Инженерные решения прикладной экологии. Методы и оборудование для очистки технической воды и промышленных стоков.
Под технической водой подразумевают кондиционированную воду, полученную из практически любого источника (наземные водоемы, речки, из артезианских или колодезных скважин и т.д.) и применяемой в обрабатывающей промышленности. Требования, предъявляемые к технической воде, зависят от специфики сектора промышленности, в которой она применяется. Например, в фармацевтической промышленности используют преимущественно дистиллированную воду. Стоит сказать, что для каждой отрасли промышленности, где применяется техническая вода, должна строится специальная система водоснабжения с учетом потребности и специфики данного производства. Ниже следуют основные виды потребления технической воды на промышленных предприятиях: 1) Большая часть воды (70-90%) используется на промышленных предприятиях для охлаждения продукции в теплообменных аппаратах и для защиты оборудования от чрезмерного нагрева. Эта вода не загрязняется охлаждающей продукцией. 2) От 5 до 10% технической воды используется для очищения продукции или сырья от различных примесей. Эта вода загрязняется из-за контакта с различными веществами. 3) Порядка 10-20% технической воды теряется за счет испарения или из-за вхождения в состав произведенной продукции.
Для устранения загрязнения сточных вод применяют различные методы очистки, которые классифицируются следующим образом:
· По типу процесса очистки
|
|
|
1. гидромеханические – процеживание и отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование и центрифугирование.
2. физико-химические – коагуляция и флокуляция, флотация, адсорбция, ионный обмен, экстракция, десорбция, электрохимические методы, обратный осмос.
3. химические – нейтрализация, окисление и восстановление, удаление ионов тяжелых металлов.
4. биохимические – аэробные и анаэробные.
5. термические – выпаривание и сжигание
· по виду изменения вредных веществ
1. методы выделения примесей без изменения их химического состава и агрегатного состояния.
2. методы превращения примесей в другие формы и состояния.
3. биологические.
· По видам загрязнения
1. очистка от твердых частиц – процеживание, отстаивание, механическое разделение, фильтрование.
2. очистка от маслопродуктов – отстаивание, механическое разделение, флотация, фильтрование.
3. очистка от растворимых примесей – экстракция, сорбция, нейтрализация, электрокоагуляция, ионный обмен, озонирование, обезвоживание, кондиционирование.
4. очистка от органических примесей – применение искусственных и естественных сооружений с использованием биологических фильтров.
Гидромеханические методы. Для очистки сточных вод от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками разных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц производится с помощью специальных граблей.
|
|
|
Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений с частицами сравнительно больших размеров (0,2 - 0,25 мм).
Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.
В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного удаления песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаляют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, смолы, жиры, масла) собираются с помощью нефтеловушек, особенностью которых является удаление загрязнений не снизу, как в отстойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, т. к. эти аппараты имеют низкую степень очистки (70%).
|
|
|
Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через пористые перегородки или слой песка.
Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода. При концентрировании частиц 15-20 мг/л степень очистки мелких частиц достигает 60%. Недостатками фильтров являются значительная металлоемкость и сложность системы промывки.
Центрифугирование – производится за счет осаждения частиц под действием центробежной силы. С этой целью применяются гидроциклоны. По конфигурации и действию они аналогичны циклонам, используемым для очистки газов от пыли. Степень очистки в гидроциклонах выше (до 70%)., чем в других аппаратах механической очистки.
Физико-химические методы очистки сточных вод. Процесс укрупнения мелких частиц (1-100мкм) с последующим удалением их под действием силы тяжести называется коагуляцией. Если удаляются частицы, удельный вес которых ниже удельного веса воды (эмульгированные частицы масел, жира…), то в этом случае процесс называется флокуляцией. По аналогии с отстойником и неытеловушкой в коагуляторах и флокуляторах удаление происходит соответственно из нижней или верхней части аппарата. При коагуляции в воду добавляют коагулянты (соли Al, Fe или их смеси), которые образуют хлопья гидроксидов металлов. Осаждающие частицы под действием силы тяжести. В качестве флокулянтов используют крахмал, эфир, диоксид кремния.
|
|
|
Флотация применяется для удаления частиц, которые плохо отстаиваются, и для растворенных веществ, в т. ч. поверхностно-активных, отходов нефтепереработки, производств искусственного волокна, в целлюлозно-бумажном производстве. Флотацию называют иногда пенным концентрированием. Размер частиц составляет 0,2-1,5 мм. В качестве пенообразователей в воду добавляют сосновое масло, фенолы, креозол, способствующие прилипанию частиц к пузырькам пены, которая затем выводится из аппарата. Флотация имеет высокую степень очистки (95-98%), снижает концентрацию легкоокисляемых веществ, уменьшает количество бактерий и микроорганизмов. Недостатком флотации является применение экологически вредных веществ (например, фенолов).
Адсорбция используется для глубокой очистки сточных вод от фенолов, пестицидов, ароматических соединений, красителей…Адсорбция – это прилипание частиц, находящихся в очищаемой среде, к твердым веществам – сорбентам (активированный уголь, синтетические сорбенты, некоторые отходы производства – зола, шлаки, опилки). Процесс происходит в адсорбционных установках при перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании ее через слой адсорбента или в кипящем слое. При этом размер частиц сорбента 0,1 мм. Серьезной проблемой является последующая очистка (регенерация) сорбентов. Преимущество – высокая степень очистки 80-95 %, возможность улавливания токсичных веществ при маленькой их концентрации, возможность очистки вод, содержащих несколько вредных веществ.
Ионный обмен применяется для очистки от металлов, соединений мышьяка, фосфора, цианидов и радиоактивных веществ. Он также применяется для обессоливания и подготовки воды для нужд энергетики. Ионный обмен представляет процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей способностью обменивать ионы, содержащиеся в ней,на др. ионы, присутствующие в растворе. В качестве тв. фазы (ионитов) применяют алюмосиликаты, гидроксиды алюминия, хрома. Преимущество метода – возможность извлекать ценные вещества из загрязнений, высокая степень очистки, удаление высокотоксичных веществ. Этот метод дорогой и требует четкой организации процесса, а также решение вопросов регенерации ионитов
Экстракция используется при относительно высокой концентрации вредных веществ (фенолов, масел, металлов), не менее 3 г/л. При меньшей концентрации экономически выгоднее применять адсорбцию. Процесс экстракции вкл. 3 стадии: интенсивное смешивание сточной воды с экстагентом (органическим растворителем), разделение чистой воды и загрязнений, регенерация загрязнений. Этот метод применяется тогда, когда стоимость удаляемых веществ (например, ценных металлов) компенсирует затраты на проведение процесса.
Обратный осмос- процесс фильтрования растворов через полупрницаемые мембоаны. Он происходит на молекулярном уровне и требует значительных затрат,но обеспечивает глубокую очистку от высокотоксичных вредных веществ.
Десорбция,дезодорация и дегазация – процессы очистки сточных вод от летучих примесей (сероводорода,аммиака,диоксида углерода).Эти процессы проводятся за счетпродувки воды, воздухом или инертным газом. Дезодорация очищает воду от альдегидов; с помощью дегазации из воды удают вещества, способствующие коррозии.
Электрохимические методы (анодное окисление, электрофлокуляция) происходят при пропускании через сточную воду электрического тока. Недостаток – большой расход электроэнергии. Электродиализ применяется для опреснения соленых вод с использование ионизированных веществ.
Химические методы очистки. При наличии в сточных водах кислоты или щелочи производиться их нейтрализация (pH должен быть 6,5-8,5).Нейтрализовать воду можно смешением одних вод с др.(кислых с щелочными),добавлением необходимых реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтральные материалы, пропысканием через щелочные воды кислых газов.
Окисление производится хлором, кислородом, перикисью водорода, озоном.
Восстановление – для удаления из вод соединений ртути, хрома, мышьяка, для чего в воду вводят сероводород, сульфит железа.
Удаление ионов тяжелых металлов производиться реагентным методом. Удаляются ртуть, цинк, медь, свинец, с помощья гидроксидов кальция, натрия
Биохимические методы – основаны на способности микроорганизмов использовать вредные (чаще всего органические) вещества для своего питания в процессе жизнедеятельности. Контактируя с этими веществами, микробы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит и сульфат ионы. Микроорганизмы используются в идее активного ила или биопленки. Эти методы могут осуществляться в природных условиях (на полях орошения, в биологических прудах) или в исскусвенных сооружениях (аеротенках,ю биофильтрах).
Аэробные процессы очистки происходят с потреблением микробами кислорода, анаэробные - без потребления кислородом в метантенках, где происходит сбраживание с выделением спиртов, углекислого газа, водорода и метана.
Возникают проблемы сохранения активного ила (он не выдерживает низкой температуры), а также удаление и рациональнгое использование продуктов прцесса (в т. ч. взрывоопасных метана и водорода). Кроме того, появляется необходимость доочистки твердых осадков.
Термические методы. Если др. методы малоэффективны, то происходит выпаривание воды. При этом конденсат используется в производстве, а концентрированный раствор из отходов сжигается.
Сжигание производиться в печах с кепящим слоем или в циклонных печах. Разработаны циклонные печи для сжигания отходов полистирола. Извлечение полистерола из сточных вод – сложный и доргой процесс.Стоки сначала выпаривают, а затем сжигают отходы. Процесс необходимо ввести при высокой температуре во избежании суперэкотоксикантов.
Общая оценка степени очистки сточных вод: гидгомеханические методы- 50-70%, физикохимические 90-95%, химические 80-90%, биохимические 85-95%.
При выборе метода необходима учитывать:
1) санитарные и технические требования к качеству очищенных вод с учетом их дальнейшего использования;
2) количество сточных вод;
3) наличие у предприятия энергетических и материальных ресурсов и производственных площадей, необходимых для очистки воды;
4) эффективность процесса обезвреживания отходов производства.
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 20; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!