Защита гидросферы от промышленных загрязнений

Подождите немного. Документ загружается.

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

не только за счет промышленных стоков, но и за счет проникновения морской

воды в пресные водоемы. Подобная ситуация может сложиться в водоемах,

расположенных недалеко от моря и связанных с ним протоками. Если в

пресном водоеме уровень воды снизится, то морская вода может войти в

водоемы и погубить часть фауны и флоры

Технологические загрязнения - это загрязнения, формирующиеся в воде в

процессе ее использования в технологических операциях на производстве. Эти

загрязнения нормируются, и их концентрация в воде определяется условиями

технологических операций, режимами обработки изделий и т.п.

Внесенные загрязнения - это все остальные загрязнения, попадающие в

воду и которые учесть и рассчитать до использования воды невозможно. Это

случайные величины. Прямым источником загрязнения воды являются

технологические процессы (резания, сверления, шлифования, и т.п.). Вода

также загрязняется в оборудовании, трубопроводах, перекачивающих воду

агрегатах (насосы, помпы, и т.п.), емкостях хранения и подготовки воды [6].

Промышленные стоки представляют собой сложную водную систему, в

состав которой могут входить всевозможные соединения. Поэтому перед

очисткой необходимо выбрать алгоритм извлечения загрязнений из воды, т. е

определиться в технологии очистки воды, а для этого необходимо выбрать

соответствующие способы и оборудование.

Методы очистки сточных вод

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод

можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очищенных

сточных водах. При этом необходимо иметь в виду, что требуемые

эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются в

определенном диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточных

вод. С этой целью применяют усреднение концентрации примесей или расхода

сточных вод, а в отдельных случаях и по обоим показателям одновременно. Для

- 21 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и

расчет которых зависит от параметров, изменяющихся по времени сбросов

сточных вод. Выбор объема усреднителя концентрации примесей сточной воды

зависит от коэффициента подавления

=(C

max

- C

)(C

- С

ср

где С

mах

– максимальная концентрация примесей в сточной воде, кг/м

; С

cр

–

средняя концентрация примесей в сточной воде на входе в очистные

сооружения, кг/м

; С

– допустимая концентрация примесей в сточной воде, при

которой обеспечивается нормальная эксплуатация очистных сооружений, кг/м

В соответствии с видами процессов, реализуемых при очистке,

целесообразно существующие методы классифицировать на механические,

физико-химические и биологические.

Механическ а я очистка

Для очистки сточных вод от взвешенных веществ используют

процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил и

фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. В

вертикальных или наклонных решетках, ширина прозоров обычно составляет

15...20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверхности решеток

используют ручную или механическую очистку. Последующая обработка

удаленного осадка требует дополнительных затрат и ухудшает санитарно-

гигиенические условия в помещении. Эти недостатки устраняются при

использовании решеток-дробилок, которые улавливают крупные взвешенные

вещества и измельчают их до 10 мм и менее. В настоящее время используют

несколько типоразмеров таких решеток, например, РД-200

производительностью 60 мЭ/ч и диаметром сетчатого барабана 200 мм.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод целлюлозно-

бумажных и текстильных предприятий используют волокноуловители,

- 22 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

например, с использованием перфорированных дисков или в виде движущихся

сеток с нанесенным на них слоем волокнистой массы.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с

плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют

в песколовках, отстойниках и жироуловителях.

Рис. 1 Схема горизонтальной песколовки

1 – входной патрубок; 2 – корпус песколовки; 3–шламосборник; 4–

выходной патрубок; l – длина песколовки; Н – высота песколовки

Для расчета этих очистных устройств необходимо знать скорость

свободного осаждения (всплывания) примесей (м/с):

=gd

(ρ

– ρ

)/(18m),

где g–ускорение свободного падения, м/с

; d

- средний диаметр частиц, м; ρ

– плотности частицы и воды, кг/м

; m –динамическая вязкость воды. Па/с.

- 23 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц металла и

песка размером более 0,25 мм. В зависимости от направления движения

сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейным и

круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые. Отстойники

используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более

0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов. В зависимости от направления

движения потока сточной воды применяют горизонтальные, радиальные или

комбинированные отстойники. При расчете отстойников определяют, как

правило, его длину и высоту. Существуют различные методики расчета длины

отстойников.

Для расчета длины отстойника l задают расход сточной воды и размеры

поперечного сечения отстойника.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в

открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Открытые

гидроциклоны применяют для выделения из сточной воды крупных твердых

примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Такие гидроциклоны имеют

большую производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 м.

Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах

зависит от состава примесей (материала, размера, формы частиц и др.), а также

от конструктивных и геометрических характеристик гидроциклона.

- 24 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

Рис . 2 Схема открытого гидроциклона

l –длина отстойника; Н – высота отстойника

Существуют открытые гидроциклоны с нижним отводом очищенной

воды, а также гидроциклоны с внутренней цилиндрической перегородкой.

Производительность (м

/с) открытого гидроциклона

Q= 0,785qD

где q – удельный расход воды; для гидроциклона с внутренней цилиндрической

перегородкой q=7,15W

–скорость свободного осаждения частиц в воде,

м/с); D – диаметр цилиндрической части гидроциклона, м.

На рис. 3 представлена схема напорного гидроциклона,

обеспечивающего очистку сточной воды и от твердых частиц, и от

маслопродуктов. Сточная вода через установленный тангенциально по

отношению к корпусу гидроциклона входной трубопровод 1 поступает в

гидроциклон. Вследствие закручивания потока сточной воды твердые

частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и стекают в шламосборник

- 25 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

7, откуда они периодически удаляются. Сточная вода с содержащимися в ней

маслопродуктами движется вверх. При этом вследствие меньшей плотности

маслопродуктов они концентрируются в ядре закрученного потока, который

поступает в приемную камеру 3, и через трубопровод 5 маслопродукты

выводятся из гидроциклона для последующей утилизации. Сточная вода,

очищенная от твердых частиц и маслопродуктов, скапливается в камере 2,

откуда через трубопровод 6 отводится для дальнейшей очистки. Трубопровод

4 с регулируемым проходным сечением предназначен для выпуска воздуха,

концентрирующегося в ядре закрученного потока очищаемой сточной воды.

Рис. 3 Схема комбинированного гидроциклона

1-входной трубопровод; 2-камера; 3-приемная камера; 4, 5, 6-

- 26 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

трубопровод; 7-шламосборник

Такие гидроциклоны используют для очистки сточных вод прокатных

цехов с концентрацией твердых частиц и маслопродуктов соответственно

0,13...0,16 и 0,01...0,015 кг/м

и эффективностью их очистки около 0,7 и 0,5.

Фильтрование применяют для очистки сточных вод от тонкодисперсных

примесей с малой их концентрацией.

Рис . 4 Схема зернистого фильтра

1-корпус; 2 и 5-перегородки; 3-фильтровальная загрузка; 4-входной

трубопровод; 6-желоб; 7-выходной трубопровод; 8 и 9-трубопровод

Его используют как на начальной стадии очистки сточных вод, так и после

- 27 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

некоторых методов физико-химической или биологической очистки. Для

очистки сточных вод фильтрованием применяют в основном два типа

фильтров: зернистые, в которых очищаемую сточную воду пропускают через

насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры,

фильтроэлементы которых изготовляют из связанных пористых материалов

(сеток, натуральных и синтетических тканей, спеченных металлических

порошков и т. п.).

Для очистки больших расходов сточных вод от мелкодисперсных

твердых примесей применяют зернистые фильтры (рис. 4). Сточная вода по

трубопроводу 4 поступает в корпус 1 фильтра и проходит через

фильтровальную загрузку 3 из частиц мраморной крошки, шунгизита и т. п.,

расположенную между пористыми перегородками 2 и 5. Очищенная от твердых

частиц сточная вода скапливается в объеме, ограниченном пористой

перегородкой 5, и выводится из фильтра через трубопровод 8. По мере

осаждения твердых частиц в фильтровальном материале перепад давлений на

фильтре увеличивается и при достижении предельного значения перекрывается

входной трубопровод 4 и по трубопроводу 9 подается сжатый воздух. Он

вытесняет из фильтровального слоя 3 воду и твердые частицы в желоб 6,

которые затем по трубопроводу 7 выводятся из фильтра. Достоинством

конструкции фильтра является развитая поверхность фильтрования, а также

простота конструкции и высокая эффективность.

В настоящее время для очистки сточных вод от маслопродуктов широко

используют фильтры с фильтровальным материалом из частиц

пенополиуретана. Пенополиуретановые частицы, обладая большой

маслопоглощающей способностью, обеспечивают эффективность очистки до

0,97...0,99 при скорости фильтрования до 0,01 м/с. При этом насадка из

пенополиуретана легко регенерируется при механическом выжимании

маслопродуктов.

Физико-химические методы очистки

- 28 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в

некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-

химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из

сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс

коагуляции.

Коагуляция и флокуляция

Коагуляция и флокуляция - это другие, принципиально близкие способы

физико-химической очистки производственных сточных вод и стоков другого

происхождения. Во время этих процессов происходит реакция загрязняющих

стоки веществ:

1. с минеральными соединениями - данный процесс очистки сточных вод

называется коагуляция;

2. с высокомолекулярными агентами - данный процесс очистки стоков

называется флокуляция.

В качестве веществ, способствующих коагуляции загрязнений сточных

вод используются в основном соли железа и алюминия. Данные коагулянты в

результате химической реакции с загрязнениями промышленных сточных вод

превращаются в нерастворимые формы гидроксидов этих металлов. При своем

образовании эти гидроксиды захватывают органические и неорганические

примеси из стоков. При этом в обрабатываемых сточных водах формируются

рыхлые хлопья. Данные хлопья затем могут быть легко удалены из очищаемой

воды. Необходимо отметить, что при использовании процесса коагуляции для

очистки промышленных стоков образуются высоковлажные объемные осадки.

Данные осадки, после очистки производственных сточных вод необходимо в

дальнейшем утилизировать.

Сущность метода флокуляции для очистки сточных вод заключается в

том, происходит адсорбция (прилипание) флокулянта на поверхности

нескольких твердых частиц-загрязнителей стоков. В данном процессе также

образуются хлопья. Самыми эффективными веществами-флокулянтами для

очистки сточных вод являются органические полимеры и активированная

- 29 -

Глава: Защита гидросферы от промышленных загрязнений

кремниевая кислота. К недостатку данного метода очистки стоков можно

отнести отсутствие единого вещества-флокулянта для очистки стоков от

большинства загрязнителей. В настоящее время в связи с использованием

оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение

физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых

являются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная и

электрохимическая очистка, гиперфильтрация, эвапорация, выпаривание,

испарение и кристаллизация.

Флотация

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания

маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в

сточную воду. В основе этого процесса имеет место молекулярное слипание

частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде газа. Образование

агрегатов «частица – пузырьки газа» зависит от интенсивности их столкновения

друг с другом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ,

избыточного давления газа в сточной воде и т. п.

В зависимости от способа образования пузырьков газа различают

следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую,

вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др.

В настоящее время на станциях очистки широко используют

электрофлотацию, так как протекающие при этом электрохимические процессы

обеспечивают дополнительное обеззараживание сточных вод. Кроме того,

применение для электрофлотации алюминиевых или стальных электродов

обусловливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что

способствует коагулированию мельчайших частиц механических примесей

сточной воды.

Образование дисперсной газовой фазы в процессе электрофлотации

происходит вследствие электролиза воды. Основной составляющей

электролизных газов является водород; при этом выделяется незначительное

- 30 -