Реферат: Отчистка промышленных и поверхностных вод

Окислением удается добиться деструкции таких соединений, как альдегиды, фенолы, анилиновые красители, серосодержащие органические вещества и др. В качестве окислителей применяют кислород, озон, перекись водорода, пиролюзит. В процессе окисления происходит разложение вредных примесей до простых окислов или образование соединений, поддающихся биохимическому разложению.

Извлечение из воды ионов ртути, хрома, кадмия, свинца, никеля, меди, мышьяка основано на переводе их из раствора в нерастворимый осадок. С этой целью очищаемую воду обрабатывают соединениями натрия или кальция - сульфитом, бисульфитом или сульфидом, карбонатами или гидроокисью. Образующийся шлам удаляют, утилизируют или складируют.

Одним из высокоэффективных методов очистки является ионный обмен, который представляет собой процесс взаимодействия очищаемой жидкости с зернистым материалом, обладающим способностью заменять ионы, находящиеся на поверхности зерен, на ионы противоположного заряда, содержащиеся в растворе. Такие материалы называются ионитами. Иониными свойствами обладают природные минералы - цеолиты, апатиты, полевые шпаты, слюда, различные глины. Синтезировано большое число высокоэффективных ионитов, обладающих селективными свойствами. К ним относятся силикагели, алюмогели, пермутиты, сульфоугли и ионообменные смолы - синтетические высокомолекулярные органические соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами. Иониты не растворяются в воде, обладают достаточной механической прочностью, обеспечивают возможность их регенерации с получением ценных веществ, извлекаемых из очищаемых вод. Существуют ионообменные установки периодического и непрерывного действия (рис. 2). Установки периодического действия работают как фильтры с зернистой загрузкой в виде гранул ионитов. При насыщении поверхности гранул ионами вещества, извлекаемого из воды, производится их регенерация слабым раствором (2-8%) щелочи или кислоты. В установках непрерывного действия гранулы ионитов и очищаемая жидкость движутся противотоком, постоянно перемешиваясь. В процессе работы часть гранул подаются на регенерацию и заменяются новыми. Благодаря высокой механической прочности и способности к регенерации гранулы ионитов имеют довольно продолжительный срок службы. Ионный обмен является, по существу, универсальным методом очистки вод. Для извлечения практически любого вещества из воды можно подобрать соответствующий ионит или группу ионитов. Эффективность ионообменной очистки достигает 95-99%.

Рис. 2 - Установки ионообменной отчистки: А - периодического действия; Б - непрерывного действия: 1 - загрязненная вода; 2 - гранулы ионита; 3 - раствор для регенерации ионита; 4 - очищенная вода; 5 - добавка ионита

Другим универсальным и высокоэффективным методом очистки вод является сорбция. Сорбция применяется преимущественно для очистки сточных вод, которые содержат высокотоксичные вещества, неподдающиеся биохимическому окислению. Метод сорбционной очистки основан на адгезии (прилипании) растворенных веществ поверхностью и порами сорбента - вещества, обладающего разветвленной внешней и внутренней (поры) поверхностью. Наилучшим сорбентом является активированный уголь. Сорбционными свойствами обладают золы, шлаки, опилки, коксовая крошка, торф, керамзит и др. Конструкции установок сорбционной очистки аналогичны ионообменным.

Высокая эффективность очистки достигается в установках с псевдосжиженным ("кипящим") слоем, когда в полую вертикальную колонну снизу под давлением подается очищаемая вода, проходящая через слой сорбента, который находится во взвешенном состоянии. Отработанный сорбент заменяется новым или регенерируется. При поддержании сорбента в "кипящем" слое, когда достигаются наилучшие условия контакта его внешней и внутренней поверхности с очищаемой жидкостью, эффективность очистки достигает 99%. Если псевдосжиженный слой слеживается, эффективность очистки резко снижается.

Флотационная очистка применяется для удаления из воды поверхностно-активных веществ (ПАВ), нефтепродуктов, жиров, смол и др. Процесс флотации заключается в сорбировании содержащихся в воде примесей поверхностью пузырьков воздуха, нагнетаемого в очищаемую жидкость. В практике очистки вод используются напорные, безнапорные, вакуумные и электрофлотационные установки. Наибольшее распространение получили напорные >хтановки (рис. 3). В таких установках вода сначала насыщается воздухом под давлением, а затем подается в открытый резервуар, где происходит выделение пузырьков и сорбирование ими содержащихся в воде примесей. Иногда сжатый воздух подается в нижний слой жидкости, находящейся в резервуаре (флотаторе). Для повышения эффективности очистки воздух подается через пористые (фильтросные) пластины. При вакуумной флотации в флотаторе создается разряжение, способствующее образованию пузырьков воздуха. Для безнапорной флотации используются эрлифтные установки, которые позволяют существенно (в 2-4 раза) снизить затраты электроэнергии на флотационную очистку. Повышению эффективности очистки вод при флотации способствует наличие синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). Образуемая ими густая стойкая пена повышает степень извлечения из воды эмульгированных и диспергированных примесей. При флотации одновременно достигается дегазация очищаемых вод и насыщение их кислородом.

Рис. 3 - Установки флотационной очистки: 1 - загрязненная вода; 2 - сжатый воздух; 3 - газгольдер; 4 - флотатор; 5 - очищенная юла;6-пенный

При электрофлотации образование пузырьков газа происходит вследствие электролиза воды. На аноде выделяется кислород, на катоде - водород. Однако этот метод очистки из-за больших затрат электроэнергии и роста ее стоимости практически не используют. По этим же причинам все реже применяют некогда широко распространенные электрохимические методы очистки вод: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электродиализ. Электрохимические методы очистки основаны на пропускании постоянного электрического тока через очищаемую жидкость. Кислород, выделяемый на аноде, окисляет органические примеси. В качестве анодов используют электролитические неразлагаемые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца или рутения, наносимые на титановую основу. На катодах происходит выделение водорода и оседание ионов металлов с образованием нерастворимых гидроксидов. Катоды изготовляют из стали или алюминия. В процессе электролиза катионы катодов, взаимодействуя с гидроксидными группами, образуют гидроокиси в виде хлопьев. Этот процесс называется электрокоагуляцией.

Одной из разновидностей электрохимической очистки является электродиализ, который основан на разделении находящихся в растворе ионизированных веществ по отсекам, отгороженным проницаемыми мембранами. Другие физико-химические методы очистки вод имеют ограниченное применение. [4], [7]

2. Очистка поверхностных вод

Под поверхностными сточными водами чаще всего подразумевают ливневые стоки, которые собираются в искусственных или естественных водоемах и резервуарах. Сегодня поверхностные сточные воды повсеместно используются как в хозяйственно-бытовых целях, так и в промышленности, поэтому современные технологии их очистки отличаются широким разнообразием используемых методов и высокой эффективностью. Под очисткой поверхностных вод подразумевается извлечение из воды всех находящихся в ней загрязнителей, которые делают воду непригодной для использования в тех или иных целях. Этот процесс имеет ряд особенностей и отличий, которые касаются, прежде всего, характера загрязнителей и примесей, находящихся в поверхностных водах.

Обработка сточных вод чаще всего сводится к удалению из воды таких примесей, как нерастворимые вещества и нефтепродукты, которые в обилии встречаются в наше время в окружающей среде. В отличии от подземных вод очистка поверхностных вод в подавляющем случае не предполагает умягчения воды или ее обезжелезивания, так как железо и минеральные вещества - загрязнители, свойственные скорее грунтовым водам, зато она зачастую предполагает обеззараживание и дезинфекцию воды, так как в поверхностных водах, как правило, содержится высокое количество различных микроорганизмов, бактерий, вирусов, палочек, микроводорослей и т.д., которые подлежат обязательному удалению вне зависимости от назначения и целей использования поверхностных сточных вод. Кстати, беззараживание необходимо и для бытовых сточных вод. Таким образом, весь процесс сводится к трем основным процессам: осветление, удаление нефтепродуктов и обеззараживание. Остановимся подробнее на этих трех этапах.

2.1 Очистка поверхностных вод от взвешенных загрязнителей

Первым блоком любых установок очистки поверхностных сточных вод являются осветлители, целью которых является извлечение из воды всех взвешенных частиц нерастворимых загрязнителей. Так, например, на первом этапе очистки из воды удаляется песок, глина, крупный мусор вроде веток, листвы и других механических загрязнителей. Также на первом этапе необходимо произвести обесцвечивание воды, то есть удаление таких загрязнителей как органические соединения. Высокую мутность и цветность воды также могут вызывать некоторые неорганические загрязнители, однако в установках очистки поверхностных сточных вод в основном удаляются именно органические загрязнители, в обилии встречающиеся в поверхностных сточных водах. Устранение нерастворимых загрязнителей чаще всего производится при помощи стандартных механических методов вроде отстаивания и фильтрации. Остановимся подробнее на методах удаления нерастворимых загрязнителей. Отстаивание - это простейший метод очистки поверхностных вод от частиц грубодисперсных загрязнителей. При отстаивании частицы загрязнителя оседают на дно специального резервуара под воздействием силы тяжести, поэтому этот метод подходит для удаления крупных частиц загрязнителей, однако слабоэффективен по отношению к мелким частицам. Применение коагулянтов, которые склеивают между собой мельчайшие частицы загрязнителей, при отстаивании позволяет существенно увеличить эффективность и скорость удаления механических примесей. Поэтому во многих установках очистки поверхностных сточных вод блоки отстаивания включают в себя станции дозирования химических реагентов.

Более эффективным и быстрым методом считается механическая фильтрация воды, которую, кстати, используют. Фильтрация воды осуществляется через слой зернистого, пористого или сетчатого материала. При прохождении воды через тот или иной тип фильтрующего материала крупные частицы нерастворимых загрязнителей задерживаются между зернами, порами или ячейками фильтрующей среды, вследствие чего и происходит очистка поверхностных сточных вод от механических примесей. Также, как и при отстаивании, этот метод зачастую использует различные дополнительные средства, в число которых входят и коагулянты.

2.2 Дезинфекция и обеззараживание поверхностных вод

Еще одним немаловажным блоком любой установки является блок обеззараживания и дезинфекции воды. Под дезинфекцией обычно подразумевается очистки поверхностных вод от всех типов живых микроорганизмов, в числе которых не только потенциально опасные для человеческого здоровья организмы вроде бактерий и вирусов, но и микроводоросли, способные навредить технике, трубопроводу и другим вступающим в контакт с загрязненной водой предметами. А чтобы, например, избежать попадания аналогичных вредных веществ в почву используют системы автономной загородной канализации, информацию о которой можно учесть, наверняка, весьма полезной. Сегодня существует несколько методов очистки стоков, каждый из которых обладает как своими преимуществами, так и своими недостатками, на некоторых из них мы остановимся подробнее.

Одним из наиболее распространенных методов очистки поверхностных вод от потенциально опасных микроорганизмов является их окисление при помощи тех или иных реагентов. Самым дешевым методом является хлорирование воды, так как этот реагент считается самым дешевым. Более дорогим, но более надежным и безопасным реагентом является озон, который после очистки попросту разлагается на безвредные соединения вроде воздуха, воды или углекислого газа в отличии от хлора, который остается в воде и способен нанести вред как человеческому организму, так и бытовой или промышленной технике.

Еще одним методом очистки поверхностных вод от микроорганизмов является облучение воды ультрафиолетом, которое считается одним из наиболее эффективных и безопасных методов дезинфекции воды. При облучении воды ультрафиолет проникает в ядро живых клеток, нанося ДНК последних необратимые повреждения, которые становятся причиной потери микроорганизмом способности к репродукции. Очистка методом ультрафиолетового облучения сегодня считается одним из наиболее экологических технологий обеззараживания воды, который гарантирует высокое качество и хороший результат.

2.3 Очистка поверхностных сточных вод от нефтепродуктов

промышленный поверхностный вода очистка

Одним из наиболее сложных типов чистки считается удаление из воды нефтепродуктов, которые в изобилии встречаются в поверхностных водах в последнее время. Существует огромное количество разнообразных методов и установок для устранения нефтепродуктов, однако сегодня наибольшее распространение получил метод флотации. Подобные установки очистки поверхностных сточных вод используют физические методы очистки, что служит гарантией экологической чистоты данного метода, а высокая эффективность этой технологии позволяет удалить из воды практически любые количества нефти, нефтепродуктов и других сложноудалимых загрязнителей. Подробнее остановимся на принципе работы этих установок.

В основе работы установок для удаления нефтепродуктов лежит процесс флотации - отделение частиц нерастворимых загрязнителей от воды вместе с пузырьками тонкодиспергированного воздуха или другого газа. В процессе флотации частицы нефтепродуктов всплывают на поверхность воды вместе с воздухом, благодаря чему образуется грязная пена, которая и удаляется установкой. Использование флотации как метода очистки поверхностных сточных вод возможно благодаря различной плотности веществ, их смачиваемости прочим свойствам.

Установки представляют собой достаточно простые устройства, основной функциональной частью которых являются своеобразные резервуары-отстойники. На дне отстойников размещаются погружные аэраторы, которые насыщают воду пузырьками тонкодиспергированного воздуха. При прохождении пузырьков воздуха через всю массу воду вместе с газом выносят нефтепродукты и другие нерастворимые примеси, после чего начинается работы следующего блока установки - скребкового механизма, который удаляет с поверхности воды грязную пену.

Выводы

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 вод.