Процесс обезвреживание сточных вод

Процесс обезвреживание сточных вод

1. Классификация методов очистки сточных вод

2. Основные технологические принципы и назначение механических методов очистки сточных вод: процеживания, фильтрования, гидроциклонирования и технические средства их осуществления

3. Химические и физико-химические способы очистки вод

4. Биологические способы очистки сточных вод

Требования к качеству очищенных вод диктуется условиями их дальнейшего применения. Если они возвращаются в производственный цикл, то степень их очистки определяется технологическими требованиями самого производства. (Например, для производства радиодеталей, печатных плат, спиртных напитков, пива, хороших газированных вод и т.д. требуется очистка природных вод, т.к. они для этого считаются грязными). Если же очищенные воды сбрасываются в окружающую среду, то необходимая степень их очистки определяется нормативами ПДК, ПДС и экологическими требованиями.

Выбор методов очистки зависит от состава сточных вод. Загрязнители сточных вод делятся на физические, биологические и химические. В свою очередь химические загрязнители делятся на:

— биологически нестойкие органические соединения;

— малотоксичные неорганические соли;

— вещества со специфическими токсичными свойствами, в том числе тяжелые металлы и биологически жесткие неразлагающиеся органические вещества.

Очистка сточных вод осуществляется: механическими, физико-химическими, химическими и биологическими методами.

Механическая очистка применяется для выделения из сточной воды нерастворенных минеральных и органических примесей. Назначение механической очистки в основном заключается в подготовке производственных сточных вод к биологической, физико-химической и другой более тонкой очистке. Как правило, механическая очистка обеспечивает выделение взвешенных веществ из вод до 90-95% и снижение органических загрязнений на 20-25%.

Продукт, который получается при удалении взвешенных веществ из сточных вод, называется осадок.

Основные методы удаления взвешенных веществ: процеживание, отстаивание, фильтрация, центрифугирование.

Процеживание. Основными аппаратами для процеживания являются решетки.Решетки устанавливают на очистных станциях при поступлении на них сточных вод самотеком.Не применять решетки на очистных станциях допускается в случае подачи вод насосами с установленными перед ними решетками с прозорами 16 мм или менее. Решетки делятся:

1) с ручной или механизированной выгрузкой осадка

2) вертикальные и наклонные

Здесь необходимо отметить, что решетки ставятся для извлечения из сточных вод крупных частиц размером более 10 мм. Все более мелкие частицы движутся со сточной водой на предварительное отстаивание.

Отстаивание.Метод отстаивания подразделяется на 2 группы:

1) осветление в поле гравитационных сил

2) осветление в поле центробежных сил.

Для осветления в поле гравитационных сил используют песколовки и отстойники.

Песколовки. Задерживают 40-50% взвешенных веществ с определенной гидравлической крупностью. Но здесь возникло новое понятие как гидравлическая крупность. Ею называется скорость оседания взвешенных частиц в поле гравитационных сил. Измеряется в мм/сек и определяется по формуле:

Где Н – глубина проточной части отстойника; τ – продолжительность отстаивания частиц в цилиндре с высотой столба воды h = 500 мм при температуре 20 С; n — показатель степени, определяемый по специальным таблицам. Он еще называется коэффициентом гравитационной коагуляции. При обычных условиях без добавки коагулянтов он изменяется от 0,5 до 2. При использовании коагулянтов он равен 0,35-0,75.

Исходя из этих показателей, можно рассчитать рабочую продолжительность протока t1 = H(U – w) , где w – вертикальная составляющая турбулентного потока.

Расчетная длина сооружения определяется по формуле L = t v , где v – скорость потока.

Песколовки подразделяются на:

1) вертикальные; 2) горизонтальные с прямолинейным или круговым движением воды; 3) аэрируемые; 4) тангенциальные.

Отстойники.Все аппараты отстойники делятся на 2 типа: периодического и непрерывного действия.

Типы аппаратов отстойников непрерывного действия:

1) вертикальные, 2) горизонтальные, 3) радиальные.

Необходимая площадь отстойника рассчитывается по формуле

Где Qc – суточная производительность отстойника, t – суточная продолжительность работы отстойника, U – гидравлическая крупность частиц,

к – коэффициент объемного использования площади отстойника равен отношению среднего фактического времени пребывания воды в отстойнике к расчетному. Для вертикальных отстойников этот коэффициент равен 0,4-0,5, а для радиальных и горизонтальных – 0,71-0,8.

Фильтрование.Существует два способа фильтрации: 1)фильтрация через слой зернистой загрузки, 2) через фильтровальную перегородку

Первый способ фильтрации заключается в следующем: через слой зернистой загрузки пропускается вода, содержащая взвешенные частицы. При этом происходит отложение взвешенных частиц в порах фильтрующего материала и отложение на поверхности этого материала.

Механизм удержания взвешенных веществ заключается в молекулярном (прилипании) и кулоновском электрическом взаимодействия. Эффект очистки взвешенных частиц определяется соотношением сил сцепления и отрыва от фильтрующего материала.

По скорости фильтрации фильтры делятся на медленные (со скоростью фильтрации менее 0,5 м/час), скорые (от 2 до 15 м/час) и сверхскорые фильтры (более 25 м/час).

Гидроциклоны.Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования частицы в поле гидроциклона может превышать скорость оседания эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз.

К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести: 1)высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии 2)сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок 3)отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет тангенциального ввода сточных вод 4)возможность создания компактных автоматизированных установок.

Химическая очистка производственных сточных водможет применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов. К химическим методам очистки относятся: нейтрализация, осаждение, окисление и электрохимическая обработка.

Читайте также:  Как прорастить суккуленты из семян

Нейтрализация. Производственные сточные воды от технологических процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделить из этих вод. Поэтому с целью предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации.

Реакция нейтрализации – это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях:

В результате рН среды приближается к 7.

При химической очистке применяются следующие способы нейтрализации:

1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод

2) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь СаО, гашеная известь Са(ОН)2 , кальцинированная сода Na2CO3, каустическая сода NaOH, аммиак NH4OH).

3) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит СаСО3.МgСО3, магнезит МgСО3, мел СаСО3 (96-99%).

4) в последнее время предложен способ нейтрализации щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО2, SО2, NO2 и др.

Окисление. Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси, например, цианиды КСN, или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).

В узком смысле окисление – реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком – всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживания сточных вод в качестве окислителя используют хлор, гипохлорит кальция или натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

Окисление активным хлором. Окисление ядовитых цианид-ионов СN — осуществляется путем перевода их в нетоксичные цианаты СNO- , которые затем гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов:

CN — + 2OH — -2e = CNO — + OH; CNO — + 2H2O = NH4 + + CO3 2-

Применение хлора здесь не надо путать с хлорированием сточных вод с целью их обеззараживания.

Электрохимические методы очистки основаны на электролизе производственных сточных вод. Основу составляют два процесса анодное окисление и катодное восстановление.

Осаждение.При этой операции получают нерастворимые осадки, которые затем могут быть захоронены либо использованы, например, в металлургической или другой промышленности.

К физико-химическим методам очистки относятся: коагуляция, флокуляция, сорбция, флотация, экстракция, ионный обмен, гиперфильтрация, ультрафильтрация, эвапорация, термоокисление, выпаривание, испарение, кристаллизация, высаливание, вымораживание, магнитная обработка, а также методы, связанные с наложением электрического поля – электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ и другие.

Коагуляция – это слипание частиц коллоидной системы при их столкновении в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты – более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей дисперсной среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением общего их числа в объеме дисперсной среды. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных – гетерокоагуляцией.

Для очистки сточных вод применяют следующие коагулянты:

1. Соли алюминия: сульфат алюминия (глинозем) Al2(SO4)3 *18H2O, алюминат натрия NaAlO2, оксихлорид алюминия Al2(OH)2Cl, полихлорид алюминия [Al2(OH)nCl 6-n]m(SO4)x где 1 7, а также слабоосновные аниониты, содержащие первичные NH2 и вторичные NН аминогруппы, диссоциирующие при рН + + Н(К) = Ме(К) + Н +

Ме + + Na(К) = Ме(К) + Na +

Где Ме + — катион, находящийся в сточной воде, (К) – сложный комплекс катионита.

Регенерация катионитов осуществляется промывкой кислотой (при Н-катионите) или раствором хлористого натрия (при Na-катионите)

Ме(К) + NaCl =Na(K) + MeCl

Поскольку в сточных водах, как правило, содержится несколько катионов, большое значение имеет селективность их поглощения. Для каждого вида катионита установлены ряды катионов по энергии их вытеснения.

Слабоосновные аниониты поглощают анионы сильных кислот

Регенерация слабоосновных анионитов достигается фильтрованием через слой анионита 2-4%-ных водных растворов NaOH, Na2CO3, NH4OH

Флотация процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы-пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью.

Экстракция.При относительно высоком содержании в производственных сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным методом очистки является экстракция органическими растворителями – экстрагентами. Этот метод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения

Читайте также:  Вешалка в прихожую в стиле лофт

После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. После экстракции вода и насыщенный экстрагент разделяются. Затем сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого используется вновь в технологическом процессе очистки.

Электродиализ– процесс сепарации ионов солей, осуществляемый в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока, применяемый для опреснения высокоминерализованных сточных вод. Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие (дилюатные) камеры. Под действием постоянного тока катионы, двигаясь к катоду, проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми, а анионы, двигаясь в направлении анода проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. В результате этого из одного ряда камер ионы обоих знаков выводятся в один ряд камер.

Обратный осмос (гиперфильтрация)– непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полунепроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества. При приложении давления выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки. Необходимое давление, превышающее осмотическое, составляет при концентрации солей 2-5 г/л 0,1-1 МПа и при концентрации солей 20-30 г/л — 5-10 МПа.

Биологические методы очистки сточных вод.Биологическое окисление широко применяемый на практике метод очистки сточных вод, позволяющий очистить от многих органических соединений. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и ряд высокоорганизованных организмов, водорослей и грибов, связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям, число которых варьируется от 10 6 до 10 14 клеток на 1 г сухой биомассы. Число родов бактерий может достигать 5-10, число видов – несколько десятков и даже сотен.

Различают очистку в естественных и искусственных условиях. К методам биологической очистки сточных вод в естественных условиях относятся: почвенная очистка, биологические пруды, биоплато. Методы биологической очистки сточных вод в искусственных условиях: биофильтры, аэротенки, окситенки, погружные биофильтры, биотенки-биофильтры, анаэробные биофильтры.

Дата добавления: 2016-01-26 ; просмотров: 2924 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ежедневно в результате работы промышленных предприятий и жизнедеятельности людей образуются огромные объемы сточных вод. Современные технологии обработки предотвращают их отрицательное воздействие на экологию.

Как утилизируются сточные воды

Промышленные предприятия и городские канализационные системы ежедневно собирают значительные объемы жидких отходов. Высокое содержание токсических веществ в сточных водах создает угрозу для окружающей среды. Все компании в России обязаны организовывать переработку в промышленных предприятиях, а также продуктов жизнедеятельности человека.

Утилизация сточных вод – процесс сбора осадка и нейтрализации загрязняющих соединений с сопутствующим обеззараживанием жидких масс. В современной промышленности используются различные методы обработки:

  • механические;
  • химические;
  • физико-химические;
  • биологические.

Небольшие очистные устройства или крупные сооружения могут производить утилизацию на основании одного или нескольких указанных методов.

Переработка иловых осадков

Российские предприятия приобрели успешный опыт создания биогазовых электростанций. Такие объекты производят переработку собранных иловых осадков, содержащихся в сточных водах. В качестве продукта утилизации на станции получают природный газ, пригодный для дальнейшей выработки электроэнергии.

В Москве в период с 2009 до 2012 года построены крупные биогазовые станции мощностью по 10 МВт. В 2016 году подобный объект был построен на центральном водоканале города Иваново. Отлаженная переработка иловых осадков помогает добиться ряда целей:

  • сокращение расходов на утилизацию остатков сточных вод;
  • улучшение экологической ситуации в регионе;
  • снижение расходов на транспортировку ила;
  • создание надежных энергосберегающих систем.

Совершенствование перерабатывающих технологий сокращает время сбраживания иловой смеси и дает возможность отказаться от использования цеха обезвоживания при утилизации.

Монтаж очистных сооружений

Строительство крупных объектов или жилых комплексов осуществляет система отведения сточных вод. Создание очистных сооружений делает предприятие автономным, сокращает расходы на утилизацию отходов и снижает отрицательное влияние на окружающую среду.

Мощность и тип очищающей системы зависит от характера сточных вод и других собираемых отходов. Монтаж производится в несколько этапов:

  1. Выбор места. Допускается установка на дистанции не менее метра от основания здания. Ввиду периодического сброса в ходе утилизации отходов, очищенной воды обустраиваются пути для ее сбора или отведения.
  2. Земляные работы. Вырывается и обустраивается котлован, укладываются коммуникации для транспортировки стоков и продуктов переработки.
  3. Монтаж очищающего оборудования. В котлован, соответствующий по размерам используемой техники, устанавливается очистная станция. Для обеспечения ее работоспособности подключаются подающие и отводящие магистрали, подается энергоснабжение, устанавливается дополнительное оборудование.

В ходе заключительных земляных работ автономная канализация заливается и обсыпается, после чего сооружение можно использовать по назначению.

Очистные системы на промышленных предприятиях

Специфика работы большинства производственных объектов подразумевает утилизацию материалов различной степени опасности. Побочные продукты переработки могут содержать специфические вещества, для работы с которыми не приспособлены обычные очистные сооружения. Система переработки сточных вод на таких предприятиях может включать специфические подходы:

  1. Гравитационное отсеивание. Тяжелые частицы под собственным весом оседают на дно резервуара и отсеиваются механически.
  2. Химическая нейтрализация. Сточные воды подвергаются обработке нейтрализующими веществами. Содержащиеся в них специфические химические соединения вступают в контролируемую реакцию и становятся нетоксичными.
  3. Биопереработка. Аэробные и микроаэрофильные микроорганизмы, для которых содержащиеся в отходах вещества служат продуктом питания. В результате их жизнедеятельности сложные химические соединения разбиваются на более простые и обезвреживаются.
Читайте также:  Как плести браслеты из бисера для начинающих

Если промышленное предприятие сбрасывает большое количество отходов разных видов, применяются физико-химические методы. Они подразумевают утилизацию посредством электролиза, ионного обмена, флотации и прочих процессов для обезвреживания сточных вод.

Утилизация шлама

При бурении земли образуется большое количество специфических отходов. Буровой шлам – результат бурения в почве или твердых породах. Это масса твердых частиц, содержащая землю, глину, бетониты и воду. Утилизация шлама проводится путем помещения в подземные пласты или захоронения на территории полигонов. Различные методы обработки позволяют приспособить его для дальнейшего использования:

  1. Термический. Путем обжига из шлама получают сырье для производства битума, не содержащего органических веществ.
  2. Физический. При помощи центробежной силы или давления сыпучая смесь разбивается на фракции.
  3. Химический. Чистая порода выделяется из шламовой массы растворителями и отвердителями.
  4. Биологический. Применяются при захоронении, подразумевают применение микроорганизмов для постепенной переработки.
  5. Физико-химический. Посредством специального оборудования и реагентов вредящие экологии компоненты удаляются из шлама.

Продукты бурения несут серьезную угрозу для экологии, поэтому порядок обращения с ними закреплен в положениях N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» и других нормативных актах. Каждое предприятие, работающее в горно-рудной сфере, обязано производить утилизацию шлама самостоятельно или путем обращения в специализированные организации.

Утилизация сточных вод необходима для предотвращения отрицательных воздействий на экологию. Для этого используют переработку осадков, очистные сооружения и системы.

Обезвреживание и обеззараживание сточных вод

Конечной стадией очистки сточных вод является их обезвреживание и обеззараживание. Поскольку при использовании механической очистки отработанных бытовых и промышленных вод удается добиться лишь более или менее приемлемого для данного производственного цикла уровня осветления и высвобождения их от взвешенных механических частиц путем осаждения с последующим удалением осадка (в чем, собственно, и состоит механическая очистка), то в большинстве случаев биологическая очистка становится необходимым этапом полного технологического цикла очистки сточных вод.

Именно биологическая очистка считается наиболее эффективной. При этом на первый план выходят оценки необходимых затрат для получения в результате требуемых экологических параметров прошедших биологическую обработку отработанных вод. Сама же по себе биологическая очистка может производиться либо искусственным, либо естественным методами. Обычно методы биологической очистки относят либо к так называемым интенсивным либо экстенсивным.
Естественно, при выборе метода, определяющую роль играют экономические факторы. Например, экстенсивный метод (естественная очистка) требует ощутимо меньших затрат при строительстве. А что еще более важно — в его технологическом цикле не применяется хлорирование. Тем не менее, при использовании естественной очистки, в полученных стоках на выходе из цикла очистки не отмечается присутствие яиц гельминтов и прочих паразитарных бактерий и микроорганизмов. Основным недостатком этого метода можно назвать то, что он требует гораздо большей территории и весьма затянутый по времени производственный цикл. Сегодня применение естественных методов считается достаточно эффективным при обезвреживании сточных вод предприятий пищевой промышленности, а также в условиях тех производств, в технологическом цикле которых необходима переработка легко разлагающихся органических веществ.

Что до применения в производственных масштабах так называемой искусственной биологической очистки (иначе этот метод обозначается как интенсивный), то этот метод заключается в том, что здесь промышленные и бытовые стоки обрабатываются на специальных очистных сооружениях, что, как правило, существенно улучшает основные характеристики стоков на выходе. К тому же метод искусственной биологической очистки требует отчуждения для строительства очистных сооружений гораздо меньших территорий. Но при всем том происходит рост затрат как на само строительство, так и для оплаты поставок значительных объёмов электрической и тепловой энергии. Наконец, для работы на сооружениях, входящих в технологический цикл искусственной биологической очистки требуется привлечение достаточно квалифицированного персонала для управления им, поскольку в рамках данного метода применяется хлорирование, то есть необходимы навыки работы с особо опасными веществами.

Сам процесс интенсивной очистки сводится к более полной аэрации сточных вод, то есть к насыщению поступающих на обработку стоков сжатым воздухом. В бетонные ёмкости, именуемые аэротенками подаётся под определенным давлением сжатый воздух. В результате, в этих аэротенках образуется особая разновидность активного ила, весьма насыщенного микробной флорой и простейшими водными организмами. И этот активный ил адсорбирует, окисляет и минерализует органические вещества стоков.

Похожие процессы имеют место и в перколяторах, представляющих собой резервуары, заполненные тем или другим фильтрующим материалом: шлаком, каменной щебенкой, коксом. В них тоже, снизу под давлением подается сжатый воздух, а окисление органики в стоках происходит при помощи водорослей, простейших бактерий и червей.

Естественная очистка стоков происходит в биологических прудах, на полях орошения (ПО) и полях фильтрации (ПФ). Здесь в сточных водах развиваются те же, по сути, биохимические процессы, что и при естественном самоочищении водоемов. Как поля орошения, так и поля фильтрации предназначены для естественной биологической очистки в почве. При этом на полях орошения производится не только очистка сточных вод, но и выращивание различных сельхоз культур. С другой стороны, на полях фильтрации имеет место только очистка сточных вод, что требует ощутимо меньших площадей.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector