Шпаргалка по "Прикладной экологии"

При выборе режима смешения коагулянта необходимо учитывать состав и физико-химические свойства сточных  вод, а также вводимых реагентов. Важность определения оптимальных  параметров режима смешения обусловлена  также большой ролью ортокинетической стадии коагуляции в процессах агрегации  частиц загрязнений. Вероятность столкновений между коагулирующими частицами  возрастает с увеличением интенсивности  перемешивания. Однако при достижении определенного скоростного градиента  образующиеся хлопья начинают разрушаться. Для применяемых коагулянтов  значение скоростного градиента  составляет примерно 20-70 с-1. В качестве критериальной оценки процесса смешения реагентов с водой наряду со скоростным градиентом применяют также произведение последнего на продолжительность смещения, введенное Кэмпом (критерий Кэмпа).

В направлении интенсификации перемешивания воды с реагентами развивается и разработка смесителей. Рекомендуется при выборе типа, конструкции  и режима действия перемешивающих устройств  на стадиях быстрого смешения воды с реагентами и медленного перемешивания  воды в камерах хлопьеобразования  учитывать закономерности коагуляционного  структурообразования, определяющие начальные  значения скоростного градиента, необходимость  постепенного перемешивания и концентрации твердой и жидкой фаз на поверхности  раздела.

Быстрое перемешивание реагентов  с водой может быть достигнуто в смесителях с псевдоожиженной  насадкой и предварительной электрообработкой  смеси.

Электромагнитные смесители  целесообразно применять прежде всего при контактировании воды с растворами электролитов, например с растворами кислот, щелочей, солей. Однако возможно перемешивание неэлектропроводимых  реагентов, например полиакриламида с  водой, в электромагнитных смесителях с псевдоожиженной или магнитоожиженной насадкой.

Наиболее просты в аппаратурном оформлении смесители, содержащие камеру электрообработки, в которой установлены  два или несколько электродов. В результате воздействия электрического поля на растворы электролитов происходит эффективное смешение воды с коагулянтом, что позволяет существенно сократить  время перемешивания, а также  расход реагентов на очистку стоков. Электролиз проводят, как правило, в  режимах без заметного выделения  газов (кислорода и водорода)

Другим простейшим вариантом  электромагнитного перемешивания  является использование генераторов  магнитного поля, устанавливаемых на участке трубы, где одновременно подают воду и раствор коагулянта (электролита). Такие смесители весьма просты и их легко установить практически  на любом участке технологической  линии. Кроме того, смесители с  использованием постоянных магнитов могут  быть установлены в помещениях любой  категории.

Высокая интенсивность очистки  достигается в электромагнитных смесителях с магнитоожиженной насадкой, состоящей из ферромагнитных частиц.

В тех случаях, когда недопустимо  загрязнение очищаемой воды примесями  железа, вместо смесителей с магнитоожиженной насадкой можно применить электромагнитные смесители типа статора асинхронного двигателя с использованием в  качестве насадки многоосетевого ротора с подвижными элементами.

2.1.4 Отделение взвешенных  частиц от воды

Очистка воды от взвешенных коагулированных частиц является многостадийным процессом, включающим, по крайней мере, образование агрегатов и отделение  их от воды. Процесс начинается с  образования агрегатов частиц, затем  происходит их распад, переход агрегатов  в осадок, выпадение агрегатов  частиц из осадка снова в жидкую фазу, выпадение монодисперсных частиц из жидкости в осадок, минуя стадию агрегатообразования. Процесс отделения  агрегатов частиц от воды называется отстаиванием.

Для отделения скоагулированных частиц примесей от воды используют также  флотацию или фильтрацию. Отстаивание  представляет собой экстенсивный процесс, однако, являясь универсальным методом, позволяет очищать сточные воды различного состава. Интенсификация процесса отстаивания связана как с  улучшением седиментационных характеристик  скоагулированных частиц примесей, так  и с оптимизацией конструкций  отстойников.

В последнее время для  очистки сточных вод все чаще используют флотацию. Преимущество ее - достаточно высокая эффективность  извлечения примесей из воды. процесс  флотации зависит как от свойств  частиц, так и от их размера, а  также от ряда физико-химических свойств  осветляемых токсидисперсных суспензий, включая и сточные воды. все  это приводит к определенным трудностям внедрения флотационного способа  очистки вод.

Использование реагентов  при флотации позволяет в ряде случаев добиться высоких показателей  очистки. В практике флотационного  разделения суспензий известно достаточно много способов насыщения жидкости пузырьками газов (воздуха). Однако для  очистки сточных вод наибольший интерес представляет способ напорной флотации с образованием пузырьков  газа в жидкости при снижении давления, электронный способ аэрирования  сточных вод, способ подачи сжатого  воздуха через фильтры (пневматический), электролитический способ.

В последние годы для электролитической  очистки жидкостей применяют  электрофлотаторы и электрокоагуляторы. Действие электрофлотационных аппаратов  основано на принципе аэрации жидкости и пузырьками газов, образующимися  при электролизе воды. Высокая  интенсивность метода электрофлотации  обусловлена получением тонкодисперсных  пузырьков электролизных газов  и незначительным перемешиванием в  камере электрофлотационого аппарата. За рубежом известны аппараты для  одновременного проведения электрокоагуляции  и электрофлотации. Известны аппараты в которых совмещены электрохимическая  обработка и электрофлотация, а  также аппараты, совмещающие электрохимическую  обработку и напорную флотацию.

2.2 Биологическая очистка  сточных вод

Биологическая очистка сточных  вод представляет собой результат  функционирования системы активный ил - сточная вода, характеризуемой  наличием сложной многоуровневой структуры. Биологическое окисление составляющее основу этого процесса, является следствием протекания большого комплекса взаимосвязанных  процессов различной сложности: от элементных актов обмена электронов до сложных взаимодействий биоценоза  с внешней средой.

Результаты исследований показывают, что характерной особенностью сложных многовидовых популяций, к  которым относятся и активный ил, является установление в системе  динамического равновесия, которое  достигается сложением множества  относительно небольших отклонений активности и численности отдельных видов в ту или иную сторону от их среднего уровня.

2.2.1 Аэробный и анаэробный  метод

Аэробный метод основан  на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых  необходим постоянный приток кислорода  и температура в пределах 20…40°С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или  в виде биопленки. Активный ил состоит  из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены бактериями, простейшими червями и водорослями. Биопленка растет на наполнителе  биофильтра и имеет вид слизистых  обрастаний толщиной 1…3 мм и более. Биопленка состоит из бактерий, простейших грибов, дрожжей и других организмов.

Аэробная очистка происходит как в природных условиях, так  и в искусственных сооружениях.

Очистка в природных условиях происходит на полях орошения, полях  фильтрации и биологических прудах.

Поля орошения - это специально подготовленные для очистки сточных  вод и агрокультурных целей площади. Очистка протекает под действием  почвенной микрофлоры, солнца, воздуха  и под влиянием растений. В почве  полей орошения находятся бактерии, дрожжи, водоросли, простейшие животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают  сложные взаимодействия микроорганизмов, в результате чего сточная вода освобождается  от содержащихся в ней бактерий. Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены  только для биологической очистки  сточных йод, то они называются полями фильтрации.

Биологические пруды - это  каскад прудов, состоящий из 3…5 ступеней, через которые с небольшой  скоростью протекает осветленная  или биологически очищенная сточная  вода. Такие пруды предназначены  для биологической очистки сточных  вод или доочистки сточных  вод в комплексе с другими  очистными сооружениями.

Очистка в искусственных  сооружениях поводится в аэротенках и на биофильтрах. Более широкое  применение нашли аэротенки.

Аэротенки - это железобетонные резервуары, представляющие собой открытые бассейны, оборудованные устройствами для принудительной аэрации. Глубина  аэротенка - 2…5 м.

Анаэробный метод очистки  протекает без доступа воздуха. Его в основном используют для  обезвреживания твердых осадков, которые  образуются при механической, физико-химической и биологической очистке сточных  вод. Эти твердые осадки сбраживаются анаэробными бактериями в специальных  герметичных резервуарах, которые  называются метантенками В зависимости  от конечного продукта брожение бывает спиртовое, молочнокислое, метановое  и др. Для сбраживания осадков  сточных вод используется метановое  брожение.

2.2.2 Контакто-стабилизационный  метод

Для очистки промышленных стоков часто применяется контактно-стабилизационный метод очистки сточной воды. В  результате исследований установлено  также, что такой метод может  применяться как для очистки  смеси городских сточных вод  и поверхностного стока, так и  только для поверхностного стока  при его раздельной подаче на очистные сооружения. Очистка сточных вод  с применением этого метода целесообразна  при наличии станций аэрации, имеющих в своем составе аэробные стабилизаторы для обработки  избыточного активного ила. Контактно-стабилизационный метод представляет собой модифицированный биологический процесс, при котором  в ходе аэрирования стоков в течение  короткого периода времени очищаемой  воды и стабилизированного активного  ила происходит изъятие основной массы органических и минеральных  загрязнений. Как показали исследования, очистка стоков при контактном методе занимает порядка 15 минут (период аэрации). Эффект очистки составляет в среднем  по БПК20 60-80%, по ХПК - от 70 до 80% и по взвешенным веществам - от 60 до 90%. Увеличение периода  аэрации до 45-60 минут практически  не дает дополнительного эффекта.

2.2.3 Системы очистки сточных  вод на биофильтрах

Кроме контактной стабилизации для биологической очистки применяются  биофильтры, вращающиеся биоконтакторы  и очистные лагуны. Применение высокоэффективных  сооружений искусственной биологической  очистки в биофильтрах и вращающихся  биоконтакторах обеспечивают высокий  эффект очистки по БПК6 и взвешенным веществам порядка 85-95%, но требует  устройств регулирующих емкостей. Эффект очистки поверхностного стока в  лагунах различных типов (окислительные  пруды, аэрируемые пруды, пруды с  высшей водной растительностью и  т.д.) колеблется по БПК6 от 30 до 90%, по удалению взвешенных веществ на входе - от 20 до 92%.

2.3 Механическая очистка  сточных вод

К механическим способам очистки  сточных вод можно отнести  фильтрование, осаждение, и флотацию стоков.

Метод осаждения может  использоваться, например, для очистки  сточных вод от взвешенных веществ. Фильтрация сточных вод при помощи данного метода можно организовать двумя различными способами: либо под  действием силы тяжести - при отстаивании  сточных вод, или же под действием  центробежной силы. Установки, очищающие  сточные воды такими способами, как  правило, могут удалять нерастворимые  взвеси размером более нескольких долей  милиметра. При фильтрации сточных  вод нередко используют многоступенчатые отстойники. При этом частично очищенная  на первой ступени сточная вода под  напором подается в следующие  отстойники.

Другим методом очистки  производственных сточных вод и  загрязненных вод другого происхождения  от крупнодисперсных субстанций является метод флотации. Суть данной методики состоит в переносе загрязняющих агентов на поверхность обрабатываемых сточных вод при помощи воздушных  пузырьков. Как результат флотации, образуются пенные образованя, содержащте загрязнителиводы, которые, затем, удаляются  особыми скребками. Пузырьки воздуха  для флотации могут быть получены механическими спосабами - при помощи турбин или форсунок, при помощи электрофлотации воды и другими  способами.

Пожалуй, самым широко используемым в настоящее время методом  очистки сточных воды от крупнодисперсных агентов является процесс фильтрации стоков через пористые материалы или сетки с нужным пространственным рейтингом фильтрации. Очистка сточных вод с использованием указанных процессов важна, если необходимо использование оборотной воды.

2.3.1 Очистка сточных вод  процеживанием и отстаиванием

Процеживание. Важной и обязательной мерой очистки и подготовки воды для последующей очистки является удаление из сточных вод крупных  загрязнений. Для этого в составе  всех очистных сооружений проектируются  решетки. Они выполняются из ряда металлических стержней, расположенных  параллельно друг другу и создающих  плоскость с прозорами, через  которую процеживается вода.

Для устройства решеток применяются  стержни прямоугольной с закругленной лобовой частью, круглой и других форм. Толщина стержней равна 6-10 мм. Ширина прозоров между стержнями  обычно принимается 16 мм. Скорость движения воды в прозорах решеток принимается  равной 0,8-1,0 м/с.

Размер решеток определяется из условия обеспечения в прозорах решеток оптимальной скорости 0,8-1,0 м/с при максимальном расходе  сточных вод.

Для удаления более мелких взвешенных веществ, а также ценных продуктов, применяют сита, которые  могут быть двух типов: барабанные или  дисковые. Сито барабанного типа представляет собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1,0 мм. При вращении барабана сточная  вода фильтруется через его внешнюю  или внутреннюю поверхность в  зависимости от подвода воды снаружи  или внутрь. Задерживаемые примеси  смываются с сетки водой и  отводятся в желоб. Производительность сита зависит от диаметра барабана и его длины, а также от свойств  примесей. Сита применяют в текстильной, целлюлозно-бумажной и кожевенной промышленности.