Методы очистки сточоных вод

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

 

 

«МАТИ –  Российский государственный технологический

университет имени К.Э. Циолковского» (МАТИ)

 

 

Кафедра: Технология и автоматизация обработки  материалов

 

Реферат по экологии

«Методы очистки  сточных вод».

 

 

 

 

Группа:                        14 МТМ-026

 

Студент:              Максакова О. В.

 

Преподаватель:       Китаев В. З.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ступино 2012

Введение.

Вода - ценнейший  природный ресурс. Она  играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

  В  прошлом загрязненных сточных  вод было сравнительно мало, они  имели преимущественно коммунально-бытовое  происхождение. Такие воды многократно  разбавлялись большим количеством  чистой воды рек, а процессы  самоочищения освобождали воды  от загрязняющих веществ. 

 

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.

Индустриализация  стран, увеличение количества населенных пунктов, интенсификация и химизация  сельского хозяйства привели  к резкому увеличению водопотребления  и сброса сточных вод. Количество сочных вод увеличилось во много  раз, состав загрязняющих веществ тоже изменился.

 

Глава 1.Примеси в воде

В ХХ резко  возросло количество всевозможных отходов  антропогенного характера, что привело  к массовому интенсивному загрязнению  рек, морей и океанов. Ежегодно речной сток выносит в Мировой океан 2,3 млн. т свинца, 1,6 млн. т марганца, 6,5 млн. т фосфора, 230 млн. т железа. В реки сбрасывают серную кислоту  и ее соли, фенолы, пестициды, ПАВы, ядохимикаты, радиоактивные отходы. Качество природных  вод во многих районах Земли ухудшилось настолько, что их использовать для  водоснабжения невозможно.

Качество  воды – это характеристика состава  и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов  водопользования. Качество воды оценивается  комплексом разнообразных показателей.

Основными показателями качества воды являются цветность, запах и вкус, жесткость  и щелочность, содержание железа, марганца и некоторых других элементов.

 

Примеси, поступающие  в водные объекты, можно разделить :

        - минеральные.

К минеральным  загрязняющим веществам относятся  глина, песок, различные золы и шлаки, растворы и эмульсии солей, кислот, щелочей и минеральных масел, радиоактивные и другие неорганические соединения.

       - органические.

Органические  загрязняющие вещества – это разнообразные  вещества растительного и животного  происхождения, а также многочисленные отходы в виде смол, фенолов, красителей, спиртов, альдегидов, серо - и хлорсодержащих органических соединений и т.д.

        -биологические.

Биологические загрязняющие вещества играют особую роль в жизни водоемов. С бытовыми сточными водами и стоками некоторых  производств в водоемы и водотоки попадают болезнетворные бактерии и  вирусы.

 

Водные  объекты считаются загрязненными, если состав или состояние их вод  изменены в результате деятельности человека до такой степени, что они  стали непригодными для целей, которым  они служили до начала их использования  человеком. Веществом, загрязняющим воду, является каждое соединение, вызывающее нарушение норм качества воды.

 

Глава 2.Сточные воды и их краткая характеристика

Сточные воды – это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения.

 

Сточные воды подразделяются на три группы.

   1. Загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.)

  2. Загрязненные преимущественно органическими примесями   (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности; заводы    по    производству    каучука, пластмасс и др.)

  3. Загрязненные минеральными и органическими примесями(предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и др.).

 

 

 

 

 

 

 

 

Основными характеристиками сточных вод являются:

-количество  сточных вод, характеризуемое  расходом, измеряемые в л/с или  м³/с, м³/ч, м³/смену, м³/сут и т.д.;

-виды  загрязнений и содержание их  в сточных водах, характеризуемое  концентрацией загрязнений, измеряемой  в мг/л или г/м³.

-степень  равномерности их образования  и поступления в водоотводящие  системы. Обычно она определяется  неравномерностью поступления сточных  вод по часам суток в году. Эти характеристики учитываются  при проектировании водоотводящих  систем.

 

По происхождению  сточные воды могут быть классифицированы на следующие:

   -бытовые. Образуются в жилых, административных и коммунальных зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий. Это сточные воды, которые поступают в водоотводящую сеть от санитарных приборов.

В бытовых  сточных водах содержание органических загрязнений, находящихся в растворенном состоянии, оценивается значениями биохимической потребности в  кислороде (БПК) и химической потребности  в кислороде (ХПК). Бытовые сточные  воды имеют БПК=100…400 мг/л, а ХПК=150…600 мг/л, и их можно оценить как  весьма загрязненные. При хранении они способны загнить через 12-24 ч (при t=20°C).

    В городах расход бытовых вод  с 1 га площади кварталов обычно  равен 0,3-2 л/с или 10000-60000 м³/год. В водоотводящую сеть они поступают сравнительно неравномерно и по часам суток и по суткам в году. В дневное время расход больше, чем в ночное, расходы по часам суток могут изменяться в 2-5 раз.

  -производственные. Образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и пр. к ним относятся отработавшие технологические растворы, маточники, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов; шахтные и карьерные воды; воды химводоочистки, воды от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и их транспортировки.

Производственные  сточные воды различных отраслей промышленности существенно отличаются по составу и концентрации загрязняющих веществ.

 

В связи  с тем, что в сточных водах  промышленных предприятий могут  содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований.

 

Требование к производственным сточным водам.

Производственные  сточные воды не должны:

-нарушать работу сетей и сооружений;

-оказывать  разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений;

-содержать  более 500мг/л взвешенных и всплывающих  веществ; 

-содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб;

-содержать  горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси;

-содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем;

- иметь  температуру выше 40 С.

Производственные  сточные воды не удовлетворяющие  этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.

 

   - атмосферные. Образуються в процессе выпадения дождей и таяния снега, как на жилой территории населенных пунктов, так и территории промышленных предприятий. В дождевых водах содержится значительное количество нерастворенных минеральных примесей, а также загрязнения органического происхождения. БПК дождевых вод достигает 50-60 мг/л. Исследованиями установлено, что эти воды могут являться источниками загрязнения водоемов. Расход с 1 га площади территории города достигает 150 л/с (1 раз в год). Это в 50-300 раз больше расхода бытовых вод. В то же время общий расход дождевых вод за год составляет 1500-2000 м³ с 1 га, т.е. в 5-30 раз меньше расхода бытовых вод.

 

Достаточно  широко используется понятие "городские сточные воды". Под ним понимается смесь бытовых и производственных сточных вод. В реальных условиях в чистом виде бытовых вод не бывает.

 

Все указанные  виды сточных воды требуют обязательной очистки при их отведении в открытые водоемы, так как в них содержатся различные загрязняющие вещества в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые.

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Методы очистки сточных вод

В реках  и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды.При  благоприятных условиях это происходит естественным путем в процессе природного круговорота воды. Но загрязненным бассейнам(рекам, озерам и т. п.) для восстановления требуется значительно больше времени. Чтобы природные системы сумели восстановиться, необходимо прежде всего прекратить дальнейшее поступление отходов в реки.

 

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 (загрязненные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

 

Методы очистки  сточных вод :

    -механические

    -физико-химические 

    -химические

   -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.

 

3.1 Механическая очистка

   Сущность  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, 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.

 

 

1)Песколовки 

Песколовки  предназначены для выделения  механических примесей с размером частиц 200-250 мкм.

Принцип действия песколовки основан на изменении  скорости движения твердых тяжелых  частиц в потоке жидкости.

На входе  в песколовку установлены решетки  для задержания крупных механических примесей. Кроме решеток в начале и  конце песколовки расположены деревянные шиберы для равномерного поступления воды и отключения песколовки. Дно песколовки выполнено под углом к центру сооружения для сбора и откачки выпавшего осадка.

 

Песколовки могут  быть различных конструкций(по движению воды):

-горизонтальные

Самые простейшие горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным  или трапециидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с.

Принцип ее работы основан на том, что песок  канализационной сети продвигается в основном в нижней части коллектора и при небольшом уменьшении скорости потока более тяжелые частицы  проваливаются вниз.

Рис.1 Схема горизонтального пескоуловителя.

1 — подводящий патрубок, 2 — песколовка,

 З — шламосборник, 4 — выходной патрубок.

-вертикальные 

Вертикальные  песколовки имеют прямоугольную  или круглую форму, в них сточные  воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Рис. 2 Схема вертикального пескоуловителя.

-круговые 

Песколовки  с круговым движением воды изготавливаются  в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для  протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или отвал. Применяются  при расходах до 7000 м3/сут.

 

  

  

Рис. 3.

 

2)Статические отстойники

При статическом (непроточном) режиме резервуары работают по трем циклам: наполнение, отстаивание, опорожнение.

Для этой цели обычно используют стандартные  стальные или железобетонные резервуары.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала  отводят сливки и выпавший осадок, после чего откачивают осветленную воду.

Для удаления осадка на дне резервуара устраивают дренаж из перфорированных труб.

 

Отстаивание — медленное расслоение жидкой дисперсной системы на составляющие ее фазы, происходящее под действием силы тяжести. Концентрированный слой у поверхности, возникший при отстаивании, называют сливками; частицы, скопившиеся у дна, образуют осадок.

 

3)Динамические  отстойники

Отличительная особенность динамических отстойников  заключается в отделении примеси, находящейся в воде, при движении жидкости.

В динамических отстойниках или отстойниках  непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

      -Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося осадка. Движение воды в вертикальном отстойнике происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

     -Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника. Всплывшие примеси выводят с помощью скребков и поперечных лотков, установленных на определенном уровне.

 

4) Тонкослойные отстойники

Чем больше высота отстойника, тем больше необходимо времени для всплытия частицы  на поверхности воды. А это, в свою очередь, связано с увеличением  длины отстойника.

С увеличением  размеров отстойников гидродинамические  характеристики отстаивания ухудшаются. Чем тоньше слой жидкости, тем процесс  всплытия (оседания) происходит быстрее  при прочих равных условиях.

 

Это положение  привело к созданию тонкослойных отстойников, которые по конструкции  можно разделить на трубчатые  и пластинчатые.

     -трубчатые.

Рабочий элемент трубчатого отстойника - труба  диаметром 2,5-5 см и длиной около 1 м. Длина зависит от характеристики загрязнения и гидродинамических  параметров потока. Применяют трубчатые  отстойники с малым (10°) и  большим (до 60°) наклоном труб.

Отстойники  с малым наклоном трубы работают по периодическому циклу: осветление воды и промывка трубок. Эти отстойники целесообразно применять для  осветления сточных вод с небольшим  количеством механических примесей. Эффективность осветления составляет 80-85%.

В круто  наклонных трубчатых отстойниках  расположение трубок приводит к сползанию  осадка вниз по трубкам, и в связи  с этим отпадает необходимость их промывки.

Продолжительность работы отстойников практически  не зависит от диаметра трубок, но возрастает с увеличением их длины.

     -пластинчатые.

Пластинчатые  отстойники состоят из ряда параллельно  установленных пластин, между которыми движется жидкость. В зависимости  от направления движения воды и выпавшего (всплывшего) осадка отстойники делятся на прямоточные, в которых направления движения воды и осадка совпадают; противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно к направлению движения осадка.

 

Рис. 4 Схема различных видов отстойников.

Достоинства трубчатых и пластинчатых отстойников - их экономичность вследствие небольшого строительного объема, возможность  применения пластмасс, которые легче  металла и не корродируют в  агрессивных средах.

 

 

5) Гидроциклоны.

Гидроциклоны очищают сточные воды от взвешенных частиц под действием центробежной силы. Вода с высокой скоростью тангенциально подается в гидроциклон. При вращении в нем жидкости на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. Чем больше разность плотностей, тем лучше разделение.

Рис. 5 Схема гидроциклона.

 

Для очистки  сточных вод используют напорные и открытые (безнапорные) гидроциклоны.

     -напорные гидроциклоны.

В напорные гидроциклоны вода подается через тангенциально  направленный патрубок в цилиндрическую часть.В гидроциклоне вода, двигаясь по винтовой спирали наружной стенки аппарата, направляется в коническую его часть.

Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной  части аппарата. Поток осветленной  воды в центральной части аппарата по трубе выводится из гидроциклона, а тяжелые примеси вдоль конической части перемещаются вниз и выводятся  через патрубок шлама (рисунок 4а).

Промышленность  выпускает напорные гидроциклоны нескольких типоразмеров. Для грубой очистки  применяют гидроциклоны больших  диаметров. Эффективность гидроциклонов  находится на уровне 70%.

     -безнапорные гидроциклоны.

Если  в предыдущих конструкциях для вращения жидкости в гидроциклоне применяли  подачу воды в гидроциклон по патрубку, расположенному по касательной в  цилиндрической части, то в данном случае проводят отсос воды из гидроциклона по патрубку, расположенному по касательной  внизу конической части гидроциклона. Такое расположение патрубка дает возможность  образовывать внутри гидроциклона вращение жидкости, причем поступление воды из

водоема происходит в верхней части гидроциклона.

Собранная с поверхности воды пленка загрезнений, попадая в гидроциклон как  более легкая, собирается в центре гидроциклона. По мере увеличения их количества в гидроциклоне внутри него образуется конус из пены, который, увеличиваясь в размере, достигает отборного патрубка, расположенного в центре гидроциклона. 

 

6) Нефтеловушки.

Применяются для выделения из сточных вод  нефтепродуктов, масел и жиров. Принцип  работы основан на всплывании частиц с меньшей, чем вода, плотностью (рис).

Скорость  движения воды в нефтеловушке от 0,005-0,01 м/с, при этом всплывает 96-98% нефти. Скорость всплывания частиц зависит от их размера, плотности и вязкости раствора. Всплывают  частицы 80-100 мкм. Время отстоя около 2 часов. Глубина нефтеловушки 1,5-4 м, ширина 3-6 м, длина около 12 м, количество секций не менее двух, соединенных  последовательно.

 

Рис.6 Схема различных видов нефтеловушек.

 

7) Фильтры

Метод фильтрования приобретает все большее значение в связи с повышением требований к качеству очищенной воды.

Фильтрование  применяют после очистки сточных  вод в отстойниках или после  биологической очистки. Процесс  основан на прилипании грубодисперсных  частиц нефти и нефтепродуктов к  поверхности фильтрующего материала.

Фильтрование  через различные сетки и ткани  обычно применяют для удаления грубо  дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей воды можно  осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают воду на молекулярном уровне.

 

 

 

Фильтры по виду фильтрующей  среды делятся :

    -тканевые или сетчатые

Представляют  собой фильтровальные аппараты, в  качестве фильтрующего элемента использующие металлические сетки, ткани и  полимерные материалы. Обычно выпускают  в виде вращающихся барабанов  диаметром 1,5-3 м, на которых неподвижно закреплены или прижаты к барабану фильтрующие материалы.Полотно сетки  не закреплено, а лишь охватывает барабан  в виде бесконечной ленты, натягиваемой с помощью натяжных роликов.

Очищаемая вода поступает внутрь барабана и  фильтруется через фильтр наружу.

Процесс фильтрации происходит только за счет разности уровней воды внутри и снаружи  барабана.

Сетки изготовляют  из различных материалов: капрона, латуни, никеля, нержавеющей стали, фосфористой  бронзы, нейлона и др.

Характеристика  задерживаемых частиц зависит от различных параметров (характеристики сточных вод и фильтра, гидродинамических  параметров и др.)

 -каркасные или намывные

фильтры трех групп:

        -фильтрование через пористые  зернистые материалы, обладающие  адгезионными свойствами (кварцевый  песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические  шлаки и др.)

       -фильтрование через волокнистые  и эластичные материалы, обладающие  сорбционными свойствами и высокой  нефтеемкостью (нетканые синтетические  материалы, пенополиуретан и др.)

       -фильтрование через пористые  зернистые и волокнистые материалы  для укрупнения эмульгированных  частиц (гравий, песок, дробленый  антрацит, кварц, мрамор, керамическую  крошку, хворост, древесный уголь,  синтетические и полимерные материалы).

 

Фильтры разделяются  по скорости движения воды в них  на фильтры с постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т.е. продолжительности  фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.При постоянной скорости фильтрования разность давления до и  после фильтра увеличивается.

    -зернистые.

Скорость  фильтрации и качество очистки зависят  от характера загрузки. Использование  крупного фильтрующего материала приводит к увеличению пропускной способности  фильтра и снижению качества фильтрата.

Мелкий  фильтрующий материал улучшает качество фильтрата, но снижает скорость движения воды в фильтре и продолжительность  работы фильтра.

 

Фильтрация  должна идти в направлении убывающей  крупности загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых и  трудноразрушаемых при промывке пленок осадка на поверхности загрузки.

  -мембранные.

Этот  метод, характеризуется высокой  четкостью разделения смесей веществ. Полупроницаемая мембрана - перегородка, обладающая свойством пропускать преимущественно  определенные компоненты жидких или  газообразных смесей.

Принципиальное  отличие мембранного метода от традиционных приемов фильтрования - разделение продуктов в потоке, т.е. разделение без осаждения на фильтроматериале осадка, постепенно закупоривающего  рабочую пористую поверхность фильтра.

 

Существуют мембранные методы шести  типов:

      - микрофильтрация - процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления;

Размеры пор  от 0,1 до 10 мкм.

        -ультрафильтрация - процесс мембранного разделения жидких смесей под действием давления, основанный на различии молекулярных масс или молекулярных размеров компонентов разделяемой смеси. Давление0,3 - 1 МПа.

     -обратный осмос - процесс мембранного  разделения жидких растворов путем проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного раствору давления, превышающего его осмотическое давление. Обратный осмос используют для разделения растворов без фазовых превращений. 

      -диализ - процесс мембранного разделения за счет различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящий при наличии градиента концентрации;

      -электродиализ - процесс прохождения ионов растворенного вещества через мембрану под действием электрического поля в виде градиента электрического потенциала;

     -разделение газов - процесс мембранного разделения газовых смесей за счет гидростатического давления и градиента концентрации.

 

 

 

 

 

3.2 Физико-химическая очистка

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. Загрязненные сточные воды очищают также с помощью озонаи ионообменной очистки.