Методы очистки сточных вод. 2
Кафедра прикладной химии
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине «Экология»
на тему: «Методы очистки сточных вод».
Содержание
Введение…………………………………………………………
- Сточные воды и их общая характеристика…………………………..4
- Методы очистки сточных вод………………………………………….8
Заключение……………………………………………………
Список использованной литературы………………………………………..20
Введение
Проблема очистки промышленных стоков и подготовки воды для технических и хозяйственно-питьевых целей с каждым годом приобретает все большее значение. Сложности очистки сказана с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках, количество и состав которых постоянно изменяется в следствие появления новых производств и изменение технологии существующих.
В настоящее время метод очистки сточных вод активным илом является наиболее универсальным и широко применяемым при обработке стоков. Использование технического кислорода, высокоактивных симбиотических иловых культур, стимуляторов биохимического окисления, различного рода усовершенствованных конструкций аэротенков, аэрационного оборудования и систем отделения активного ила позволило в несколько раз повысить производительность метода биологической очистки. Значительные резервы скрыты также в области интенсификации массообмена.
Проблема биологической очистки стоков приобретает возрастающее народнохозяйственное значение. Каждый город и промышленное предприятие имеют комплекс подземных трубопроводов, очистных сооружений, с помощью которых осуществляется отвод использованных и отработавших вод, очистка и обеззараживание их, а также обработка и обезвреживание образующихся при этом осадков с одновременной утилизацией ценных веществ.
Сточные воды образуются при использовании природной или водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. Также относятся атмосферные осадки, подземные воды.
Сточные воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий. Они являются источником загрязнения окружающей природной среды. Поэтому очень важно все сточные воды целенаправленно отводить, а главное очищать, чтобы устранить все негативные последствия от воздействия сточных вод.
Сточная вода и их общая характеристика.
Сточная вода — это вода, бывшая в бытовом, сельскохозяйственном или производственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию.
Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделаны на три вида:
- производственные — использованные в технологических процессах производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых;
- бытовые — от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, душевых установок, прачечных и др.;
- атмосферные — дождевые и от таяния снега.
Производственные сточные вода делятся на две категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).
Загрязненные производственные) сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на три основные группы:
- загрязненные преимущественна минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных изделий и материалов и др.);
- загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, микробиологической промышленности; заводы по производству пластмасс, каучука и др.);
- загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, бумаги, витаминов и др.).
Пo концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды разделяются на четыре группы:
1-500;
500-5000;
5000-30000,
более 30000 мг/л.
Производственные сточные воды могут различаться по физическим свойствам загрязняющих их продуктов, по степени агрессивности (слабоагрессивные с pН = 6-6,5 и рН= 8-9, сильноагрессивные с pН < 6 и рН > 9 и неагрессивные с pН = 6,5-8).
Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того они образуются при охлаждении основного производственного оборудования и продуктов производства.
На различных предприятиях, даже при одинаковых технологических процессах, состав производственных сточных вод, режим водоотведения и удельный расход на единицу выпускаемой продукции весьма разнообразны. Большой значение в формировании состава производственных сточных вод имеет вид перерабатываемого сырья.
В анализируемых сточных водах должны определяться: содержание компонентов, специфичных для данного вида производства (фенолов, нефтепродуктов, ПАВ и т.п.); общее количество органических веществ, выражаемое величинами БПКполн и ХПК; активная реакция; степень минерализации; интенсивность окраски и др. Физико-химические показатели производственных сточных вод свидетельствуют о широком диапазоне колебаний состава этих вод, что выбывает необходимость тщательного обосновании выбора оптимального метода очистки для каждого вида этих вод.
В технологических процессах образуются следующие основные виды сточных вод.
Реакционные воды — характерны для реакций, протекающих с образованием воды, очистка их представляет серьезную проблему.
Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах — свободная или связанная вода, находящаяся во многих видах сырья (угле, нефти, сланцах и др.) и исходных продуктов, в процессе переработки загрязняются всевозможными органическими веществами.
Промывные воды — используют для промывки сырья и продуктов, получаемых в технологических процессах.
Маточные водные растворы — образуются в результате проведения процессов получения или переработки продуктов в водных средах.
Водные экстракты и абсорбционные жидкости- получаются при использовании вода в качестве экстрагента или абсорбента. Содержат значительные количества химических веществ, наибольшие объемы образуются при мокрой очистке газов.
Охлаждающие воды — используются для охлаждения продуктов и аппаратов. Вода, не соприкасающаяся с технологическими продуктами, применяется в системах оборотного водоснабжения.
Другие виды сточных вод — образуются от вакуум-насосов, конденсаторов смешения, при гидрозолоудалении, конденсации паров воды, от мойки оборудования и т.д.
Отведение производственных сточных вод по общей или отдельным сетям, а также смешение этих вод с бытовыми сточными водами во многом зависит от того, будет ли в дальнейшем принята их совместная или раздельная очистка. Условия отведения сточных вод определяются также характером загрязняющих веществ.
Количество производственных сточных вод находится в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водоотведения для различных отраслей промышленности. Нормой водоотведения является установленное среднее количество сточных вод, отводимое от производства в водоем, при целесообразной норме водопотребления. Норма водоотведения включает количество выпускаемых в водоем сточных вод — очищенных производственных и бытовых; производственных, не требующих очистки, фильтрационных из прудов-осветлителей, хвостохранилищ и шламонакопителей.
При отсутствии норм водоотведения количество сточных вод определяется по технологическим расчетам в соответствии с регламентом производства.
Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования производственных сточных вод изучается их состав и режим водоотведения. При этом анализируются физико-химические показатели сточных вод и режим поступления в канализационную сеть не только общего стока промышленного предприятия, ко и сточных вод от отдельных цехов, а при необходимости от отдельных аппаратов.
Методы очистки сточных вод.
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их. Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода)
Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.
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.
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.
Отстаивание. Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.
Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и размера. Такие воды представляют собой полидис-персные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе и коагулянты. Эти явления также оказывают влияние на форму и размеры частиц. Все это усложняет установление действительных закономерностей процесса осаждения.
Песколовки. Их применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,20-0,25 мм) из сточных вод. Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1,00 м. Скорость движения воды в них не превышает 0.3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 мі/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0.05 м/с.
Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.
Отстойники. Различают отстойники: горизонтальные, вертикальные, радиальные, тонкослойные (трубчатые, пластинчатые).
Горизонтальные отстойники. Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения Вода движется с одного конца отстойника к другому.
Осветлители. Их применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.
Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока - сечение 1-1. Выше этого сечения образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. При этом наблюдается процесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.
Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.
Физико-химические методы очистки
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко
дисперсные и растворенные неорганические
примеси и разрушаются органические и
плохо окисляемые вещества, чаще всего
из физико-химических методов применяется коагуляция (объединение мелких диспергированных частиц в большие по размеру агрегаты), окисление (химическая реакция, сущность
которой состоит в отнятии электронов
от атомов или ионов), сорбция (поглощение твёрдым телом либо
жидкостью различных веществ из окружающей
среды), экстракция (метод извлечения вещества из раствор
Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.
Физико-химические методы очистки сточных вод с применением коагулянтов
Для обеспечения высокой степени очистки сточных вод в ряде случаев одной биохимической очистки производственных сточных вод недостаточно, поэтому в последние годы отмечено возрастающее применение физико-химических методов. Широкое распространение получили коагуляция и флотация. Реагентный способ очистки достаточно эффективен и прост. Этот способ можно применять практически при неограниченных объемах сточных вод.
Совместное использование коагулянтов и флокулянтов позволит еще более расширить использование этих реагентов для очистки сточных вод. Большие резервы интенсификации метода коагуляции и флокуляции связаны как с более глубоким исследованием механизмов явлений, сопровождающих эти процессы, так и с более эффективным использованием различных физических воздействий.
Данные зарубежных исследований показывают, что значительного повышения эффективности реагентного способа можно добиться оптимизацией технологии очистки, предусматривающей смешение реагентов с водой, а также подбором используемых коагулянтов и флокулянтов.
Эффективность реагентного способа очистки воды, в частности с использованием коагулянтов, можно повысить, установив долее строгий контроль за расходом реагентов в зависимости от количества загрязнений, присутствующих в сточных водах, и физико-химических характеристик этих загрязнений, в первую очередь от их заряда, характеризуемого x потенциалом. Внедрение автоматизированного контроля за расходом реагентов позволит повысить не только степень очистки воды, но и снизить расход реагентов.
Эффективность реагентного способа можно также повысить, применяя физические воздействия на обрабатываемую воду и водные системы (например, электрические и магнитные поля, ультразвук, радиацию и другие способы).
Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротен0ки.
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.
В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.
Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.
Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)
Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.
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.
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.
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.
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%.
