Дипломная работа - Методы очистки производственных сточных вод. Содержание Введение Литературный обзор
 Скачать 202.5 Kb.
|
|
Концентрация этих веществ в сточной воде (мг/л), меняется в зависимости от степени разбавления загрязнений водой: чем выше норма водоотведения тем ниже концентрация. Содержание в сточной воде железа и сульфатов зависит главным образом от присутствия их в водопроводной воде. Количество указанных выше, а также других ингредиентов, поступающих с загрязнениями в ПСВ, сильно колеблется и зависит не только от содержания их в разбавляемой водопроводной воде и обрабатываемом продукте, но и от технологического процесса производства, режима поступления вод в производственную сеть и других причин. Следовательно, для данного вида производства можно установить лишь примерное количество загрязнений, содержащихся в сбрасываемых ПСВ. При проектировании производственной канализации необходимо иметь данные анализа ПСВ, и только в том случае, если такие данные получить нельзя, можно пользоваться данными по аналогичным производствам.
Состав и количество ПСВ различны. Даже предприятия одного типа, например кожевенные заводы, в зависимости от характера технологического процесса могут сбрасывать сточные воды различного состава и в различных количествах. Некоторые ПСВ содержат загрязнения, не больше, чем бытовые, но другие значительно больше. Так, вода от рудообоготительных фабрик содержит до 25000мг/л взвешенных частиц, от шерстомоек – до 20000мг/л. ПСВ делятся на условно чистые и загрязненные. Условно чистые воды чаще те, которые использовались для охлаждения; они почти не загрязняются, а только нагреваются. Загрязненные производственные воды делятся на группы, содержащие определенные загрязнения: а) преимущественно минеральные; б) преимущественно органические, минеральные; в) органические, ядовитые вещества. ПСВ в зависимости от концентрации загрязнений могут быть высококонцентрированными и слабоконцентрированными. В зависимости от активной реакции воды производственные воды по степени агрессивности делятся на малоагрессивные воды (слабокислые с рН = 6 – 6,6 и слабощёлочные с рН = 8 – 9) и сильноагрессивные (с рН < 6 и сильнощёлочные – рН > 9). 1.4 Бактериальные загрязнения сточных вод Флора и фауна сточных вод представлены бактериями, вирусами, бактериофагами, гельминтами и грибами. В сточной жидкости находится огромное количество бактерий: в 1мл сточной воды их может быть до 1млрд. Большая часть этих бактерий относится к разряду безвредных (сапрофитные бактерии), размножающихся на мертвой органической среде, но имеются и такие, которые размножаются и живут на живой материи (патогенные бактерии), разрушая в процессе своей жизнедеятельности живой организм. Патогенные микроорганизмы, встречающиеся в городских сточных водах, представлены возбудителями брюшного тифа, паратифа, дизентерии, водной лихорадки, туляремии и др. О загрязненности воды болезнетворными бактериями говорит присутствие в ней особого вида бактерий – группы кишечной палочки. Эти бактерии не болезнетворные, но их присутствие указывает, что в воде могут находиться и болезнетворные бактерии. Чтобы оценить степень загрязненности воды патогенными бактериями, определяют коли – титр, т.е. наименьшее количество воды в мл, в котором содержится одна кишечная палочка. Так, если титр кишечной палочки равен 100, то это значит, что в 10мл исследуемой воды содержится одна кишечная палочка. При титре, равном 0,1, количество бактерий в 1мл равно 10 и т.д. Для сточных городских вод титр кишечной палочки обычно не превышает 0,000001. Иногда определяют коли – индекс, или число кишечных палочек в 1л воды.
Приемниками сточных вод в большинстве служат водоёмы. Сточные воды перед спуском в водоём необходимо частично или полностью очистить. Однако в водоёме находится определенный запас кислорода, который может быть частично использован для окисления органического вещества, поступающего в него совместно со сточной водой; водоём обладает некоторой самоочищающей способностью, т.е. в нем с помощью микроорганизмов – минерализаторов могут окисляться органические вещества, но содержание растворенного кислорода в воде будет падать. Зная об этом, можно снизить степень очистки сточных вод на очистных сооружениях перед сбросом их в водоём. Не следует преувеличивать возможности водоёмов, в частности рек, в отношении приема больших масс сточных вод даже в том случае, если кислородный баланс позволяет осуществить такой сброс без окончательной очистки. Любой, даже небольшой, водоём используется для массового купания и имеет архитектурно – декоративное и санитарное значение.
ПСВ обычно делятся на 3 основные группы:
Чистые и малозагрязненные воды можно направлять в систему оборотного водоснабжения или использовать для разбавления загрязненных вод для снижения концентрации загрязнения. Часто применяют раздельное отведение ПСВ и раздельную очистку этих вод теми или иными методами перед спуском в водоём. Это оправдывается экономически. Для очистки ПСВ применяют следующие методы:
1.6.1. Механическая очистка ПСВ Механическая очистка ПСВ предназначается для выделения из них нерастворенных и частично коллоидных примесей. К методам механической очистки относятся: а) процеживание; б) отстаивание; в) фильтрование; г) удаление нерастворенных примесей в гидроциклонах и на центрифугах. Процеживание применяют для выделения из сточной жидкости крупных плавающих веществ и более мелких, главным образом волокнистых загрязнений. Для выделения крупных веществ применяют решетки, а более мелких – сита. Решетки для предварительной очистки обязательно устраивать для всех очистных станций. Сита применяют как самостоятельные устройства, после прохождения которых ПСВ могут быть сброшены либо в водоём, либо в городскую канализационную сеть. Отстаиванием выделяют из ПСВ нерастворенные и частично коллоидные загрязнения минерального и органического происхождения. Отстаиванием удается выделить из сточной воды как частицы с удельным весом, большим, чем удельный вес воды (тонущие), так и с меньшим удельным весом (плавающие). Отстойники для очистки ПСВ могут представлять собой самостоятельные сооружения, процесс очистки на которых заканчивается, или же сооружения, предназначенные только для предварительной очистки. Для выделения тонущих нерастворимых примесей применяют как горизонтальные, так и радиальные отстойники по своей конструкции они мало отличаются от отстойников, применяемых для осветления бытовых сточных вод. Фильтрование служит для задерживания взвеси, не осевшей при отстаивании. Применяют песчаные фильтры, диатомитовые фильтры и сетчатые фильтры с фильтрующим слоем. Песчаные фильтры применяют при невысоком содержании взвешенных веществ. Хорошо зарекомендовали себя двухслойные фильтры. Нижний слой загрузки – песчаный крупностью зерен 1 – 2 мм, а верхний слой – антрацитовая крошка. Сточная вода подается сверху, затем подают промывную воду и отводят грязную. Диатомитовые фильтры. В этих фильтрах сточная жидкость фильтруется через тонкий слой диатомита, наносимый на пористые поверхности. В качестве пористых материалов применяют керамику, металлическую сетку и ткань. Применяют также искусственные порошкообразные составы из диатомита с высокой адсорбционной способностью. Такие фильтры обеспечивают высокий эффект очистки. Гидроциклоны применяют для осветления сточных вод и сгущения осадка. Они бывают открытые и напорные. Открытые гидроциклоны применяются для выделения из сточных вод структурных оседающих и грубодисперсных всплывающих примесей. Напорные гидроциклоны служат для выделения из сточных вод только оседающих агрегатоустойчивых грубодисперсных структурных примесей. Открытые гидроциклоны бывают без внутренних устройств, с диафрагмой и цилиндрической перегородкой и многоярусные. Последние применяют для выделения тяжелых неслеживающихся грубодисперсных примесей и нефтепродуктов. 1.6.2. Физико-химическая очистка ПСВ К физико-химическим методам очистки относятся: а) экстракция; б) сорбция; в) эвапорация; г) кристаллизация; д) флотация. А) Экстракция. Сущность экстракционного метода очистки производственных сточных вод состоит в следующем. При смешивании взаимонерастворенных жидкостей загрязняющие вещества, содержащиеся в них, распределяются в этих жидкостях соответственно своей растворимости. Если в сточной воде содержится фенол, то для его выделения воду можно смешать с бензолом (растворителем), в котором фенол растворяется в значительно большей степени. Таким образом, последовательно действуя бензолом на воду, можно добиться почти полного удаления фенола из воды. В качестве растворителей обычно применяют различные органические вещества: бензол, четыреххлористый углерод и т.д. Экстракцию проводят в металлических резервуарах-экстракторах, имеющих форму колонн с насадками. Снизу подается растворитель, удельный вес которого меньше удельного веса воды, вследствие чего растворитель поднимается вверх. Загрязненная сточная вода подводится сверху. Слои воды, встречая на своем пути растворитель, постепенно отдают загрязняющие воду вещества. Очищенная от загрязнений вода отводится снизу. Таким приемом, в частности, можно очищать ПСВ, содержащие фенол. Б) Сорбция. Этот процесс заключается в том, что загрязнения из сточной жидкости поглощаются телом твердого вещества (адсорбция), осаждаются на его активно развитой поверхности (адсорбция) или вступают в химическое взаимодействие с ним (хемосорбция). Для очистки ПСВ чаще всего пользуются адсорбцией. В этом случае к очищаемой сточной жидкости добавляют сорбент (твердое тело) в размельченном виде и перемешивают со сточной водой. Затем сорбент, насыщенный загрязнениями, отделяют от воды отстаиванием или фильтрованием. Чаще очищаемую сточную воду пропускают непрерывно через фильтр, загруженный сорбентом. В качестве сорбентов применяют: активированный уголь, коксовую мелочь, торф, каолин, опилки, золу и т. д. Лучшее, но наиболее дорогое вещество – активированный уголь. Метод сорбции можно использовать, например, для очистки ПСВ от газогенераторных станций, содержащих фенол, а также ПСВ, содержащих мышьяк, сероводород и т.д. В) Эвапорация. Эвапорацией называется отгонка с водяным паром летучих веществ, загрязняющих сточную воду. Отгоняют либо в периодически действующем аппарате, либо в непрерывно действующих дистилляционных колоннах. Г) Кристаллизация. Этот метод очистки можно использовать только при значительной концентрации загрязнений в ПСВ и способности их образовывать кристаллы. Обычно предварительный процесс – выпаривание сточной воды, чтобы создать повышенную концентрацию загрязнений, при которой возможна их кристаллизация. Для ускорения процесса кристаллизации загрязнений сточная вода охлаждается и перемешивается. Выпаривание и кристаллизация сточной воды осуществляются обычно в естественных прудах и водоёмах. Этот способ очистки ПСВ неэкономичен, поэтому широкого применения не получил. Д) Флотация. Процесс основан на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. Его успешно применяют в ряде отраслей техники и для очистки ПСВ. Процесс флотации состоит в том, что молекулы нерастворимых частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе на поверхность. Успех флотации в значительной степени зависит от величины поверхности пузырьков воздуха и от площади контакта их с твердыми частицами. Для повышения эффекта флотации в воду вводят реагенты. 1.6.3 Химические методы очистки ПСВ К химическим методам очистки ПСВ относятся: коагулирование; нейтрализация и окисление. Коагулирование. Сущность процесса коагулирования состоит в том, что к сточной воде добавляют реагент (коагулянт), способствующий быстрому выделению из нее мелких взвешенных и эмульгированных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагент добавляют обычно до направления сточной воды в отстойники. Взвеси вместе с коагулянтом осаждаются в отстойных бассейнах. Этим способом обычно очищают сточные воды, содержащие мелкие взвеси, например: воды текстильных предприятий (красильные и отбельные отделения) и т.д. В качестве коагулянтов применяют известь CaO, железный купорос FeSO4, глинозем AL2(SO4)3 и т.д.; иногда добавляют смесь этих реагентов. Для интенсификации процесса смешивания, хлопьеобразования и осветления за рубежом применяют осветлители со «взвешенным фильтром» и осветлители с «хлопьевидной суспензией и циркуляцией». Первый осветлитель работает по следующему принципу, сточная жидкость подается в центральную камеру осветлителя через распределительное кольцо. Сюда же подается коагулянт. В центральной камере происходит процесс хлопьеобразования. Здесь сточная жидкость перемешивается мешалками, а затем направляется в периферийную часть, где создается определенная скорость потока и образуется «взвешенный фильтр». Этот фильтр состоит из хлопьев коагулянта и способствует задержанию взвешенных частиц. Нейтрализация. Сточные воды нейтрализуются при их химическом взаимодействии с веществами. ПСВ многих предприятий, которые содержат повышенное количество кислот и щёлочей, спускать в канализационную сеть, на очистные станции и в водоёмы нельзя без предварительного доведения концентрации этих загрязнений до допустимых значений. Существует несколько способов нейтрализации ПСВ: а) непосредственное смешение кислых стоков со щёлочными перед спуском их в канализационные сети; б) использование активной щёлочи городских сточных вод или водоёма; в) добавление реагента в пропорциях, необходимых для нейтрализации; г) фильтрация загрязненных вод через нейтрализующие материалы. Окисление. Это метод применяют, когда другие методы очистки, в том числе и биохимический, не позволяют разрушить или удалить вредные вещества, содержащиеся в ПСВ. Комплекс сооружений для очистки сточных вод этим методом представляет собою реагентное хозяйство, которое состоит из склада реагентов, растворных баков и дозаторов, камеры реакции и отстойников. 1.6.4. Биологическая очистка ПСВ Для биологической очистки ПСВ может быть использован любой из существующих способов биологической очистки бытовых сточных вод: очистка на полях орошения или полях фильтрации, на биофильтрах или аэротенках. Однако это возможно при соблюдении основных требований: 1) из ПСВ должны быть удалены жировые и смолистые вещества; 2) концентрация ядовитых веществ (циан, фенол, пикриновая кислота, древесный спирт) и солей тяжелых металлов (меди, цинка, висмута, хрома, ртути и т.д.) не должна превышать допустимых для биологического процесса пределов; 3) реакция сточных вод должна находится в пределах pH=6,5 – 8,5; 4) если сточные воды содержат крупные нерастворенные или волокнистые вещества, они должны быть удалены из стоков при помощи специальных устройств (сит, волокноуловитель и т.д.); 5) до биологической очистки сточные воды должны быть подвергнуты предварительному отстаиванию. Поля орошения и поля фильтрации. Полями орошения называются специально подготовленные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод и используемые одновременно для агрикультурных целей. Если поля предназначены только для биологической, без выращивания на них сельскохозяйственных (с/х) культур, то они носят название полей фильтрации. Различают следующие типы полей орошения: коммунальные поля, которые в первую очередь используются для очистки сточных вод, а во вторую – для с/х; земледельческие поля орошения, предназначенные для полной биологической очистки сточных вод с одновременным использованием их для увлажнения и удобрения с/х земель. 2. Практическая часть 2.1 Теоретические основы методов контроля качества очистки ПСВ Для контроля качества очистки ПСВ необходимо создание специальных лабораторий, например, лаборатория промышленной санитарии. Так как состав ПСВ довольно разнообразен, необходимо постоянное наблюдение за качеством очистки этих вод. Государственным стандартом разработаны методики по определению содержания различных ингредиентов. Рассмотрим некоторые из этих методик: 1. Методика определения азота аммонийного с реактивом Несслера. 2. Методика определения нитритов с реактивом Грисса. 3. Методика аргентометрического определения хлоридов. 4. Методика турбидиметрического определения сульфатов. 5. Методика определения железа с роданидом. 6. Методика определения хрома с дифенилкарбазидом. 7. Методика определения щёлочности титрометрическим методом. 2.1.1 Методика определения азота аммонийного с реактивом Несслера Предельно допустимая концентрация (ПДК) аммиака и ионов аммония в воде водоёмов 2 мг/л по азоту (или 2,6 мг/л в виде иона аммония). Принцип метода Метод основан на способности аммиака (свободный аммиак и ионы аммония) образовывать с щёлочным раствором йодида одновалентной ртути окрашенные в желтый цвет соединения йодида меркураммония. При низкой концентрации аммиака и ионов аммония получают коллоидный раствор, пригодный к колориметрированию. При большом содержании (>3 мг/л) выпадает бурый осадок, в этом случае определение необходимо проводить после разбавления пробы безаммиачной водой. Предел обнаружения ионов аммония 0,05 мг/л. Диапазон измеряемых количеств аммонийных ионов в пробе 0,005 – 0,150 мг. Этим методом находят свободный аммиак, ионы аммония и аммиак, входящий в некоторые белковые соединения (например, альбуминоидный аммиак). Проведению анализа мешают амины, хлорамины, ацетон, альдегиды, спирты и другие органические соединения, реагирующие с реактивом Несслера. В их присутствии обнаруживают после предварительной отгонки. Мешающие влияние жесткости воды устраняют, добавляя в раствор сегнетовой соли. Большое количество железа, сульфиды и муть удаляют осветлением пробы воды цинковой солью. К 100 мл пробы прибавляют 1 мл сульфата цинка (100 г сульфата цинка растворяют в безаммиачной воде, разбавляют до 1 л) и смесь тщательно перемешивают. Затем pH смеси доводят до 10,5, прибавляя 25% раствор гидроксида калия или натрия, проверяя рН стеклянным электродом или по индикаторной бумаге. После образования хлопьев осадок отделяют центрифугированием или фильтрованием через стеклянный фильтр. Можно также коагулировать цветные и мутные воды гидроксидом алюминия: 0,5 г сухого препарата или 2 мл суспензии добавляют к 300 мл воды, после 2-часового отстаивания верхний прозрачный слой осторожно сливают сифоном. Мешающее влияние хлора устраняют добавлением тиосульфата или арсенита натрия (растворяют в безаммиачной воде 3,5 г тиосульфата натрия или 1 г арсенита натрия Na3AsO3 и доводят до 1 л). |