Загрязнение сточных вод1. Способы и методы определения содержания загрязняющих веществ в сточных водах
 Скачать 99 Kb.
|
|
Содержание:
Общие данные. Сточные воды - загрязнённые бытовыми отбросами и производственными отходами и удаляемые с территорий населённых мест и промышленных предприятий системами канализации. К сточным относят также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков в пределах территорий населённых пунктов и промышленных объектов. Содержащиеся в сточных водах органические вещества, попадая в значительных количествах в водоёмы или скапливаясь в почве, могут быстро загнивать и ухудшать санитарное состояние водоёмов и атмосферы, способствуя распространению различных заболеваний. Поэтому вопросы очистки, обезвреживания и утилизации сточных вод являются неотъемлемой частью проблемы охраны природы, оздоровления окружающей человека среды и обеспечения санитарного благоустройства городов и др. населённых мест. Классификация и состав сточных вод в зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик загрязнений (примесей), сточные воды подразделяются на 3 основных категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные), атмосферные. К бытовым сточным водам относят воды, удаляемые из туалетных комнат, ванн, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц. Они загрязнены в основном физиологическими отбросами и хозяйственно-бытовыми отходами. Производственными сточными водами являются воды, использованные в различных технологических процессах (например, для промывки сырья и готовой продукции, охлаждения тепловых агрегатов и т.п.), а также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых. Производственные сточные воды ряда отраслей промышленности загрязнены главным образом отходами производства, в которых могут находиться ядовитые вещества (например, синильная кислота, фенол, соединения мышьяка, анилин, соли меди, свинца, ртути и др.), а также вещества, содержащие радиоактивные элементы; некоторые отходы представляют определенную ценность (как вторичное сырьё). В зависимости от количества примесей производственные сточные воды. подразделяют на: загрязнённые, подвергаемые перед выпуском в водоём (или перед повторным использованием) предварительной очистке, условно чистые (слабо загрязнённые), выпускаемые в водоём (или вторично используемые в производстве) без обработки. Атмосферные сточные воды - дождевые и талые (образующиеся в результате таяния льда и снега) воды. По качественным характеристикам загрязнений к этой категории относят также воды от поливки улиц и зелёных насаждений. Атмосферные сточные воды, содержащие преимущественно минеральные загрязнения, менее опасны в санитарном отношении, чем бытовые и производственные сточные воды. Степень загрязнённости С. в. оценивается концентрацией примесей, т. е. их массой в единице объёма (в мг/л или г/м.3). Состав бытовых С. в. более или менее однообразен; концентрация загрязнений в них зависит от количества расходуемой (на одного жителя) водопроводной воды, т. е. от нормы водопотребления. Загрязнения бытовых С. в. обычно подразделяют на: нерастворимые, образующие крупные взвеси (в которых размеры частиц превышают 0,1 мм), суспензии, эмульсии и пены (в которых размеры частиц составляют от 0,1 мм до 0,1 мкм), коллоидные (с частицами размером от 0,1 мкм до 1 нм), растворимые (в виде молекулярно-дисперсных частиц размером менее 1 нм). Различают загрязнения бытовых сточных вод: минеральные, органические, биологические. К минеральным загрязнениям относятся песок, частицы шлака, глинистые частицы, растворы минеральных солей, кислот, щелочей и многие др. вещества. Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся остатки растений, плодов, овощей, бумага, растительные масла и пр. Основной химический элемент растительных загрязнений - углерод. Загрязнениями животного происхождения являются физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и пр. Они характеризуются значительным содержанием азота. К биологическим загрязнениям относятся различные микроорганизмы, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли, бактерии, в том числе болезнетворные (возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы и др.). Этот вид загрязнений свойствен не только бытовым сточным водам, но и некоторым видам производственных сточных вод, образующимся, например, на мясокомбинатах, бойнях, кожевенных заводах, биофабриках и т.п. По своему химическому составу они являются органическими загрязнениями, но их выделяют в отдельную группу ввиду санитарной опасности, создаваемой ими при попадании в водоёмы. В бытовых сточных водах минеральных веществ содержится около 42% (от общего количества загрязнений), органических - около 58%; осаждающиеся взвешенные вещества составляют 20%, суспензии - 20%, коллоиды - 10%, растворимые вещества - 50%. Количество бытовых сточных вод зависит в основном от нормы водоотведения, которая, в свою очередь, определяется степенью благоустройства зданий. Состав и степень загрязнённости производственных сточных вод весьма разнообразны и зависят главным образом от характера производства и условий использования воды в технологических процессах. Количество атмосферных вод меняется в значительных пределах в зависимости от климатических условий, рельефа местности, характера застройки городов, вида покрытия дорог и др. Нормы ПДК загрязняющих веществ в сточных водах, сбрасываемых в городах в канализацию.
Способы и методы определения содержания загрязняющих веществ в сточных водах: Биохимическое потребление кислорода - измеряется прибором БПК - тестер. Взвешенные вещества - определяется фильтрованием через мембранный фильтр. Стеклянный, кварцевый или фарфоровый, бумажный не рекомендуются из-за гигроскопичности. Азот аммонийных солей - метод основан на взаимодействии иона аммония с реактивом Несслера, в результате образуются йодистый меркур - аммоний желтого цвета: NH3+2 (HgI2 + 2 K) + 3 OH=3 HgI2 + 7 KI + 3 H2O. Сульфаты - метод основан на взаимодействии сульфат-оинов с хлоридом бария, в результате чего образуется нерастворимый осадок, который потом взвешивается. Нитраты - метод основан на взаимодействии нитратов с сульфасалициловой кислотой с образованием при рН = 9,5-10,5 комплексного соединения желтого цвета. Измерения проводят при 440 нм. Нефтепродукты определяются весовым методом, предварительно обрабатывая исследуемую воду хлороформом. Хром - метод основан на взаимодействии хромат-ионов с дифенилкарбазидом. В результате реакции образуется соединение фиолетового цвета. Измерения проводят при λ=540 нм. Медь - метод основан на взаимодействии ионов Cu2+ с диэтилдитиокарбонатом натрия в слабоаммиачном растворе с образованием диэтилдитиокарбонатом меди, окрашенного в желто-коричневый цвет. Никель - метод основан на образовании комплексного соединения ионов никеля с диметилглиоксином, окрашенного в коричневато-красный цвет. Измерения проводят при λ=440 нм. Цинк - метод основан ( при рН = 7.0 - 7.3 ) на соединении цинка с сульфарсазеном, окрашенного в желто-оранжевый цвет. Измерения проводят при λ = 490 нм. Свинец - метод основан на соединении свинца с сульфарсазеном, окрашенного в желто-оранжевый цвет. Измерения проводят при λ=490 нм. Фосфор - метод основан на взаимодействии молибденовокислого аммония с фосфатами. В качестве индикатора применяется раствор двухлористого олова. Измерения проводят на КФК - 2 при λ=690-720 нм. Нитриты - метод основан на взаимодействии нитритов с реактивом Грисса с образованием комплексного соединения желтого цвета. Измерения проводят при λ=440 нм. Железо - метод основан сульфасалициловая кислота или ее соли (натриевая ) образуют комплексные соединения с солями железа, причем в слабокислой среде сульфасалициловая кислота реагирует только с солями Fe+3 (окрашивание красное), а слабощелочной - с солями Fe+3 и Fe+2 (желтое окрашивание). Хлориды. При взаимодействии хлоридов с нитратом ртути (II), хлорид-ионы связываются в виде практически не диссоциированного хлорида ртути (II). Hg++2Cl-=HgCl2 Конец реакции определяют по появлению розового окрашивания в момент добавления избытка раствора Hg(NO3)2 к исследуемому раствору, содержащему индикатор бромнитрозол. Оптические методы анализа. Фотометрический анализ основан на измерении и пропускании, поглощении или рассеяния света определяемым веществом в области ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных волн. Фотометрические методы подразделяются на визуальные, в которых наблюдения ведут глазом, и объективные, в которых наблюдение осуществляется физическими приборами, например, фотоэлементами, термоэлементами и болометрами. В зависимости от характера взаимодействия анализируемого вещества со световой энергией, способа ее измерения и типа ее используемого оптического измерительного прибора различают следующие методы. Спектрофотометрия — определение количества вещества по поглощению монохроматического света, измеряемого спектрофотометрами, например СФ - 4А. Фотоэлектроколориметрия — определение количества вещества по поглощению полихроматического света, пропущенного светофильтром и измеряемого фотоэлементом в достаточно узких интервалах спектра, например на ФЭК ‑ 57, ФЭК ‑ М. Колориметрия — визуальное определение концентрации вещества по интенсивности окраски раствора на простейших оптических приборах ( колориметр Дюбокса, фотометр Пульфриха). В фотоколориметрии и колориметрии измеряют интенсивность света, прошедшего через окрашенный раствор, цвет которого дополняет цвет поглощенного света. Tурбидиметрия — определение концентрации по поглощению света взвешенными в жидкости частицами анализируемого вещества; степень мутности жидкости пропорционально концентрации. Нефелометрия — определение концентрации по интенсивности света, рассеянного (отраженного) взвешенными частицами мутной системы, например колоидного раствора, суспензии, эмульсии. Интенсивность светорассеяния пропорциональна концентрации взвешенных частиц. Турбидиметрические и нефелометрические измерения проводят на нефелометре НФМ со светофильтрами или на ФЭК - Н - 57. Флуорометрия — определение количества вещества по интенсивности флуоросценции, возникающей при облучении анализируемого вещества УФ лучами и пропорциональной его концентрации. Определяют на флуорометрах ФМ-1, ФМ-2 со ртутными кварцевыми лампами ДРС-50. При фотометрических измерениях, по закону Ламберта, слои вещества равной толщины поглощают равные части света. Этот закон рассматривает постепенное ослабление параллельного монохроматического пучка света при его распространении в поглощающем веществе. Закон Бугера - Ламберта - Бэра определяет зависимость поглощения монохроматического пучка света от концентрации и толщины слоя светопоглощающего вещества в растворе. Если имеются два раствора одного и того же вещества в одном и том же растворителе, из которых один в два раза концентрированнее другого, то светопоглощение (абсорбция) в первом растворе будет равно светопоглощению во втором растворе при условии, что толщина слоя первого раствора в два раза меньше, чем толщина слоя второго раствора. Закон Бугера - Ламберта - Бэра выражается уравнением  , где:I0 — интенсивность пучка монохроматического света, вошедшего в слой светопоглощающего раствора толщины h; It — интенсивность света вышедшего из слоя раствора; С — концентрация светопоглощающего растворенного вещества;  — молекулярный коэффициент поглощения света, зависящая от химической природы и физического состояния светопоглощающего вещества, от длины волны монохроматического света;h — толщина колориметрируемого слоя. Известно, что · С зависит от толщины слоя h вследствие резонансного взаимодействия между светящейся и светопоглощающей молекулами. Если концентрация раствора выражена в моль/л, а толщина слоя - в см, то коэффициент называется мольным коэффициентом погашения, или мольным коэффициентом экстинкции. Он характеризует оптическую плотность 1 мл раствора, налитого в кювету толщиной 1 см.Оптическую плотность можно вычислить, пользуясь формулой закона Бугера – Ламберта - Бера :  Мольный коэффициент показывает, какая часть светового потока поглощается раствором при толщине слоя 1см. Величину D называют оптической плотностью поглощающего вещества . Закон Бугера - Ламберта описывает светопоглощение при постоянной концентрации вещества в растворе и различной толщине слоя. Закон Бера описывает светопоглощение при постоянной толщине слоя и различной толщине слоя, и различной концентрации вещества. Растворы многих веществ обнаруживают отклонения от закона Бера. Важнейшие причины отклонений следующие: 1. Присутствие посторонних электролитов в растворе вызывают деформацию молекул и ионов окрашенных веществ (особенно комплексных), вследствие чего светопоглощение дополнительно меняется при разбавлении. 2. Гидратация (сольватация) растворенного вещества вызывает непропорционально разбавлению изменение светопоглощение раствора. 3. Изменение взаимодействия светопоглощающих частиц с разбавлением раствора. 4. Изменение рН раствора влияет на светопоглощение. При изменении рН может также изменяться состав комплексного соединения, поглощающего света. Изменение рН может разрушить комплексное соединение, поглощающее свет. 5. Изменение степени диссоциации или ассоциации светопоглощающего вещества в растворе может изменить окраску (например, метилового оранжевого). Могут также происходить реакции таутомерного превращения или гидролиза. Чтобы уменьшить отклонения от закона Бера, необходимо работать в оптимальных условиях, выбрав подходящий реагент и способ приготовления испытуемого и стандартного растворов. На величину светопоглощения влияет температура, вызывающая изменение химического состава светопоглощающего вещества. Раствор должен содержать вещество, обладающее собственной характерной окраской, или образовывать окрашенные соединения с соответствующими реагентами. Окраска раствора должна быть достаточно интенсивной, и чем она интенсивнее, тем чувствительнее метод анализа. Окраска должна быть устойчивой во времени и не меняться с изменением рН- раствора и температуры. При изменении концентрации раствора должен соблюдаться закон Бера. Очистка сточных вод Для спуска производственных и хозяйственных вод предусматривают канализационные устройства. Канализация состоит из внутренних канализационных устройств, расположенных в здании, наружной канализационной сети (подземных труб, каналов, смотровых колодцев) ; насосных станций, напорных и самотечных коллекторов, сооружений для очистки, обезвреживания и утилизации сточных вод; устройства их выпуска в водоем. Канализование промышленных площадок осуществляют по полной раздельной системе. Все сточные воды предприятия должны подвергаться очистке от вредных веществ перед сбросом в водоем. Для выполнения этих требований применяют механические, химические, биологические, а также комбинированные методы очистки. Состав очистных сооружений выбирают в зависимости от характеристики и количества поступающих на очистку сточных вод, требуемой степени их очистки, метода использования их осадка и от других местных условий в соответствии со СНиП. В составе очистных сооружений должны предусматриваться решетки или решетки дробилки, песколовки и песковые площадки, усреднители, отстойники, нефтеловушки, гидроциклоны, флотационные установки, илоуплотнители, биологические фильтры, аэротенки, сооружения для насыщения очищенных сточных вод кислородом и другие. Решетки должны иметь прозоры 16мм. Механизированная очистка решеток от отбросов предусматривается при количестве отбросов 0,1м3/сут. Песколовки тангенциальные применяют для станций очистки производительностью до 50.000м3/сут. Горизонтальные производительностью свыше 10.000м3/сут и аэрируемые производительностью свыше 20.000м3/сут. Отстойники выбирают с учетом производительности станций очистки сточных вод: до 20.000м3/сут вертикальные, свыше 15.000м3/сут горизонтальные, свыше 2.000м3/сут радиальные, до 10.000м3/сут двуярусные. Осветлители проектируют в виде вертикальных отстойников с внутренней камерой флокуляции с естественной аэрацией за счет разницы уровней воды в распределительной чаше и осветлителе. Нефтеловушки применяют для задержания нефтяных частиц при концентрации их в сточной воде более 100мг/л. Гидроциклоны (открытые и напорные) применяют для отделения из сточных вод оседающих и грубодисперсных примесей. Открытые гидроциклоны используют трех типов: гидроциклоны без внутренних устройств для выделения из сточных вод крупно и мелкодисперсных примесей гидравлической крупностью 5мм/с и более; гидроциклоны с диафрагмой и многоярусные (при расходе 200м3/сут на один аппарат) для выделения из сточных вод примесей крупностью 0,2мм/с и более, а также нефтепродуктов. Флотационные установки (импеллерные и напорные) применяют для удаления из сточных вод нефтепродуктов, жиров, волокон минеральной ваты, асбеста, шерсти и других нерастворимых в воде веществ. Импеллерные флотационные установки используют для удаления из воды грубодисперсных примесей, напорные для удаления из воды тонкодисперсных примесей. Илоуплотнители применяют двух типов: вертикальные и радиальные. Биологические фильтры (капельные и высоконагружаемые) используют для очистки сточных вод производительностью не более 1.000м3/сут; высоконагружаемые биофильтры на станциях производительностью до 50.000 м3/сут. Аэротенки (смесители, вытеснители, промежуточного типа и отстойники) применяют для полной и неполной биологической очистки сточных вод. Очистка сточных вод процеживанием. Процеживание первичная стадия очистки сточных вод предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процеживание сточных вод осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители. Решетки, изготовленные из металлических стержней с зазором между ними 25 мм, устанавливают в коллекторах сточных вод вертикально или под углом 60 к горизонту. Размеры поперечного сечения решеток выбирают из условия минимальных потерь давления на решетке. Скорость сточной воды в зазоре между стержнями решетки не должна превышать значений 0.8-1.0 м/с при максимальном расходе сточных вод. При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться, что осуществляется, как правило, механически, и лишь при задержании примесей в количествах менее 0.0042 м3/ч допускается ручная очистка. Промышленность выпускает вертикальные решетки марки РММВ-1000, применяемые при ширине и глубине коллектора, равных 1000 мм, а также наклонные решетки, используемые при ширине коллектора, равной 800 (1600) мм, и глубине 1200 (2000) мм. Эти решетки очищают от задерживаемых примесей механически с помощью вертикальных (РММВ-1000) и поворотных граблей. В зависимости от состава примеси, снятые с решеток, измельчают на специальных дробилках и сбрасывают в поток сточной воды за решеткой или направляют на переработку. Однако эта процедура усложняет технологическую схему очистки сточных вод и ухудшает качество воздушной среды в помещениях очистных станций. Для устранения этих недостатков применяют решетки-дробилки, измельчающие задержанные примеси, не извлекая их из воды. Промышленность выпускает решетки дробилки марок РД-200 и РД-600 с диаметром барабанов соответственно 200 и 600 мм. Средний размер измельченных ими примесей не превышает 10 мм. Использование сточных вод. Производственные сточные воды после соответствующей очистки могут быть повторно использованы в технологическом процессе, для чего на многих промышленных предприятиях создаются системы оборотного водоснабжения либо замкнутые (бессточные) системы водоснабжения и канализации, при которых исключается сброс каких-либо вод в водоёмы. Большое народно-хозяйственное значение имеет внедрение технологии комплексной безотходной переработки сырья (особенно на предприятиях химической, целлюлозно-бумажной и горно-обогатительной промышленности). Перспективны методы физико-химической очистки (коагулирование, отстаивание, фильтрация) в качестве самостоятельных способов очистки или в сочетании с биологической очисткой, а также методы т. н. дополнительной обработки (сорбция, ионообмен, гиперфильтрация, удаление азотистых веществ и фосфатов и др.), обеспечивающей весьма высокую степень очистки сточных вод перед спуском их в водоёмы или при использовании сточных вод в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Эффективны методы термического обезвреживания и переработки высоко концентрированных стоков во вторичное сырьё, а также способ закачки стоков в глубокие, надёжно изолированные подземные горизонты. Имеющиеся в сточных водах (преимущественно бытовых) в значительном количестве вещества, содержащие азот, калий, фосфор, кальций и др. элементы, являются ценными удобрениями для сельскохозяйственных культур, в связи с чем сточные воды используются для орошения сельскохозяйственных земель. Целесообразно обезвреживание сточных вод на станциях биологической очистки производить с подачей очищенных сточных вод на поля. Осадки сточных вод после соответствующей обработки (сбраживание, сушка) обычно используют в качестве удобрений. Список литературы: Д.Н.Смирнов, В.Е.Генкин, “Очистка сточных вод в процессах обработки металлов”, М:Металлургия, 1989 “Удаление металлов из сточных вод” под ред. Дж.К.Кушни, М:Металлургия, 1987г. Шемякин Ф.М., Карпов А.Н., Брусенцов А.Н. “Аналитическая химия”, М., Химия, 1976г. Соловьев Ф.С., Губанов И.Н., Беднова Л.М. /Отчеты по научно-исследовательской работе/ “Очистка сточных вод или рекуперация ценных технологических веществ в гальваническом производстве” ВНТИЦ, /копия отчета о НИР/, М., 1988г. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Сборник методик химического анализа производственных сточных вод, “Министерство электронной промышленности СССР”, М., 1976 г. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсей Й. и др. “Очистка сточных вод: Биологические и химические процессы”. Пер. с англ. Учебное пособие.- МИР 2004 Пугачев Е.А “Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов комп. информациионных технологий”, -АСВ 2003г. Воронов Ю.В. "Водоотведение и очистка сточных вод Учебник для вузов", -АСВ 2004г. |