологической очистки сточные воды необходимо подвергнуть предварительной обработке: 1) удалить жировые и смолистые вещества; 2) довести концентрацию ядовитых веществ (циан, фенол, пикриновая кислота, древесный спирт) и солей тяжелых металлов (меди, цинка, висмута, хрома, ртути и др.) до предельно допустимой для биологического процесса; 3)нейтрализовать сточные воды до рН=6,5÷8,5; 4) удалить крупные нерастворенные или волокнистые вещества с помощью специальных устройств; 5) произвести предварительное отстаивание.
Особенно вредное влияние на микроорганизмы, осуществляющие биологическое окисление, оказывает содержание ядовитых веществ в недопустимых концентрациях. Так, при содержании меди в сточной воде свыше 0,5 мг/л биохимические процессы замедляются, а при 10 мг/л почти совсем прекращаются. Если содержание ядовитых веществ превышает допустимую концентрацию, производственные сточные воды следует разбавлять бытовыми, незагрязненными производственными или биологически очищенными сточными водами.
Некоторые виды производственных сточных вод содержат поверхностно-активные вещества, которые способствуют пенообразованию в аэротенках, препятствуя, тем самым прониканию кислорода, который необходим для дыхания микроорганизмам.
При пуске сооружений для биологической очистки производственных сточных вод необходимо осуществлять подачу сточных вод постепенно, чтобы микроорганизмы смогли привыкнуть к ним. Если позволяют условия, то биологические сооружения вначале должны работать на бытовых водах, а затем к ним постепенно добавляют производственные сточные воды. Обычно после некоторого пускового периода, когда микроорганизмы в очистных сооружениях в достаточной степени разовьются, подачу бытовых сточных вод можно уменьшить или даже прекратить совсем.
Многие виды производственных сточных вод содержат недостаточное количество фосфора, азота и калия, представляющих собой биогенные вещества, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов биологических сооружений. В таких случаях проводят искусственную подпитку биогенными элементами в виде растворов аммиачной селитры, суперфосфата, азотнокислого калия и других соединений. Количество биогенных элементов в смеси производственных и бытовых сточных вод определяется из отношения БПК, азота и фосфора; при этом азота должно быть 2-4% БПК, а фосфора – 0,3-0,8%.
Многие производственные сточные воды неравномерно потребляют кислород, в связи, с чем требуется подача воздуха в аэротенки в соответствии с потреблением кислорода.
БПК не всегда показывает действительную концентрацию органических веществ в производственных сточных водах. Содержание органических веществ более полно характеризуется показателем ХПК. Разница между БПК и ХПК свидетельствует о приросте биомассы в сооружениях.
Одним из основных способов интенсификации работы сооружений биологической очистки производственных сточных вод является повышение дозы активного ила в зоне аэрации. Для этого необходимо применять способы отделения ила, обеспечивающие его быстрый возврат в зону аэрации. С этой целью используют напорный флотационный илоотделитель, позволяющий повысить скорость разделения иловых смесей.
Производственные сточные воды некоторых производств имеют повышенную концентрацию по БПКполн.10-30 г/л. Воды с такой концентрацией загрязнения нельзя подавать в аэротенки, а разбавить сток до необходимой степени часто невозможно. Для предварительной очистки таких высококонцентрированных стоков применяют биологическую очистку в анаэробных условиях. Таким методом очищают стоки некоторых предприятий пищевой и фармацевтической промышленности, а также фабрик первичной обработки шерсти.
Технологическая схема очистки высококонцентрированных стоков включает в себя следующие процессы:
а) задержание крупных примесей на решетках и в песколовках;
б) усреднение состава стоков по расходу и концентрации;
в) нагрев стока до температуры 350С;
г) сбраживание в двухступенчатых метантенках с рециркуляцией осадка.
После метантенков следует проводить дегазацию сброженных сточных вод с последующим отстаиванием. Доочистка таких вод производится в аэротенках.
Для некоторых видов производственных сточных вод целесообразно применять физико-химические методы очистки (экстракция, кристаллизация, ионизация, сорбция и т. д.), например, для извлечения из сточных вод ионов тяжелых металлов и токсичных соединений.
Экстракция – выделение растворенных органических примесей из сточных вод путем их обработки, не смешивающимся с водой растворителем. Проводят экстракцию в металлических резервуарах-экстракторах, имеющих форму колонн с насадками. Снизу подается растворитель, удельный вес которого меньше удельного веса воды, вследствие чего растворитель поднимается вверх. Загрязненная сточная вода подводится сверху. Слои воды, проходя через слои растворителя, постепенно отдают загрязняющие вещества. Очищенная сточная вода отводится снизу. Таким образом, можно очищать производственные сточные воды содержащие, например, фенол.
Сорбция – извлечение из сточной воды растворенных органических веществ и газов путем концентрации их на поверхности твердого тела (абсорбция), поглощения из раствора твердыми телами или жидкостями (адсорбция), или путем химического взаимодействия растворенных веществ с твердым телом (хемосорбция). Для очистки производственных сточных вод чаще всего используют адсорбцию. Для этого к очищаемой сточной воде добавляют сорбент (твердое тело) в размельченном виде и перемешивают со сточной водой. Затем сорбент, насыщенный загрязнениями, отделяют от воды отстаиванием или фильтрованием. Чаще очищаемую воду пропускают непрерывно через фильтр, загруженный сорбентом.
В качестве сорбентов применяют: активный уголь, коксовую мелочь, торф, каолин, опилки, золу и др. Лучшее, но наиболее дорогое вещество – активный уголь. Для восстановления сорбционной емкости активный уголь подвергается регенерации химическими растворителями, паром или термообработке. Весьма важно то, что сорбенты способны извлекать из сточной воды органические соединения, не извлекаемые обычно другими, например биологическими методами.
Кристаллизация. Этот метод применяется для очистки производственных сточных вод со значительной концентрацией загрязнений, обладающих способностью образовывать кристаллы. Обычно проводят предварительный процесс – выпаривание сточной воды, чтобы создать повышенную концентрацию загрязнений, при которой возможна их кристаллизация. Для ускорения процесса сточная вода охлаждается и перемешивается. Выпаривание и кристаллизация сточной воды обычно осуществляется в естественных прудах и водоемах. Этот способ очистки неэкономичен, поэтому широкого применения не получил.
При химической очистке загрязнения из сточных вод выделяются в результате реакций между загрязнениями и вводимыми в воду реагентами, например, реакции, сопровождающиеся образованием соединений, выпадающих в осадок, и реакции, сопровождающиеся газовыделением. Процессами химической очистки являются коагулирование, нейтрализация и химическое окисление. Сюда же относится и озонирование, когда под действием озона окисляются органические загрязнения.
Коагулирование – это процесс осветления и обесцвечивания сточных вод с использованием реагентов – коагулянтов и флокулянтов.
Сущность метода коагулирования заключается в том, что к сточной воде добавляют реагент (коагулянт), способствующий быстрому выделению из нее мелких взвешенных веществ и эмульгированных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагент обычно добавляют перед подачей сточной воды в отстойники. Взвешенные вещества с коагулянтом осаждаются в отстойных бассейнах.
Этим способом очищают сточные воды, содержащие очень мелкие взвешенные вещества, например, воды текстильных предприятий, вискозных фабрик и т. д. В качестве коагулянтов используют известь, сульфат алюминия, сульфат железа, хлорид железа и др.
Нейтрализация – процесс подкисления или подщелачивания воды с целью изменения величины рН и приближения ее к нейтральной.
Сточные воды нейтрализуются при их химическом взаимодействии с веществами. К таким производственным сточным водам относятся воды химических, машиностроительных, металлургических и нефтеперерабатывающих заводов и особенно тех заводов, где имеются гальванические и термические цехи.
Если производственные сточные воды поступают в сеть неравномерно и в больших количествах, то кислые стоки смешивают со щелочными. При этом в некоторые часы суток поступают преимущественно щелочные воды, а в другие часы суток – кислые воды. Для перемешивания таких сточных вод строят специальные резервуары - усреднители для взаимной нейтрализации сточных вод.
Для нейтрализации кисло применяют едкий натр, едкое кали, известь, известняк, мрамор, мел, соду и пр. Чаще всего используют гидроокись кальция (гашеная известь). Для нейтрализации щелочных сточных вод используют серную, соляную, азотную и другие кислоты.
Окисление используют в том случае, когда другими методами очистки, в том числе и биохимическим, не удается разрушить или удалить вредные вещества, содержащиеся в производственных сточных водах. Комплекс сооружений для очистки сточных вод окислением представляет собой реагентное хозяйство, которое состоит из склада реагентов, растворных баков и дозаторов, камеры реакций и отстойников. В качестве реагентов используют гипохлорит натрия или хлорную известь.
Перспективной является обработка сточных вод озонированием, позволяющим осуществить глубокую очистку и использовать воды повторно в производстве. В процессе обработки сточной воды озон, подаваемый в реактор в виде озоноводушной смеси, диспергированной на мельчайшие пузырьки, вступает в химические реакции. Озон получается путем синтеза кислорода воздуха под действием электрического разряда.
При выборе метода очистки сточных вод населенных пунктов и промышленных предприятий, а также места расположения и типов очистных сооружений необходимо в первую очередь выявлять возможность и целесообразность сельскохозяйственного использования сточных вод и осадка.
Список используемой литературы:
, «Канализация: Водоотведение и очистка сточных вод» М.: Стройиздат, 1987. – 319с.
Э К. Голубовская «Биологические основы очистки воды» М.: Высшая школа, 1978г. -271с.
