по дисциплине «Экология» Тема: «Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта»

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Батайский техникум железнодорожного транспорта филиал ГОУ ВПО РГУПС

Реферат

по дисциплине «Экология»

Тема: «Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта».

Выполнил:

Студент Группы К-2

Бутенко Илья Алексеевич.

Руководитель:

Преподаватель Экологии.

Богомолова Татьяна Николаевна.

2009г.

План.

1.

Введение.

2.

Нормирование качества воды в водоёмах.

3.

Методы очистки сточных вод.

а.

Механические методы.

б.

Физико-химические методы.

в.

Биохимические методы.

г.

Методы удаления ионоя тяжелых металлов.

д.

Методы удаления поверхностно-активных веществ и фенолов.

4.

Замкнутые системы

водоиспользования на предприятиях железнодорожного транспорта.

5.

Заключение.

6.

Список литературы.

Введение.

Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека.

Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах.

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3
. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

1.

Нормирование качества воды в водоёмах.

Вода в природе находится в непрерывном движении во всех основных сферах Земли: гидросфере, атмосфере, лито­сфере и биосфере. Общий объем гидросферы на Земле оце­нивается в 1389 млн. км3
. Вода занимает 3/4 поверхности земного шара. Однако ресурсы пресной воды на Земле по сравнению с соленой невелики и составляют по расчетам различных авторов 35—39 млн. км3
, т.е. 2,0—2,5% от всех мировых запасов. Потребление пресной воды в мире до­стигает 3900 млрд. м3
/год. Из этого количества половина теряется безвозвратно, а другая половина переходит в сточ­ные воды.

Основными источниками пресной воды являются поляр­ные льды и ледники — 29 • 106
, грунтовые воды — 9,5 • 106
, вода в озерах — 120 • 103
, вода в реках — 12 • 103
, вода в почве — 21 • 103
и влага в атмосфере — 13 • 103
км3
.

Под действием солнечного тепла вода с поверхности земли и водных бассейнов испаряется в атмосферу, а затем выпадает в виде осадков. С водой связаны основные про­цессы формирования лика Земли: эрозия горных пород и почв, перемещение и накопление огромных масс взвешен­ных и растворимых веществ. Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в природе, и в обеспечении самой жизни на Земле. Вода участвует в биологическом круговороте, являясь важнейшей составной частью фауны и флоры.

Природная вода — универсальный растворитель. В ре­зультате постоянной циркуляции на поверхности Земли, в почвенных слоя и подземных толщах она в большей или меньшей степени загрязняется различными солями (хло­ридами, сульфатами, карбонатами натрия и кальция, железа, марганца и др.), органическими веществами (гуминовыми и фульвокислотами), производственными и транспортными отходами и газами, а также глинистыми частицами, стоками с полей и живыми организмами (планктоном, различными бактериями и вирусами). Поэтому в чистом виде вода в природе не встречается.

Пресные воды подразделяются на воды малой минерализованности (до 200 мг/л), средней (200—500 мг/л) и по­вышенной (500—1000 мг/л). Воды большинства рек России относятся к первым двум группам. По преобладающему аниону воды делятся на гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные.

Наличие в воде солей кальция и магния определяют ее жесткость. Различают карбонатную и некарбонатную жест­кость. Карбонатная жесткость связана с присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния, а некарбонатная — суль­фатов, хлоридов, нитратов кальция и магния.

Качество воды рек, озер и водохранилищ определяется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнений», согласно которым устанавливается две категории водоемов: I — водоемы питьевого и культурно-бытового назначения и II — водоемы рыбохозяйственного назначения. Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нор­мам в створах, расположенных в водостоках на расстоянии одного километра выше ближайшего по течению, а в непро­точных водоемах — в радиусе одного километра от пункта водоиспользования. Состав и свойства воды в рыбохозяйственных водоемах должны соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (наличие течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска не далее, чем в 500 м от всего выпуска.

Для определения содержания в сточных водах токсичных примесей с целью выбора метода очистки, возврата в оборот, слива в канализацию, а также возможности их сброса в водоем необходим анализ химического состава. Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу и свой­ствам, в связи с чем их содержание нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности
(ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие каждого вещества. При нормировании качества воды в во­доемах питьевого и культурно-бытового назначения исполь­зуют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический.

Контроль состава сточных вод заключается в опреде­лении следующих показателей: температуры, цвета, запаха, прозрачности по шрифту, рН (водородный показатель), содержания взвешенных веществ, величины сухого остатка, общей кислотности и щелочности, окисляемости, хими­ческого потребления кислорода
(ХПК), биохимического
потребления кислорода
(ВПК), содержания хлоридов и сульфатов.

Важным показателем чистоты и свойств состава воды является рН. Согласно ГОСТ 2874-81 «Вода питьевая» допускаются его колебания в пределах 6,5—8,5. Отклонение рН от этих значений указывает на нарушение стабильности воды и возможное ее загрязнение.

Содержание грубодисперсных взвешенных веществ вы­ражают в мг/л и определяют фильтрованием 1 л воды через бумажный фильтр, который затем высушивают при 105— 110°С до постоянной массы. Вес высушенного остатка опре­деляет содержание в воде взвешенных веществ.

Окисляемость воды выражается в миллиграммах кисло­рода, расходуемого для окисления веществ, содержащихся в 1 л воды. В зависимости от используемых окислителей и полноты окисления органических веществ различают перманганатную и бихроматную окисляемость. Перманганатная окисляемость характеризует количество легко окисляю­щихся органических примесей и обычно используется при анализе природных вод.

Показателем содержания органических примесей в сточ­ных водах является ХПК, определяемое с помощью бихромата калия в присутствии серной кислоты, В этом случае происходит практически полное окисление растворимых, коллоидных и нерастворимых органических примесей. Сте­пень окисления органических веществ обычно составляет 95—98%. Степень загрязненности сточных вод выражается также количеством кислорода, необходимого для окисления органических веществ микроорганизмами в аэробных усло­виях БПК. Практически полным его значением считается ко­личество кислорода, необходимого для окисления орга­нических веществ до начала нитрификации — БПКПОЛН
. Наряду с ним определяется биохимическое потребление кис­лорода в течение 5 суток — БПК5
.

Разность между ХПК и БПК характеризует наличие примесей в воде, не окисляющихся биохимическим путем. Для бытовых сточных вод БПКПОЛН
составляет 85—90% от ХПК. По величине соотношения БПКПОЛН
/ХПК можно судить о возможности применения определенного метода очистки сточных вод. Если БПКПОЛИ
/ХПК > 0,5, то это указывает на возможность применения биохимической очистки сточных вод. При БПКПОЛН
/ХПК < 0,5 использование этого метода малоэффективно, так как в воде содержится значительное количество биологически неокисляемых веществ. Для таких сточных вод более целесообразным является применение физико-химических и химических методов очистки.

Предельно-допустимая концентрация
(ПДК) вредного (загрязняющего вещества) в воде водоема — концентра­ция, которая не оказывает вредного воздействия на орга­низм человека при употреблении воды для питья, при­готовления пищи, гигиенических целей и для отдыха. Для разных категорий водоемов устанавливаются различные значения ПДК загрязняющих веществ. При оценке опасности загрязнений следует учитывать фауну водоемов. Рыбы по сравнению с теплокровными животными более чувстви­тельны к токсичным веществам. Для ассимиляции необхо­димого количества кислорода из внешней среды рыбы пропускают его вместе с водой через жабры и вводят в организм больше токсичного вещества, чем теплокровные животные пропускают с воздухом через легкие. Например, для карпов смертельная концентрация фенола при поступ­лении через жабры в 50 раз меньше, чем при попадании через ротовое отверстие.

Вода, используемая для питья, не должна содержать никаких патогенных микробов, являющихся причиной за­болевания живых организмов. Качество питьевой воды оце­нивается косвенными бактериологическими показателями. К ним относятся кишечная палочка и общее количество бак­терий — метатрофов. В качестве единиц бактериального за­грязнения служат колититр и колииндекс.

Таким образом, при оценке степени загрязненности воды и обосновании ПДК вредных веществ в водоемах необ­ходимо учитывать весь комплекс влияния вредных веществ на качество воды, используемой для различных целей.

2.

Методы очистки сточных вод.

Производственные сточные воды железнодорожных предприятий представляют собой сложные системы, содер­жащие минеральные и органические вещества, состав и количество которых, как правило, определяется характером технологических процессов. Загрязнения могут находиться в воде в виде взвешенных частиц различного размера (ди­сперсные системы — взвеси и коллоидные растворы) и в истинно растворенном состоянии. Взвеси характеризуются размером частиц более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии), а коллоидные растворы — 0,1—0,0001 мм. В истинных растворах размеры частиц соизмеримы с размерами отдель­ных молекул или ионов. Взвеси делятся на суспензии — твердая фаза распределена в жидкой и эмульсии — жидкая фаза диспергирована в жидкости.

Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта может осуществляться механическими, физико-химическими, химическими, биологическими и другими методами. Взвешенные вещества, плавающие нефтепродукты и т.п. удаляются механическими методами — отстаиванием, фильтрацией, центрифугированием и др. Мелкодисперсные, коллоидно-растворенные и растворенные примеси удаля­ются физико-химическими способами, которые включают в себя коагуляцию, флотацию, сорбцию, флокуляцию, ионный обмен, ультрафильтрацию, электродиализ I и химическими — озонирование, реагентное воздействие, умягчение и др.

Из-за сложного состава сточных вод при их очистке используются комбинации различных методов. Во всех слу­чаях первой стадией является механическая очистка, способ­ствующая удалению взвешенных частиц.

2.1.

Механические методы.

Для удаления взвешенных частиц (твердых и жидких) используют гидромеханические способы очистки, а также фильтрование. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, их свойств, концентрации, расхода сточных вод и необходимой степени очистки. Для предварительной очист­ки сточные воды пропускают через решетки, с отверстиями 10—12мм, устанавливаемые перед отстойниками, с целью извлечения крупных механических примесей, которые могут засорить трубы и каналы. Решётки бывают подвижными неподвижными. Их располагают в приемных колодцах. Наи­большее распространение получили неподвижные решетки, совмещенные с дробилками.

Рис. 5.1.
Песколовка ще-левая: / — колодец желе­зобетонный; 2
— труба; 3
— лоток.

Рис. 5.2. Песколовка горизонтальная: / — решетка; 2 —
пульпопровод; 3
— напор­ный трубопровод; 4 - -
гидроэлеватор; 5 — шибер

Отстаивание Применяется для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей в песколовках, отстойниках, гидроциююнах и осветлителях. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц. Песколовки (щелевые, горизон­тальные, вертикальные) применяют для предварительно­го выделения минеральных и органических загрязнений (0,2 0,25 мм). Они устанавливаются перед отстойниками и позволяют выделять минеральные примеси и грубодисперсные частицы, содержащие нефтепродукты. При расходе сточных вод до 100 м3
/ч применяют щелевые песколовки (рис. 5.1), при большом расходе — горизонтальные и верти­кальные. Скорость движения сточной воды в горизонталь­ных песколовках принимают в пределах 0,1—0,3 м/с, а в вер тикальных — 0,02—0,05 м/с при времени пребывания воды в отстойнике 30—60 с. Постоянная скорость потока жид­кости обеспечивается конструктивными особенностями пес­коловок.

Основные размеры горизонтальной песколовки, схема которой дана на рис. 5.2, определяются по формулам;

L
=
vHK
/
u
— длина проточной части;

В
=Q/(Hvu) — ширина отделения песколовки;

F
=
Q
/
u
— площадь в плане,

где v — скорость движения сточной воды, м/с (v = 0,004—0,006 м/с); Н
— глубина проточной части песколовки, м; К
— коэффициент, учи­тывающий вихревые и струйные образования; и
— скорость осаждения механических частиц, м/с; Q
— расход сточных вод, м3
/сут.

Скорость осаждения частиц зависит от гидравлической крупности и0
(мм/с) и среднего значения вертикальной со­ставляющей продольной скорости IV
:

Горизонтальная песколовка задерживает 15 — 20% ми­неральных примесей из сточных вод. Вертикальная песко­ловка — отстойник из сборного железобетона — по эффек­тивности работы аналогична горизонтальным песколовкам.

Отстойники (нефтеловушки) применяют в качестве пер­вой ступени очистных сооружений для удаления из сточ­ных вод основной массы взвешенных веществ и нефте­продуктов. По направлению движения воды они разделя­ются на горизонтальные, вертикальные и радиальные (рис. 5.3 а, б,
в).

Горизонтальный отстойник (рис. 5.3 а) представляет собой прямоугольный резервуар, имеющий два или более одновременно работающих отделения. Вода движется от од­ного конца отстойника к другому. Равномерное распреде­ление сточной воды достигается с помощью поперечного лот­ка. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходе сточных вод свыше 15 000 м3
/сут.

Рис. 5.3. Отстойники:

а
— горизонтальный: / — входной лоток; 2
— отстойная камера; 3
— выходной лоток; 4
— приямок; 6
— вертикальный: / — цилиндрическая часть; 2
— центральная труба; 3
— желоб; 4
— коническая часть; в
— радиальный: / — корпус; 2
— желоб; 3 —
распределительное устройство; 4
— успокоительная камера; 5 — скребковый механизм

Эффективность отстаивания достигает 60%. Горизонтальная скорость движения воды в отстойнике не превышает 0,01 м/с. Про­должительность отстаивания составляет 1—3 часа. Вер­тикальный отстойник (рис. 5.3 б)
представляет собой ци­линдрический или квадратный резервуар с коническим дни­щем. Сточная вода подводится по центральной трубе и движется снизу вверх по желобу. Осаждение происходит в восходящем потоке, скорость движения которого составляет 0,5—0,6 мм/с. Высота зоны осаждения А
—5 мм. Эффек­тивность осаждения в вертикальных отстойниках меньше, чем в горизонтальных на 10—20%. Радиальный отстой­ник (рис. 5.3 в)
представляет собой круглый в плане ре­зервуар. Вода в нем движется от центра к периферии. Такой отстойник применяется при расходе сточных вод свыше 20 000 м3
/сут. Его эффективность достигает 60%.

Для очистки сточных вод от основной массы нефте­продуктов (более 100 мг/л) применяются нефтеловушки преимущественно горизонтального типа (рис. 5.4). Принцип их работы основан на различии в плотности нефтепродуктов и механических примесей. Всплывающую нефть собирают щелевыми поворотными трубами, а твердый осадок удаляют через донный клапан или гидроэжектором. Для обогрева всплывающего слоя нефтепродуктов в зимнее время преду­смотрен паровой подогреватель. Эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов в горизонтальных нефте­ловушках составляет 60—70%, а в многополочных дости­гает 98%.

Осветлители (рис. 5.5) применяют для очистки сточной воды, содержащей органически загрязнёния, путем предва­рительной ее аэрации, флокуляции и отстаивания с последующей фильтрацией через образующийся слой взвешенного осадка в восходящем потоке. Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока (сечение I — I). Выкис этого сечения образуется слой осадка, через который фильтруется осветленная вода. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из ко­торого направляется на дальнейшую очистку. Эффектив­ность осветления сточных вод, способных к флокуляции, составляет 70%, в то время как в вертикальных отстойниках она не превышает 40%. Конструкции осветлителей разно­образны и различаются по форме рабочей камеры, наличию или отсутствию дырчатого днища под слоем взвешенного осадка, способу удаления избыточного осадка, конструкции и месту расположения осадкоуплотнителей.

Для выделения из сточных вод тонкодисперсных или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруд­нительно, применяют фильтрование через фильтры с сет­чатыми элементами (микрофильтры, барабанные сетки) и фильтры с фильтрующим зернистым слоем. Фильтры с зер­нистым слоем получили большое распространение. Они под­разделяются на медленные и скоростные (скорые), открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1—2 м, в закрытых — 0,5—1 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами.

Медленные фильтры используют для фильтрования не­коагулированных сточных вод. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц. При со­держании взвешенных примесей в сточных водах до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,2—0,3 м3
/ч; при 25— 50 мг/л ОД—0,2 м3
/ч. Достоинством таких фильтров является высокая степень очистки, недостатком — большие размеры, высокая стоимость и сложность удаления осадков.

Скоростные фильтры (рис. 5.6) могут быть двух типов: однослойные и многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из однородного материала, у многослойных — из смеси различных материалов (песок, антрацит и др.). Сточная вода проходит через фильтрующий материал и удаляется из фильтра. После засорения фильт­рующего материала проводят его промывку, подавая про­мывную воду снизу вверх. Общая высота слоя загрузки со­ставляет 1,5—2,0 м. Скорость фильтрования принимается равной 12—20 м/ч. Для более эффективной очистки фильтров используют водо-воздушную промывку, при которой зер­нистый слой сначала продувается воздухом для взрыхления, а затем подается вода. Интенсивность подачи воздуха изменяется в пределах от 18 до 22 л (м2
/с), а воды — от 6 до 7 л (м2
/с). После отстаивания сточные воды содержат тонкодис­пергированные нефтепродукты, которые можно выделить фильтрованием. В качестве фильтрующего материала приме­няют кварцевый песок, керамзит, графит, кокс, полимерные материалы. При фильтровании сточных вод, содержащих нефть, через песчаный фильтр адгезия гидрофильных зерен песка и гидрофобных нефтяных частиц происходит в ре­зультате неодинаковых гидрофильных свойств отдельных участков поверхности зерен песка. Сила адгезии частиц нефтепродуктов зависит от энергии поверхностного натяже­ния и размера частиц нефтепродуктов. Для нормальной ра­боты фильтра исходное содержание нефтепродуктов в сточ­ной воде не должно превышать 60—80 мг/л, а механических примесей — 50 мг/л.

Для очистки нефтесодержащих сточных вод внедрена промышленная установка «Кристалл» (рис. 5.7). На этой ус­тановке были испытаны клеевые объемные фильтровальные материалы сипрон и вазопрон, которые показали высокую адсорбционную активность к нефтепродуктам. Практичен кое применение находит эффективный фильтрующий ма­териал пенополиуретан (ППУ), 1 дм2
которого поглощает 950—980 г нефтепродуктов. Пенополиуретан регенерируют так же, как нетканые материалы; при этом с него удаляется до 95%
нефтепродуктов. Применение этого материала позво­ляет проводить фильтрование со скоростью 15—30 м3
/ч. На основе пенополиуретана разработаны фильтры «Полимер» для очистки сточных вод от масел и нефтепродуктов. Фильт­ры представляют собой прямоугольные в плане емкости, заполненные измельченным пенополиуретаном (рис. 5.8). Сточные воды поступают в верхнюю часть фильтра и равномерно распределяются по всей площади загрузки. Прой­дя слой ППУ, стоки освобождаются от масел, нефтепро­дуктов, взвешенных веществ и по обводному трубопроводу выводятся из фильтра, регенерация которого осуществляется

механическим отжимом.

Общая схема очистных сооружений включает песко­ловки, нефтеловушки и фильтры «Полимер». Работа по та кой схеме позволяет получить высокую степень очистки, обеспечивающую возможность использования воды в оборо­те, а также дает большую экономию средств. Внедрение фильтров «Полимер» более чем в 20 раз повышает грязсемкость кварцевого песка и полистирола, а количество регенерата, образующегося в процессе механического отжатия ППУ, в 30—50 раз меньше количества промывных вод, образующихся при регенерации песчаных и полистироловых фильтров. Производительность такой установки составляет до 600 м3
/ч.

Для механической очистки сточных вод от нефтепродуктов применяются также гидроциклоны и центрифуги. Используются напорные и открытые низконапорные гидро­циклоны. Первые применяются доя осаждения твердых при­месей, вторые - - для удаления осаждающихся и всплы­вающих примесей. Эти циклоны характеризуются высокой производительностью и небольшой стоимостью. Гидроциклоны рекомендуется применять взамен песко­ловок или отстойников при недостатке площади для их раз­мещения (около моечных машин для грубой очистки мою­щего раствора, установок наруж­ной обмывки локомотивов, авто­машин и т.п.), а также для кон­центрирования и отмывки от нефти осадка из отстойных соо­ружений. В гидроциклонах дей­ствуют центробежные силы, от­брасывающие тяжелые частицы к периферии потока. При вы­сокой скорости вращения цент­робежные силы значительно больше сил тяжести. Из напор­ных гидроциклонов наибольшее распространение получил аппа­рат конической формы. Сточная вода подается внутрь гидроциклона. При вращении воды под действием цент­робежной силы внутри гидроциклона образуется ряд пото­ков. Жидкость, войдя в цилиндрическую часть, приобретает вращательное движение и движется около стенок по вин­товой спирали вниз к сливу. Часть ее крупными частицами удаляется из гидроциклона. Другая, осветленная часть, по­ворачивает и движется вверх по оси гидроциклона. В центре образуется воздушный столб, давление которого меньше ат­мосферного. Он оказывает влияние на эффективность ра­боты гидроциклонов.

Напорные гидроциклоны применяют для выделения из воды грубодисперсных минеральных примесей с плотностью 2—3 г/см3
(песка, частиц кирпича, шлака) при разме­рах частиц свыше 0,05—0,1 мм и гидравлической крупности 2—5 мм/с. Эффект очистки от взвешенных веществ в на­порных гидроциклонах для щелочных моющих растворов составляет 40—50%, а для стоков от промывки грузовых вагонов — 30—40%. Открытые безнапорные гидроцикло­ны применяют для грубой очистки сточных вод от круп­ных примесей (более 5 мм/с) и нефтепродуктов. От напорных гидроциклонов они отличаются большей произ­водительностью и меньшим гидравлическим сопротивле­нием. Эффект очистки в открытых гидроциклонах состав­ляет 50—60%.

Для удаления осадков из сточных вод могут быть ис­пользованы фильтрующие и отстойные центрифуги. Фильт­рующие центрифуги применяют для разделения суспензий, когда требуется высокая степень обезвоживания осадка и эффективная его промывка, а также в тех случаях, когда используется обезвоженный осадок и достаточно чистый фильтрат. Из отстойных центрифуг непрерывного действия в системах очистки сточных вод наибольшее распро­странение получили горизонтальные шнековые центрифуги типа ОГШ. Их используют для выделения частиц гидрав­лической крупностью примерно 0,2 мм/с (противоточные) и 0,05 мм/с (прямоточные).

2.2.

Физико

-

химические


методы

Для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных и коллоидных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ используются физико-химические методы, к которым относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, ультрафильтрацию и др.

Выбор метода зависит от технологических и санитарных требований, состава сточных вод, концентрации загрязнений, а также наличия необходимых материальных, энергетиче­ских ресурсов и экономичности процесса.

На коллоидные частицы действуют в противоположных направлениях две силы: силы тяжести и диффузии. Под действием силы тяжести они стремятся опуститься на дно, а силы диффузии распределяют частицы равномерно по всему объему системы. В результате действия этих сил в системе устанавливается равномерное распределение частиц по высоте.

Дисперсные системы могут существовать, не разрушаясь, длительное время. Различают кинетическую
и агрегативную устойчивость
таких систем. Способность дисперсных систем сохранять определенное распределение по объему называется кинетической устойчивостью. Грубодисперсные системы кинетически неустойчивы, их частицы оседают под действием силы тяжести. Молекулярные системы (смесь газов и растворы) обладают очень высокой кинетической устойчивостью. Кинетическая устойчивость коллоидных систем зависит от размеров частиц: чем меньше размер их частиц, тем более кинетически устойчив коллоидный раствор. Агрегативная устойчивость выражается в том, что частицы не укрупняются (не слипаются) при столкнове­нии друг с другом. Коллоидные частицы, лишенные агрсгативной устойчивости, слипаются в более крупные агрегаты (коагулируют) и выпадают из коллоидного раствора в осадок.

В электрическом поле коллоидные растворы подвер­гаются изменению при приложении разности потенциалов: в них происходит движение частиц и жидкости. Эти про­цессы получили общее название электрокинетических явлений. Явление переноса частиц дисперсной фазы (взве­шенных частиц) в электрическом поле называется элект­
рофорезом,
а движение жидкости дисперсионной среды (растворитель) также в электрическом поле — элект­
роосмосом.
Электрокинетические явления можно объяснить существованием на поверхности дисперсионной фазы двой­ного электрического слоя и возникновением разности потен­циалов между дисперсной фазой и дисперсной средой. Если дисперсная фаза несет заряды одного знака, а жидкая среда противоположного, то под действием внешнего электри­ческого поля эти фазы приходят в движение относительно друг друга.

Коллоидная система состоит из дисперсионной фазы — мицелл и дисперсной среды — воды. Основной частью мицеллы является агрегат состоящий из атомов, ионов или молекул, как правило малорастворимого в воде химического соединения. На поверхности такого агрегата, получивш­его название ядро, фиксируются ионы стабилизатора, которые определяют знак и величину термодинамического потенциала (потенциалопределяющие ионы). Вокруг ядра располагается часть противоионов стабилизатора - ад­сорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу, заряд кото­рой соответствует знаку заряда потенциалопределяющих ионов.

Коллоидные частицы могут иметь различную форму в зависимости от их химического состава: ленточную, плас­тинчатую, а иногда — палочек. По своим размерам мицеллы значительно больше обычных молекул. Так, например, молекула воды имеет диаметр 0,27 нм, а средний диаметр коллоидной частицы Ре(ОН)3
составляет 20—40 нм при толщине пластинки 4 им. Каждая такая частица состоит из 400—500 молекул Fе(ОН)3
. Коллоидная частица золота имеет около миллиона атомов этого элемента.

Мицелла имеет сложное строение. Проиллюстрируем это на примере строения мицеллы гидроксида железа. Оно имеет следующий вид (рис. 5.10). Химическая формула мицеллы может быть изображена следующим образом:

Нерастворимое в воде ядро мицеллы содержит т
400—500 молекул Fе(ОН)3
. Ионным стабилизатором служит электролит FеОСl, который в интермицеллярной жидкости обратимо диссоциирует по уравнению:

Катионы FеО+
избирательно адсорбируются на поверх­ности коллоидного ядра, заряжая его положительно. Поэто­му указанные ионы называются потенциалопределяющими. Если адсорбировать п
ионов FеО+
, то в растворе находятся и п
анионов С1~. Последние имеют знак заряда, противо­положный потенциалопределяющим ионам и называются противоионами. Таким образом, на поверхности раздела фаз «коллоидная частица — интермицеллярная жидкость» об­разуется двойной электрический слой (рис. 5.11).

Гидратированные анионы С1-
в жидкой фазе находят­ся под воздействием двух взаимно противоположных сил: электростатических, стягивающих мицеллу, и диффузион­ных, стремящихся рассеять анионы. В результате совмест­ного действия этих сил состояние отдельных анионов оказы­вается неодинаковым. Часть из них, обозначенная через х,
образует диффузный слой — ионную атмосферу мицеллы.

Рис. 5.11. Строение двой­ного электрического слоя:. потенциалопределяющие ионы; 2 — адсорб­ционный слой противо-ионов; 3 -- диффузион­ный слой противоионов; АВ — плоскость сколь­жения

Это — так называемые, свободные противоионы. Другая часть противоионов, равная (л - х),
более или менее прочно связана с потенциа­лопределяющими ионами (6), с которым она на поверхности ядра создает плотный адсорбционный слой. Они называются связанными противоионами. Ионы диффузного слоя непрерывно обмениваются с одноименными ионами адсорб­ционного слоя, поэтому они на­зываются также обменными. Здесь устанавливается подвижное рав­новесие, зависящее от состава интермицеллярной жидкости, тем­пературы и других условий.

На границе подвижного и неподвижного слоев возникает раз­ность потенциалов, которую называют электрокинетическим потенциалом или дзетапотен­циалом. Следовательно, электрокинетический потенциал является разностью потенциалов на границе неподвижного (адсорбционного) слоя жидкого и подвижного (диффу­зионного). Между твердой фазой и жидкостью возникает разность потенциалов — термодинамический потенциал (ф), определяемый плотностью зарядов потенциал определяющих ионов на единице поверхности. По мере удаления от по­верхности твердой фазы термодинамический потенциал уменьшается. В адсорбционном слое от уменьшается по пря­мой (рис. 5.12), как в плоском конденсаторе. В диффу­зионном слое снижение потенциала происходит по кривой, так как противоионы в нем распределены неравномерно.

Электрокинетический потенциал является частью термо­динамического и поэтому всегда меньше его и определяется числом противоионов диффузионного слоя. Если по каким ионов из него переходит за границу скольжения в адсорб­ционный слой. Термодинамический потенциал при этом не изменится, а электрокинетический — уменьшится (рис, 5.13). Чем меньше толщина диффузионного слоя, тем больше противоионов этого слоя перейдет за границу скольжения и тем меньше будет значение электрокинетического потен­циала.

При броуновском движении частицы коллоидных систем могут сталкиваться друг с другом и образовывать крупные агрегаты, что приводит к нарушению их агрегативной устойчивости. Поскольку крупные агрегаты при этом теряют способность к свободному распределению по всему объему системы, то она утрачивает и кинетическую устойчивость, что приводит к разрушению коллоидной системы. В этом случае частицы дисперсной фазы будут оседать или

всплывать.

Для коллоидных систем с водной дисперсионной средой (гидрозолей) установлена связь между агрегативной устой­чивостью и скоростью электрофореза. Чем золь более устой­чив, тем у него выше скорость электрофореза. Электрофорез, с свою очередь, обусловлен существованием двойного ионного слоя мицеллы, и скорость его пропорциональна электрокинетическому потенциалу. Следовательно, агрегативная устойчивость гидро­золей связана с двойным электри­ческим слоем и силы отталкивания, возникающие между мицеллами, имеют электрическую природу.

При сближении двух мицелл сна­чала взаимодействуют ионы диф­фузионных слоев (рис. 5.14). Так как они одноименно заряжены и доста­точно подвижны, то, отталкиваясь друг от друга, диффузионные слои будут деформироваться, «стекая» на противоположные сто­роны. При дальнейшем сближении мицеллы уже взаимо­действуют друг с другом не диффузионными слоями, а од­ноименно заряженными частицами, заряд которых равен электрокинетическому потенциалу. Чем больше электроки­нетический потенциал, тем больше силы отталкивания и, следовательно, тем выше агрегативная устойчивость золя.

Коагуляцией
называется процесс соединения коллоидных частиц в крупные агрегаты с последующей потерей кине­тической устойчивости коллоидной системы. Нарушение агрегативной устойчивости в коллоидных растворах проис­ходит в тех случаях, когда силы притяжения у отталки­вающихся друг от друга частиц больше, чем силы электро­статического отталкивания ионных слоев. Коагуляцию кол­лоидных растворов можно вызвать нагреванием, заморажи­ванием, интенсивным перемешиванием, а также добавле­нием различных электролитов. Вес эти воздействия, раз­личные по своей природе, или уменьшают силы отталки­вания, или увеличивают силы притяжения.

При нагревании возрастает кинетическая энергия кол­лоидных частиц, увеличивается скорость их движения, и силы электростатического отталкивания уже не могут пре­пятствовать агрегатированию мицелл.

Добавление электролитов к коллоидному раствору при­водит к снижению электрокинетического потенциала. Этот процесс характеризуется определенными закономерностями, которые можно объединить в следующие общие правила. Во-первых, все электролиты вызывают коагуляцию коллоид­ных растворов при увеличении концентрации до некоторого значения. Минимальная концентрация электролита, вызы­вающая коагуляцию коллоидного раствора, называется по­рогом коагуляции. Во-вторых, коагулирующим действием обладает не весь электролит, а только тот его ион, который имеет заряд, одноименный с зарядом противоионов мицел­лы. В-третьих, коагулирующая способность иона зависит от его заряда: ионы с большим зарядом вызывают коагуляцию при гораздо меньших концентрациях, чем ионы с более низким. Если принять коагулирующую способность одно­зарядного иона за единицу, то коагулирующая способность двухзарядного иона будет больше в несколько десятков раз, а трехзарядного — в несколько сот раз. В четвертых, коагулирующая способность ионов одинакового заряда воз­растает с увеличением радиуса нона. Ионы органических соединений всегда обладают более высокой коагулирующей способностью. Наконец, при увеличении концентрации электролита в растворе уменьшается электрокинетический потенциал, а коагуляция наступает при его определенном значении - критическом потенциале. В большинстве слу­чаев критический потенциал равен 0,03 В.

Различают два вида коагуляции растворов электролита­ми — концентрационную и нейтрализационную. Концент­рационная коагуляция наблюдается при увеличении кон­центрации электролита, не вступающего в химическое взаи­модействие с компонентами коллоидного раствора. Такие электролиты называются индифферентными. Они не должны иметь ионов, способных достраивать кристалли­ческую решетку ядра и вступать в реакцию с потенциалопределяющими ионами. При увеличении концентрации индифферентного электролита диффузный слой противоионов мицеллы сжимается, переходя в адсорбционный слой. В результате электрокинетический потенциал уменьшается и может стать равным нулю (см. рис. 5.14). Такое состояние коллоидной системы называется изоэлектрическим. С умень­шением электрокинетического потенциала агрегативная ус­тойчивость коллоидного раствора снижается, и при кри­тическом значении дзеттапотенциала начинается коагу­ляция. Термодинамический потенциал при этом не изме­няется.

При нейтрализационной коагуляции ионы прибавляемого электролита нейтрализуют потенциалопределяющие ионы, при этом уменьшается термодинамический и электрокине­тический потенциал (рис. 5.15).

Коагуляцию широко используют при очистке воды для удаления взвешенных веществ. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их_ смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химичес­ких свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды. При использовании смесей А12
(5О4
)з и РеС13
в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном ис­пользовании этих реагентов. Кроме этих коагулянтов, для обработки сточных вод могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства и др. Для осаждения взвешенных частиц, в сточную воду часто добавляют высокомолекулярные соединения. Такой процесс называется флокуляцией. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосред­ственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах высокомолекуляр­ного вещества (флокулянта). Флокуляцию производят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа и увеличения скорости их осаждснид. Использование, флокулянтов позволяет снизить дозы коа­гулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагу­ляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопь­ев. Наиболее широко для очистки сточных вод в качестве флокулянта используется полиакриламид.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смеше­ние реагентов со сточной водой, хлопьеобразование и осаж­дение хлопьев.

Наиболее эффективным методом для удаления из сточ­ных вод нерастворимых диспергированных примесей, а так­же нефтепродуктов, которые самопроизвольно плохо от­стаиваются, является флотация. Достоинством флотации яв­ляется непрерывность процесса, широкий диапазон приме­нения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратуры, селективность выделения примесей по сравнению с отстаиванием, большая скорость процесса, вы­сокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации поверхностно-актив­ных веществ (ПАВ), лскгоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведе­нию последующих стадий очистки сточных вод.

Процесс, на котором основана флотация, состоит в том, что при сближении поднимающегося 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 «пузырскчастцица» поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Эффект разделения флотацией зависит от раз­мера и количества пузырьков. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов

и др.

Присоединение частиц к пузырьку воздуха сопровож­дается уменьшением поверхностной энергии натяжения по­граничных слоев и возникновением сил, стремящихся умень­шить площадь контакта воды с частицей. Смачиваемость определяется косинусом краевого угла, образуемого по­верхностями контакта трех фаз (нефтепродукт-вода-воздух). В соответствии со схемой, изображенной на рис. 5.16, на границе соприкосновения трех фаз действует сила поверхно­стного натяжения на границах нефтепродукт-вода аи
в
, неф­тепродукт-воздух ааг
и сила сцепления Р",
удерживающая пузырек воздуха на поверхности нефтепродукта:

Взаимодействие трех фаз показывает, что чем большей гидрофобностью обладает поверхность частицы, тем больше вероятность присоединения частицы к воздушному пузырьку при столкновении, так как газы также относятся к гидро­фобным вещества

м. С другой стороны, чем более гидрофобная частица, тем вероятнее образование на ней пузырьков газа, выделяющихся из раствора.

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 применяется для очистки сточных вод, которые содержат очень мелкие частицы загрязнения. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в воде. При уменьшении давления из раствора выделяются пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнения. В зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в воде различают вакуумную и напорную флотацию.

При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрациошюй камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживают разряжение 29,9— 39,9 кПа (225—300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в камере пузырьки выносят часть загрязнений. Процесс флотации длится около 20 мин. Образование пузырьков газа и их слипание с частицами происходит в спокойной среде, затрата энергии на процесс минимальна. Из-за незначительной степени насыщения стоков пузырьками газа этот способ нельзя применять при высокой концентрации взвешенных частиц (не более 250—300 мг/л).

Напорные установки больше распространены, чем ва­куумные. Они просты и надежны в эксплуатации. Напор­ная флотация позволяет очищать сточные воды с концент­рацией взвеси до А
—5 г/л. Для увеличения степени очист­ки в воду добавляют коагулянты. Процесс напорной фло­тации осуществляется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением и выделение растворенного газа под атмосферным давлением. Напорные флотационные ус­тановки имеют производительность от 5 до 2000 м3
/ч. Они работают при изменении параметров в следующих преде­лах: давление в напорной емкости 0,17—0,35 МПа; время пребывания воды во флотационной камере 10—20 мин. Объем засасываемого воздуха составляет 1,5—5% объема очищаемой воды. Значения параметров зависят от концент­рации и свойств загрязнений. Схема установки напорной флотации показана на рис. 5.17. В зависимости от объема и степени загрязнения сточных вод нефтепродуктами исполь­зуются горизонтальные (рис. 5.18), вертикальные и радиальные (рис. 5.19) флотаторы. Производительность горизон­тальных и вертикальных флотаторов составляет до 100 м3
/ч, радиальных — более 100 м3
/ч. Напорные флотационные установки рекомендуется устанавливать после нефтелову­шек и отстойников для дополнительной очистки от нефтепродуктов сточных вод перед выпуском их в бытовую канализацию или при использовании очищенной воды в обо­роте. При проектировании очистных сооружений рекомен­дуется предусматривать применение многокамерных флота­торов типа ЦНИИ-5 производительностью 10—20 м3
/с.

Для повышения эффективности флотационной очистки применяют коагулянты в виде растворов сернокислого алю­миния, сернокислого и хлорного железа, образующих в ще­лочной среде нерастворимые гели гидроксилов металлов. Для очистки сточных вод, содержащих стойкие эмульсии, применяют электрофлотацию, при которой загрязненную нефтепродуктами воду насыщают микропузырьками водоро­да и кислорода, образующихся при электролизе воды.

Остаточное содержание нефтепродуктов в сточных водах после механической или физико-химической очистки со­ставляет 10—20 мг/л, поэтому дальнейшую очистку прово­дят химическим или биохимическими методами, описанными ниже. Остаточное содержание экстрагируемых эфиром и взвешенных веществ в воде после флотационной очистки стоков депо, ремонтных предприятий, пунктов обмывки ва­гонов равно 40—50 без применения реагентов, 15—20 с при­менением реагентов и 8—10 мг/л с многократной цирку­ляцией воды через флотатор.

Флотация с механическим диспергированием воздуха осу­ществляется турбинками насосного типа — импеллерами и применяется 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, вы­носящие на водную поверхность флотационные камеры загрязнители. Для такой флотации требуется высокая степень насыщения воздухом (0,1—0,5 объема воздуха на один объем воды). Диаметр импеллеров составляет 600—700 мм.

Пневматические флотационные установки применяют­ся для очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные по отношению к механизмам, имеющим движущие части (насосы, импеллеры). При такой флотации воздух пропускается через пористые керамические пластины или колпачки. В результате такой операции об­разуются мелкие пузырьки, поднимающие вверх загряз­нители, которые вмести с пеной переливаются в кольцевой желоб и удаляются из него. Этот способ флотации по срав­нению с другими имеет следующие преимущества: простота конструкции флотационной камеры и меньшие затраты энер­гии, так как отсутствуют насосы или импеллеры. Произ­водительность такого флотатора зависит от характеристик пористого материала, давления воздуха, его расхода, продол­жительности флотации и уровня во флотаторе. На основе опытных данных размер пор должен быть 4—20 мкм, дав­ление воздуха 0,1—0,2 МПа, расход воздуха 40—-70 м3
/м и продолжительность флотации 10—30 мин. В установках с большой продолжительностью флотации воздух подается через фильтросные пластины.

Химическая флотация основана на введении в сточную воду реагентов, в результате действия которых происходят химические процессы с выделением О2
,
СО2
, Н2
и др. Пу­зырьки этих газов могут прилипать к нерастворимым взве­шенным частицам и выносить их в пенный слой. Во избе­жание дегазации время пребывания сточной воды во флота­ционной камере должно быть минимальным.

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяются также процессы электрокоагуляции, электрофлотации и другие, протекаю­щие на электродах при пропускании через сточную воду по­стоянного электрического тока. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты по относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Ос­новным недостатком этих методов является большой расход электроэнергии.

При электрокоагуляционной очистке сточных вод от -таких высокоустойчивых загрязнений, как эмульсии нефте­продуктов, масел и жиров проводят электролиз с использованием стальных и алюминиевых анодов (рис. 5.21). Под действием тока происходит растворение металла, в ре­зультате чего в воду переходят катионы железа и алюминия, которые, гидролизуясь, образуют гидроксилы металлов в виде хлопьев. Наступает коагуляция и происходит очистка воды. Электрокоагуляцию рекомендуют проводить в нейт­ральной или слабощелочной среде при плотности тока не более 10 А/м2
, расстояние между электродами не более 20 мм и скорость движения воды не менее 0,5 м/с.

Достоинствами метода электрокоагуляции являются ком­пактность установок, простота управления процессом очист­ки, отсутствие потребности в реагентах, малая чувствитель­ность к изменениям условий проведения процесса очистки и получение шлама с хорошими структурно-механически­ми свойствами. Недостатки метода -- повышенный расход металла и электроэнергии. Наиболее широко используют безнапорные пластинчатые электрокоагуляторы, направле­ние движения жидкости в которых может быть горизон­тальным и вертикальным. Электрокоагуляция применяет­ся также для очистки сточных вод от ионов тяжелых ме­таллов.

При электрофлотации процесс очистки сточных вод от взвешенных частиц и нефтепродуктов проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде - во­дорода. Поднимаясь в сточной воде, эти пузырьки фло­тируют взвешенные частицы. При использовании раст­воримых электродов происходит образование хлопьев коа­гулянтов и пузырьков газа, что способствует более эффек­тивной флотации. Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде. Размер пу­зырьков водорода значительно меньше, чем при других ме­тодах флотации. Мелкие пузырьки обладают большей раст­воримостью, чем крупные, и, тем самым, способствуют большему эффекту флотации. При больших объемах сточ­ных вод применяются двухкамерные установки. Они состоят из электродного отделения и отстойной части и могут быть горизонтальными и вертикальными.

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Эти методы связаны с расходом различных реагентов и поэтому доро­ги. Их применяют для удаления растворенных веществ, а также в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят по мере необходимости, как предва­рительную перед биологической очисткой или после нес для доочистки сточных вод. Для химической очистки сточ­ные воды, содержащие нефтепродукты, хлорируют и озо­нируют. Эти методы глубокой очистки основаны на окис­лении органических примесей атомарным хлором и озоном при одновременном дезодорировании и обеззараживании сточной воды. Хлор применяется для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилссрнистых сое­динений, фенолов, цианидов и др. Озонирование позво­ляет очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.

2.3.

Биохимические


методы.

После механической и физико-химической очистки сточ­ные воды, содержащие нефтепродукты и другие раство­ренные загрязнения (например, фенолы), направляются на биологическую очистку, сущность которой заключается в окислении органических загрязнений микроорганизмами.

Биологическое окисление проводят как в естественных условиях на полях фильтрации, орошения и в биологических прудах, так и в искусственно созданных условиях на био­фильтрах и в аэротанках. Поля фильтрации, орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов, биологические пруды и аэротанки — за счет биоценозов этих водоемов. Биоценоз состоит из множества различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных орга­низмов — водорослей и т.д., связанных между собой в единый комплекс. На объектах, где происходит утечка неф­тепродуктов, используют капельные и высоконагруженные биофильтры.

В капельных биофильтрах в качестве фильтрующего материала используют шлак, гранитный щебень, кокс, из­вестняк, антрацит и другие водоустойчивые материалы. Обмен воздуха в биофильтре происходит путем естест­венной вентиляции (при высоте загрузки 1,5—2 м) и при­нудительной вентиляции (при высоте загрузки более 2 м). Для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов сточ­ная вода, поступающая на фильтр, должна содержать не более 25 мг/л нефтепродуктов и не более 10 г/л растворенных солей. На каждые 100 мг/л сточных вод должно содержаться не менее 5 мг азота и не менее 1 мг фосфора.

Процесс очистки протекает следующим образом. Нерастворимые загрязнения образуют на поверхности био­фильтра биологическую пленку, густо заселенную микро­организмами. В процессе работы биофильтра пленка от­мирает. Очищенную в биофильтре воду хлорируют, и она поступает во вторичных отстойник, где отмершая пленка задерживается. Очищенную воду спускают в водоем. Для обеспечения нормальной работы в биофильтр первоначально подают хозяйственно-бытовые стоки слабой концентрации. В фильтр вводят биогенные элементы в виде солей азота и фосфора и по мере образования биопленки постепенно до­бавляют нефтесодержащие сточные воды. Период адаптации микроорганизмов длится 2—4 недели. В течение этого вре­мени объемное содержание нефтесодержащих и хозяйствен­но-бытовых стоков доводят до соотношения 1:1. Для обеспе­чения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов био­логические фильтры вводят в эксплуатацию при температуре около 20°С.

Наряду с капельными биофильтрами используются высо­конагруженные фильтры. Они отличаются от капельных биофильтров более высокой окислительной мощностью, ко­торая достигается за счет увеличения крупности зерен за­грузки и изменения конструкции биофильтра. Особая кон­струкция днища и дренажа обеспечивает искусственную продувку сооружения воздухом. Сравнительно большая ско­рость движения сточной жидкости в биофильтре обеспечи­вает постоянный вынос из него задержанных трудноокис­ляемых нерастворимых веществ и отмершей биологической пленки.

Аэротенки применяются для очистки сточных вод шпалопропиточных заводов, дезинфекционно-промывочных стан­ций и при совместной доочистке бытовых и производ­ственных вод других предприятий. Допустимые концентра­ции загрязнений в воде, поступающей в аэротенк, состав­ляют 100мг/л по фенолам, 25 мг/л по веществам, экстра­гируемым эфиром, и ВПК — 500 мг О2
/л, ХПК -- 1000 мг О2
/л. В основу работы аэротенков положена деятельность микроорганизмов, обитающих в природных водоемах. Они носят название активного ила. Аэротенки подразделяются на аэротенки с регенерацией и без регенерации активного ила, аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители и аэротенки-отстойники. В зависимости от применяемых аэрационных устройств имеются аэротенки с механической, пневматичес­кой и пневмомеханической аэрацией.

По степени очистки аэротенки подразделяются на вы­соконагруженные, с частичной очисткой (остаточное БПКПОЛН
> 10—15 мг/л), нормальнонагруженные с полной биоочисткой (БПК = 10—15 мг/л) и низконагруженные (с частичной и полной очисткой).

Промышленность выпускает аэротенки низкой нагрузки, среди которых наибольшее применение нашли установки мар­ки КУ производительностью от 12 до 200 м3
/сут. Для очист­ки сточных вод при относительно высокой концентрации активного ила используют комбинированные сооружения, выполняющие функции аэротенка и вторичного отстойника. К ним относятся аэроакселераторы, оксидаторы, циклейторы, реактиваторы и др., в которых в разных комбинациях сочетаются процессы биокоагуляции, отстаивания, освет­ления во взвешенном слое осадка и аэробного биохими­ческого окисления. Одной из модификаций комбинирован­ных сооружений является противоточный аэротенк, разра­ботанный ВНИИ ВОДГЕО. В этом аэротенке обеспечивается длительный контакт иловой смеси с пузырьками движу­щегося навстречу потока воды, что повышает эффективность использования кислорода. ВНИИЖТом разработана более простая и надежная струйная система аэрации на базе цент­робежного насоса, позволяющая путем несложного переобо­рудования увеличить производительность эксплуатируемых аэротенков на 30—50% без дополнительных капитальных затрат. Особого внимания заслуживают получившие большое распространение акселераторы, которые в зависимости от концентрации загрязнений, характера сточной воды и периода аэрации могут работать на полную или неполную биологическую очистку бытовых и производственных сточ­ных вод.

За рубежом применяют шахтные аэротенки, кото­рые позволяют в несколько раз сократить производственные площади и существенно снизить энергозатраты на аэрацию Шахтный аэротенк с эрлифтной циркуляцией представляет собой цилиндрический вертикальный резервуар диаметром от 0,6 до 3 м и высотой 12—100 м. Он может быть заглублен или установлен на поверхности земли в виде колонны. В поперечном сечении аэротенк разделяется на две части, в одной из которых предусматривается система пневмати­ческой аэрации с помощью фильтросных труб или тканевых аэраторов, а в другой размещается насос или эрлифт, обе­спечивающий циркуляцию иловой смеси и подачу ее в аэрационную часть. В этой части иловая смесь движется вниз со скоростью 1—2 м/с, увлекая за собой пузырьки воздуха, поступающего из аэратора. Длительное пребывание воздуха при повышенном давлении обуславливает эффективное ис­пользование кислорода (до 90%).

Для очистки и доочистки от растворенных загрязнений сточных вод до достижения предельно допустимых концент­раций эффективно используется адсорбция микропористыми сорбентами. Для сорбционной очистки и доочистки сточных вод от органических веществ может быть использовано множество материалов естественного и искусственного происхождения. Однако чаще других применяют гранули­рованный активированный уголь, имеющий частицы раз­мером более 0,10 мм, на 85—90% состоящий из углерода и способный самопроизвольно отделяться от воды. Исходным сырьем для получения активированного угля служат любые углеродосодержащие материалы — уголь, торф, древесина и др. Процесс изготовления таких высококачественных углей сложен и дорог.

Аппаратурное оформление процесса адсорбционной очи­стки — общепринятое в химической технологии. Это — на­порные фильтры с плотным слоем гранулированных углей, перед которыми расположены механические фильтры. Ис­пользование высококачественных дорогостоящих сорбентов, прежде всего, активированных углей, целесообразно лишь при их эффективной регенерации с полным восстановле­нием их сорбционной емкости. Для такой регенерации одной тонны углей расходуется 1000 м3
природного газа, 10 000 м3
воздуха и 0,5 т пара. После каждой регенерации сорбент может быть использован до 10 раз с потерями 10%..

2.4.

Методы


удаления


ионоя тяжелых металлов.

При работе гальванических цехов в сточные воды поступают соли тяжелых металлов в количествах, иногда превышающих ПДК. В результате этого окружающей среде наносится значительный ущерб, так как соли тяжелых металлов, кроме общей ядовитости, являются также канцерогенами и могут влиять на наследственность.

Соли тяжелых металлов в сточных водах содержаться в виде раствора, а также взвесей. Они способны; восстанав­ливаться, окисляться, осаждаться, адсорбироваться в виде индивидуальных веществ и комплексов По степени токсичности тяжелые металлы можно условно расположить в ряд: ЗЬ > А§ > Си > Н§ > Со >
№ > РЬ > Сг >
V >
Со1
. Для удаления солей тяжелых металлов из сточных вод применяют реагентные и физико-химические методы. Реа-гентные методы очистки наиболее эффективно применяются для удаления соединений цинка, меди, никеля, свинца, кадмия, кобальта, железа и др. Сущность реагентных ме­тодов заключается в переводе растворимых в воде сое­динений веществ в нерастворимые при добавлении раз­личных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостатком является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками. В качестве реагентов для уда­ления сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксилы кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды каль­ция и натрия, карбонат натрия, сульфида натрия, различные шлаки. Наиболее широко используется гидроксил кальция. Осаждение металлов происходит в виде гидроксилов. При одновременном осаждении двух или нескольких металлов образуются смешанные кристаллы и происходит адсорбция на поверхности твердой фазы ионов металлов. Вследствие этого достигается более полная очистка от не­которых металлов. Каждое соединение тяжелых металлов, удаляемое из сточных вод, имеет свои особенности. Неко­торые из них характеризуются общими физико-механичес­кими свойствами, позволяющими извлекать их на основе одной технологической схемы.

При обработке кислых вод оксидом кальция и гидрооксидом натрия, содержащиеся в стоках ионы указанных тя­желых металлов связываются в труднорастворимые соедине­ния. Состав солей зависит от рН среды. Так, например, при рН =7 осаждается гидроксидсульфат цинка 2п5О4
-32п(ОН)2
, а при рН < 8,8 состав осадка соответствует формуле 2п8О4
-52п(ОН)2
. В сильнощелочной среде твердая фаза представляет собой в основном гидрооксид цинка.

Очистка сточных вод от меди связана с осаждением ее в виде гидрооксид или гидрооксид карбоната:

Для очистки сточных вод от ионов металлов (цинка, свинца, меди, хрома, никеля, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соеди нений и радиоактивных веществ применяют ионный обмен. Этот процесс протекает на ионитах, представляющих собой твердые полиэлектролиты, у которых ионы одного знака заряда закреплены на твердой матрице, а ионы проти­воположного знака заряда способны переходить в раствор и заменяться на другие ионы того же знака. Иониты состоят из полимеров, имеющих функциональные группы, которые способны диссоциировать в растворе. В зависимости от того, какие ионы переходят в раствор, иониты разделяются на

катиониты и аниониты.

Для удаления металлов из сточных вод применяются ка­тиониты, например КУ-2. V катионитов в раствор переходят катионы, которые обмениваются на катионы, находящиеся в растворе. Функциональными группами у катионитов обычно служат сульфогруппы 5О3
Н~, фосфорнокислые группы РО(ОН)2
, кабоксильные СООН" и гидроксильные ОН~. При контакте ионнта с раствором происходит обмен, при кото­ром в раствор поступают ионы Н+
, а на катионите оседают ионы металла.

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом экви­валентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. С течением времени работы катионита его обменная емкость истощается и необходимо проводить его регене­рацию. Регенерацию Н-катионита проводят раствором раз» бавлснной серной кислоты концентрацией 1,0—1,5%.

Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия. Наиболее распространенным является непрерывный ионо-обмен, который позволяет уменьшить расход смолы, реаген­тов для регенерации, промывной воды, а также применять более компактное оборудование. Колонны непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и с кипящим.

Для регенерации смолы используют колонны с дви­жущимся слоем или пневмопульсационные. Сорбент по­дается через коническую трубу. При подаче воздуха смола в рабочем объеме аппарата движется навстречу раствору и удаляется сверху. При этом столб смолы в трубе действует как обратный клапан.

Наиболее эффективными методами очистки воды от ионов тяжелых металлов являются электро- и гальванокоагуляция. При обработке малых объемов стоков на небольших пред­приятиях применяют электрокоагуляционный способ обез­вреживания хромсодержащих стоков. Его применение це­лесообразно при расходе сточных вод до 50 м3
/ч, содер­жании хрома до 100 мг/л, взвешенных веществ до 50 мг/л и рН стоков 4—7. Обработку стоков проводят в электро­лизерах проточного типа с пластинчатыми электродами из низкоуглеродистой стали. Для предотвращения пассивации электродов перед электрокоагуляцией в сточную воду до­бавляют раствор поваренной соли.

На ряде предприятий страны применяют гальванокоа­гуляторы барабанного типа КБ-1 и КБ-3. Они предназначены для очистки промышленных сточных, продувочных и обо­ротных вод от ионов цветных металлов, включая хром. Сущность процесса очистки состоит в том, что при загрузке коагулятора железным скрапом и коксом или железным и медным скрапом в определенных соотношениях за счет раз­ности электрохимических потенциалов загружаемых мате­риалов возникает гальванопара. В результате этого без вве­дения химических реагентов и без использования (или при незначительном использовании) внешних источников элект­роэнергии в рабочей зоне протекают электрохимические процессы с образованием магнитных форм соединений же­леза. Одновременное протекание нескольких электрохими­ческих, химических и физических процессов в рабочей зоне коагулятора, а именно, катодного осаждения металлов, вос­становления поливалентных элементов (хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и др.), образования ферритов, коагу­ляции, сорбции на свежсобразованных кристаллах магнетита и гетита обеспечивает высокую степень очистки воды и растворов от различных примесей. При этом происходит полное восстановление хрома до трехвалентного состояния.

Очистка стоков от солей железа имеет свою специфику. По своему распространению железо среди металлов за­нимает второе место после алюминия. Природные воды со­держат железо в широком диапазоне концентрации (0,01— 20,00 мг/л). Ограничение содержания железа в воде, по­даваемой различным производственным потребителям, об­условлено требованиями технологии. Так, например, для охлаждения компрессоров и двигателей внутреннего сгора­ния норма содержания железа в воде составляет 0,2 мг/л, для питания паровых котлов при давлении 2 МПа — 0,1 мг/л, а для котлов сверхвысокого давления 0,005—0,01 мг/л. 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, уменьшающие сечение трубопровода.

Железо в природных водах находится в виде двух- и трехвалентных ионов, взвесей и коллоидных частиц, содер­жащих Fе(ОН)3
, Fе, Fе(ОН)2
, и комплексных соединений с гуминовыми и фульво кис лотами. Устойчивость соединений в воде зависит от окислительно-восстановительного потен­циала среды, на которую влияет величина рН. Коллоидный гидрооксид железа образуется при рН > 3, а осадок — при рН > 4,5. В природных водах значение рН обычно колеблется в пределах 6,2—7,5, поэтому в них не может содержаться трехвалентного железа. В поверхностных водах железо обычно встречается в виде органических комплексных сое­динений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей.

Двухвалентное железо образует соли практически со все­ми устойчивыми анионами. Карбонат FеСО3
, дигидроксид Fе(ОН)2
и сульфид железа Ре5 выпадают в осадок из при­родных вод и водных растворов солей железа при опре­деленных условиях. При длительном контакте с воздухом осажденный гидроксид железа полностью превращается в Fе2
Оз-Н2
О. Окисление двухвалентного железа в трехва­лентное ускоряется в присутствии окислителей - - перман-ганата калия, озона, гипохлорит-Иона, а также молеку­лярного кислорода.

Для удаления железа из водных растворов используются два основных метода: реагснтный и безреагентный (физиче­ский). Для обезжелезивания поверхностных сточных вод применяют рсагентные методы, а для удаления железа из подземных вод безреагентныс, в частности, метод глу­бокой аэрации.

Из рсагентных методов наиболее распространенным яв­ляется метод коагулирования сульфатом алюминия с предва­рительным хлорированием, (иногда — с известкованием) и последующем отстаиванием или обработкой воды в слое взвешенного осадка и фильтрованием.

Для выбора метода обезжелезивания необходимо пред­варительно произвести полный химический анализ воды в источнике водоснабжения, а затем по полученным резуль­татам, в зависимости от характера соединений, находящихся в воде, определить наиболее рациональный метод.

2.5.

Методы


удаления


поверхностно

-

активных веществ


и


фенолов.

Предприятиями железнодорожного транспорта ежегодно выбрасывается в водоемы более 100 тыс. т ПАВ. В поверх­ности воды, содержащей ПАВ, образуется устойчивая пена, которая препятствует поступлению кислорода из воздуха в загрязненные бассейны и, тем самым, ухудшает процессы самоочищения и наносит большой вред как растительному, так и животному миру. Кроме того, некоторые из них придают воде неприятный запах и привкус.

Поверхностно-активные вещества являются, как правило, органическими высокомолекулярными соединениями. Моле­кулы их полярные и состоят из гидрофобной и гидрофильной частей. Гидрофильной частью являются карбоксильная, суль­фатная или сульфонатная группы, а также группы, содер­жащие азот и фосфор. В зависимости от природы и структу­ры гидрофильной части молекулы, ПАВ делятся на классы: анионактивные, катионактивные, амфотерные и неионогенные. Принадлежность ПАВ к одному из перечисленных классов определяется зарядом ионизированной гидрофобной части молекулы. Если органический ион заряжен отрицатель­но, то это будет анионактивное вещество, если положитель­но — катионактивное. Амфотерные ПАВ в кислом растворе проявляют катионные свойства, а в щелочном — анионные. Неионогенные ПАВ в воде не образуют типичных ионов.

Из всех ПАВ неионогенные (к ним относятся ОП-4, ОП-7, ОП-10 и др.) имеют самую низкую стоимость, выпускаются в больших количествах и используются в разнообразных областях техники. Они входят в состав технических моющих средств, используемых на железнодорожном транспорте при подготовке к ремонту деталей подвижного состава.

Для очистка сточных вод от ПАВ применяют биохи­мическое окисление, сорбцию, пенное фракционирование, коагуляцию, выпаривание, ультрафильтрацию, озонирование и др. Выбор метода очистки зависит от концентрации ПАВ в сточных водах, химической природы ПАВ, от наличия в стоках органических и неорганических примесей, стоимости и необходимой степени очистки.

Для очистки сточных вод до норм ПДК обычно исполь­зуется комплекс методов, конечной стадией которого явля­ется биологическая очистка. По своим физико-химическим свойствам ПАВ под­разделяются на легко окисляющиеся «биологически мягкие» и трудно окисляющиеся «биологически жесткие». Поэтому биохимический метод применяется только для первой груп­пы ПАВ, к которой относятся алкилсульфаты, легко оки­сляющиеся микроорганизмами, а также арилсульфонаты — бензол-, додецилбензол- и этилбензолсульфоиат натрия и др., поддающиеся окислению при адаптации микроорга­низмов. Ко второй группе относятся соединения, которые практически не окисляются микроорганизмами, например, амилбензолсульфонат натрия, некаль, ОП-7, ОП-10, соли нефтяных сульфокислот и др.

В очистных сооружениях стремятся поддерживать вы­сокую рабочую дозу активного ила. Для этого рекомендуется использовать механическую аэрацию и аэротенки с де­централизованным впуском сточной воды. При таком техно­логическом режиме обеспечивается выравнивание скоростей потребления кислорода. Очистку сточных вод от анион-активных и неионогснных ПАВ целесообразно проводить совместно с хозяйственно-бытовыми стоками.

Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100—200 мг/л) применяется адсорбционная очист­ка на активированных углях. Наиболее широко применяются угли АГ-5 и БАУ (адсорбционная емкость по ОП-10 для них 15 вес. %). Кроме того, для адсорбции ПАВ можно исполь­зовать природные сорбенты (торф, бурые угли), а также шлак, золу и осадки гидроксидов алюминия и железа, сульфида меди и фосфата кальция. Процесс очистки проводят в фильт­рационных колоннах с неподвижным слоем активированного угля, пропуская воду снизу вверх со скоростью 2—6 м3
/ч. Эффективному удалению ПАВ из сточных вод способствует совместное использование коагуляции и адсорбции пыле­видным углем. Наибольшая эффективность достигается, когда в качестве коагулянтов используют соли цинка.

Получить воду требуемого качества и повторно ис­пользовать ПАВ после регенерации позволяет применение ионообменных смол. Технологические схемы для очистки стоков от ПАВ имеют большое число ионитовых фильтров. Скорость фильтрации сточных вод поддерживают в этих сис­темах в пределах 3—5 М3
/ч. В качестве регенсрационного используют водный раствор шелочи для слабоосновного и раствор хлорида натрия и щелочи для сильноосновного анионита. Однако эти реагенты не обеспечивают полного восстановления обменной емкости анионита. Сохранить ем­кость ионитов практически неизменной позволяет приме­нение водноорганических растворов.

Для очистки воды от ПАВ используют также метод пен­ного сепарирования. Сущность его заключается в адсорбции ПАВ на границе раздела фаз сточная вода — воздух при непрерывном снятии поверхностного слоя. Для этой цели через сточную воду барботируют воздух, что создает ста­бильную пену, состоящую из пузырьков газа различного размера. Схема процесса показана на рис. 5.22. Воздух в сточную воду подастся через перфорированные трубы или мелкопористые материалы при помощи импеллера, а также из перенасыщенных растворов при снижении давления над жидкостью (при напорной флотации и электрофлотации).

Наибольшая степень удаления ПАВ из сточной воды до> стигается при диспергировании воздуха через пористые плас­тины. Процесс разрушения пенного слоя происходит мед­ленно. Для ускорения разрушения пены используют пено-гасители, в качестве которых применяются кремний- и гер-манийорганические соединения. Однако использование их приводит к дополнительному загрязнению псноконденсата. Поэтому чаще применяют термические, электрические и ме­ханические способы гашения пены.

Сточные воды шпалопропиточных заводов содержат фе­нолы. Для их очистки применяется метод озонирования, ко­торым можно очищать стоки, содержащие фенолы в кон­центрации до 1 г/л. Механизм окисления фенола озоном как в кислых, так и в щелочных растворах одинаков, хотя скорости реакций в этих условиях различны. С возрастанием рН значение константы скорости распада фенола увели­чивается более чем вдвое. Конечными продуктами окисле­ния фенола являются углекислый газ и вода. С увеличением температуры скорость и полнота окисления фенольных сое­динений значительно возрастают. Фснолсодержащие сточ­ные воды дополнительно очищаются на биологических очи­стных сооружениях. Доочистка производится в аэротенках и на биофильтрах по одно- и двухступенчатым схемам. Степень биологической очистки воды от фенолов достигает 99,9%.

3. Замкнутые системы водоиспользования на предприятиях.

железнодорожного транспорта.

Внедрение замкнутых оборотных технологических си­стем водоиспользования на предприятиях железнодорож­ного транспорта является основным направлением как при решении вопросов рационального использования водных ресурсов, так и защиты окружающей среды и водоемов от загрязнения.

Образование сточных вод на отдельных предприятиях составляет 200—4000 м3
/сут. Эти воды характеризуются высоким содержанием нефтепродуктов, щелочей, кислот, ПАВ, фенолов, солей тяжелых металлов и других вредных веществ, включая ядохимикаты. Внедрение технологических процессов повторного и оборотного использования воды позволяет сократить расход ее не менее, чем на 20%. Кроме того, качество воды в оборотных системах может быть значительно ниже, чем при ее сбросе в водоемы. Воду после флотационной очистки с содержанием нефтепродуктов до 20 мг/л можно использовать почти во всех технологических процессах, но нельзя сбрасывать в водоемы без очистки до сотых долей мг/л по нефтепродуктам, что резко увеличивает стоимость строительства очистных сооружений и расходы на их эксплуатацию в 3—5 раз, поскольку такая доочистка связана со значительным усложнением их состава. После флотатора в технологический процесс очистки должны быть включены фильтры с активированным углем или озонаторные установки. Целесообразность устройства бессточных систем в каждом конкретном случае должна подтверждаться технико-экономическим обоснованием.

Установлено, что бессточные системы водоиспользова-ния или системы с минимальным сбросом целесообразно предусматривать для предприятий с расходом воды на производственные нужды свыше 500—1000 м3
/сут. (депо, ремонтные заводы, пропарочные станции и др.), в случаях невозможности выпуска сточных вод на городские очистные сооружения. В зависимости от местных условий бессточные системы могут быть построены для отдельных цехов или наиболее водоемких технологических процессов, а также для нескольких, расположенных вблизи, предприятий.

Всероссийским институтом железнодорожного транспорта разработаны требования к качеству оборотной воды с уче­том особенностей технологических процессов транспортных предприятий. Во-первых, сточная вода после промежуточной очистки должна использоваться в том же технологическом процессе, где она возникла. Во-вторых, качество очищенной воды не должно ухудшать параметры технологического про­цесса. В-третьих, качество очищенной воды должно обе­спечивать создание бессточных систем, по возможности без дополнительного применения чистой водопроводной воды, за исключением пополнения естественной убыли и перио­дической смены воды в системе, Наконец, качество воды в пределах установленного уровня должно обеспечиваться из­вестными методами очистки воды применительно к каждому технологическому процессу.

В целях защиты водных бассейнов от загрязнения и рационального использования водных ресурсов ВНИИЖТ выполнил комплекс исследований по созданию систем зам­кнутого (бессточного) водоиспользования в производстве (вагоноремонтные заводы, депо, промывочно-пропарочныс станции др.), обеспечивающих снижение водопотребления и исключающих сброс стоков. Такие системы строятся на Но­вороссийском вагоноремонтном заводе, Калининградском железнодорожном узле, разработаны также проекты для дру­гих предприятий. На станции Николаевка Московской же­лезной дороги в течение нескольких лет по замкнутой схеме водоиспользования работает пункт обмывки пассажирских вагонов.

Очистные устройства оборотных контуров обычно объ­единяют в один цех с единым обслуживающим штатом и ла­бораторией. Управление очистными процессами автомати­зируют. Удаление осадков и всплывающих нефтепродуктов механизируют.

Для обеспечения оборота охлаждающей воды исполь­зуют малогабаритные градирни, скоростные водоохладители типа ЦНИИ, выбор которых зависит от местных клима­тических условий. Их продувка определяется накоплением в охлаждающей воде солей в результате испарения воды в охладителе.

Очистка щелочных растворов моечных машин при обо­ротном использовании производится в реакторе-отстойнике, а нещелочных моющих растворов — на флотаторе. Зна­чительно сложнее оборот воды окрасочных камер, содержа­щей краски и органические растворители. В реакторе-отстойнике удаляются только оседающие и всплывающие загрязнения, а многие органические растворители хорошо растворяются в воде, поэтому здесь используют ад­сорбционные фильтры. При обороте промывной воды галь­ванических отделений применяют электрокоагуляторы или ионообменники для очистки стоков от ионов тяжелых металлов.

Схема оборотного использования воды при промывке грузовых вагонов показана на рис. 5.23.

Промывку проводят на различных линиях (эстакадах) в зависимости от состава перевозившихся грузов с разными по своему характеру за­грязнениями, требующими в каждом конкретном случае своей технологии очистки сточных вод. Например, при промывке вагонов из-под минеральных удобрений в сточных водах отмечается высокое содержание азота в виде аммиака, нитратов, нитритов, а также фосфора. Для сточных вод после промывки рефрижераторных вагонов, перевозящих в большинстве случаев мясо и рыбу, характерно присутст­вие белковых веществ, вызывающих быструю загнивае-мость стоков и появление сероводородного запаха. В этих сточных водах присутствуют жиры в растворенном и эмуль­гированном состоянии и различные виды аммонийного азота. Очистка таких сточных вод имеет свои техноло­гические особенности и производится отдельно от других стоков. Также отдельно рекомендуется очищать сточные воды после промывки вагонов, в которых перевозились разные строительные материалы и поваренная соль.

Деление грузовых вагонов на группы по типу стоков, образующихся при промывке, установлено для того, чтобы собрать сточные воды с родственными загрязнениями и провести их очистку на локальных очистных сооружениях с меньшими затратами и наиболее эффективно. Затем сточная вода от всех групп вагонов поступает в биологический пруд. Очищенная вода может использоваться в обороте, а ее избы­ток передастся в канализацию. Это обеспечивает экономию воды не менее, чем на 70%. Все остатки грузов после про­мывки водой собираются и перерабатываются.

Перевод на бессточную систему водоиспользования по­зволит предприятиям железнодорожного транспорта упраздни производственную канализацию, исключить загрязне­ние водоемов и значительно снизить водопотребление. Как показал опыт работы, внедрение замкнутой системы в локо­мотивном депо сокращает затраты водоиспользования не менее чем в 10 раз. Использование замкнутых систем водо­использования на промывочно-пропарочных станциях сети железных дорог позволяет экономить до 2 млн. м3
воды в год. Стоимость обработки цистерн по замкнутой технологии по сравнению со стоимостью сброса воды на очистные со­оружения нефтеперерабатывающего завода снижается на 25%, а по сравнению со стоимостью сброса в открытые во­доемы при учете предотвращенного ущерба — на 30% и более. На шпалопропиточном заводе внедрение бессточной системы водоиспользования обеспечивает экономию воды около 50 тыс. м3
/год, а внедрение аналогичной системы при обмывке пассажирских вагонов — до 100 тыс. м3
/год на один пункт.

Заключение.

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %) : охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов, Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

Список литературы.

1.

Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод М.: Стройиздат 1984;

2.

" Охрана труда на железнодорожном транспорте ", Ю.Г. Сибарова; Москва, " Транспорт ", 1981

.

3.

" Железные дороги " общий курс, М.М. Уздина, Москва, " Транспорт " 1991.

4.

www.bankreferatov.ru

5.

Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И.К. Гавич М.: Агропромиздат 1985