Охрана гидросферы

В зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик загрязнений (примесей) сточные воды подразделяются на 3 основных категории: Производственные — использованные в технологическом процессе производства (для промывки сырья и готовой продукции, охлаждения тепловых агрегатов и т.п.) или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руд и т.п.). Производственные сточные воды ряда отраслей промышленности загрязнены главным образом отходами производства, в которых могут находиться ядовитые вещества (напр синильная кислота, фенол, содержание мышьяка, анилин, соли меди, свинца, ртути и др.), а также вещества, содержащие радиоактивные элементы; некоторые отходы представляют определенную ценность (как вторичное сырье). Воду, используемую в промышленности подразделяют на: охлаждающую, технологическую и энергетическую.

Вода часто служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, в этом случае она лишь нагревается.В промышленности 65-80% расхода воды используют для охлаждения.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующую используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства. Промывающую – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) твердых продуктов и изделий. Реакционную – в составе реагентов. Технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и изделиями.Энергетическая вода потребляется для получения пара и нагревания оборудования, помещений, продуктов.

Бытовые - воды, удаляемые из туалетных комнат, ванн, кухонь, столовых, больниц и т.п. Они загрязнены в основном физиологическими отбросами и хозяйственно-бытовыми отходами. Атмосферные - дождевые и талые воды. Состав природных вод оценивают физическими, химическими и санитарно- гигиеническими показателями.Физические показатели – температура, содержание взвешенных веществ (прозрачность), цветность, запах и привкусы.

Химический состав вод характеризуется: ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, рН, сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, сероводорода, активного хлора. Ионный состав воды определяют наиболее распространенные анионы и катионы: натрий+, калий+ , хлориды сульфаты.Кальций и магний обуславливают жесткость воды карбонаты и бикарбонаты характеризуют щелочность воды. Солесодержание воды оценивают по сухому остатку, мг/л. Растворенные в воде газы – кислород, углекислота, сероводород, аммиак обуславливают запахи и коррозионную активность воды. Окисляемость воды вызывается присутствием органических и некоторых легко окисляемых неорганических примесей, характеризуется количеством кислорода (мг/л) необходимого для окисления этих примесей.

Санитарно-бактериологическими показателями качества воды являются коли-индекс, коли-титр, а также общее число содержащихся в воде бактерий (микробное число). Источники загрязнения водных объектов Для каждого из источников загрязнения воды в инструкции «Классификация источников загрязнения водных объектов» Москва 1985 приведены определения. 11 Промышленный источник – это хозяйственный объект, из которого происходит вынос загрязняющих веществ, полученных в процессе промышленного производства (выпуск сточных вод) 12 Коммунальный источник – хозяйственный объект из которого происходит вынос загрязняющих веществ, образующихся в процессе удаления отходов бытовой деятельности людей (территория населенного пункта, свалка, полигон твердых и жидких бытовых отходов, поля фильтрации). 13 С/х источники – это источники, образующиеся в процессе с/х производства (пахотные поля, животноводческие фермы, осушительный коллектор). 14 Транспортный источник – хозяйственный объект, по которому происходит перенос загрязняющих веществ по территории (автомагистраль, загрязненный водосток, транспортные средства) Для контроля состояния вод, все источники загрязнения имеют классификационные индексы, по которым можно дать оценку воздействия на водные объекты.

I По происхождению: 11,12,13,14. II По локализации: точечные 21, линейные 22, площадные 23. III По продолжительности воздействия: постоянные 31, периодические 32, эпизодические 33. IV По виду носителя загрязняющих веществ: 41,42. V По виду загрязнения: 51, Очистка сточных вод При выборе способа очистки примесей учитывают не только их состав в сточных водах, но и требования, которым должны удовлетворять очищенные воды: при сбросе в водоем – ПДС и ПДК, а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те требования, которые необходимы для осуществления конкретных технологических процессов. Степень очистки сточных вод при сбросе их в водоемы определяется нормативами качества воды водоема в расчетном створе и в большой степени зависит от фоновых загрязнений.

Механические способы очистки сточных вод Процеживание Это первичная стадия очистки сточных вод – предназначена для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25мм. Процеживание осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители. Решетки изготавливаются из металлических стержней с зазорами между ними 5-25 мм, устанавливают в коллекторах сточных вод вертикально или под углом 60-700 к горизонту.

Скорость движения сточных вод в зазоре между стержнями решетки не должна превышать значений 0,8-1 м/с при максимальном расходе сточных вод. Отстаивание.

Основано на особенностях осаждения твердых частиц в жидкости и осуществляют в песколовках и отстойниках. Песколовки применяют для выделения частиц песка.

В зависимости от направления движения сточной воды песколовки делятся на горизонтальные с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые.

Наиболее часто используют горизонтальные песколовки. Удаление осадка из шламосборника осуществляют, как правило, ежесуточно.Глубина песколовки 0,25 –1 м. Отстойники используют для выделения из сточных вод твердых частиц, размером менее 0,25 мм. По направлению движения сточных вод делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные.

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два и более одновременно работающих отделения.Глубина отстойников равна Н = 1,5 – 4 м, длина 8 – 12Н, ширина коридора 3 – 6м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка, эффективность отстаивания достигает 60%, применяют при расходах воды свыше 15000 м3/сут. Фильтрование.

Применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено.Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. В процессе очистки сточных вод приходится иметь дело с большим количеством воды, поэтому применяют фильтры, для работы которых не требуется высоких давлений, то есть фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры с фильтрующим зернистым слоем.

В зернистых фильтрах широко используют в качестве фильтроматериалов кварцевый песок, дробленный шлак, гравий и т. д. Их изготавливают однослойными и многослойными. Поступает сточная вода по коллектору, равномерно распределяясь по сечению фильтра. И поток воды проходит через слои гравия и песка и через перфорированное днище через трубопровод выводится из фильтра.Регенерацию фильтра осуществляют продувкой сжатого воздуха, подаваемого в фильтр по трубопроводу и с последующей обратной промывкой водой через вентиль.

Физико-химические методы очистки сточных вод К физико-химическим методам очистки сточных вод относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистиляцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ.

Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей. Для этого в сточной воде добавляют специальные вещества - коагулянты. Коагулянты образуют в воде хлопья гидрроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести.Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.

Флотация. Суть метода заключается в том, что при сближении поднимаются в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей происходит процесс слипания.Затем комплекс пузырек – частица поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц. Достоинствами флотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, высокая степень очистки (95-98%), возможность рекуперации удаляемых веществ.

Флотация сопровождается аэрацией сточных вод. Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод: 1. С выделением воздуха из растворов. За счет уменьшения давления. 2. С механическим диспергированием воздуха. За счет вращения импеллера в жидкости возникает большое число мелких вихревых потоков, которые разбиваются на пузырьки определенной величины. 3. С подачей воздуха через пористые материалы.При пропускании воздуха через пористые керамические пластины получаются мелкие пузырьки. 4. Электрофлотацию. 5. Химическая флотация.

При введении в сточные воды некоторых веществ протекают химические процессы с выделением газов: О2, СО2, . Адсорбция.Адсорбционные методы очистки широко применяют для глубокой очистки сточных вод. Она может быть регенеративной (то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией) и деструктивной (с уничтожением адсорбентов вместе с извлеченными веществами из сточных вод). Эффективность очистки 80-95% в зависимости от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности.

В качестве адсорбентов используют активированный уголь, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и др.). Процесс адсорбции состоит из 3 стадий: 1. Перенос вещества из сточных вод к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область) 2. Адсорбционный процесс. 3. Перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область). Процесс адсорбционной очистки сточных вод ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента.

Химические методы очистки сточных вод К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных реагентов, поэтому дороги. Их применяют для удаления растворимых веществ и в замкнутых системах водоснабжения.Нейтрализацию осуществляют за счет смешения кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагента, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы.

В процессе окисления сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, пероксид водорода, кислород, озон и др. В процессе окисления токсичные загрязнения переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды. Биохимические методы очистки Биохимические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических веществ.

Процесс основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности, органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода. Известны аэробные и анаэробные методы.Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток О2 и температура 20-400С. Микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке.

Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены скоплениями бактерий, простейшими червями, плесневыми грибами, дрожжами, редко – личинками насекомых, рачков, а также водорослями. Биопленка растет на наполнителях биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Анаэробные методы очистки протекают без доступа О2, их используют для обезвреживания осадков.Очистка в природных условиях Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях.

На полях орошения, фильтрации и биологических прудах. Поля орошения. Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очистки сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод идет под действием почв микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.Если на полях не выращивается с/х культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации.

Достоинства полей орошения: 1. Снижаются капитальные и эксплуатационные затраты. 2. Обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев с/х растений. 3. Вовлекается в с/х оборот малопродуктивной земли. Биологические пруды.Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями.

Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5 – 1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. В зимнее время пруды не работают. Очистка в искусственных сооружениях Искусственными сооружениями является аэротенки и биофильтры разной конструкции. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью. Аэротенками называются ж/б аэрируемые резервуары.Процесс очистки в аэротенках идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточных вод и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии.

Аэротенк – это открытый бассейн, оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Они бывают 2, 3, 4 – коридорными.Глубиной 2-5 м. Биофильтры – это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка). Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии.

И масса активной пленки увеличивается. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. В качестве загрузки используют: щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические кольца, кубы и т.д. Оборотное водоснабжение Наиболее перспективный путь снижения потребления свежей воды – это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения.Схемы оборотного водоснабжения показаны на рис. 1. При оборотном водоснабжении следует предусмотреть необходимую очистку сточной воды, обработку и использование сточной воды. а) с охлаждением воды б)с очисткой воды в) с очисткой и охлаждением воды Рис. 1: Схема оборотного водоснабжения.

П - производство; НС - насосная станция; OX - охлаждение воды; ОС - очистка сточной вод. В схеме (а) вода является теплоносителем и в процессе использования не загрязняется, а нагревается, перед повторным использованием ее охлаждают в прудах. В схеме (б) воду перед повторным использованием очищают- В схеме (н) воду очищают и охлаждают.

Во всех случаях свежая вода добавляется лишь на восполнение потерь.При оборотном водоснабжении необходимо предусмотреть необходимую очистку сточных вод, охлаждение оборотной воды. Применение оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды. Например, для выработки 1 т. каучука при прямоточном водоснабжении в старых производствах требуется 2100 м3 свежей воды, а при оборотном водоснабжении - лишь 165 м . При оборотном водоснабжении значительно уменьшаются капитальные и эксплутационные затраты.

Во всех отраслях промышленности доля оборотной воды непрерывно возрастает.Так в химической промышленности она возросла до 82.5% Оборотную воду в основном используют в теплообменной аппаратуре для отведения избыточного тепла. Для предотвращения инкрустации, коррозии, биологического обрастания часть оборотной воды выводят из системы (продувочная вода), добавляя свежую воду из источника или очищенные сточные воды. Согласно требованиям "Основ водного законодательства РФ", система водообеспечения промышленных предприятий должна быть спроектирована с оборотом воды для всего предприятия или в виде системы замкнутых циклов для отдельных цехов или участков. При этом необходимо предусматривать очистку отработанной сточной воды.