Методы очистки сточных вод

                                                        Оглавление.

Типы сточных вод и  методы очистки……………………………………3

Типы загрязняющих веществ в сточных водах и методы очистки…….3

Классификация сточных вод……………………………………………...6

Методы очистки сточных  вод…………………………………………….7

Классификация и методы очистки  сточных вод…………………………8

Стадии очистки сточных  вод промышленных предприятий……………9

Список использованной литературы……………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Типы сточных вод и методы очистки

Очистка сточных вод проводится с целью устранения вредных и  опасных свойств, которые могут  привести к пагубным последствиям в  окружающей среде. Применение различных  технологий очистки направлено на нейтрализацию, обезвреживание или утилизацию ценных компонентов. Таким образом, выбор  технологии очистки и оборудования зависит в первую очередь от свойств сточных вод и их отклонений от свойств природных вод. Другими словами, выбор метода очистки стоков зависит от вредных факторов (ВФ), которыми обладает сточная вода.

В качестве вредных факторов могут выступать не только токсические  вещества – нефтепродукты, ПАВ, ионы тяжёлых металлов, но и такие обобщённые показатели, как агрессивность среды, общая жёсткость (выше допустимой), содержание аммонийного азота, окисляемость и др.

Наличие в сточной воде тех или иных вредных факторов определяется из анализа характеристик  воды. Каждому ВФ может соответствовать  группа показателей, т.е. наличие в  воде ВФ может определяться несколькими  характеристиками, и в случае отсутствия в воде какой-то характеристики отсутствует  и ВФ. Кроме того, один и тот  же показатель сточной воды может  свидетельствовать о наличии  сразу нескольких ВФ.

Вредные факторы сточных  вод удобно выделить в классы и  каждому классу сопоставить один или группу показателей, которые  бы однозначно определяли этот класс. Эту группу показателей будем  называть идентификатором класса ВФ.

Анализ многочисленных литературных источников позволил выявить несколько  классов ВФ и множество методов, способных обезвреживать эти  классы. Список некоторых выявленных классов ВФ, их идентификаторы и  группы методов обезвреживания даны в Таблице:

 

Типы загрязняющих веществ в сточных водах и методы очистки

Тип загрязняющих веществ	Группа загрязнений	Методы очистки  сточных вод
Грубодисперсные взвешенные вещества	Взвешенные вещества с  размером частиц более 0,5 мм	Просеивание
		Первичное отстаивание без  реагентов
		Фильтрация
Грубодисперсные эмульгированные частицы	Капельные загрязнения, органические вещества, не смешивающиеся с водой	Гравитационная сепарация
		Фильтрация
		Флотация
		Электрофлотация
Микрочастицы	Взвешенные вещества с  размером частиц более 0,01 мм	Фильтрация
		Коагуляция
		Флокуляция
		Напорная флотация
Стабильные эмульсии	Нефтепродукты в количестве > 5 мг/л, вещества, экстрагируемые серным эфиром	Тонкослойная седиментация
		Напорная флотация
		Электрофлотация
Коллоидные частицы	Размер частиц от 0,1 до 10 мкм	Микрофильтрация
		Электрофлотация
Агрессивность среды	pH, общая щелочность, общая кислотность	Нейтрализация
Масла	Концентрация масел более 10 мг/л	Гравитационная сепарация
		Флотация
		Электрофлотация
Фенолы	Концентрация фенолов 0,5 - 5 мг/л	Биологическая очистка + озонирование
		Сорбция на активированном угле
	Концентрация фенолов 5 - 500 мг/л	Биологическая   очистка
		Флотация + Биологическая   очистка
		Коагуляция + озонирование
Высокое содержание органических примесей		Биологическая   очистка
		Химическое окисление (озон)
		Сорбция на активированном угле
Ионы тяжелых металлов	Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+   5 - 100 мг/л	Электрофлотация
		Реагентный + отстаивание
		Электродиализ
		Электрокоагуляция
	Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+   0,5 - 5 мг/л	Ультрафильтрация
		Ионный обмен
Цианиды	Концентрация CN- 1 - 10 мг/л	Химическое окисление
		Электрофлотация
		Электрохимическое окисление
Хром (VI)	Концентрация Cr6+ 1 - 100 мг/л	Химическое восстановление + Электрофлотация
		Электрохимическое восстановление
		Электрокоагуляция
Хром (III)	Концентрация Cr3+ 5 - 100 мг/л	Электрофлотация
		Осаждение +Фильтрация
	Концентрация Cr3+ 0,5 - 5 мг/л	Ионный обмен
		Ультрафильтрация
Сульфаты	Концентрация SO42- > 2000 мг/л	Реагентный + отстаивание+Фильтрация
		Вакуумное выпаривание
	Концентрация SO42- < 2000 мг/л	Нанофильтрация
		Обратный осмос
Хлориды	Концентрация Cl- > 300 мг/л	Обратный осмос
		Вакуумное выпаривание
		Электродиализ
Общее солесодержание		Нанофильтрация
		Обратный осмос
		Вакуумное выпаривание
		Электродиализ
Поверхностно-активные вещества	Анионные и неионогенные ПАВ	Флотация
		Электрофлотация
		Сорбция на активированном угле
	Анионные, катионные и неионогенные ПАВ	Ультрафильтрация
		Нанофильтрация
		Озонирование

Как видно из таблицы каждому  типу сточных вод соответствует  метод или группа методов, пригодных  для их очистки. В то же время, многие методы очистки сточных вод позволяют удалять более одного типа загрязнений, что и применяется при проектировании и строительстве установок очистки воды и очистных сооружений.

Классификация сточных  вод      

 Загрязнение водных  источников включает в себя  любые изменения физических, химических, биологических свойств воды в  водных объектах, обусловленных  сбросом в них твердых, жидких  и газообразных веществ, причиняющих  или создающих проблемы, делающих  воду опасной для потребления,  нанося ущерб деятельности человека, здоровью человека и экологической  безопасности населения.  
Загрязнения поверхностных водоемов и грунтовых вод можно классифицировать следующим образом:      

• Механические - увеличение содержания механических примесей, относящееся в основном к поверхностным видам загрязнений,       
• Химические - присутствие в воде неорганических и органических веществ токсичного и нетоксичного действия,       
• Биологические и бактериологические - присутствие в воде разнообразных патогенных бактерий, грибов и водорослей,       
• Тепловые - сброс в водоемы нагретых вод ТЭЦ и АЭС,       
• Радиоактивные - наличие радиоактивных веществ в поверхностных или грунтовых водах.

 

       Основными источниками загрязнений  водных объектов являются недостаточно  очищенные стоки производственных  предприятий и коммунальных объектов, животно- и птицеводческих фабрик, твердые отходы, образующиеся при разработке полезных ископаемых, сточные воды горнодобывающих шахт, сточные воды, образующиеся при обработке и сплаве леса; сточные воды железнодорожного и водного видов транспорта, техногенные отходы металлургических предприятий.  
       Загрязняющие вещества, попадая в водные объекты, вызывают качественные изменения, которые проявляются в изменении физических и химических свойств воды (появление запаха, неприятного привкуса и пр.).  
       Промышленные сточные воды как правило загрязнены выбросами и отходами производства. Качественный количественный и состав данных сточных вод различен и зависит от отрасли промышленности и производственных процессов. По составу стоки подразделяют на три основных класса, содержащих:       

• Неорганические загрязнения, включая токсичные,       
• Органические загрязнения,       
• Неорганические и органические загрязнения.

 

       К первому типу относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотных предприятий, обогатительных заводаов марганцевых, свинцовых, никелевых, цинковых, руд, в которых содержатся кислоты, щелочи, катионы тяжелых металлов и пр. Сточные воды этого типа как правило изменяют физические свойства воды. 
       Сточные воды второго типа сбрасываются НПЗ и нефтехимическими предприятиями, предприятиям органического синтеза и пр. В сточных водах присутствуют различные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и прочие вредные вещества. Токсикологическое воздействие стоков данного типа заключается, в основном, в процессах окисления, в результате которых снижается содержание кислорода в воде, возрастает биологическая (БПК) и химическая (ХПК) потребность в кислороде, происходит ухудшение органолептических свойств воды. 
       Сточные воды третьего типа образуются в процессах гальванической обработки поверхностей, производстве печатных плат приборостроительной и радиоэлектронной промышленности и прочих технологических процессах. В составе данных сточных вод присутствуют неорганические: щелочи, кислоты, катионы тяжелых и цветных металлов, и органические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, красители и другие вещества.  
       Нефть и нефтепродукты в настоящее время являются основными загрязняющими веществами внутренних вод и морей мирового океана. Попадая в водные объекты, они создают различные классы загрязнений: нефтяную пленку, плавающую на поверхности воды, растворенные или эмульгированные нефтепродукты, осевшие на дно водоема тяжелые нефтяные фракции. В результате происходит изменение вкуса, запаха, цвета, поверхностного натяжения и вязкости воды, снижается количество кислорода, образуются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и начинает представлять угрозу для животного мира и человека. При содержании нефти всего 0,01 г/л вода становиться непригодной для употребления.  
       Особо опасным загрязняющим веществом является фенол. Фенол присутствует в сточных водах большинства нефтеперерабатывающих и коксохимических предприятий. В присутствии фенолов значительно снижаются биологические процессы водных объектов, процесс самоочищения, вода приобретает довольно неприятный запах.

 

                               Методы очистки сточных вод

Загрязнение биосферы, в  том числе источников водоснабжения, является реальным фактором, который  оказывает отрицательное влияние  на здоровье людей. По данным Всемирной  организации здравоохранения (ВОЗ) от использования некачественной питьевой воды каждый год в мире страдает каждый десятый человек. До 50% речной воды каждый год подвергается техногенному воздействию, в том числе и  в результате сброса 425·10⁹ м³ сточных вод. Значительная загрязненность водных объектов и мало эффективные технологии подготовки поды это главные причины низкого качества питьевой воды. Нарушения требований СанПиН 2.1.4.10749-01, в которых установлены физико-химические и микробиологическим показатели питьевой воды отмечены во всех субъектах РФ. Более 90% сточных вод, поступающих через коммунальные сети в поверхностные водные объекты, сбрасываются загрязненными.

На качество воды оказывают  значительное влияние находящиеся  в ней вещества и соединения в  различных концентрациях. Превышение концентрации некоторых загрязняющих веществ может оказывать пагубное воздействие как на человека, так  и на биологическую обстановку в  водном объекте. Следовательно, при  сбросе сточных вод после производственных процессов требуется осуществлять извлечение вредных веществ и  добиваться установленной предельно  допустимой концентрации ПДК сточных вод.

Химические соединения, находящиеся  в сточной воде, можно разделить  на неорганические и органические и классифицировать по их фазовому состоянию. Характеристику сточных вод, предложенная академиком Кульским Л.А., считают наиболее удачной:

Классификация и  методы очистки сточных вод

Тип вредных веществ	Методы очистки  сточных вод
Нерастворимые в воде загрязнения  – взвешенные вещества, эмульсии и  суспензии образуют с водой гетерогенные кинетически неустойчивые соединения(I группа)	Методы, основанные на использовании  сил гравитации
Вещества коллоидной степени  дисперсности (R ~ 0,1 мкм), образующие с  водой гидрофобные и гидрофильные системы (II группа)	Электрофлотация + коагуляция
	Флотация + коагуляция
	Фильтрация
	Отстаивание (седиментация)
Вещества молекулярной степени  дисперсности (R < 0,01 мкм). Растворимые  органические соединения (III группа)	Сорбция на активированном угле
	Нанофильтрация
Ионные растворы (R<0,001 мкм). Растворы солей, кислот, щелочей, ионы металлов – электролиты (IV группа)	Реагентный метод – перевод ионов в малорастворимые соединения
	Мембранные технологии обессоливания

При обработке сточных  вод различного типа используют разные группы методов. Применяя разделение по фазовому состоянию веществ в растворе, можно сгруппировать методы очистки сточных вод.

Для каждого типа промышленных производств характерен свой состав сточных вод. Например, на металлообрабатывающем  предприятии в сточных водах  будут присутствовать ионы тяжелые  металлы и нефтепродукты, однако там не будет фенолов и смол. С другой стороны, на НПЗ в сточных  водах будут содержаться фенолы, но не будет ионов никеля или хрома.

Выбор наилучших доступных  технологий очистки воды является для  проектировщиков достаточно сложной  задачей, обусловленной разнообразием  загрязняющих веществ в сточной воде и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству ее очистки. Например, для обессоливания воды с целью создания оборотного водоснабжения предприятия используют следующие методы: ионный обмен, обратный осмос, нанофильтрацию, вакуумное выпаривание. Воду, прошедшую процесс обессоливания, можно использовать повторно технологических целей: промывки деталей в гальваническом производстве, охлаждения оборудования, получения пара и пр. Также, возможна утилизация ценных компонентов из сточных вод, кислот и щелочей с использованием, например, керамических мембранных элементов. На основании результатов анализа сточной воды можно спроектировать очистные сооружения и подобрать соответствующее оборудование. Выбор оборудования для очистки сточных вод требуется осуществлять методом сравнения данных о качестве воды с характеристиками данных технологического оборудования.

Очистные сооружения сточных  вод проектируются на основании  анализа производственных процессов  и состава стоков. Например, используются деструктивные методы очистки сточных  вод промышленных предприятий, с  разложением вредных веществ  или переводов их в нетоксичные  соединения, и регенеративные методы, базирующиеся на утилизации и извлечении загрязнений из воды.

На основании объема и  характеристик сточных вод применяются  различные методы обработки: механические, физико-химические, физические, химические биологические, а также их комбинирование. Типы загрязняющих веществ и методы очистки сточных вод представлены в данном разделе.

Стадии очистки  сточных вод промышленных предприятий

Процесс очистки  сточных вод производственного предприятия, как правило, включает несколько стадий, на каждой из которых возможно применение различные методов очистки сточных вод и соответствующего технологического оборудования. Данная ситуация обусловлена в первую очередь тем, что многие методы, в особенности тонкой очистки сточных вод нельзя использовать, если в них присутствуют взвешенные вещества и эмульсии. Кроме этого, большинство методов очистки стоков имеет верхний предел концентраций по загрязняющим веществам, от которых данный метод должен очищать сток. Следовательно возникает необходимость предварительной обработки стоков перед применением основных методов их очистки. Применение стадийной очистки сточных вод промышленных предприятий обусловлено также тем, что комбинированием нескольких типов процессов обработки возможно достигнуть требуемой степени очистки с минимальными затратами.

На различных промышленных производствах используется различное  количество стадий очистки воды. Это  зависит от организации очистных сооружений, используемых методов очистки  и состава стоков. Для разработки информационной системы процессы очистки  стоков следует рассматривать на основе более обобщенного подхода.

Наиболее рациональным, очевидно, будет разделение процесса очистки  стоков на четыре этапа, в соответствии с разделением загрязняющих веществ  на основе их агрегатного состояния  по классификации академика Кульского.

На первой стадии очистки сточных вод необходимо извлечь крупные частицы взвешенных веществ и грубодисперсных примесей, нейтрализовать токсины и удалить из сточных вод масла. Если данные загрязнения в сточных водах отсутствуют, следует начать очистку сточных вод со второй стадии, на которой происходит извлечение практически всех механических примесей, а также проводится подготовка стоков к дальнейшей очистке, а именно, снижение агрессивности сточных вод, понижение неприемлемых концентраций отдельных загрязняющих веществ. На третей стадии очистки стоков проиводится извлечение всех загрязняющих веществ до определенного заданного уровня. Если степень очистки недостаточна, требуется четвертая стадия очистки сточных вод, на которой использубтся методы, позволяющие извлекать соединения, находящиеся в растворимом состоянии.