Методы термической обработки отходов сточных вод

     Содержание

Введение            4

Глава 1. Классификация и состав сточных вод      6

Глава 2. Методы и способы очистки сточных вод     9

2.1. Способы  очистки и переработки сточных  вод     9

2.2. Механические  методы очистки сточных вод           10

2.3. Химические  методы очистки сточных вод            12

2.4. Физико-химические  и физико-механические методы  очистки сточных вод                   13

2.5. Биохимические  методы очистки сточных вод           15

Глава 3. Метод термической обработки осадков сточных вод         16

3.1. Термические  методы обезвреживания сточных  вод и назначение термической обработки сточных вод             16

3.2. Общие требования к проектированию установок           18

3.3. Постановка экологических задач, возникающих при проектировании энергетического объекта (ЭО). Классификация сточных вод, возникающих при деятельности ЭО                20

3.4. Требования к качеству сточных вод, поступающих на термодистилляционное и выпарное оборудование. Рекомендуемые способы предварительной обработки сточных вод             24

3.5. Критерии выбора термодистилляционного и выпарного

Оборудования                 26

Глава 4. Экологическая оценка последствий работы термодистилляционных и выпарных установок                37

Глава 5. Проблемы применения и эксплуатации установок для термической обработки осадков сточных вод              39

Выводы                  45

Список  литературы                47 
 

     Введение

     Тысячи  лет человек восхищается, любуется и наслаждается водой. Роль воды в  жизни нашей планеты удивительна  и, как ни странно, раскрыта ещё не до конца. Большая часть (70,8%) поверхности  земли покрыта океанами и морями. Но человек, как правило, не может  использовать всю эту воду в своих  целях, так как океан – это  не просто вода, а достаточно солёная  вода. Морские воды составляют 96,5% общего объёма, а на долю пресных вод  приходится лишь около 3,5%, но человечество не может пользоваться даже этим малым  количеством воды в полной мере. Из него менее одного процента находится  в жидком состоянии.

     Состояние водных ресурсов, на сегодняшний день, вызывает тревогу. Дело в том, что  в водоёмы попадают огромное количество различных, не свойственных им, химических веществ, которые ухудшают их качество. Основным источником загрязнения окружающей природной среды являются промышленные предприятия, теплоэлектростанции  и транспорт. Переход на новые  технологии позволит уменьшить выбросы  загрязнений. Общие правила заключаются  в том, чтоб предотвратить загрязнения. Для этого в промышленности применяются  системы очистки сточных вод  и газоулавливающие установки, на выхлопных  трубах автомобилей устанавливаются  специальные фильтры. Уменьшение загрязнения  среды способствует переход на новые, более «чистые» источники энергии.

     Рост  городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых  земель, улучшение культурно-бытовых  условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения  водой.

     Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего водопотребления  используется в сельском хозяйстве.

     Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная  металлургия. Развитие энергетики также  приводит к резкому увеличению потребности  в воде. Значительное кол-во воды расходуется  для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности  населения. Большая часть воды после  ее использования для хозяйственно-бытовых  нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

     Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более  возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для  решения этой проблемы.

     На  современном этапе определяются такие направления рационального  использования водных ресурсов: более  полное использование и расширенное  воспроизводство ресурсов пресных  вод; разработка новых технологических  процессов, позволяющих предотвратить  загрязнение водоемов и свести к  минимуму потребление свежей воды.

     Цель  курсовой работы – ознакомиться с  методами очистки сточных вод  и подробно рассмотреть метод  термической обработки осадков  сточных вод.

     Основные  задачи:

     -рассмотреть  виды сточных вод;

-ознакомиться  с основными методами очистки  сточных вод и подробно рассмотреть  метод термической обработки  осадков сточных вод;

-выявить проблемы применения и эксплуатации установок для термической обработки осадков сточных вод.

     Глава 1. Классификация и состав сточных вод

     Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

по источнику  происхождения:

1. производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в технологических процессах при производстве или добыче полезных ископаемых), отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации;
2. бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные воды (образующиеся в жилых помещениях, а также в бытовых помещениях на производстве, например, душевые кабины, туалеты), отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации;
3. поверхностные сточные воды (делятся на дождевые и талые, то есть образующиеся при таянии снега, льда, града), отводятся как правило через систему ливневой канализации. Так же могут называться «ливневые стоки».

     Производственные  сточные воды, в отличие от атмосферных  и бытовых, не имеют постоянного  состава и могут быть разделены:

     по  составу загрязнителей на:

• загрязнённые по преимуществу минеральными примесями;
• загрязнённые по преимуществу органическими примесями;
• загрязнённые как минеральными, так и органическими примесями;

     по  концентрации загрязняющих веществ:

• с содержанием примесей 1—500 мг/л;
• с содержанием примесей 500—5000 мг/л;
• с содержанием примесей 5000—30000 мг/л;
• с содержанием примесей более 30000 мг/л;

     по  свойствам загрязнителей

1. по кислотности:

• неагрессивные (pH 6,5—8);
• слабоагрессивные (слабощелочные - pH 8-9 и слабокислые- pH 6-6,5);
• сильноагрессивные (сильнощелочные - pH>9 и сильнокислые - pH<6).

     2. по токсическому действию и действию загрязнителей на водные объекты:

• содержащие вещества, влияющие на общесанитарное состояние водоёма (напр., на скорость процессов самоочищения);
• содержащие вещества, изменяющие органолептические свойства (вкус, запах и др.);
• содержащие вещества, токсичные для человека и обитающих в водоёмах животных и растений.

     В составе сточных вод выделяют две основных группы загрязнителей:

1. консервативные, т.е. такие, которые с трудом вступают в химические реакции и практически не поддаются биологическому разложению (примеры таких загрязнителей соли тяжёлых металлов, фенолы, пестициды),

2. неконсервативные, т.е. такие, которые могут в т.ч. подвергаться процессам самоочищения водоёмов.

     В состав сточных вод входят как  неорганические (частицы грунта, руды и пустой породы, шлака, неорганические соли, кислоты, щёлочи); так и органические (нефтепродукты, органические кислоты), в т.ч. биологические объекты (грибки, бактерии, дрожжи, в т.ч. болезнетворные). 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 1

     Физико-химические показатели сточных вод некоторых  промышленных предприятий

     Глава 2. Методы и способы очистки сточных вод

2.1. Способы очистки и переработки сточных вод

     Сточные воды, загрязненные различными веществами, независимо от свойств и концентрации примесей, по фазово-дисперсному состоянию подразделяются на 4 группы (классификация Л.А. Кульского).

Таблица 2

Классификация примесей по фазово-дисперсному состоянию [12]

     Промышленные  сточные воды от различных примесей очищают следующими методами:

1. механическими;
2. физическими;
3. химическими;
4. физико-химическими;
5. физико-механическими;
6. биологическими;
7. термическими.

     Каждая  из этих групп методов характеризуется  большим набором способов очистки  сточных вод, применение которых  обусловлено как свойствами загрязненным стокам, так и требованиями, предъявляемыми к качеству очищенной воды.

      Рис. 1. Схема  классификации способов очистки  сточных вод [14]. 

     Названные методы кроме этого подразделяют на рекуперационные и деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку ценных компонентов. При деструктивных методах вещества, загрязняющие воды, подвергают разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляют из воды в виде газов или осадков.

2.2. Механические методы очистки сточных вод

     Механическую  очистку сточных вод применяют  при отделении нерастворимых  примесей. Для этого используют методы процеживания, отстаивания и фильтрования. Методами процеживания воды через решетки и сетки избавляются от грубодисперсных примесей. На очистных сооружениях это I стадия очистки.

     Более мелкие твердые частицы удаляют  путем отстаивания и фильтрования, для этого используют аппараты: отстойники и фильтры. Применяют также разделение загрязнений и воды с помощью  различных типов центрифуг и  гидроциклонов.

     Отстаивание представляет собой разделение суспензий и эмульсий в поле гравитационных сил. На результаты отстаивания взвесей сильное влияние оказывают различные факторы: равномерность распределения воды в отстойнике, перепад температур, особенности строения аппаратов отстаивания (выступы, сужения ...).

     Отстойники периодического действия используют при небольших расходах или периодическом поступлении сточных вод. Эти отстойники представляют собой металлические или железобетонные резервуары с коническим днищем. Размеры отстойника определяются в основном расходом сточных вод и кинетикой осаждения взвешенных частиц. 
Отстойники непрерывного действия (вертикальные, горизонтальные, радиальные) применяют при больших расходах сточных вод.

 
Рис. 2. Схема  конструкций отстойников сточных  вод [11]

     Для интенсификации процессов отстаивания  в сточные воды добавляют коагулянты и флокулянты, которые способствуют укрупнению частиц и, следовательно, увеличению скорости осаждения.

     Кроме того, используют различные конструктивные введения: тонкослойные отстойники, отстойники со взвешенным слоем.

     В процессах фильтрования в зависимости от количества и характера примесей, а также расхода сточных вод и требований к осветленной воде, применяют фильтры с зернистой нагрузкой или с фильтровальной перегородкой (ткань, мембрана, волокна).

     Фильтры подразделяются по скорости фильтрования: медленные (0.5 м/ч), скорые (2-15 м/ч) и сверхскорые (более 25 м/ч). Кроме того, фильтры  могут быть открытыми и закрытыми  и различаться по размерам загрузки.

     Регенерацию фильтров с нагрузкой осуществляют продувкой водно-воздушной смесью, фильтров с фильтровальной перегородкой - смывают загрязнения промывной  водой.

     2.3. Химические методы очистки сточных вод

     Эти методы применяют для удаления из сточных вод растворимых примесей. Методы связаны с использованием различных реагентов, которые при  введении в воду вступают в химические реакции с вредными примесями, в  результате чего примеси окисляются или восстанавливаются с получением малотоксичных веществ или переводятся  в малорастворимые соединения и  удаляются в виде осадка. Наиболее распространены методы нейтрализации  и окисления.

     Химическая  очистка применяется как самостоятельный  метод или как предварительный  перед физико-химической и биологической  очисткой. Его применяют для снижения коррозионной активности сточных вод, удаления из них тяжелых металлов, очистки стоков от гальванических участков, для окисления сероводорода и  органических веществ, для дезинфекции  воды, ее обесцвечивания в других случаях.

     Нейтрализация применяется для очистки стоков от гальванических, травильных и других производств, где применяются кислоты и щелочи. Нейтрализация производится путем смешивания кислых сточных вод со щелочами, добавлением в сточные воды реагентов (известь, карбонаты кальция и магния, аммиак и др.) или фильтрованием через нейтрализующие материалы (известь, магнезит, мел, известняк и др.).

     Окисление применяется для обезвреживания сточных вод от токсичных примесей (медь, цинк, сероводород, сульфиды), а также от органических соединений. В качестве окислителей используются хлор, озон, кислород, хлорная известь, гипохлорид кальция и др. Характер протекания реакций окисления зависит от вида загрязнения, выбранного окислителя и условий окисления. 

     2.4. Физико-химические и физико-механические методы очистки сточных вод

     Методы  применяют для очистки сточных  вод в виде суспензий или эмульсий, а также растворимых неорганических и органических примесей. К этим методам относят коагуляцию и  флокуляцию, флотацию, ионный обмен, адсорбцию, экстракцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, ректификацию, электродиализ и т.д.

     Таблица 3

     Область применения физико-химических способов  
очистки сточных вод [2]

     Обратный осмос (гиперфильтрация) - процесс фильтрования сточных вод через полупроницаемые мембраны под давлением. При концентрации солей 2-5 г/л давление до 1 МПа, а при концентрации солей 10-30 г/л - около 10 МПа.

     Ультрафильтрация - мембранный процесс разделения растворов, осмотическое давление которых мало. Применяется для очистки сточных вод от высокомолекулярных веществ, взвешенных частиц и коллоидов.

     Электродиализ - процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате, осуществляемый под действием постоянного электрического тока. Электродиализ применяется для деминерализации сточных вод. В качестве основного оборудования используются электродиализаторы, состоящие из чередующихся катионитовых и анионитовых мембран.

     Коагуляция и флокуляция - явления, приводящие к нарушению агрегативной устойчивости дисперсных систем под влиянием, соответственно, неорганических электролитов и органических веществ (укрупнение частиц за счет связывания вредных примесей в воде с добавляемыми реагентами).

     Флотация - метод удаления из сточных вод нерастворимых примесей, основанный на способности этих примесей при определенных условиях закрепляться на границе раздела фаз жидкость-газ (на поверхности пузырьков воздуха).

     Сорбция - процесс поглощения загрязнений твердыми и жидкими сорбентами (активированным углем, золой, торфом, селикагелем, активной глиной и др.). Адсорбционные свойства сорбентов зависят от структуры пор, их величины, распределения по размерам, природы образования.

     Экстракция - извлечение из сточных вод ценных веществ с помощью экстрагентов, которые должны обладать такими свойствами: высокой экстрагирующей способностью; селективностью; малой растворимостью в воде; иметь отличную от воды плотность, небольшую удельную теплоту испарения, малую теплоемкость; иметь низкую стоимость.

     Ионный обмен основан на извлечении из сточных вод ценных примесей хрома, цинка, меди, ПАВ за счет обмена ионами между примесями и ионитами (ионообменными смолами) на поверхности раздела фаз «раствор-смола». По знаку заряда иониты делятся на катиониты и аниониты, проявляющие соответственно кислые и щелочные свойства. Иониты могут быть природными и синтетическими. Практическое применение находят природные иониты типа алюмосиликатов, гидроокисей и солей многовалентных металлов, иониты из угля и целлюлозы и различные синтетические ионообменные смолы.

     2.5. Биохимические методы очистки сточных вод

     Биохимические методы считаются основными для  обезвреживания сточных вод от органических примесей, которые окисляются микроорганизмами. На практике широко распространены аэробные процессы, протекающие в естественных условиях (на полях орошения, полях  фильтрации и в биологических  прудах) и искусственных сооружениях (аэротенки и биофильтры).

     Анаэробные  методы используют для обезвреживания высококонцентрированных сточных  вод и осадков, образующихся при  биохимической очистке. Анаэробные процессы брожения проходят без доступа  кислорода с выделением различных  газов (СО2, NH3, СН4). Аппараты - метантенки, отстойники-стабилизаторы.

     Биологическую обработку (стерилизацию) производят также  путем нагревания, с помощью обработки  ультрафиолетовыми лучами или путем  электролиза серебра (когда в  качестве анода используется серебряный электрод, а катодом служит уголь). Ионы серебра обладают бактерицидным  действием. Для стерилизации 20 м3 требуется  выделить из анода 1 г серебра. Второй метод электролизной обработки  воды заключается в добавлении к  воде поваренной соли, которая при  пропускании тока разлагается с  выделением свободного хлора.

     Глава 3. Метод термической обработки осадков сточных вод

     3.1. Термические методы обезвреживания сточных вод и назначение термической обработки сточных вод

     Эти методы применяют тогда, когда невозможна очистка другими методами, и сточные  воды в этом случае должны содержать  довольно большой процент органических веществ. Аппараты - циклонные печи. Термические методы нельзя применять  для обезвреживания сточных вод, содержащих ядовитые соединения.

     Указанные методы применяются в локальных, общезаводских, районных или городских  системах очистки сточных вод. Локальные (цеховые) очистные сооружения предназначены  для обезвреживания сточных вод  непосредственно после их выпускания из отдельных технологических установок  и цехов. Установки локальной  очистки представляют собой продолжение  технологической схемы производства.

     Метод очистки и конструктивное оформление процесса выбирают с учетом следующих  факторов:

1. санитарные и технические требования, предъявляемые к качеству очищенных вод, и дальнейшее их использование;
2. количество сточных вод;
3. наличие у предприятия необходимых для процесса обезвреживания энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электроэнергия, сорбенты, реагенты);
4. наличие необходимой площади на сооружение очистных установок;
5. эффективность процесса обезвреживания.

     Эффективность различных методов очистки сточных вод составляет:

     - механические - 50-70%;

     - химические - 80-90%;

     - физико-химические - 90-95%;

     - биохимические - 85-95%.

     Необходимую степень очистки выбирают так, чтобы  качество очищенной сточной воды соответствовало стандартным требованиям.

     Примеси в сбрасываемых водах могут не соответствовать нормам ПДК, поскольку  нужная концентрация может быть достигнута разбавлением в точке сброса воды. Кроме того, сточные воды одного производства могут быть использованы при очистке, обезвреживании сточных  вод другого производства.

     В соответствии с Нормами технологического проектирования тепловых электрических станций и тепловых сетей [4] термическая переработка исходной воды с помощью энергетических испарителей для получения подпиточной воды применяется при содержании в ней анионов сильных кислот более 5 мг-экв/л. При содержании в исходной воде специфических органических веществ, которые не удаляются в должной мере при коагуляции и известковании, допускается применение испарителей и при меньшем содержании анионов сильных кислот, но это требует специального технико-экономического обоснования. Такой подход правомерен при условии обработки исходной воды. Если же речь идет об обработке сточных вод, то альтернативы термическому способу переработки вод нет.