Промышленная экология

Биохимические методы очистки сточных вод. Применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания, превращения их в воду, диоксид углерода, сульфат-фосфат-ион и др. и увеличивая свою биомассу.

Также к основным методам  очистки воды относятся нижеперечисленные  методы:

Осветление – удаление из воды взвешенных веществ. Реализуется фильтрацией воды через пористые фильтроэлементы (картриджи) или через слой фильтроматериала. Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях и отстойниках вода движется с замедленной скоростью, вследствие чего происходит выпадение в осадок взвешенных частиц. В целях осаждения мельчайших коллоидных частиц, которые могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время, к воде прибавляют раствор коагулянта (обычно сернокислый алюминий, железный купорос или хлорное железо). В результате реакции коагулянта с солями многовалентных металлов, содержащимися в воде, образуются хлопья, увлекающие при осаждении взвеси и коллоидные вещества.

Коагуляция – обработка воды специальными химическими реагентами для укрупнения частиц загрязнений. Делает возможными или интенсифицирует осветление, обесцвечивание, обезжелезивание. Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

Окисление – обработка воды кислородом воздуха, гипохлоритом натрия, марганцевокислым калием или озоном. Обработка воды окислителем (или их комбинацией) делает возможными или интенсифицирует обесцвечивание, дезодорацию, обеззараживание, обезжелезивание, деманганацию.

Обесцвечивание – удаление или видоизменение веществ, придающих воде цвет. Реализуется различными методами, в зависимости от причины цветности. Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание – обработка воды окислителями и/или УФ-излучением для уничтожения микроорганизмов. Обеззараживание воды (удаление бактерий, спор, микробов и вирусов) является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной и поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания. Обычными методами при очистке воды являются:

1.         Хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция.

2.         Озонирование. При применении озона для подготовки питьевой воды используются окислительные и дезинфицирующие свойства озона.

3.                Ультрафиолетовое облучение. Используется энергия ультрафиолетового излучения для уничтожения микробиологических загрязнений. Кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла погибают при дозе облучения менее 10 мДж/см2, а ультрафиолетовые стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см2.    

Обезжелезивание/деманганация – превращение растворённых соединений железа и марганца в нерастворимые и удаление тех и других путем фильтрования, как правило, через специальные фильтроматериалы. Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей. К наиболее часто используемым методам можно отнести:

1.Аэрирование – окисление  кислородом воздуха с последующим  осаждением и фильтрацией. Расход  воздуха для насыщения воды  кислородом составляет около  30 л/м3. Это традиционный метод,  применяемый уже много десятилетий.  Реакция окисления железа требует  довольно длительного времени  и больших резервуаров, поэтому  этот способ используется только  на крупных муниципальных системах.

2.Каталитическое окисление  с последующей фильтрацией. Наиболее  распространенный на сегодняшний  день метод удаления железа, применяемый  в высокопроизводительных компактных  системах. Суть метода заключается  в том, что реакция окисления  железа происходит на поверхности  гранул специальной фильтрующей  среды, обладающей свойствами  катализатора (ускорителя химической  реакции окисления). Наибольшее распространение  в современной водоподготовке  нашли фильтрующие среды на  основе диоксида марганца (MnO2). Железо  в присутствии диоксида марганца  быстро окисляется и оседает  на поверхности гранул фильтрующей  среды. Впоследствии большая часть  окисленного железа вымывается  в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного  катализатора является одновременно  и фильтрующей средой. Для улучшения  процесса окисления в воду  могут добавляться дополнительные  химические окислители.

Умягчение – замена катионов кальция и магния в воде на эквивалентное количество катионов натрия или водорода. Реализуется фильтрованием воды через специальные ионообменные смолы. С жесткой водой сталкивался каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки. В ней хуже пенится стиральный порошок и мыло. Высокая жесткость воды делает её непригодной и для питания газовых и электрических паровых котлов и бойлеров. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15%, а слой толщиной 10 мм – уже на 50%. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии, что, в свою очередь, ведет к образованию прогаров, трещин на трубах и стенках котлов, выводя преждевременно из строя системы отопления и горячего водоснабжения. Наиболее эффективным способом борьбы с высокой жесткостью является применение автоматических фильтров – умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде жесткие соли заменяются на мягкие, которые не образуют твердых отложений.     

Обессоливание – удаление из воды растворённых солей на ионообменных смолах или фильтрование воды через специальные плёнки (мембраны), пропускающие только молекулы воды.

Все большее значение в  охране поверхностных вод от загрязнения  и засорения приобретают агролесомелиорация и гидротехнические мероприятия. С их помощью можно предотвращать заиление и зарастание озер, водохранилищ и малых рек. Выполнение этих работ позволит уменьшить загрязненный поверхностный сток и будет способствовать чистоте водоемов. 

Заключение 

 

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и  их рационального использования  для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих  безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений  работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических  процессов производства, переход  на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые  циклы промышленного водоснабжения  дадут возможность полностью  ликвидировать сбрасываемые сточных  вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение  малоотходных и безотходных технологических  процессов, дающих наибольший экологический  эффект. Большое внимание уделяется  повышению эффективности очистки  производственных сточных вод.

Существенное влияние  на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это  одно из звеньев комплексной мировой  проблемы охраны природы.

Список литературы  

 

1. Алферова А.А., Нечаев  А.П. Замкнутые системы водного  хозяйства промышленных предприятий,  комплексов и районов. - М.: Стройиздат, 1987.

2. Гавич И.К. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения.- М.: Агропромиздат, 1985.

3. Жуков А.И. Монгайт  И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод М.: Стройиздат, 1987.

4. Соколов А.К. Охрана  производственных сточных вод  и утилизация осадков. - М.: Стройиздат, 1992.

 

 

1.3 Биохимическая очистка  сточных вод

1.3.1 Сооружения биологической  очистки сточных вод НПЗ

Основными сооружениями биохимической  очистки на отечественных НПЗ служат аэротенки и вторичные отстойники. Как правило, на очистных сооружениях НПЗ применяют аэротенки с рассредоточенным впуском сточных вод и аэротенки —смесители. Обычные аэротенки— вытеснители — чаще всего применяют на второй ступени очистки [3].

Биологические фильтры практически  не нашли применения для очистки  нефтесодержащих сточных вод  на отечественных предприятиях, так  как опыт их эксплуатации на одном  из НПЗ показал, что эффект очистки  в них значительно ниже, чем  в аэротенках. В настоящее время биологические фильтры используют только на двух нефтеперерабатывающих заводах как вторую ступень очистки. Биологические пруды на отечественных заводах применяют только в качестве сооружений для доочистки биохимически очищенных сточных вод НПЗ [11].

Аэротенки

Аэротенк представляет собой аппарат с постоянно протекающей сточной водой, во всей толще которой развиваются аэробные микроорганизмы, потребляющие субстрат, т.е. "загрязнение" этой сточной воды.

Биологическая очистка сточных  вод в аэротенках происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила. Сточная вода непрерывно перемешивается и аэрируется до насыщения кислородом воздуха. Активный ил представляет собой суспензию микроорганизмов, способную к флокуляции.

Механизм изъятия органических веществ из сточной воды и их потребление  микроорганизмами может быть представлено тремя этапами [1]:

1 этап – массопередача органического вещества из жидкости к поверхности клетки. Скорость протекания этого процесса определяется законами молекулярной и конвективной диффузии веществ и зависит от гидродинамических условий в аэротенке. Оптимальные условия для подведения загрязнений и кислорода создаются посредством эффективного и постоянного перемешивания содержимого аэротенка. Первый этап протекает быстрее последующего процесса биохимического окисления загрязнений.

2 этап – диффузия через  полупроницаемые мембраны в клетке  или самого вещества или продуктов  распада этого вещества. Большая  часть вещества поступает внутрь  клеток при помощи специфического  белка-переносчика, который образует  комплекс, диффундирующий через  мембрану.

3 этап – метаболизм  органического вещества с выделением  энергии и образованием нового  клеточного вещества. Превращение  органических соединений носит  ферментативный характер.

Определяющими процессами для  технологического оформления очистки  воды являются скорости изъятия загрязнений  и скорость разложения этих загрязнений. Активный ил в контакте с загрязнённой жидкостью в условиях аэрации  проходит следующие фазы развития [1]:

1.  Лаг-фазу I, или фазу адаптации ила к составу сточной воды. Прироста биомассы практически не происхдит.

2.  Фазу экспоненциального роста II, в которой избыток питательных веществ и отсутствие продуктов обмена способствуют максимальной скорости размножения клеток.

3.  Фазу замедленного роста III, в которой скорость роста биомассы начинает сдерживаться недостатками питания и накоплением продуктов метаболизма.

4.  Фазу нулевого роста IV, в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы.

5.  Фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления) V, в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы.

Аэротенки могут быть классифицированы по гидродинамическому режиму их работы:

I) аэротенки идеального вытеснения;

2) аэротенки идеального смешения;

3) аэротенки промежуточного типа

Гидродинамический режим  работы аэротенков оказывает принципиальное влияние на условия культивирования микроорганизмов а следовательно, на эффективность и экономичность биологической очистки сточных вод.

Конструкции аэротенков могут быть различными и зависят от системы аэрации, способа распределения потоков сточных вод и возвратного ила и т.д. Имеются также конструкции аэротенков, совмещенных с отстойниками и фильтрами, с регенерацией активного ила и без нее.

Существует также классификация  аэротенков по величине "нагрузки" на активный ил: высоконагружаемые (аэротенки на неполную очистку), обычные и низконагружаемые (аэротенки продленной аэрации).

Большое значение в конструкции  аэротенков имеет система аэрации. Применяются аэротенки с пневматической, пневмомеханической, механической и эжекционной системами аэрации.

Аэрационные системы предназначены  для подачи и распределения кислорода  или воздуха в аэротенке, а также поддержания активного ила во взвешенном состоянии.

Аэротенки-смесители (аэротенки полного смешения) характеризуются равномерной подачей по длине сооружения исходной воды и активного ила и равномерным отводом иловой смеси. Полное смешение в них сточных вод с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления, поэтому аэротенки-смесители более приспособлены для очистки концентрированных производственных сточных вод (БПК_полное до 1000 мг/л) при резких колебаниях их расхода, состава и количества загрязнений.