Шпаргалка по "Прикладной экологии"

Сооружения для очистки  сточных вод промышленных предприятий  являются, пожалуй, самыми разнообразными, так как условия и технологический  цикл предприятий очень различается  и требует в каждом случае своей  системы очистки стоков. Количество сточных вод на предприятиях различных  отраслей промышленности зависит от мощности предприятий, расхода воды на единицу выпускаемой продукции  и других условий. Оборудование для  очистки сточной воды по производительности подбирается также в зависимости  от залпового выброса.

По концентрации органических загрязнений промышленные стоки  разделяются на слабоконцентрированные - БПК полн. до 70 мг/л, концентрированные - БПК полн. до 1500 мг/л, высококонцетрированные - БПК полн. до 20 000 мг/л. Стоит также  отметить, что производственные сточные  воды, поступая в городскую водоотводящую  сеть после очистки, не должны содержать  взрывоопасных компонентов и  иметь температуру выше 40° С. В  связи с этим оборудование для  очистки сточных вод должно учитывать  режим температур и скапливание  опасных компонентов, прежде всего, в нефтеуловителе.

Поверхностный сток с территории городов и промышленных предприятий  кроме загрязнений в виде нерастворенных примесей содержит органические соединения в коллоидном и растворенном состоянии. Несмотря на то, что часть этих загрязнений  за счет сорбции на взвешенных частицах удаляется при отстаивании и  фильтровании, в ряде случаев требуется  более глубокая очистка поверхностного стока от органических соединений. Для удаления таких загрязнений  из сточных вод широкое применение нашел метод биологической очистки  стоков. Эпизодичность образования  поверхностного стока и резкие колебания  нагрузки по загрязнениям показывают серьезные трудности применения традиционных методов биологической  очистки с применением активного  ила.

Проведенные технико-экономические  расчеты показывают, что при отсутствии на станциях аэрации аэробных стабилизаторов практически во всех климатических  зонах независимо от способа подачи сточных вод на очистку экономически целесообразно применять традиционную схему биологической очистки  в аэротенках.

2. Методы очистки сточных  вод

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с  ними. В наш индустриальный век  в связи с резким увеличением  отходов водоемы уже не справляются  со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать  их. Очистка сточных вод - обработка  сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как  и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и  готовая продукция (очищенная вода)

Методы очистки сточных  вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического  метода состоит в том, что из сточных  вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные  частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных  конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка  позволяет выделять из бытовых сточных  вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых  как ценные примеси, используются в  производстве.

Химический метод заключается  в том, что в сточные воды добавляют  различные химические реагенты, которые  вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых  осадков. Химической очисткой достигается  уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются  тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются  органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также  электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных  водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая  очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка  сточных вод с помощью электролиза  эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и  некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные  воды очищают также с помощью  ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала  себя очистка путем хлорирования.

Среди методов очистки  сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей  биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических  устройств по очистке сточных  вод: биофильтры, биологические пруды  и аэротен0ки.

В биофильтрах сточные  воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной  пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим  началом в биофильтрах.

В биологических прудах в  очистке сточных вод принимают  участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее  начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком  подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются  в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной  воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая  бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу  ила.

Сточные воды перед биологической  очисткой подвергают механической, а  после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также  другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

Биологический метод дает большие результаты при очистке  коммунально-бытовых стоков. Он применяется  также и при очистке отходов  предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

2.1 Физико-химические методы  очистки

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются  тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются  органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также  электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных  водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая  очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка  сточных вод с помощью электролиза  эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и  некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные  воды очищают также с помощью  ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала  себя очистка путем хлорирования.

2.1.1 Физико-химические методы  очистки сточных вод с применением  коагулянтов

Для обеспечения высокой  степени очистки сточных вод  в ряде случаев одной биохимической  очистки производственных сточных  вод недостаточно, поэтому в последние годы отмечено возрастающее применение физико-химических методов. Широкое распространение получили коагуляция и флотация. Реагентный способ очистки достаточно эффективен и прост. Этот способ можно применять практически при неограниченных объемах сточных вод.

Совместное использование  коагулянтов и флокулянтов позволит еще более расширить использование  этих реагентов для очистки сточных  вод. Большие резервы интенсификации метода коагуляции и флокуляции связаны  как с более глубоким исследованием  механизмов явлений, сопровождающих эти  процессы, так и с более эффективным  использованием различных физических воздействий.

Данные зарубежных исследований показывают, что значительного повышения  эффективности реагентного способа  можно добиться оптимизацией технологии очистки, предусматривающей смешение реагентов с водой, а также  подбором используемых коагулянтов  и флокулянтов.

Эффективность реагентного  способа очистки воды, в частности  с использованием коагулянтов, можно  повысить, установив долее строгий  контроль за расходом реагентов в  зависимости от количества загрязнений, присутствующих в сточных водах, и физико-химических характеристик  этих загрязнений, в первую очередь  от их заряда, характеризуемого x потенциалом. Внедрение автоматизированного  контроля за расходом реагентов позволит повысить не только степень очистки  воды, но и снизить расход реагентов.

Эффективность реагентного  способа можно также повысить, применяя физические воздействия на обрабатываемую воду и водные системы (например, электрические и магнитные  поля, ультразвук, радиацию и другие способы). Однако внедрение этих методов  интенсификации коагуляции и флокуляции тормозится недостаточной изученностью процессов, протекающих на молекулярном и ионном уровне.

Очистка производственных сточных  вод реагентным способом включает несколько  стадий, основными из которых являются:

1) Приготовление и дозирование  реагентов;

2) Смешение реагентов  с водой;

3) Хлопьеобразование;

4) Отделение хлопьевидных  примесей от воды.

2.1.2 Оптимизация дозы реагентов

Для технологии очистки воды и обезвреживания осадков большое  значение имеет рациональное использование  реагентов, так как годовой расход только флокулянтов составляет сотни  тонн. Определение оптимальной дозы реагентов представляет собой весьма сложную задачу, так как в практике очистки воды возможно одновременное  изменение ряда факторов, например состава и количества примесей.

Следует отметить, что при  коагуляции примесей в объеме воды и при контакте с зернистой  загрузкой оптимальная доза будет  различной, так как кинетические условия коагуляции на поверхности фильтрующего материала значительно лучше, чем в объеме воды.

Эффективность процессов  очистки воды в аппаратуре всех типов  обусловлена прочностью и плотностью коагуляционной структуры.

Для тонкодисперсной суспензии  с частицами заданного размера  одним из основных критериев выбор  а дозы коагулянта является прочность  структуры.

Одновременного увеличения прочности и плотности коагуляцоинной структуры можно достичь комбинированным  воздействием на структуру гидродинамических  условий перемешивания и дозы коагулянта. Выбор оптимального режима очистки воды с использованием реагентов  возможен на основе цепочечно-ячеистой модели коагуляционной структуры.

Представляет интерес  определение оптимальной дозы реагента при добавлении его в воду электрохимическим  способом. В этом случае наиболее легко  оптимизировать процесс изменением плотности тока и продолжительности  обработки в зависимости от количественного  состава сточных вод.

Применяя известные методы математического моделирования  можно определить оптимальный режим  электрохимической обработки. Существующие устройства для автоматического  дозирования реагентов дают возможность, как правило, поддерживать только их расход, установленный на основе предварительных  исследований. Поддержание оптимальной  дозы реагентов для соблюдения основных качественных параметров процесса коагуляции пока еще затруднен.

2.1.3 Перемешивание сточных  вод с реагентами

Приготовленный раствор  через дозирующее устройство и смеситель  вводят в воду. Перемешивание воды с реагентами целесообразно осуществлять в две стадии, причем первую стадию проводить в режиме, приближающемся к режиму идеального смешения, а  вторую - в режиме идеального вытеснения по жидкой фазе. Это обусловлено  тем, что на первой стадии должно быть обеспечено равномерное распределение  реагента по всему объему очищаемых  сточных вод, а на второй - создание условий, исключающих распад образовавшихся агломератов частиц загрязнений. Первый режим можно осуществить, например, а аппарате с интенсивно вращающейся  мешалкой, а второй - в слое взвешенного  осадка.

Как показывают результаты многих исследований, процесс перемешивания  воды с реагентами, в частности  с неорганическими коагулянтами, необходимо проводить с максимальной скоростью. Оптимизация режима смешения коагулянта с водой может привести к более эффективному использованию, а в некоторых случаях и  к сокращению расхода коагулянта.

Эффективность мгновенного  перемешивания заключается в  изменении степени дисперсности продуктов гидролиза коагулянтов, абсорбирующихся на поверхности  частиц загрязнений. При более интенсивном  перемешивании увеличивается вероятность  сорбции на поверхности частиц загрязнений  мелких частиц продуктов гидролиза  коагулянтов, что приводит к экономии коагулянта и одновременному увеличению прочности связи частиц в микрохлопьях.