Экология. Экология (7). Практическая работа Демографическая емкость территорий Тема Основные положения классической экологии
 Скачать 0.59 Mb.
|
Практическая работа № 4. Методы и сооружения очистки сточных водТема 2. Влияние современной антропогенной деятельности на биосферу Цель работы: получение знаний в области очистки сточных вод, охраны гидросферы; формирование практических навыков при выборе методов и средств очистки вредных сбросов в водные объекты. Задачи: изучить теоретический материал; освоить методы очистки сточных вод; изучить сооружения для очистки сточных вод. Учебные вопросы Назовите основные загрязняющие вещества производственных и бытовых сточных вод. Какие способы очистки и обеззараживания сточных вод существуют? В чем заключается принцип биологических методов очистки сточных вод? Назовите физико-химические методы очистки сточных вод. Изучив данную тему, студент должен: иметь представление: о процессах образования сточных вод; принципах химической и биологической очистки сточных вод; знать: методы очистки сточных вод; современные технологии очистки сточных вод; устройства и сооружения для очистки сточных вод; уметь: оценивать качество очистки сточных вод; применять полученные знания при проведении природоохранных мероприятий; владеть: системным подходом к решению задач по снижению экологического риска в области профессиональной деятельности; навыком принятия решений по обеспечению экологической безопасности; методами реализации мер экологической безопасности. Методические рекомендации по изучению темы При освоении темы необходимо: изучить теоретический материал; выполнить практическое задание; ответить на контрольные вопросы. Теоретический материал Источники загрязнения водных объектов В промышленности вода играет важнейшую роль, т. к. в любом технологическом цикле вода используется как растворитель, теплоноситель, хладагент. Виды сточных вод Сточные воды – это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения. Основными веществами, загрязняющими воду, являются: нефть и нефтепродукты; синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ (моющие вещества); кислоты и щелочи; пестициды и гербициды; загрязнители атмосферы (за счет осаждения); загрязнители почвы (за счет вымывания); органические вещества; ядохимикаты; горюче-смазочные материалы. По происхождению сточные воды могут быть классифицированы на следующие: бытовые, производственные и атмосферные. Производственные сточные воды образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и проч. 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 и твердых отходов и их транспортировки. Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов. По составу производственные сточные воды делят на три основные группы: воды, содержащие неорганические примеси (в том числе токсические); воды, содержащие органические примеси; воды, содержащие неорганические и органические загрязняющие примеси. 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. Попадание неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод и других видов отходов, содержащих цветные металлы, в водные объекты наносит ущерб народному хозяйству и окружающей природе не только из-за потерь, используемых в производстве металлов, но и вследствие огромного негативного их воздействия на окружающую среду. Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся различные 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. Сточные воды третьей группы образуются в процессах гальвано-химической обработки поверхностей, в производстве печатных плат электронной техники, в коксохимических и других технологических процессах. В составе этих стоков присутствуют неорганические кислоты, ионы тяжелых металлов, ПАВ, масла, красители, смолы и другие вещества. Производственные сточные воды также можно подразделить на два основных вида: незагрязненные и загрязненные. Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, такие стоки образуются при охлаждении технологического оборудования и продуктов производства. Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси. Такие стоки могут быть загрязнены преимущественно органическими или минеральными примесями. Производственные сточные воды можно различать также по физическим свойствам. Например, по температуре кипения выделяют воды, кипящие при температуре ниже 120 °С, 120–250 °С и выше 250 °С в зависимости от свойств содержащихся в них примесей. По степени агрессивности сточные воды подразделяют: на слабоагрессивные (слабокислые при рН = 6–6,5 и слабощелочные при рН = 8–9); сильноагрессивные (сильнокислые при рН < 6 и сильнощелочные при рН > 9); неагрессивные (при рН = 6,5–8). Атмосферные сточные воды образуются в процессе выпадения дождей и таяния снега как на жилой территории населенных пунктов, так и на территории промышленных предприятий, АЗС и др. Часто эти воды называют дождевыми (или ливневыми) вследствие того, что в большинстве случаев максимальные расходы образуются в результате выпадения ливней (дождей). Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий. В бытовых сточных водах содержатся загрязнения минерального и органического происхождения. Те и другие находятся в нерастворенном, растворенном и коллоидном состояниях. Наибольшую санитарную опасность представляют загрязнения органического происхождения. В бытовых сточных водах взвешенных веществ органического происхождения содержится в среднем 100–300 мг/л. 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). Все указанные выше сточные воды требуют обязательной очистки при их отведении в открытые водоемы, так как в них содержатся различные загрязняющие вещества в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые. Основными источниками загрязнения и засорения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства, образующиеся при обработке 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. Наблюдаются изменения химического состава воды, в частности – появление в ней вредных веществ, плавающих на ее поверхности и откладывающихся их на дне водоемов. Сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности отмечается интенсивным использованием пресной воды (3,4 млрд м3 в год) и относятся к числу наиболее крупных загрязнителей водоемов. Со сточными водами сбрасывается значительное количество органических веществ, входящих в состав древесины, одним из которых является лигнин. Лигнин и подобные ему вещества (талины, флавоноиды и другие фенольные соединения), являются веществами, обусловливающими цветность воды. Лигниноподобные вещества относятся к числу опасных загрязнителей. Их деструкция длится долгие годы, они являются источником постоянных токсичных соединений (таких как фенолы), что резко ухудшает физико-химические свойства воды и замедляет процессы самоочищения водоемов. Радиоактивные сточные воды. Объекты ядерной энергетики (атомные станции, военные объекты) загрязняют водные объекты радиоактивными стоками. Радиоактивные вещества концентрируются в мельчайших планктонных организмах и в рыбе, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем радиоактивность воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 Ки на 1 л и более), подлежат захоронению в подземных бессточных бассейнах и специальных резервуарах. Сточные воды тепловых электростанций. Нагретые сточные воды тепловых электростанций причиняют «тепловое загрязнение», которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей – так называемого «цветения воды». Сточные воды гальванических производств. При использовании в технологических процессах вода загрязняется различными органическими и минеральными веществами, в том числе и ядовитыми. Одним из источников загрязнения окружающей среды вредными веществами (в первую очередь тяжелыми металлами) являются сточные воды гальванических производств. Гальванические производства создают в процессе эксплуатации отходы, которые могут находиться в жидком, твердом, пастообразном или газообразном состояниях, представляя собой различную степень опасности и токсичности для окружающей природной среды и человека. Ежегодно при промывке изделий после гальванических покрытий расходуется не менее 650 млн тонн чистой воды, а из рабочих ванн при этом выносится не менее 3300 т цинка, 2400 т никеля, 2500 т меди, десятки тысяч тонн других металлов, кислот и щелочей. Источниками загрязнения окружающей среды в гальванотехнике являются не только промывные воды, но и отработанные концентрированные растворы. Сбросы отработанных растворов по объему составляют 0,2–0,3 % от общего количества сточных вод, а по общему содержанию сбрасываемых загрязнений достигают 70 %. Залповый характер таких сбросов нарушает режим работы очистных сооружений, приводит к безвозвратным потерям ценных материалов. Сточные воды химической промышленности. Сточные воды, образующиеся на предприятиях химических производств, а также стоки, отводимые с территории промышленных предприятий, можно разделить на три категории: производственные сточные воды, использующиеся в технологическом процессе производства или образующиеся при добыче полезных ископаемых; бытовые стоки от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории промышленных предприятий; атмосферные стоки (дождевые и образующиеся от таяния снега). Для каждого типа химических производств характерен свой состав сточных вод. Так, на предприятии, производящем печатные платы, в сточных водах будут присутствовать ионы тяжелых и цветных металлов, но в стоках не будет нефтепродуктов и масел. На нефтеперерабатывающем предприятии в стоках будут содержаться фенолы, нефтепродукты, но не будет ионов хрома или никеля. 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 изменяются запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу для человека и не только. Всего 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды. Для очистки от загрязнения нефтепродуктами применяется метод биологической ремедиации нефтезагрязненных земель, что представляет собой комплексную технологию очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель с применением аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов. Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Фенол содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий и коксохимических производств. При этом биологические процессы (в т. ч. процесс самоочищения) водоемов резко снижаются, вода приобретает специфический запах карболки. Для формирования состава производственных сточных вод большое значение имеет вид перерабатываемого сырья. Так, основным загрязняющим компонентом сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий являются нефть, нефтепродукты. Состав сточных вод зависит также от технологического процесса, состава исходных компонентов, промежуточных продуктов, выпускаемых продуктов, от состава исходной воды, местных условий и других факторов. Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти сточные воды стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В коммунально-бытовых, медико-санитарных сточных водах обычно содержится около 60 % веществ органического происхождения, к которым относятся бактерии, вирусы, грибы, водоросли и т. д. В связи с расширением пищевой промышленности и животноводства все чаще дают о себе знать стоки предприятий данных отраслей. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное негативное влияние на биологический и физический режимы водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества. Способы очистки и обеззараживания сточных вод Качество очистки сточных вод зависит от выбора методов очистки. В зависимости от видов процессов методы делятся на механические, физико-химические и биологические. Наиболее высокое качество очистки достигается при применении всех трех методов. 1. Механическая очистка Принцип механической очистки заключается в том, что из стоков удаляются все твердые нерастворимые вещества, твердые фракции и примеси, которые могут повредить дальнейшее очистное оборудование и сооружения. Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей. Механическую очистку сточных вод можно выполнять двумя способами. Первый способ состоит в процеживании воды сквозь решетки и сита, в результате чего отделяются твердые частицы. Второй заключается в отстаивании воды в специальных отстойниках, в результате чего минеральные частицы оседают на дно. К сооружениям для механической очистки сточных вод относятся: решётки (или УФС – устройства фильтрующие самоочищающиеся); сита; песколовки; первичные отстойники; мембранные элементы; септики. Решётки применяются для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения, сита – для более полного выделения грубодисперсных примесей. Мембранная технология в последнее время становится перспективным способом при очистке сточных вод, который применяется в комплексе с традиционными способами для более глубокой очистки стоков и возврата их в производственный цикл. Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Метод осаждения используется для очистки сточных вод от взвешенных веществ. Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (в случае всплывания – меньше) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках (периодического и непрерывного действия), осветлителях, нефтеловушках и жироуловителях. Другим методом очистки производственных сточных вод и загрязненных вод другого происхождения от крупнодисперсных субстанций является метод флотации. Процесс проходит в специальных сооружениях – флотаторах, в которые под давлением подаются воздух и сточные воды. Суть данной методики состоит в переносе загрязняющих агентов на поверхность обрабатываемых сточных вод при помощи воздушных пузырьков. В результате получаются 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. Для очистки сточных вод от взвешенных веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил и фильтрование. |