Методы очистки сточных вод. 15

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ

 

Кафедра прикладной химии

 

Контрольная работа

по курсу «Экология»

на тему «Методы очистки сточных вод»

 

 

 

 

Выполнил: студент группы 41-82

Гарипова Н.П.

Преподаватель: Белякова М.К.

 

 

 

 

 

Альметьевск,2011

Содержание

Введение………………………………………………………………………..….3        1. Основные источники загрязнения…………………………………………….4

1. Общая характеристика очистки сточных вод……………………………….7
2. Очистка поверхностных сточных вод……………………………………….7
3. Очистка бытовых стоков……………………………………………………..8
4. Очистка промышленных стоков……………………………………………..8

2. Методы очистки сточных вод…………………………………………...…...10

1.  Физико-химический метод …………………………………....……………10
2. Биологический метод ………………………………...……………………...13
3. Механический метод ……………………….…………………….………….14

2.4 Химический метод………………………...…………………………………16

Заключение……………………………………………………………………….18

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 связаны с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках.

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.

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.

 

 

1. Основные источники  загрязнения

         Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения. Главными загрязняющими поверхностные воды веществами являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный азот.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое – повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое – наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г. нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме – беспозвоночных – неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1 л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

 

 

 

 

 

1. Общая характеристика очистки сточных вод

        Очисткой сточной воды является ее обработка различными методами с целью разрушения и извлечения органических и минеральных веществ до степени, позволяющей сбрасывать такую воду в водотоки и водоемы или повторно использовать их в производственных и других целях.

Важным элементом очистки бытовых сточных вод является также ее обеззараживание с целью удаления вредных веществ и болезнетворных организмов. В этих случаях используется система очистки стоков с применением септика, аэротенков и ультрафиолетовых облучателей.

Существует три вида сточных вод: бытовые, производственные и поверхностные. Очистка различных видов сточных вод – очистка промышленных сточных вод, очистка канализационных стоков, очистка бытовых стоков – требует применения разных систем очистки сточной воды. Системы обычно представляют собой емкости из различных материалов (чаще всего применяется бетон, металл, стеклопластик) с установленным внутри оборудованием очистки сточных вод.

 

1.2 Очистка поверхностных  сточных вод

       Система очистки сточных вод, образованных в результате выпадения атмосферных осадков или таяния снега (ливневка), предназначена для очистки стоков, поступающих с парковок, промышленных площадок, автомобильных моек и т.д. Такие сточные воды обычно загрязнены по БПК полн. (полная биохимическая потребность в кислороде) до 80 мг/л, по взвешенным веществам до 1000 мг/л, по нефтепродуктам до 30–70 мг/л. Очистка стоков, содержащих нефтепродукты, требует применения наряду с песколовками и грязеотстойниками нефтеуловителей (бензоуловителей). Система очистки сточных вод обычно включает в себя пескоуловитель, бензоуловитель, а в случае сброса стоков в водоем еще и блок угольной доочистки (сорбционный фильтр).

 

 

1.3Очистка бытовых стоков

      Бытовые сточные воды поступают в водоотводящую сеть из санитарных приборов зданий и содержат загрязнения минерального и органического происхождения, которые находятся в растворенном, нерастворенном и коллоидном состояниях. Загрязнения органикой в таких водах по БПК полн. достигают 500 мг/л. Такая вода имеет тенденцию к загниванию и требует применения специального оборудования для очистки бытовых сточных вод. Таким оборудованием может быть обычный септик с полем поглощения или станция биологической чистки с применением аэротенка и принудительной подачей воздуха. Очистка бытовых сточных вод не требует применения сложного оборудования, в отличии от очистки промышленных стоков.

 

1.4 Очистка промышленных  стоков

        Сооружения для очистки сточных вод промышленных предприятий являются, пожалуй, самыми разнообразными, так как условия и технологический цикл предприятий очень различается и требует в каждом случае своей системы очистки стоков. Количество сточных вод на предприятиях различных отраслей промышленности зависит от мощности предприятий, расхода воды на единицу выпускаемой продукции и других условий. Оборудование для очистки сточной воды по производительности подбирается также в зависимости от залпового выброса.

По концентрации органических загрязнений промышленные стоки разделяются на слабоконцентрированные – БПК полн. до 70 мг/л, концентрированные – БПК полн. до 1500 мг/л, высококонцетрированные – БПК полн. до 20 000 мг/л. Стоит также отметить, что производственные сточные воды, поступая в городскую водоотводящую сеть после очистки, не должны содержать взрывоопасных компонентов и иметь температуру выше 40° С. В связи с этим оборудование для очистки сточных вод должно учитывать режим температур и скапливание опасных компонентов, прежде всего, в нефтеуловителе.

Поверхностный сток с территории городов и промышленных предприятий кроме загрязнений в виде нерастворенных примесей содержит органические соединения в коллоидном и растворенном состоянии. Несмотря на то, что часть этих загрязнений за счет сорбции на взвешенных частицах удаляется при отстаивании и фильтровании, в ряде случаев требуется более глубокая очистка поверхностного стока от органических соединений. Для удаления таких загрязнений из сточных вод широкое применение нашел метод биологической очистки стоков. Эпизодичность образования поверхностного стока и резкие колебания нагрузки по загрязнениям показывают серьезные трудности применения традиционных методов биологической очистки с применением активного ила.

Проведенные технико-экономические расчеты показывают, что при отсутствии на станциях аэрации аэробных стабилизаторов практически во всех климатических зонах независимо от способа подачи сточных вод на очистку экономически целесообразно применять традиционную схему биологической очистки в аэротенках.

 

 

2. Методы очистки  сточных вод

2.1 Физико-химический метод

         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.

        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). Однако внедрение этих методов интенсификации коагуляции и флокуляции тормозится недостаточной изученностью процессов, протекающих на молекулярном и ионном уровне.

Очистка производственных сточных вод реагентным способом включает несколько стадий, основными из которых являются:

1) Приготовление и дозирование  реагентов;

2) Смешение реагентов с водой;

3) Хлопьеобразование;

4) Отделение хлопьевидных примесей  от воды.

 

     Для технологии очистки воды и обезвреживания осадков большое значение имеет рациональное использование реагентов, так как годовой расход только флокулянтов составляет сотни тонн. Определение оптимальной дозы реагентов представляет собой весьма сложную задачу, так как в практике очистки воды возможно одновременное изменение ряда факторов, например состава и количества примесей.

Следует отметить, что при коагуляции примесей в объеме воды и при контакте с зернистой загрузкой оптимальная доза будет различной, так как кинетические условия коагуляции на поверхности фильтрующего материала значительно лучше, чем в объеме воды.

Эффективность процессов очистки воды в аппаратуре всех типов обусловлена прочностью и плотностью коагуляционной структуры.

Для тонкодисперсной суспензии с частицами заданного размера одним из основных критериев выбор а дозы коагулянта является прочность структуры.

Одновременного увеличения прочности и плотности коагуляцоинной структуры можно достичь комбинированным воздействием на структуру гидродинамических условий перемешивания и дозы коагулянта. Выбор оптимального режима очистки воды с использованием реагентов возможен на основе цепочечно-ячеистой модели коагуляционной структуры.

Представляет интерес определение оптимальной дозы реагента при добавлении его в воду электрохимическим способом. В этом случае наиболее легко оптимизировать процесс изменением плотности тока и продолжительности обработки в зависимости от количественного состава сточных вод.

Применяя известные методы математического моделирования можно определить оптимальный режим электрохимической обработки. Существующие устройства для автоматического дозирования реагентов дают возможность, как правило, поддерживать только их расход, установленный на основе предварительных исследований. Поддержание оптимальной дозы реагентов для соблюдения основных качественных параметров процесса коагуляции пока еще затруднен.

 

 

2.2 Биологический метод

          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.

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.

           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%.

 

2.3 Механический метод

         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 миллиметра. 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 образования, содержащие загрязнители воды, которые, затем, удаляются особыми скребками. Пузырьки воздуха для флотации могут быть получены механическими способами – при помощи турбин или форсунок, при помощи электрофлотации воды и другими способами.

Пожалуй, самым широко используемым в настоящее время методом очистки сточных воды от крупнодисперсных агентов является процесс фильтрации стоков через пористые материалы или сетки с нужным пространственным рейтингом фильтрации. Очистка сточных вод с использованием указанных процессов важна, если необходимо использование оборотной воды.

           Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.   Химический метод

 

Существует три метода:

1. Нейтрализация
2. Окисление
3. Восстановление

Чаще всего, все эти методы связаны с расходом реагентов и поэтому достаточно дороги.

Нейтрализация.

Сточные воды, содержащие кислоты и щелочи перед сбросом нейтрализуют.

Существуют следующие схемы нейтрализации:

Смешение кислых и щелочных сточных вод

Добавление регентов

Фильтрование сточных вод через нейтрализующие материалы

Абсорбция кислых газов щелочными сточными водами

Абсорбция аммиака кислыми водами

Выбор метода зависит:

От объёма сточных вод

От концентрации сточных вод

От режима поступления сточных вод

От наличия и стоимости реагентов

Нейтрализацию смешения применяют, когда на одном или близких предприятиях образуются и кислые и щелочные сточные воды.

При нейтрализации реагентами в случае кислых вод используются щёлочи, карбонаты или водный раствор аммиака.

Для нейтрализации щелочных вод используются минеральные кислоты и кислые газы.

Окисление.

Здесь за счёт реакции окисления загрязняющие вещества разрушаются и переводятся в безвредное состояние. В качестве окислителя чаще всего используется газообразный или сжимаемый хлор, кислород воздуха или озон.

Очистка окислением связана с большим расходом реагентов и поэтому применяется в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно использовать другие методы, например, при очистке соединений мышьяка и циановых соединений.

Восстановление.

Применяется, когда в растворе содержатся легко восстанавливающиеся вещества. Прежде всего, ионы тяжёлых металлов, таких как хром, ртуть и другие. Так, например, соединения ртути восстанавливаются до металлической ртути, которая затем отстаивается или отфильтровывается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

         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 сточных вод. Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов.

Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70–90% расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Подосенова Е.В. «Технические средства защиты окружающей среды». 1980.

2. Роев Г.А. «Очистные сооружения. Охрана окружающей среды» – М.: Недра, 1993.

3. Шимова О.С. «Основы экологии и экономика природопользования»: Учебник, – Мн.: БГЭУ, 2001

4. Правила охраны поверхностных вод (Основные положения). М., 1991.