Защита гидросферы

В настоящее время актуальны следующие проблемы использования водных ресурсов:

  • - запасы пресной воды, доступной для использования, ограничены;
  • - распределены неравномерно;
  • - наряду с общим ростом потребности в пресной воде происходит ее интенсивное загрязнение.

В табл. 10 представлена структура водопотребления в России. Объем забора пресных вод составляет около 60 000 млн м3 в год.

Структура водопотребления в Российской Федерации

Таблица 10

Статья расхода

Потребление воды, %

Производственные нужды

60,2

Хозяйственно-питьевые нужды

18,3

Орошение

13,6

Сельское хозяйство

0,9

Прочее

7,0

Как следует из приведенных в табл. 10 данных, крупнейшим водопотребителем является промышленность. Вода для промышленного водоснабжения подразделяется:

  • - на охлаждающую;
  • - энергетическую;
  • - технологическую (средообразующую, промывающую, реакционную).

Для подачи на предприятия воды используют системы промышленного водоснабжения. Эти системы представляют собой комплекс инженерных сооружений для забора воды из природных источников, ее очистки, транспортирования, хранения и подачи потребителю. Системы промышленного водоснабжения могут быть:

  • - прямоточными (вся забираемая из водоема вода после использования в технологическом процессе сбрасывается в водоем);
  • - последовательными, или повторными (забранная из водоема вода используется последовательно в нескольких технологических процессах, после чего сбрасывается в водоем);
  • - оборотными (забранная из водоема вода используется многократно).

Качество воды, используемой в промышленности и быту, оценивается по трем группам показателей:

  • - физическим (температура воды, мутность, цветность, запахи, привкусы);
  • - химическим (pH, жесткость, общее солесодержание, потребление кислорода химическое и биологическое, содержание различных химических веществ);
  • - бактериологическим (присутствие микроорганизмов).

В водных объектах происходит самоочищение. Это сложный комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических и биохимических процессов, приводящих к повышению качества воды. К процессам самоочищения относятся адсорбция, осаждение, растворение, гидролиз, окисление вредных примесей. На способности водных объектов к самоочищению основана практика сброса в них сточных вод.

Сточная вода - это вода, использованная для бытовых, производственных или сельскохозяйственных нужд, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию.

Сточные воды в зависимости от условий их образования можно разделить на три типа:

  • - хозяйственно-бытовые;
  • - поверхностные (атмосферные);
  • - производственные.

Каждый тип сточных вод имеет специфический состав и специфические свойства.

Перед сбросом в водный объект все сточные воды должны проходить очистку от токсичных продуктов.

Очистка сточных вод - это процесс перевода данных вод из одного качественного или количественного состояния, при котором невозможны или невыгодны их повторное потребление для хозяйственных нужд или сброс в естественные водные источники, в другое, при котором это становится возможным или выгодным.

Очистка сточных вод включает в себя следующие процессы:

  • - удаление загрязняющих примесей;
  • - извлечение ценных веществ; обеззараживание перед спуском в водный объект.

Схема очистки сточных вод промышленного предприятия изображена на рис. 24.

Схема очистки промышленных сточных вод

Рис. 24. Схема очистки промышленных сточных вод

В отвал

Существуют три основных вида очистных сооружений:

- локальные или цеховые (предназначены для очистки технологических вод);

общие или заводские (единые для всего предприятия);

- районные или городские (для очистки сточных вод города).

Методы очистки сточных вод подразделяются на механические, физико-химические, химические, электрохимические и биологические.

Механические методы. В основе этих методов лежит воздействие сил гравитации на нерастворенные примеси, что приводит к отделению последних от воды. Используются механические методы, как правило, на первой стадии очистки сточных вод и предназначены для выделения относительно крупных нерастворимых примесей. К механическим методам очистки сточных вод относятся отстаивание и фильтрование.

1. Отстаивание. Производится в специальных сооружениях - отстойниках. Отстойник представляет собой резервуар, от одного конца которого к другому медленно движется вода (рис. 25). При этом происходит гравитационное разделение воды и взвешенных веществ (примесей). Примеси, плотность которых больше плотности воды, опускаются на дно отстойника, а примеси, плотность которых меньше плотности воды, всплывают.

Отстойник [30, с. 267]

Рис. 25. Отстойник [30, с. 267]

Здесь и на рис. 26-28 использованы следующие условные обозначения:

СтВ - сточная вода; ОВ - очищенная вода

2. Фильтрование. Производится в аппаратах для механической очистки - фильтрах (рис. 26). Сточная вода подается на фильтрующий слой загрузки, в качестве которой могут использоваться кварцевый песок, дробленый гравий, бурый уголь, керамзиты, мраморная крошка, синтетические материалы. Прошедшая через фильтрующий слой и через поддерживающие его слои вода собирается дренажной системой в трубопровод очищенной воды, по которому подается на последующие сооружения.

Фильтр [29, т. 2, с. 482]

Рис. 26. Фильтр [29, т. 2, с. 482]

Физико-химические методы. В их основе лежат различные физико-химические процессы. Применяются данные методы для очистки сточных вод от мелкодисперсных взвешенных частиц, растворенных газов, минеральных и органических веществ. К физико-химическим методам очистки сточных вод относятся коагуляция, флотация, адсорбция и ионный обмен.

1. Коагуляция. Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Образовавшиеся более крупные частицы легко отделяются от раствора под действием силы тяжести. Коагуляция происходит под влиянием специальных веществ - коагулянтов, добавляемых в очищаемую сточную воду. В качестве коагулянтов используются сульфат алюминия - A12(S04)3, сульфат железа (II) - FeS04, сульфат железа (III) - Fe2(S04)3, хлорид железа (III) - FeCl3, оксихлорид алюминия - А12(ОН)5С1, смеси солей железа и алюминия. Схема установки для очистки сточных вод методом коагуляции представлена на рис. 27.

Схема установки для очистки вод коагуляцией [24, с. 226]

Рис. 27. Схема установки для очистки вод коагуляцией [24, с. 226]: / - емкость для приготовления растворов; 2 - дозатор; 3 - смеситель;

  • 4 - камера хлопьеобразования; 5 - отстойник
  • 2. Флотация. Данный метод очистки применяется для удаления из сточных вод нефти, нефтрепродуктов, масел, ПАВ. Механизм флотации заключается в прилипании частиц-загрязнителей к поверхности раздела двух фаз: газа (воздуха) и жидкости. В результате проходящие через слой сточной воды пузырьки газа захватывают частицы-загрязнители и выносят их на поверхность. По способу формирования пузырьков воздуха в сточной воде можно выделить следующие виды флотации: механическая, вакуумная, напорная, флотация с подачей воздуха через пористые материалы.
  • 3. Адсорбция. Аналогично адсорбции газообразных загрязнителей этот метод очистки сточных вод представляет собой самопроизвольный процесс поглощения частиц-загрязнителей поверхностью твердого поглотителя - адсорбента. В качестве адсорбентов используются активированные угли, зола, опилки, шлаки, торф. Конструкция адсорбера изображена на рис. 28.
Адсорбер для очистки сточных вод [29, т. 2, с. 536]

Рис. 28. Адсорбер для очистки сточных вод [29, т. 2, с. 536]

4. Ионный обмен, или ионообменная сорбция - процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, находящимися на поверхности твердой фазы - ионита. Иониты способны обратимо обменивать ионы, входящие в их состав, на эквивалентное количество других ионов из раствора, в результате этого и происходит очистка сточных вод от ионов-загрязнителей. Конструкция ионообменного аппарата аналогична конструкции адсорбера (см. рис. 28), только вместо адсорбента используется ионит.

Химические методы. Основаны данные методы на химических реакциях, в результате которых образуются труднорастворимые соединения, происходит окисление или восстановление примесей, превращение токсичных соединений в нетоксичные. К химическим методам очистки сточных вод относятся нейтрализация и хлорирование.

1. Нейтрализация. Этот метод используется для регулирования кислотности сточных вод. По существующим нормативам в водные объекты допускается сброс сточных вод, pH которых находится в диапазоне 6,5-8,5. Если кислотность сточной воды выходит за названный диапазон, pH либо увеличивают, либо понижают с помощью нейтрализации. В промышленности применяются следующие виды нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; фильтрование через нейтрализующие материалы (СаСОз, MgC03); нейтрализация реагентами (NaOH, МагСОз, СаО); абсорбция кислых газов щелочными водами или абсорбция аммиака кислыми водами. Схема установки для нейтрализации приведена на рис. 29.

Схема установки для нейтрализации сточных вод [29, т. 2, с. 860]

Рис. 29. Схема установки для нейтрализации сточных вод [29, т. 2, с. 860]:

  • 1 - смеситель; 2 - погружной датчик; 3 - приборы системы автоматического регулирования; 4 - сборник известкового молока; 5 - насос; 6 - приемная часть дозатора; 7 - дозатор; 8 - исполнительный механизм
  • 2. Хлорирование. Метод хлорирования применяется для обеззараживания очищенных сточных вод и для удаления из сточных вод токсичных примесей (сероводорода, фенолов, цианидов и др.). Для хлорирования используются соединения хлора, которые являются сильными окислителями: элементарный хлор, диоксид хлора (СЮг), гипохлориты кальция (Са(ОС1)2) и натрия (NaOCl), хлорная известь (смесь веществ, содержащая гипохлорит, хлорид и гидроксид кальция).

Электрохимические методы. В основе этих методов лежат процессы, протекающие на электродах при пропускании через воду постоянного электрического тока. Очистка сточных вод осуществляется за счет окисления вредных примесей на аноде или их восстановления на катоде. Аппарат, в котором проводят электрохимическое воздействие на водные растворы, называется электролизером (рис. 30).

Схема электролизера [29, т. 2, с. 722]

Рис. 30. Схема электролизера [29, т. 2, с. 722]:

1 - внешняя цепь; 2 - емкость; 3 - анод; 4 - катод; 5 - источник питания

Биологические методы. Суть данных методов заключается в разложении органических веществ, содержащихся в сточных водах, в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Микроорганизмы представлены бактериями, простейшими, плесневыми грибами, дрожжами и др. Очистка может происходить в условиях доступа кислорода (в аэробных условиях), для этого используются аппараты аэротенки (рис. 31). Для разложения осадка, оставшегося после очистки сточных вод, или для очистки сильно загрязненных сточных вод применяют очистку в условиях отсутствия кислорода (анаэробных условиях), реализуемую в аппаратах метантенках (рис. 32).

Схема аэротенка [26, с. 207]

Рис. 31. Схема аэротенка [26, с. 207]

Схема метантенка [26, с. 209]

Рис. 32. Схема метантенка [26, с. 209]:

1 - смеситель; 2 - нагреватель

Сточные воды промышленных предприятий имеют сложный состав, поэтому, как правило, схема очистки промышленных сточных вод включает комбинацию нескольких методов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >