ыыы. Шпаргалки - Ответы к экзамену по технике защиты окружающей среды. Общие схемы построения технологических схем очистки
 Скачать 3.38 Mb.
|
 Рис. 12.24. Односекционный погружной барабанный фильтр: 1 – подводящий лоток; 2- электродвигатель с редуктором; 3 – резервуар; 4 – вал; 5 – барабан из металлической сетки; 6 – каркас жесткости; 7 – отводящий лоток; 8 – перегородки; 9 – секторы барабана; 10 – загрузочные плоские и гофрированные листы; 11 – загрузочные блоки; 12 – засыпной загрузочный материал (обрезки труб, шарики и т.п.) Погружные биофильтры применяются для полной и неполной биологической очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод на сооружениях пропускной способностью от 1 м7сут до 150 тыс.м /сут. Оптимальная область применения – это комплексы сооружений по очистке сточных вод пропускной способностью 200 – 1000 м /сут от населенных мест и промышленных объектов. Погружные биофильтры устанавливаются после сооружений предварительной механической очистки; разделение биологически очищенной сточной воды и отработавшей биомассы (биопленки и активного ила) осуществляется во вторичных отстойниках. В целях обеспечения большей надежности работы погружные биофильтры следует устраивать не менее чем в две ступени и не менее чем в Две технологические линии в отапливаемых или неотапливаемых павильонах (зданиях). Биотенк – отстойник. Схема и принцип действия  Конструкция биотенка-отстойника: 1— подача воздуха; 2 — подача сточных вод; 3 — аэратор; 4 — подача иловой смеси в зону отстаивания; 5 — центральный короб; 6 — блочная загрузка; 7 — отстойник; 8 — отвод очищенной жидкости; 9 — окно для возврата циркулирующего активного ила; 10 — отвод избыточной биомассы Загрузка биотенка выполнена в виде блоков из рядов перфорированной винипластовой пленки толщиной 1 мм. При работе биотенка на сточных водах молочного завода в режиме продленной аэрации достигнута окислительная мощность примерно в 1,5 раза выше, чем в аэротенках, работающих в аналогичном режиме. Биотенк — аэрационное сооружение со специальной загрузкой, способствующей увеличению общего количества биомассы. Процесс биологической очистки в биотенке происходит с использованием как свободно плавающего активного ила, так и биологической пленки, наращиваемой на загрузочном материале, благодаря чему биотенки имеют более высокую окислительную мощность по сравнению с обычными аэротенками. Загрузка выполняется в виде отдельных кассет или блоков из пластмассовых жестких или гибких рулонных материалов. Между дном, стенками биотенка и загрузкой имеются зазорыдля циркуляции сточной воды, препятствующей выпадению ила на дно сооружения. Сама загрузка находится в зоне сравнительнонебольших скоростей движения воды, что способствует наращиванию биологической массы на загрузочном материале. Предусмотрена возможность извлечения отдельных кассет или блоков из биотенка. Биотенки целесообразно применять для очистки сточных вод с высокой концентрацией органических веществ. Запасы биологической массы обеспечивают стабильную работу биотенка при резких колебаниях состава поступающих сточных вод или залповых сбросах. При использовании биотенков снижается вероятность «вспухания» активного ила, так как нитчатые бактерии, вызывающие это явление, хорошо закрепляются на загрузке и не попадают с иловой смесью во вторичные отстойники. Это обеспечивает более высокое качество очищенной воды и позволяет значительно повысить рабочую дозу активного ила и, соответственно, окислительную мощность сооружения. В связи с этим биотенки рекомендуется использовать для биологической очистки производственных сточных вод, для которых характерно образование активного ила с интенсивным развитием нитчатых бактерий и высоким иловым индексом (например, сточные воды молокопе-рерабатывающей промышленности). Работа биотенков, как и обычных аэротенков, может осуществляться в режимах неполной и полной биологической очистки, с отдельной регенерацией ила или без нее, в режиме продленной аэрации с окислением избыточного активного ила. В биотенки могут быть переоборудованы существующие аэротенки путем установки в них загрузочных блоков или кассет. 34. Биореактор с волокнистой загрузкой: схема и принцип действия Наибольшую поверхность для закрепления биоценозов природной воды обеспечивают волокнистыематериалы. В качестве материалов для насадок биореакторов можно использоватьполиэтилен, капрон, лавсан, которые нерастворимы в воде, характеризуются высокой прочностью и стойкостью к микробным повреждениям, безвредныдля организмов. Эти волокнистые материалы имеют большую удельную поверхность для закрепления биоценозов природных вод. Их можно рекомендовать в качестве насадки биореакторов для интенсификации самоочищения воды поверхностных водоемов при подготовке питьевой воды. Для интенсификации процесса водоподготовки в системах сельскохозяйственного водоснабжения предложено [5] очистку природных вод осуществлять на установках с волокнистой и пенополистирольной загрузкой. В биореакторе благодаря прикрепленным к волокнистой загрузке иммобилизованным микроорганизмам осуществляется биологическое окисление примесей, находящихся в воде (Fe(HCO3)2, органические соединения т.п.) и их минерализация с образованием хлопьев, которые способны выпадать в осадок и задерживаться в фильтре. Фенол, являясь одним из наиболее ядовитых загрязнений природной воды, не может извлекаться путем адсорбции, разрушаться под действием окислителей (хлора, озона). Наиболее рациональным способом удаления фенолаиз воды является биологический. Интенсивность самоочищения природныхводоемов зависит от количества фенолокисляющих микроорганизмов, концентрации фенола. В качестве биореакторов для очистных сооружений пропускной способностью 50-700 куб.м в сутки сточных вод предложены 5-6-ступенчатые установки сполупогруженными вращающимися биобарабанами. Они представляют собой каскадподдонов (корыт) цилиндрической или близкой к ним конфигурации. Движение очищаемой сточной воды и жидкости из поддона в поддон - самотечное за счет объединения поддонов в сообщающиеся сосуды по средствам системы патрубков, располагаемых в примыкающих друг к другу стенок поддонов. Для равномерного распределения жидкости в первом по ходу движения поддоне расположен приемный карман с затопленным щелевым переливом. Сборный канал для отвода очищенной жидкости устраивается на выходе из последнего поддона установки (Рис. 4).В каждый поддон помещается барабан с волокнистой загрузкой, на которой нарастает биопленка. Барабан медленно вращается вследствие легкости конструкции, все барабаны каскада приводятся в движение от одного привода. При вращении барабана осуществляется естественная аэрация биомассы микроорганизмов. В нижней части поддонов устраивают сборно- отводящие каналы или продольные бункеры для сбора и отвода осадка, заканчивающиесяпатрубком и задвижкой, которые присоединяются к сборному коллектору, отводящему осадок на обезвоживание. Регенерация ершей осуществляется барботированием через перфорированные трубы, расположенные в нижней части биореактора. Установки работают устойчиво при различных концентрациях органических веществ в сточных водах.   35. Биореактор с псевдоожиженным слоем: схема и принцип действия Процессы в псеводоожиженном слое катализатора обычно осуществляют в реакторах колонного типа, рассмотренных в предыдущем разделе, поэтому если такие процессы включают подачу или отвод газа, то расчет газовых потоков и массопереноса должен выполняться так, как было только что описано. В то же время в реакторах с псевдоожиженным слоем катализатора появляется еще одна фаза. В башенном реактрое с псевдоожиженным слоем катализатора поток жидкости направлен снизу вверх по высокому вертикальному цилиндру. Частицы нерастворимого биокатализатора (скопления микроорганизмов, частицы иммобилизованных ферментов или клеток) суспендируются, увлекаемые восходящим потоком жидкости. Вовлеченные в этот поток частицы катализатора в верхней расширяющейся части реактора прекращают подъем и затем вновь возвращаются в башню. Если тщательно подобрать режим работы реактора с учетом характеристик организма, то биокатализатор удается удерживать в реакторе, несмотря на то, что через реактор неперерывно протекает среда. Например, в башенных ферментерах, использующихся в непрерывных процессах пивоварения, создается определенный градиент концентрации дрожжевых клеток по высоте башни, причем бвлизи от дна реактора концентрация микроорганизмов может достигать 35%, а в верхней части башни этот парамент снижается до 5-10%. Более того, в зависимости от высоты в реакторе постепенно изменяются и характеристики среды. Так, вблизи зоны поступления исходных питательных вещств превращениям подвергаются прежде всего легко ферментируемые сахара, что приводит к снижению плотности среды. В средней и верхней зонах башни скопления дрожжевых клеток трансформируют мальтотриозу и отчасти мальтозу. Рудиментарная модель реактора с псеводоожиженным слоем катализатора может быть разработана, если допустить, во-первых, что частицы биологического катализатора (хлопья скоплений микроорганизмов или частицы иммобилизованного фермента) однородны по форме и размерам; во-вторых, что плотность жидкой фазы является функцией концентрации субстрата; в-третьих, что движение жидкой фазы в реакторе осуществляется в режиме полного вытеснения; в-четвертых, что реакция утилизации субстрата имеет первый порядок по биомассе, но нулевой порядок по субстрату; в-пятых, что числа Рейнольдса частиц катализатора, рассчитанные по их конечной скорости, достаточно малы, так что движение частицы может быть описано законом Стокса. Четвертое и пятое допущение достаточно обосновнны во многих ситуациях; первое, второе и третье в ряде случаев так же могут быть оправданы. Основным недостатком этой модели является обезличивание субстратов. Действительно, в обсуждаемой модели различные сахара, утилизируемые в ходе анаэробного спиртового брожения, сгруппированы в некий гипотетический единый и средний субстрат. При таком подходе исключается возможность учета эффекта глюкозы, играющего очень важную роль в процессах пивоварения в башенных ферментерах непрерывного действия. Что касается потока жидкой фазы через псеводоожиженный слой, то обычно желательно поддерживать режим полного вытеснения. Нестабильная структура течений в слое в ряде случаев может вызывать существенное обратное смешение, нарушающее ход процесса и нормальную работу реактора. Вероятность обратного смешения возрастает при уменьшении диаметра колонны и снижении скорости потока жидкой фазы. В то же время в биореакторах с псевдоожиженным слоем катализатора в силу малых размеров его частиц и небольшого различия между плотностями жидкой фазы и катализатора приходится ограничиваться относительно невысокими линейными скоростями потока жидкости. Кроме того, при понижении скорости потока жидкой фазы повышается концентрация катализатора в реакторе. Показано, что введение в биореактор с псевдоожиженным слоем катализатора статических элементов перемешивания может значительно улучшить характеристики расширения слоя и снизить нежелательное обратное смешение. Поскольку реакторы с неподвижным слоем катализатора в общем случае ближе к реакторам полного вытеснения, может возникнуть вопрос о целесообразности и преимуществах биореакторов с псевдоожиженным слоем катализатора. Прежде всего преимущества таких реакторов очень ярко проявляются при необходимости контакта реакционной смеси с газами. В реакторах с неподвижным слоем катализатора довольно трудно добиться эффективной аэрации (особенно при большом объеме реактора), а если в ходе процесса образуются газообразные продукты, например, углекислый газ, то нелегко и предупредить избыточное накопление газа в верхней части реактора с неподвижным слоем. Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора обеспечивает режимы течений, в большей степени способствующие межфазному контакту в системе газ–жидкость–твердое тело. Хороший контакт между газовой и жидкой фазами, с одной стороны, и биокатализаторо, с другой, обеспечивают так же реакторы со струйным течением жидкости.  36. Сооружения почвенной очистки (поля орошения и поля фильтрации) и биологические пруды. Устройство, принцип работы, дорускаемые нагрузки на сооружения. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Их отличают сравнительно низкие строительные и эксплуатационные затраты, буферная способность при залповых сбросах сточных вод, колебаниях рН, температуры, достаточную степень изъятия из воды биогенных элементов. К недостаткам относится сезонность работы, низкая скорость окисления загрязнений. Поля орошения и поля фильтрации относятся к почвенным методам очистки и в зависимости от производительности разделяются на малые, средние и крупные. Почва - это сложный комплекс органических и неорганических веществ, заселенный большим числом различных микроорганизмов. Число бактерий в 1 г почвы достигает сотен миллионов. В почве отсутствуют благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры, вследствие чего она представляет собой надежный и мощный фактор обезвреживания сточных вод. В результате почвенной очистки одновременно решаются две задачи - минерализация органических веществ и обеззараживание. Очистка на полях орошения и фильтрации используются преимущественно для очистки бытовых и городских (смешанных) сточных вод. Поля орошения являются сельскохозяйственными угодьями, специально предназначенными для очистки сточных вод и одновременного выращивания растений. На полях фильтрации очистка производится без участия растений. Они применяются в основном в качестве резервных участков для принятия сточных вод, когда невозможна подача воды на поля орошения. Очистка сточных вод на полях орошения основана на воздействии почвенной микрофлоры, кислорода воздуха, солнца и жизнедеятельности растений. В очистке сточных вод в той или иной степени участвует активный слой грунта толщиной 1,5-2 м. Минерализация органического вещества происходит в основном в верхнем полуметровом слое почвы. При этом повышается плодородие почвы, что связано с обогащением почвы нитратами, фосфором и калием. Однако общий солевой состав стоков не должен превышать 4-6 г/л для предотвращения засоления почвы. На полях орошения применяют различные виды распределения очищаемой воды: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание, подпочвенное орошение. Сточные воды подаются на поля орошения периодически с интервалом 5 дней. В зимний период для местностей с холодной зимой на них производится намораживание сточных вод. Для сбора сточной воды, используемой на полях орошения, служат пруды-накопители вместимостью, равной шестимесячному накоплению в них воды. При использовании почвенных методов очистки необходимо учитывать тип грунта (тяжелые грунты - глины, суглинки, плотные известняки - исключаются), рельеф местности, уровень залегания грунтовых вод и другие почвенно-климатические условия. Биологические пруды - искусственно созданные или естественные водоемы, в которых очистка сточных вод идет под воздействием природных процессов самоочищения. Они могут применяться как для самостоятельной очистки, так и для глубокой доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Представляют собой неглубокие водоемы (0,5-1 м), хорошо прогреваемые солнцем и заселенные водными организмами. В процессах, протекающих в биопрудах, наблюдается полный природный цикл разрушения органических загрязнений. Воздействие на работу прудов различных факторов может создавать в них как аэробные, так и аэробно-анаэробные условия. Пруды, постоянно работающие в аэробных условиях, называются аэрируемыми, а пруды с переменными условиями - факультативными. Аэробные условия в прудах могут поддерживаться либо за счет естественного поступления кислорода из атмосферы и фотосинтеза, либо за счет принудительной подачи воздуха в воду. Поэтому различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом. Эффективность очистки в прудах определяется временем года, в холодный период она резко снижается. Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток. Аэрирующие устройства могут быть механического и пневматического типа. Существуют разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные и непроточные. Как правило, устраивают от двух до пяти последовательно работающих секций, из которых последняя предназначена для отделения ила. В биологических прудах необходимо присутствие водных растений, которые оказывают благоприятное влияние на процесс очистки. Иногда в последних ступенях серийных прудов разводят рыбу, что позволяет избежать образования ряски. В непроточные пруды сточная вода подается после отстаивания и разбавления. Продолжительность пребывания воды в них составляет 20-30 суток. Качество очистки в непроточных прудах выше, чем в серийных. В зимнее время пруды обычно опорожняются и могут быть использованы как накопители. Один раз в два-три года рекомендуется производить перепашку дна и посадку растительности. Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки. 37. Нейтрализация сточных вод. Схемы нейтрализации смешением и при помощи реагентов. Производственные сточные воды многих отраслей промышленности содержат кислоты и щелочи. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделить из С целью предупреждения коррозии материалов и сооружений, нарушения биохимических процессов, кислые и щелочные сточные воды перед сбросом их в водоем, подачу на биологические очистные сооружения или повторном использовании в технологическом процессе должны быть нейтрализованы. Реакция нейтрализации - это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений: Н+ + ОН– = Н2О, при этом активная реакция водной среды приближается к рН=7. Кислые воды (рН<6,5) встречаются чаще, чем щелочные (рН>8,5), и представляют большую опасность. Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами: серной, азотной, соляной, а также их смесями. Концентрация их обычно не превышает 3 %, но иногда достигает 40 % и более. При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации: 1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; 2) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь СаО, гашеная известь Са(ОН)2, кальцинированная сода Nа2СО3, каустическая сода NаОН, аммиак NН4ОН); 3) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк СаО3, доломит СаСО3⋅МgСО3, магнезит МgСО3, обоженный магнезит МgО, мел СаСО3). Выбор способа нейтрализации зависит от вида и концентрации кислот, загрязняющих сточные воды, расхода и режима поступления вод на нейтрализацию, наличия реагентов, местных условий и т.п. Предложен способ нейтрализации щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО2, SО2, NО2 и др., который позволяет одновременно нейтрализовать сточные воды и производить очистку газов от вредных компонентов. Наиболее простым и дешевым способом нейтрализации сточных вод является смешение кислых сточных вод со щелочными. Метод взаимной нейтрализации широко используется в химической промышленности. Вследствие различного режима образования и сброса этих вод применяют регулирующие и усредняющие устройства, с помощью которых сточные воды равномерно выпускаются в канализацию и обеспечивается максимальное использование кислых или щелочных агентов, содержащихся в сточных водах. При наличии на предприятии сточных вод одного вида применяют реагентный метод нейтрализации, особенно для кислых сточных вод. Для нейтрализации минеральных кислот чаще всего используют известь в виде пушонки или известкового молока и карбонаты кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но усложняют реагентное хозяйство (необходимы усреднители, затруднено регулирование дозы реагента). При нейтрализации стоков, содержащих серную кислоту, в зависимости от реагента происходят реакции: Н2SО4 + Са(ОН)2 = СаSО4 + 2Н2О, Н2SО4 + CаСО3 = СаSО4 + Н2О + СО2. Образующийся при нейтрализации сульфат кальция (гипс) при высокой концентрации (∼2 г/л) выпадает в осадок, тогда необходимо устраивать отстойники-шламонакопители. Гашеная известь, применяемая для нейтрализации, готовится в виде известкового молока 5 % концентрации по активному оксиду кальция (“мокрое” дозирование), но может использоваться и в виде сухого порошка (“сухое” дозирование). Для нейтрализации органических жирных кислот применяют известь, содержащую не менее 25-30 % активного оксида кальция, или смесь извести с 25 % технической аммиачной водой. В качестве нейтрализующих добавок могут быть использованы отходы производства: карбидный шлам ацетиленовых станций, шлам от установок химводоочистки. |