Контрольная работа - Техника защиты окружающей среды - файл n1.docx

Контрольная работа - Техника защиты окружающей среды
скачать (857.2 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx858kb.06.11.2012 14:14скачать

n1.docx

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

Уфимская государственная академия экономики и сервиса
Кафедра «Охрана окружающей

среды и РИПР»


Контрольная работа

Вариант 24
по дисциплине: Техника защиты окружающей среды

Выполнил: ст. гр. ОЗК-31

_______Черепанова О.М.

Шифр ОЗК-31 06.01.516

Проверил: к.х.н. доцент

_________Маннанова Г.В.

Уфа 2009г
Вопрос №1.

Классификация методов очистки сточных вод.

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические и биохимические. В процессе очистки сточных вод образуются осадки, которые подвергаются обезвреживанию, обеззараживанию, обезвоживанию, сушке, возможна последующая утилизация осадков. Если по условиям сброса сточных вод в водоем, требуется более высокая степень очистки, то после сооружений полной биологической очистки сточных вод устраивают сооружения глубокой очистки. В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» сточные воды после очистки перед сбросом в водоем подвергают обеззараживанию с целью уничтожения патогенных микроорганизмов.

Гидромеханические методы (рис 1). Для очистки сточных вод от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками различных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц производится с помощью специальных граблей.

c:\documents and settings\admin\local settings\temporary internet files\content.word\image1.bmp

Рис. 1. Технологическая схема очистной станции с механической очисткой

сточных вод:

1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки; 4 - отстойники; 5 - смесители; б - контактный резервуар; 7 - выпуск; 8 - дробилки; 9 - песковые площадки; 10 - метантенки; 11 - хлораторная; 12 - иловые площадки; 13 - отбросы; 14 - пульпа; 15 - песчаная пульпа; 16 - сырой осадок; 17 - сброженный осадок; 18- дренажная вода; 19 - хлорная вода
Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений с частицами сравнительно больших размеров (0,2...0,25 мм).

Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.

В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного удаления песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаляют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, масла, смолы, жиры) собираются с помощью нефтеловушек, особенностью которых является удаление загрязнений не снизу, как в отстойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70 %).

Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через пористые перегородки или слой песка.

Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода. При концентрации частиц 15... 20 мг/л степень очистки мелких частиц достигает 60 %. Недостатками фильтров являются значительная металлоемкость и сложность системы промывки.

Центрифугирование как метод очистки производится за счет осаждения частиц под действием центробежной силы. С этой целью применяются гидроциклоны. По конфигурации и действию они аналогичны циклонам, используемым для очистки газов от пыли. Степень очистки в гидроциклонах выше (достигает 70%), чем в других аппаратах механической очистки.

Физико-химические методы очистки сточных вод. Приведенные технологические схемы широко распространи в отечественной, так и зарубежной практике, при этом имеются с работающие измененным схемам.

Процесс укрупнения мелких частиц (1... 100 мкм) с последующим удалением их под действием силы тяжести называется коагуляцией. Если удаляются частицы, удельный вес которых ниже удельного веса воды (эмульгированные частицы масел, жира и т.д.), то в этом случае процесс называется флокуляцией. По аналогии с отстойником к нефтеловушкой в коагуляторах и флокуляторах удаление происходит соответственно из нижней или верхней части аппарата. При коагуляции в воду добавляют коагулянты (соли алюминия, железа или их смеси), которые образуют хлопья гидроксидов металлов, осаждающие частицы под действием силы тяжести. В качестве флокулянтов используют крахмал, декстрин, эфир, диоксид кремния.

Флотация применяется для удаления частиц, которые плохо отстаиваются, и для растворенных веществ, в том числе поверхностно-активных, отходов нефтепереработки, производств искусственного волокна, в целлюлозно-бумажном производстве и т.д. Флотацию называют иногда пенным концентрированием. Размер частиц составляет 0,2... 1,5 мм. В качестве пенообразователей в воду добавляют сосновое масло, креозол, фенолы, способствующие прилипанию частиц к пузырькам пены, которая затем выводится из аппарата. Флотация имеет высокую степень очистки (95...98%), снижает концентрацию легкоокисляемых веществ, уменьшает количество бактерий и микроорганизмов. Недостатком флотации является применение экологически вредных веществ (например, фенолов).

Адсорбция используется для глубокой очистки сточных вод от фенолов, пестицидов, ароматических соединений, красителей и т.д. Адсорбция — это прилипание частиц, находящихся в очищаемой среде, к твердым веществам — сорбентам. В качестве сорбентов применяют активированные угли, синтетические сорбенты, некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки). Процесс происходит в адсорбционных установках при перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании ее через слой адсорбента или в кипящем слое. При этом размер частиц сорбента составляет 0,1 мм. Серьезной проблемой является последующая очистка (регенерация) сорбента. Преимуществами адсорбции являются высокая степень очистки (80... 95 %), возможность улавливания токсичных веществ при невысокой их концентрации, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько вредных веществ, а также рекуперация (доиспользование) этих веществ.

Ионный обмен применяется для очистки сточных вод от металлов и соединений мышьяка, фосфора, цианидов и радиоактивных веществ. Он применяется также для обессоливания и подготовки воды для нужд энергетики. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей способностью обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. В качестве твердой фазы (ионитов) применяют алюмосиликаты, силикагели, гидроксиды алюминия, хрома и т.д. Преимуществами ионного обмена являются возможность извлекать ценные вещества из загрязнений, высокая степень очистки, удаление высокотоксичных веществ, в том числе суперэкотоксикантов. Это метод дорогой и требует четкой организации процесса, а также решения вопросов регенерации ионитов.

Экстракция используется при относительно высокой концентрации вредных веществ (фенолов, масел, органических кислот, ионов металлов), которая должна составлять не менее 3 г/л. При меньшей концентрации экономически выгоднее применять адсорбцию. Процесс экстракции включает в себя три стадии: интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем), разделение чистой воды и загрязнений, регенерация загрязнений. Этот метод применяют в том случае, когда стоимость удаляемых веществ (например, ценных металлов) компенсирует затраты на проведение процесса.

Обратный осмос — это процесс фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны. Он происходит на молекулярном уровне и требует значительных затрат, но обеспечивает глубокую очистку от высокотоксичных вредных веществ.

Десорбция, дезодорация и дегазация представляют собой процессы очистки сточных вод от летучих примесей (сероводорода, аммиака, диоксида углерода). Эти процессы проводятся за счет продувки воды воздухом или инертным газом. Дезодорация очищает воду от меркаптанов, аминов, альдегидов; с помощью дегазации из воды удаляют вещества, способствующие коррозии.

Электрохимические методы очистки включают в себя анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлокуляцию и электродиализ.

Как видно из названий, эти процессы происходят при пропускании через сточную воду электрического тока. Общим недостатком методов является большой расход электроэнергии. Электрохимическими методами извлекаются цианиды, роданиды, амины, спирты, сульфиды, меркаптаны. Электродиализ применяется для опреснения соленых вод с использованием ионизированных веществ.

Химические методы очистки сточных вод. При наличии в сточных водах кислоты или щелочи производится их нейтрализация, показатель рН должен находиться в пределах от 6,5 до 8,5. Нейтрализовать сточные воды можно смешением одних вод с другими (кислых с щелочными), добавлением необходимых реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтральные материалы, пропусканием через щелочные воды кислых газов.

Окисление сточных вод производится хлором, перекисью водорода, кислородом воздуха, диоксидом марганца, озоном.

Восстановление используется для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка, для чего в воду вводят сульфит железа, гидросульфит натрия, гидрозин, сероводород или алюминиевую пудру.

Удаление ионов тяжелых металлов производится реагентным методом. Ртуть, хром, кадмий, цинк, свинец, медь и никель удаляются с помощью гидроксидов кальция и натрия, карбонадов и сульфидов натрия, феррохромного шлака и т. п.

Биохимические методы очистки сточных вод. Эти методы основаны на способности некоторых микроорганизмов использовать вредные (чаще всего органические) вещества для своего питания в процессе жизнедеятельности. Контактируя с этими веществами, микробы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Микроорганизмы используются в виде активного ила или биопленки. Биохимическая очистка сточных вод может осуществляться в природных условиях (на полях орошения, в биологических прудах) или в искусственных сооружениях (аэротенках, биофильтрах).

Аэробные процессы очистки происходят с потреблением микробами кислорода, анаэробные — без потребления кислорода в метантенках, где происходит сбраживание с выделением спиртов, кислот, ацетона, углекислого газа, водорода и метана.

При использовании биохимических методов очистки сточных вод возникают проблемы сохранения активного ила (он не выдерживает низкой температуры), а также удаления и рационального использования продуктов процесса (в том числе взрывоопасных метана и водорода). Кроме того, появляется необходимость доочистки твердых осадков.

На рис. 2 приведен пример технологической схемы очистной станции с физико-химической очисткой сточных вод. Вода, прошедшая решетки и песколовки, направляется в смеситель куда в определенных дозах подаются растворы реагентов – минеральных коагулянтов и органических флокулянтов.

c:\documents and settings\admin\local settings\temporary internet files\content.word\image3.bmp

Рис. 2. Технологическая схема очистной станции с физико-химической

очисткой сточных вод:

1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки; 4 - смеситель; 5 - камера хлопьеобразования; 6 - горизонтальные отстойники; 7 - барабанные сетки; 8 - фильтры;
9 - контактный резервуар; 10 - выпуск в водоем; 11 - песок; 12 - бункер песка;
13 - приготовление и дозирование реагентов; 14 - осадок; 15 - осадкоуплотнители;
16 - центрифуги; 17 - хлораторная; 18 – шлам; 19- отстоенная вода
При введении в сточную воду минеральных коагулянтов образуются оксигидраты металлов, на которых собираются взвешенные, коллоидные и частично растворенные вещества. Флокулянты укрупняют хлопья оксигидратов и улучшают их структурно-мехнические свойства. После камер хлопьеобразования осадки отделяется от очищенной воды в горизонтальных отстойниках. Для глубокой очистки от взвешенных веществ используются барабанные сетки и двухслойные фильтры или фильтры с восходящим потоком воды. Обеззараженная хлором вода сбрасывается в водоем. Осадок из отстойников уплотняется и обезвоживается на центрифугах.

Термические методы очистки сточных вод. Если другие методы очистки малоэффективны, то производится выпаривание воды. При этом конденсат используется в производстве, а концентрированный раствор из отходов сжигается.

Сжигание концентрированных стоков производится, как правило, в печах с кипящим слоем или в циклонных печах. Разработаны циклонные печи для сжигания отходов полистирола. Извлечение полистирола из сточных вод – это чрезвычайно сложный и дорогой энерготехнологический процесс, а его закачка в скважины связана с загрязнением подземных вод, поэтому стоки сначала выпаривают, а затем сжигают отходы. Процесс необходимо вести при высокой температуре во избежание образования суперэкотоксикантов.

Общая оценка степени очистки сточных вод в зависимости от процесса следующая: гидромеханические методы – 500 … 70 %, физико-химический – 90 … 95 %, химические – 80 … 90%, биохимические – 85 … 95 %.

При выборе оптимального выбора очистки сточных вод необходимо учитывать следующее:

- санитарные и технические требования к качеству очищенных вод с учетом их дальнейшего использования;

- количество сточных вод;

- наличие у предприятия энергетических и материальных ресурсов и производственных площадей, необходимых для очистки воды;

- эффективность процесса обезвреживания отходов производства.

Биологические методы очистки сточных вод. Для очистки коммунально-бытовых промстоков целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий широко используют биологический (биохимический) метод. Метод основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и т. д.). Очистку ведут с помощью естественных (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды и др.) и искусственных методов (аэротенки, метатенки, биофильтры, циркуляционные окислительные каналы).

После осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в железобетонных резервуарах (метантенках), а затем удаляют на иловые площадки для подсушивания (рис. 3). Подсушенный осадок обычно используется как удобрение. Однако в последние годы в сточных водах стали обнаруживаться многие вредные вещества (тяжелые металлы и др.), что исключает такой способ утилизации осадков.

Осветленная часть сточных вод очищается в аэротенках — специальных закрытых резервуарах, по которым медленно пропускают стоки, обогащенные кислородом и смешанные с активным илом. Активный ил представляет собой совокупность гетеротрофных микроорганизмов и мелких беспозвоночных животных (плесени, дрожжей, водных грибов, коловраток и др.), а также твердого субстрата. Важно правильно подбирать температуру, рН, добавки, условия перемешивания, окислитель (кислород), чтобы в максимальной степени способствовать интенсификации гидробиоценоза, составляющего активный ил.

После вторичного отстаивания сточные воды обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора или других сильных окислителей. При этом способе (хлорировании) уничтожаются патогенные бактерии, вирусы, болезнетворные микроорганизмы. В системах очистки сточных вод биологический (биохимический) метод является завершающим и после его применения сточные воды можно использовать в оборотном водоснабжении либо сбрасывать в поверхностные водоемы.
1

2

3

4

8

7

6

9

10

11

13

12

14

5
Рис. 3. Схема биологической очистки сточных вод:

1 — решетка; 2 — дробилка; В — песколовка; 4 — песковая площадка; 5 — на планировку; б — иловые площадки; 7 — метантенк; 8 - первичный отстойник; 9 - аэротенк; 10 - вторичный отстойник; 11 - смеситель; 12 - хлораторная; 13 - контактный резервуар; 14 — выпуск
Так же на рис. 4 приведена технологическая схема биологической очистки сточных вод на биофильтрах. Такие схемы используются для расходов сточных вод порядка 10- 20 тыс. м3/сут.
c:\documents and settings\admin\local settings\temporary internet files\content.word\image2.bmp

Рис. 4. Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах:

1 - сточная вода; 2 - решетки; 3 - песколовки; 4 - первичные отстойники; 5 - биофильтры; 6 - вторичные отстойники; 7 - контактный резервуар; 8 - выпуск; 9 - отбросы; 10 - дробилки; 11 - хлораторная установка; 12 - осадок из первичных отстойников; 13 – биопленка из вторичных отстойников; 14 - песок; 15 - бункер песка; 16- иловые площадки
После сооружений механической очистки (решетки, песколовки и первичные отстойники) вода поступает на биофильтры и затем во вторичные отстойники, в которых задерживается биологическая пленка (биопленка), выносимая водой из биофильтров, далее вода направляется в контактный резервуар, дезинфицируется и сбрасывается в водоем.

Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней взвешенные и коллоидные органические вещества, не осевшие в первичных отстойниках, которые создают биопленку, густо заселенную микроорганизмами. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества и получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а в теле биофильтра увеличивается масса биологической пленки. Отработанная и омартвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

В последние годы активно разрабатываются новые эффективные методы, способствующие экологизации процессов очистки сточных вод:

- электрохимические методы, основанные на процессах анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции и электрофлотации;

- мембранные процессы очистки (ультрафильтры, электродиализ и др.);

- магнитная обработка, позволяющая улучшить флотацию взвешенных частиц;

- радиационная очистка воды, позволяющая в кратчайшие сроки подвергнуть загрязняющие вещества окислению, коагуляции и разложению;

- озонирование, при котором в сточных водах не образуется веществ, отрицательно воздействующих на естественные биохимические процессы;

- внедрение новых селективных типов сорбентов для избирательного выделения полезных компонентов из сточных вод с целью вторичного использования, и др.

Вопрос №2.

Флотационные методы очистки сточных вод. Применяемые аппараты и технологические схемы.
Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например, ПАВ. Такой процесс называют пенной сепарацией или пенным концентрированием. Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пищевых, химических. Ее используют также для выделения активного ила после биохимической очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скорость процесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90—95%), высокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс пузырек — частица подымается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.

Поверхностно-активные вещества — реагенты-собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т. е. делают их гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют масла, жирные кислоты и их соли, меркаптаны, ксантогенаты, дитиокарбонаты, алкилсульфаты, амины и др. Повышения гидрофобности частиц можно достичь и сорбцией молекул растворенных газов на их поверхности.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков воздуха. По некоторым данным, оптимальный размер пузырьков равен 15—30 мкм. При этом необходима высокая степень насыщения воды пузырьками, или большое газосодержание. Удельный расход воздуха снижается с повышением концентрации примесей, так как увеличивается вероятность столкновения и прилипания. Большое значение имеет стабилизация размеров пузырьков в процессе флотации. Для этой цели вводят различные пенообразователи, которые уменьшают поверхностную энергию раздела фаз. К ним относят сосновое масло, крезол, фенолы, алкилсульфат натрия и др. Некоторые из этих веществ обладают собирательными и пенообразующими свойствами.

Вес частиц не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала и равен 0,2—1,5 мм.

Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод: с выделением воздуха из растворов; с механическим диспергированием воздуха; с подачей воздуха через пористые материалы, электрофлотацию и химическую флотацию.

Флотация с выделением воздуха из раствора. Этот способ применяют для очистки сточных вод, которые содержат очень мелкие частицы загрязнений. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. При уменьшении давления из раствора выделяются пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнения. В зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в воде различают вакуумную, напорную и эрлифтную флотацию.

При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 29,9—39,9 кПа (225—300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в камере мельчайшие пузырьки выносят часть загрязнений. Процесс флотации длится около 20 мин.

Достоинствами этого способа являются:

- образование пузырьков газа и их слипание с частицами происходит в спокойной среде (вероятность разрушения агрегатов пузырек — частица сведена к минимуму);

- затрата энергии на процесс минимальна.

Недостатки:

- незначительная степень насыщения стоков пузырьками газа, поэтому этот способ нельзя применять при высокой концентрации взвешенных частиц (не более 250—300 мг/л);

- необходимость сооружать герметически закрытые флотаторы и размещать в них скребковые механизмы.

Напорные установки имеют большее распространение, чем вакуумные. Они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвесей до 4—5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты.

Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5—10 раз меньшее остаточное содержание загрязнений и имеют в 5—10 раз меньшие габариты. Процесс осуществляется в две стадии: 1) насыщение воды воздухом под давлением;

2) выделение растворенного газа под атмосферным давлением.

Схема напорной флотации показана на рис.5.

Сточная вода поступает в приемный резервуар, откуда ее перекачивают насосом, во всасывающий трубопровод которого засасывается воздух.

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image4.bmp

Рис. 5. Схема установки напорной флотации:

1 — емкость; 2 — насос; 3 — напорный бак; 4 — флотатор
Образующуюся водно-воздушную смесь направляют в напорную емкость, где при повышенном давлении (0,15—0,4 МПа) воздух растворяется в воде. При поступлении водно-воздушной смеси во флотатор, который работает при атмосферном давлении, воздух выделяется в виде пузырьков и флотирует взвешенные частицы. Пену с твердыми частицами удаляют с поверхности воды скребковым механизмом. Осветленная вода выходит из нижней части флотатора. При использовании коагулянтов хлопьеобразование происходит в напорной емкости.

Напорные флотационные установки имеют производительность от 5—10 до 1000—2000 м3/ч. Они работают при изменении параметров в следующих пределах: давление в напорной емкости 0,17—0,39 МПа; время пребывания в напорной емкости 14 мин, а во флотационной камере 10—20 мин. Объем засасываемого воздуха составляет 1,5—5% от объема очищаемой воды. Значения параметров зависят от концентрации и свойств загрязнений.

В случае необходимости одновременного проведения процесса флотации и окисления загрязнений необходимо насыщать воду воздухом, обогащенным кислородом или озоном. Для устранения процесса окисления вместо воздуха на флотацию следует подавать инертные газы.

На практике используют флотационные камеры различных конструкций. Схема флотационной камеры («Аэрофлотор») показана
на рис. 6.

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image5.bmp

Рис. 6. Флотатор «Аэрофлотор»:

1 — камера; 2 — скребок; 3 — шламоприемник; 4— поверхностные скребки
Сточную воду подают внутрь камеры, где выделяются пузырьки газа, которые всплывают вверх, захватывая взвешенные частицы. Пенный слой с твердыми частицами поверхностным скребком удаляют в шлакоприемник. Осветленную воду выводят из камеры. Твердые частицы, оседающие под действием гравитационной силы на дно камеры, донным скребком сдвигают в приемник и удаляют через трубопровод.

Применяют и другие цилиндрические флотаторы, которые имеют разный диаметр, а следовательно, и разную производительность. Они отличаются конструкцией ввода и вывода сточной воды и пены.

На рисунке 7 представлена схема многокамерной флотационной установки с рециркуляцией очищенной воды. В этой установке загрязненная сточная вода сначала поступает в гидроциклон, где удаляется часть взвешенных частиц. Затем ее направляют в первую камеру, где смешивают с циркуляционной водой, насыщенной воздухом. Воздух выделяется в камере и флотирует загрязнение. Далее сточная вода поступает во вторую, а затем в третью камеры, в которых также происходит процесс флотации. После третьей камеры очищенную воду удаляют из установки. Часть циркулирующей воды насосом подают в напорную емкость, где растворяется воздух. Пену удаляют пеносъемниками.

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image5.bmp

Рис. 7. Схема многокамерной флотационной установки с рециркуляцией:

1 - емкость; 2 - насос; 3 - флотационная камера; 4- гидроциклон;

5 - певосъемник;-6 - напорный бак; 7 - аэраторы
Эрлифтные установки применяют для очистки сточных вод в химической промышленности. Они просты по устройству, затраты энергии на проведение процесса в них в 2—4 раза меньше, чем в напорных установках. Недостаток этих установок— необходимость размещения флотационных камер на большой высоте. Схема эрлифтной установки показана на рис. 8.

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image5.bmp

Рис. 8. Схема эрлифтной установки:

1 - емкость; 2 – трубопровод; 3 – аэратор; 4 – труба эрлифта; 5 - флотатор

Сточная вода из емкости, находящейся на высоте 20—30 м, поступает в аэратор. Туда же подают сжатый воздух, который растворяется под повышенным давлением. Поднимаясь по эрлифтному трубопроводу, жидкость, обогащается пузырьками воздуха, который выделяется во флотаторе. Образующаяся пена с частицами удаляется самотеком или скребком. Осветленную воду направляют на дальнейшую очистку.

Флотация с механическим диспергированием воздуха. Механическое диспергирование воздуха во флотационных машинах обеспечивается турбинками насосного типа — импеллерами, которые представляют собой диск с радиальными обращенными вверх лопатками. Такие установки широко используют при обогащении полезных ископаемых. В последнее время их стали применять и для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (более 2 г/л). При вращении импеллера в жидкости возникает большое число мелких вихревых потоков, которые разбиваются на пузырьки определенной величины. Степень измельчения и эффективность очистки зависят от скорости вращения импеллера. Чем больше скорость, тем меньше пузырек и тем больше эффективность процесса. Однако при высоких окружных скоростях резко возрастает турбулентность потока и может произойти разрушение хлопьевидных частиц, что приведет к снижению эффективности процесса очистки. Схема флотационной машины с импеллером показана на рис. 9.

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image6.bmp

Рис. 9. Флотатор с импеллером:

1 – камера; 2 – труба; 3 – вал; 4 - импллер
Сточная вода поступает в приемный карман флотационной машины и по трубопроводу попадает в импеллер, который крутится на нижнем конце вала. Вал заключен в трубку, через которую засасывается воздух, так как при вращении импеллера образуется зона пониженного давления. Для флотации требуется высокая степень насыщения воды воздухом (0,1—0,5 объемов воздуха на 1 объем воды). Обычно флотационная машина состоит из нескольких последовательно соединенных камер. Диаметр импеллеров 600— 700 мм.

Пневматические установки применяют для очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные по отношению к механизмам, имеющим движущиеся части (насосы, импеллеры).

Измельчение пузырьков воздуха достигается при пропускании его через специальные сопла на воздухораспределительных трубках. Обычно применяют сопла с отверстиями диаметром 1,0—1,2 мм, рабочее давление перед ними 0,3—0,5 МПа. Скорость струи воздуха на выходе из сопел 100—200 м/с. Продолжительность флотации в каждом случае устанавливают экспериментально, обычно в пределах 15—20 мин.

Флотация при помощи пористых пластин. При пропускании воздуха через пористые керамические пластины или колпачки получаются мелкие пузырьки.

Этот способ флотации по сравнению с другими имеет следующие преимущества:

- простота конструкции флотационной камеры;

- меньшие затраты энергии (отсутствуют насосы, импеллеры).

Недостатки способа:

- частое засорение и зарастание отверстий пористого материала;

- трудность подбора материала с одинаковыми отверстиями, обеспечивающего образование мелких и равных по размеру пузырьков.

Для очистки небольших количеств сточных вод применяют флотационные камеры с пористыми колпачками (рис. 10, а). Сточную воду подают сверху, а воздух в виде пузырьков — через пористые колпачки. Пена переливается в кольцевой желоб и удаляется из него. Осветленную воду отводят через регулятор уровня. Установки могут иметь одну или несколько ступеней. В установках большой производительности воздух подают через фильтросные пластины (рис. 10, б).

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image6.bmpc:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image6.bmp

а б

Рис.10. Флотаторы:

а – с пористыми колпачками: 1 – камера; 2 – пористые колпачки;

3 – желоб; 4 – регулятор уровня; б – с фильтросными пластинами: 1 – камера;

2 – фильтросные пластины; 3 – скребок; 4 – шламоприемник.
Эффект флотации зависит от величины отверстий материала, давления воздуха, расхода воздуха, продолжительности флотации, уровня воды во флотаторе. По опытным данным размер отверстий должен быть от 4 до 20 мкм, давление воздуха 0,1 — 0,2 МПа, расход воздуха 40—70 м3/(м2·ч), продолжительность флотации 20—30 мин, уровень воды в камере до флотации 1,5—2,0 м.

Химическая флотация. При введении в сточную воду некоторых веществ для ее обработки могут протекать химические процессы с выделением газов: О2, СО2, С12 и др. Пузырьки этих газов при некоторых условиях могут прилипать к нерастворимым взвешенным частицам и выносить их в пенный слой. Такое явление, например, наблюдается при обработке сточных вод хлорной известью с введением коагулянтов. Схема флотационной камеры для химической флотации показана на рис. 11. Сточные воды поступают в реакционную камеру. Туда же подают реагенты. Во избежание дегазации время пребывания сточной воды в камере должно быть минимальным. После насыщения вода поступает во флотационную камеру. Недостаток метода — большой расход реагентов.

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image7.bmp

Рис. 11. Схема установки для химической флотации:

1 — мешалка; 2 — скребок; 3 —-шламоприемник; 4 — флотационная камера; 5 — реакционная камера
Биологическая флотация. Этот метод применяют для уплотнения осадка из первичных отстойников при очистке бытовых сточных вод. Для этой цели осадок подогревают паром в специальной емкости до 35— 55 °С и при этих условиях выдерживают несколько суток. В результате деятельности микроорганизмов выделяются пузырьки газов, которые уносят частицы осадка в пенный слой, где они уплотняются и обезвоживаются. Таким путем за 5—6 сут влажность осадка можно понизить до 80% и тем самым упростить дальнейшую обработку осадков. Разрабатываются методы флотационного уплотнения активного ила.

Насыщение осадков, имеющих большую влажность, пузырьками газа для проведения флотационного уплотнения возможно не только биологическим путем, но и другими рассмотренными выше более эффективными методами.

Ионная флотация. Этот процесс ведут следующим образом: в сточную воду вводят воздух, разбивая его на пузырьки каким-либо способом, и собиратель (поверхностно-активные вещества). Собиратель образует в воде ионы, которые имеют заряд, противоположный заряду извлекаемого иона. Ионы собирателя и загрязнений концентрируются на поверхности газовых пузырьков и выносятся ими в пену. Пену удаляют из флотационной камеры и разрушают; из нее извлекают сконцентрированные ионы удаляемого вещества.

Этот процесс можно использовать для извлечения из сточных вод металлов (Mo, W, V, Pt, Ce, Re и др.). Процесс эффективен при низких концентрациях извлекаемых ионов — 10-3-10-2 моль ион/л.


Вопрос №3.

Методы удаления тяжёлых металлов из сточных вод.
Во многих отраслях промышленности перерабатывают или применяют различные соединения ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка и другие вещества, что ведет к загрязнению ими сточных вод.

Для удаления этих веществ из сточных вод в настоящее время наиболее распространены реагентные методы очистки, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостатком реагентных методов очистки является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками.

В качестве реагентов для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды натрия, различные отходы, например феррохромовый шлак, который содержит (в %): СаО — 51,3; MgO — 9,2; SiO2 — 27,4; Сг2О3 — 4,13; А12О3 — 7,2; FeO — 0,73.

Наиболее широко используется гидроксид кальция. Осаждение металлов происходит в виде гидроксидов. Процесс проводится при различных значениях рН.

Значения рН, соответствующие началу осаждения гидроксидов различных металлов и полному осаждению (табл. 1), зависят от природы металлов, концентрации их в растворе, температуры, содержания примесей.

Таблица 1 – Значения рН в процессе осаждения гидроксидов металлов.


Вид катиона

Значение рН

начало осаждения *

полное осаждение**

Железо Fе2+

7,5

9,7

Железо Fе3+

2,3

4,1

Цинк Zn2+

6,4

8,0

Хром Gr3+

4,9

6,8

Никель Ni2+

7,7

9,5

Алюминий Аl3+

4,0

5,2

Кадмий Cd2+

8,2

9,7

* при исходной концентрации осаждаемого иона 0,01 моль/л

** значения рН соответствуют остаточной концентрации металла 10?5 моль/л


Например, при совместном осаждении двух или нескольких ионов металлов при рН = const достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. При этом образуются смешанные кристаллы и происходит адсорбция на поверхности твердой фазы ионов металлов, благодаря чему достигается более полная очистка от некоторых металлов.

Очистка от соединений ртути. Сточные воды, загрязненные ртутью и ее соединениями, образуются при производстве хлора и едкого натра, в других процессах электролиза с использованием ртутных электродов, на ртутных заводах, в некоторых гальванических производствах, при изготовлении красителей, углеводородов, на предприятиях, использующих ртуть как катализатор.

В производственных сточных водах может присутствовать металлическая ртуть, неорганические и органические ее соединения. Неорганические соединения ртути: оксид — HgO, хлорид (сулема)— HgCl2, сульфат — HgSO4, сульфид (киноварь) — HgS, нитрат — Hg(NO3)2, цианид — Hg(CN)2, тиоцианат — Hg(NCS)2, цианат — Hg(OCN)2 и др. В неорганических соединениях токсичны главным образом ионы Hg2+, поэтому наиболее опасны хорошо растворимые и легко диссоциирующие соли.

Органические соединения ртути применяют при консервировании древесины, при синтезе металлорганических соединений, как ядохимикаты, для защиты пластических материалов, бумажной массы и текстиля, казеиновых клеев от плесневых грибков. Органические соединения ртути весьма токсичны и отличаются от неорганических солей тем, что не дают реакции на ионы Hg. В водоемах ртуть под влиянием органических соединений, содержащихся в природных водах, превращается в сильнотоксичные соединения. Предельно допустимая концентрация ртути в водоемах равна 0,005 мг/л.

Металлическая ртуть может быть удалена из сточных вод в процессах отстаивания или фильтрования. Частицы, прошедшие с фильтратом или не успевшие осесть, окисляют хлором или NaOCl до HgCl2. Затем воду обрабатывают восстановителем (NaНSO4 или Nа2SОз) для их удаления и связывания остатков свободного хлора. Ртуть осаждают сульфидом натрия с последующим коагулированием образующегося сульфида ртути хлоридом железа. Очистка может быть осуществлена смешанной солью — сульфидом железа и сульфатом бария.

Для выделения из сточных вод ртути используют методы восстановления: сульфидом железа, гидросульфидом натрия, гидразином, железным порошком, газообразным сероводородом и др. Широко изучаются сорбдиокные методы очистки от ртути. Весьма эффективным является ионный обмен с винилпиридиновыми сорбентами, емкость которых доходит до 40%. Наиболее распространенным способом удаления растворимых в воде соединений ртути является перевод их в труднорастворимый сульфид ртути и осаждение его.

Для осаждения Hg в сточные воды сначала добавляют сульфид натрия, гидросульфид натрия или сероводород. Затем обрабатывают воду хлоридами натрия, калия, магния, кальция или сульфитом магния в количестве 0,1 г/л. В этих условиях сульфид ртути осаждается в виде гранул. Для удаления тонкодисперсных коллоидных частичек сульфида ртути целесообразно добавлять коагулянты А12(5О4)3 · 18Н2О, FeSO4·7H2O и др.

Осадок сульфида ртути отделяют от сточных вод на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах. Отделение HgS до остаточной концентрации 0,001 мг/л можно обеспечить и на угольных фильтрах. Отработанный уголь, содержащий сульфид ртути, сжигают в печи или подвергают обработке для рекуперации ртути. Для удаления из растворов соединений ртути можно использовать и свежеосажденный сульфид железа, который получают при взаимодействии ионов S2- с FeSO4·7H2O или FeCl3·6Н2О. Для очистки может быть применена и смесь сульфида железа с сульфатом бария при избытке сульфида железа. Растворенные неорганические соединения ртути можно восстанавливать до металлической ртути с последующим выделением из воды.

Кроме методов осаждения для очистки сточных вод от неорганических соединений ртути могут быть использованы и сорбционные методы.

Изучен процесс образования амальгамы ртути в электрическом поле. Способ пригоден для очистки сточных вод, содержащих от 0,01 до 100 мг/л соединений ртути. В этом процессе сточная вода фильтруется через слой стеклянных шаров, покрытых медью или цинком. Шары являются катодом, а наружный корпус аппарата — анодом. При регенерации фильтрующей загрузки производят переполюсовку электродов.

Органические соединения ртути сначала разрушают окислением, например газообразным хлором. После удаления избытка хлора катионы ртути восстанавливают до металлической или переводят в труднорастворимые сульфиды с последующим удалением осадка.

Очистка от соединений цинка, меди, никеля, свинца, кадмия, кобальта. Соли этих металлов содержатся в сточных водах горно-обогатительных фабрик, металлургических, машиностроительных, металлообрабатывающих, химических, химико-фармацевтических, лакокрасочных, текстильных и др. заводов.

При обработке кислых вод оксидом кальция и гидроксидом натрия ионы указанных тяжелых металлов, содержащиеся в стоках, связываются в труднорастворимые соединения. Состав солей зависит от рН среды. Так, при рН 7 осаждается гидроксид-сульфат цинка состава ZnSO4 ·3Zn(OH)2, а при повышении рН до 8,8 составу осадка соответствует формула ZnSO4 ·5Zn(OH)2. В сильнощелочной среде твердая фаза представляет собой в основном гидроксид.

При действии соды на сточные воды, содержащие соли цинка, образуются гидроксокарбонаты:

2ZnCl2+2Na2CO3+H2O ? 4NaCl+CO2+(ZnOH2)CO3 ?.

При значениях рН от 7 до 9,5 образуется основной карбонат состава 2ZnCO3 ·3Zn(OH)2, начиная с рН=10 доля гидроксида возрастает.

Хотя осаждение основных карбонатов начинается при более низких значениях рН, чем соответствующих гидроксидов, расход соды на осаждение выше, чем при использовании едкого натра или извести. Это объясняется тем, что при осаждении тяжелых металлов содой процесс идет через стадию образования гидрокарбонатов и для завершения реакции требуется избыток реагента.

Выделение диоксида углерода в результате осаждения содой ведет к тому, что пузырьки газа обволакивают частицы осадка и поднимают их, способствуя всплытию части осадка в отстойниках. Газ необходимо удалять продувкой воздухом по достижении рН = 4,5.

К недостаткам едкого натра и соды как реагентов следует отнести также их относительно высокую стоимость и дефицитность.

Очистка сточных вод от меди связана с осаждением ее в виде гидроксида или гидроксид-карбоната:

Си2++2ОН?? Cu(OH)2, 2Cu2++2OH?+CO32? ? (CuOH)2CO3?.

Осаждение гидроксида меди происходит при рН = 5,3.

Возможен процесс извлечения меди из сточных вод осаждением ферроцианидом калия. Этот реагент может быть использован и для осаждения других ионов тяжелых металлов.

Для удаления из сточных вод меди и кадмия разработан процесс контактирования их с диоксидом серы или сульфатами и порошкообразным металлом, например цинком или железом. При этом металл восстанавливает сульфиты до сульфидов, которые с тяжелыми металлами образуют труднорастворимые сульфиды. При рН = 2 и температуре сточных вод 50 °С, при которых проводится процесс, достигается высокая степень очистки.

Очистка сточных вод от никеля основана на выделении его из раствора в виде труднорастворихмых соединений:

Ni2++2OH? ? Ni(OH)2 ?, 2Ni2++CO32?+2OH? (NiOH)2CO3?,

Ni2++CO32? ? NiCO3 ?.

Осаждение гидроксида никеля начинается при рН=6,7.

Находящиеся в растворе катионы свинца переводят в осадок в виде одного из трех труднорастворимых соединений:

РЬ2++2ОН?? РЬ(ОН)2?, 2РЬ2++2ОН?+СО32? ? (РЬОН)2СО3?,

РЬ2++СОз2? ? РЬСО3?.

Началу выпадения в осадок гидроксида свинца соответствует рН=6,0.

Концентрации ионов кобальта и кадмия в стоках обычно чрезвычайно малы по сравнению с содержанием катионов других тяжелых металлов. Произведение растворимости гидроксида кобальта равно 6,3·10?15, а гидроксида кадмия 2,2·10?14, рН среды при выпадении этих гидроксидов в осадок соответственно равен 6,7—7,7 и 7,2—8,2. Поэтому при обработке стоков известковым молоком они могут быть максимально очищены от растворенных солей кобальта и кадмия.

Несмотря на то, что в сточных водах обычно содержатся катионы нескольких металлов, применение для удаления каждого из них специфического осадителя метода невозможно. Поэтому сточную воду обрабатывают обычно гидроксидом кальция (известковым молоком), приготовляемым из извести III сорта; при этом происходит одновременное осаждение катионов тяжелых металлов в виде гидроксосолей, гидроксидов и карбонатов. Установлено, что при совместном осаждении нескольких металлов достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. Это связано с образованием смешанных кристаллов и адсорбцией ионов металлов на поверхности твердой фазы.

Для повышения степени очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы, предложено после осаждения их гидроксидов известью при рН = 8,5 и отделения осадка вводить в осветленную сточную воду раствор Na2Si03 в количестве, в 5—30 раз превышающем стехиометрическую норму. После отделения осадка сточная вода с небольшим содержанием ионов тяжелых металлов может быть возвращена в систему оборотного водоснабжения.

Обработка сточных вод щелочными реагентами позволяет снизить содержание тяжелых металлов в растворе до величин, сопоставимых с ПДК для водоемов санитарно-бытового пользования. Однако когда требуется более глубокая очистка, например, при непосредственном сбросе в рыбохозяйственные водоемы, очистка щелочными реагентами не дает необходимого эффекта.

Более глубокая очистка от тяжелых металлов достигается при обработке сточных вод сульфидом натрия. Это связано с тем, что растворимость сульфидов тяжелых металлов значительно меньше растворимости любых других труднорастворимых соединений — гидроксидов и карбонатов.

Осаждение сульфидов происходит при более низком значении рН, чем гидроксидов и карбонатов. Например, сульфид цинка осаждается при рН=1,5, сульфиды никеля и кобальта при рН = 3,3.

Для удаления небольших количеств ионов тяжелых металлов возможно использовать пирит. Процесс можно проводить фильтрованием сточной воды через гранулированный пирит или непосредственным введением порошка в сточную воду. Кроме пирита для этой цели можно использовать сульфид любого другого нетоксичного металла, произведение растворимости которого больше произведения растворимости сульфида извлекаемого из сточной воды металла.

Поскольку гидроксиды и сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы для интенсификации процесса их осаждения в сточные воды необходимо вводить коагулянты и флокулянты. Коллоидные частицы сульфидов имеют отрицательный заряд, поэтому для коагуляции сульфидов используют электролиты с многозарядными катионами — обычно сульфаты алюминия или трехвалентного железа. При коагуляции гидроксидов требуется электролит с многозаряднымн анионами, так как коллоидные частицы заряжены положительно. Хорошими коагулянтами гидроксидов являются сульфат-ионы. Помимо электролитной коагуляции на практике часто используют взаимную коагуляцию коллоидных растворов с противоположным зарядом частиц.

Для ускорения процесса коагуляции используют флокулянты, в основном полиакриламид. Добавка его в количестве 0,01% от массы сухого вещества увеличивает скорость выпадения; осадков гидроксидов металлов в 2—3 раза.

Схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с отделением осадков показана на рис. 12. Недостатком такой очистки является образование большого количества труднообезвоживаемого шлама. Кроме того, очищенная вода содержит большое количество солей кальция, поэтому ее трудно использовать в оборотном водоснабжении. Исходя из этого, предложено обрабатывать слив после отстаивания последовательно хлоридом кальция и содой. При этом происходит соосаждение карбонатов металлов с карбонатом кальция. Образующиеся кристаллические осадки карбонатов металлов имеют незначительный объем и легко обезвоживаются. Одновременно происходит умягчение воды слива, что создает возможность использования ее в системе оборотного водоснабжения.

c:\documents and settings\ксашка\local settings\temporary internet files\content.word\image13.bmp

Рис. 12. Схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов
Очистка от соединений мышьяка. Предельно допустимая концентрация мышьяка в водоёмах равна 0,05 мг/л. Для очистки сточных вод от мышьяка применяют реагентные, сорбционные, электрохимические, экстракционные и другие методы. Выбор метода зависит от формы растворенного мышьяка, состава, кислотности и других показателей воды.

Для очистки больших объемов воды с высоким содержанием мышьяка практическое применение нашел метод химического его осаждения в виде труднорастворимых соединений (арсенаты и арсениты щелочноземельных и тяжелых металлов, сульфиды и триоксид мышьяка).

Для очистки от кислородсодержащих соединений мышьяка широко применяют известковое молоко. При этом в зависимости от состава сточных вод и условий очистки (рН, температура, расход реагента) выпадают в осадок арсенаты и арсениты различного состава. Присутствие в сточных водах ионов тяжелых металлов повышает степень очистки от мышьяка, так как происходит осаждение арсенатов и арсенитов этих металлов.

Из сильнокислых растворов мышьяк осаждают сульфидом натрия, сероводородом. Очистку сульфидно-щелочных сточных вод от мышьяка, входящего в состав анионов тиосолей, приводят сульфатом железа (железным купоросом).

Соединения пятивалентного мышьяка удаляются из сточных вод лучше, чем трехвалентного. Кроме того, хранение осадков, содержащих пятивалентный мышьяк, дешевле, так как он менее токсичен и менее растворим. Исходя из этого, соединения трехвалентного мышьяка перед осаждением окисляют до пятивалентного. В качестве окислителей используют хлорную известь, хлор, гипохлоритную пульпу, пероксид водорода, азотную кислоту, озон, пиролюзит и др.

Очистка от солей железа. В природных водах содержание железа колеблется от 0,01 до 26 мг/л. Кроме того, железо содержится в сточных водах химических, металлургических, машиностроительных, металлообрабатывающих, нефтехимических, текстильных, химико-фармацевтических и других производств. При содержании железа более 1 мг/л вода приобретает бурый цвет. При движении такой воды по трубопроводам на их стенках откладываются соединения железа и железобактерии, уменьшая сечение трубопровода.

В водоемах ПДК солей железа в пересчете на Fe2+ равняется 0,5 мг/л. В то же время, в некоторых производствах технологическая вода и вода, находящаяся в обороте, не должна содержать соединений железа более 0,05 мг/л.

Для обезжелезивания вод применяют аэрацию, реагентные методы, электродиализ, адсорбцию, обратный осмос.

В процессе аэрирования происходит окисление двухвалентного железа в трехвалентное. Реакция окисления в водном растворе протекает по схеме:

4Fe2++O2+2H2O = 4Fe3++4OH?, Fe3++3H2O=Fe(OH)3+3H+

или суммарно

4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+.

Процесс аэрирования проводят в вентиляционной градирне. В том случае, когда необходимо обогащать воду кислородом и удалять часть свободного оксида углерода, используют градирни с хордовой насадкой, представляющей собой щиты из досок. Для приблизительной оценки размеров градирни можно исходить из следующего: расход воды на 1 м2 площади градирни 40 м3, расход воздуха 7 м33 воды. Использование другой насадки нецелесообразно, так как может произойти ее забивка соединениями железа.

После аэрирования необходимо отделить осадок гидроксида железа. Для этой цели используют процессы отстаивания и фильтрования. Осадок гидроксида железа можно использовать для приготовления красок или для очистки газов от сероводорода.

При высоком содержании железа в воде аэрационным методом его полностью удалить нельзя, поэтому применяют реагентные методы. Для этой цели используют хлор, хлорат кальция (хлорную известь), перманганат калия, озон, оксид кальция (известь), карбонат натрия (соду) и др. Реагенты дозируются в воду перед осветлителями или отстойниками.

Очистка от соединений марганца. Соединения марганца содержатся в сточной воде металлургических, машиностроительных и химических производств. При концентрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет.

Удаление из воды марганца может быть достигнуто следующими методами:

1) обработкой воды перманганатом калия;

2) аэрацией, совмещенной с известкованием;

3) фильтрованием воды через марганцевый песок или марганцевый катионит;

4) окислением озоном, хлором или диоксидом хлора.

Марганец может быть удален из воды биохимическим окислением. Процесс проводят следующим образом. На песке фильтра высеивают особый вид марганецпотребляющих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности поглощают из воды марганец. Отмирающие бактерии образуют на зернах песка пористую массу с высоким содержанием оксида марганца, который служит катализатором процесса окисления.

Марганец из воды может быть удален при помощи марганцевого катионита, который приготовляют, пропуская через любой катионит в натриевой форме растворы хлорида марганца и перманганата калия.

В этих процессах перманганат калия окисляет марганец с образованием оксидов марганца, которые в виде пленки оседают на поверхность зерен катионита. При регенерации пленку восстанавливают раствором перманганата калия.

Из рассмотренных методов наиболее эффективным является метод обработки перманганатом калия. Он не требует сложного оборудования и просто контролируется.


Задача.

Рассчитать очистные сооружения для нейтрализации кислых сточных вод, содержание серной кислоты составляет 3,8 г/м3, соли меди 5,6 мг/м3. Объем сточных вод, поступающих на нейтрализацию, составляет 275 м3/час.
Н24 + Са(ОН)2 = СаSО4 + Н2О
Расход нейтрализирующего реагента определяется из соотношения (для нейтрализации 1м3 кислоты и соли меди):

m = с·М1 / М2 ,

где с – концентрация кислоты в сточной воде кг/м3;

М1 – молекулярная масса щелочного реагента;

М2 – молекулярная масса кислоты.

с (Н2SО4) = 3,8 г/м3 = 0,0038 кг/м3

М (Н2SО4) = 96

М Са(ОН)2 = 74

m1 = 0,0038·74 / 96 = 0,0029 кг/м3,
М СаSО4 = 159

m2 = 0,0038·74 / 159 = 0,0018 кг/м3
mобщая = 0,0029 + 0,0018 = 0,0047 кг/м3
0,0047 кг/м3 нужно для нейтрализации 1 м3 кислоты и соли меди.
При расходе сточной воды 275 м3/час, получаем, что для нейтрализации кислотных сточных вод нужно 0,0047 · 275 =1,29 кг/ час гидрооксада кальция Са(ОН)2.

Список использованной литературы


  1. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. / Техника защиты окружающей среды / - М.: Химия, 1989, 511 с.




  1. Росляков П.В. / Методы защиты окружающей среды. Учебник для вузов / М.: издательский дом МЭИ, 2007 – 336с.




  1. С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов /Водоотведение и очистка сточных вод/ - М.: изд. Ассоциации строительных вузов, 2004, 704 с.




  1. Константинов В.М. Охрана природы: Учебное пособие д/студент. высш. пед. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия» 2000. – 240 с.




  1. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии: Учебник для нач. проф. Образования. – М.: ИРПО; Издательский центр «Академия», 2002 г. – 240 с.




  1. Эколого-экономические проблемы России и ее регионов. Учебное пособие д/студентов экологических вузов. Под общей ред. Проф., доктора географических наук В.Г. Глушковой – М.: Московский лицей, 2003. – 304 с.




  1. Передельский Л.В., Коробкин В.И., Приходченко О.Е. Экология / М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2007. – 512с..


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации