Защита окружающей среды
Тема 6: Защита окружающей среды
1. Защита атмосферы от промышленных загрязнении (очистка отходящих газов)
2. Защита гидросферы от промышленных загрязнении (очистка сточных вод)
3. Защита литосферы от промышленных загрязнении
1. Защита атмосферы от промышленных загрязнении (очистка отходящих газов)
С отходящими газами в атмосферу поступают твердые, жидкие, паро- и газообразные неорганические и органические вещества, поэтому по агрегатному состоянию загрязнения подразделяют на твердые, жидкие, газообразные и смешанные.
Отходящие газы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы, называемые аэрозолями, которые разделяют на пыли, дымы, и туманы. Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм, а дымы — от 0,1 до 5 мкм. Туманы состоят из капелек жидкости размером 0,3—5 мкм и образуются в результате конденсации паров или при распылении жидкости в газе.
1. Очистка отходящих газов от аэрозолей
Размер (или дисперсность) частицы пыли является основным ее параметром. Выбор пылеуловителя определяется дисперсным составом улавливаемой пыли.
Рекомендуемые материалы
Дисперсность влияет на адгезионные свойства частиц. Эти свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышенная слипаемость частиц может привести к частичному или полному забиванию аппаратов.
Чем меньше размер частиц пыли, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. Пыли, у которых 60—70% частиц имеют диаметр меньше 10 мкм, ведут себя как слипающиеся, хотя те же пыли с размером частиц более 10 мкм обладают хорошей сыпучестью.
При выделении пыли из воздуха и ее накоплении в очистных установках. В результате в них повышается плотность пыли. Это приводит к увеличению вероятности возникновения экологически неблагополучной ситуации, связанной с самовозгоранием и взрывоопасностью пыли.
Способность частиц пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом. Горючая пыль вследствие сильно развитой поверхности контакта частиц (порядка 1 м2/г) с кислородом воздуха способна к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом. Интенсивность взрыва пыли зависит от ее химических и термических свойств, от размеров и формы частиц, их концентрации в воздухе, от влагосодержания и состава газов, размеров и температуры источника воспламенения и относительного содержания инертной пыли. Способностью к воспламенению обладают некоторые пыли органических веществ, образующиеся при переработке красителей, пластмасс, волокон, а также пыли металлов; магния, алюминия и цинка.
Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли — примерно 20 — 500 г/м;(, максимальные 700— 800 г/м3. Чем больше содержание кислорода в газовой смеси, тем вероятнее взрыв и больше его сила. При содержании кислорода менее 16% пылевое облако не взрывается.
1.1 Очистка газов в сухих механических пылеуловителях
Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.
Основные конструкции циклонов (по подводу газов) показаны на рис. 1. По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом.
Рис. 1. Основные виды циклонов (по подводу газов):
а — спиральный; б — тангенциальный; о — винтообразный;
Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке.
Жалюзийные аппараты. Эти аппараты имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты. Пылевые частицы вследствие инерции стремятся сохранить первоначальное направление, что приводит к отделению крупных частиц из газового потока, тому же способствуют их удары с наклонные: плоскости решетки, от которых они отражаются и отскакивают в сторону от щелей между лопастями жалюзи (рис. 2). В результате газы делятся на два потока.
1.2 Очистка газов в фильтрах
В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.
Фильтрующие перегородки весьма разнообразны по своей структуре, но в основном они состоят из волокнистых или зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы:
гибкие пористые перегородки — тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон; не тканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры);
полужесткие пористые перегородки — слои
волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними;
жесткие пористые перегородки — зернистые материалы (пористая керамика или пластмасса, спеченые или спрессованные порошки металлов, пористые стекла, углеграфитовые материалы и др.); волокнистые материалы (сформированные слои из стеклянных и металлических волокон); металлические сетки и перфорированные листы.
Тканевые фильтры. Эти фильтры имеют наибольшее распространение. Возможности их использования расширяются в связи с созданием новых температуростойких и устойчивых к воздействию агрессивных газов тканей. Наибольшее распространение имеют рукавные фильтры ,
Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф, разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов в каждой из секций производится поочередно,
В тканевых фильтрах применяют фильтрующие материалы двух типов: обычные ткани, изготавливаемые на ткацких станках и войлоки, получаемые путем свойлачивания или механического перепутывания волокон иглопробивным методом. В типичных фильтровальных тканях размер сквозных пор между нитями достигает 100—200 мкм. По данным практики, остаточная концентрация пыли после тканевых фильтров составляет 10—50 мг/м3.
1.3 Очистка газов в мокрых пылеуловителях
В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего используется вода. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия их подразделяют на 8 видов: 1) полые газопромыватели; 2) насадочные скрубберы; 3) тарельчатые (барботажные и пенные); 4) с подвижной насадкой; 5) ударно-инерционного действия (ротоклоны); 6) центробежного действия; 7) механические газопромыватели; 8) скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури и энжекторные).
Полые газопромыватели. Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы (рис. 3,а). Они представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Форсунки устанавливают в колонне в одном или нескольких сечениях: иногда рядами до 14—16 в каждом сечении, иногда только по оси аппарата
Рисунок 3а Скрубберы — полый форсуночный: 1 — корпус; 2 — форсунки;
Газопромыватели ударно-инерционного действия. В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300—400 мкм.
Рис. 4а. Пылеуловитель ударно-инерционного действия: 1 — входной патрубок; 2 — резервуар с жидкостью; 3 — сопло
Рис. 4б. Скруббер Дойля 1 — труба; 2—-конус; 3 — перегородки
Наиболее простым по конструкции является аппарат, показанный на рис. 4а. Газ с большой скоростью входит в колонну. При повороте на 180° происходит инерционное осаждение частиц пыли на каплях жидкости. В основе процесса осаждения лежит «механизм удара». Имеются и другие конструкции аппаратов этого типа (скруббер Дойля, СУД).
Схема скруббера Дойля приведена на рис. 4б. В нижней части трубы установлены конусы для увеличения скорости выхода газа. В щели она равна 35—55 м/с. Газ ударяется о поверхность жидкости, создавая завесу из капель. Гидравлическое сопротивление газопромывателя от 500 до 4000 Па, удельный расход жидкости составляет 0,13 л/м3.
2. Абсорбционные методы очистки отходящих газов
При абсорбции происходит взаимодействие между газом и раствором, в котором содержится вещество, реагирующее с этим газом. Иногда растворяющийся газ реагирует непосредственно с самим растворителем.
2.1 Очистка газов от оксидов азота
Отходящие газы, содержащие оксиды азота, образуются на ряде производств химической промышленности, в процессах нефтеперегонки, при сжигании топлива.
В промышленности используют метод гомогенного окисления N0 в газовой фазе кислородом. Процесс интенсифицируется добавлением кислорода в газовую фазу, но это связано с большим его расходом, так как только 1%кислорода вступает в реакцию с N0, а остальной выбрасывается в атмосферу. Скорость реакции окисления азота газообразным кислородом увеличивается в присутствии катализаторов. Наиболее активным из них является гопкалит (при температуре 120 °С).
Интенсификация процессов окисления и абсорбции оксидом азота возможна также путем увеличения скорости окисления N0 в жидкой фазе в двух вариантах: окисление кислородом и озоном в жидкой фазе или одновременное окисление и поглощение жидкими окислителями. Скорость растворения газообразных окислителей (кислорода и озона) в жидкой фазе зависит от температуры, давления, концентрации компонентов, величины межфазной поверхности, турбулентности потоков и т. д. Растворение кислорода и озона в жидкой фазе является медленным процессом и лимитирует процесс окисления N0 в жидкой фазе. При использовании жидких окислителей стадия растворения не является лимитирующей.
Метод одновременной очистки газов от диоксида серы и оксидов азота. Отходящие газы, содержащие SО2+NО2 образуются при сжигании сернистого топлива. Для их очистки применяют комплексные методы. Абсорбционные методы удаления N0* из-за низкой химической активности оксида азота включают те или иные стадии окисления или восстановления. Степень очистки в комплексных методах обычно составляет 90% от 8Оа и 70—90% от N0*. Одновременная очистка может проводиться щелочными растворами. При абсорбции растворами NаОН и Na2СОз в качестве побочных продуктов образуются Na2S03,NаС1, NaNO3, NaNO2, а при абсорбции Са(ОН)2 —СаSО4, Са(N03)2.
Окисление N0 может быть проведено в газовой фазе полиостью или частично — до образования эквимолярной смеси N0 и N02 в жидкой фазе — при использовании жидкофазных катализаторов, например этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК) с добавками соединений двухвалентного железа, которые вводят в раствор едкого натра или сульфита натрия.
В ходе реакций оксиды серы и азота превращаются в имидодисульфонат и дитионат, которые затем переводят в аммиак, азот, сульфат натрия и гипс. Метод может быть применен при очистке газов, образующихся при сжигании высокосернистых топлив.
2.2 Очистка газов от галогенов и их соединений
Фторсодержащие газы выделяются при электролитическом производстве алюминия и при переработке природных фосфатов в фосфорные удобрения.
Абсорбция водой. Фторид водорода и тетрафторид кремния хорошо растворимы в воде. При растворении ИР в воде протекают реакции гидратации и диссоциации его растворенных молекул:
Н20 + 2 → Н30+ +НF2- , НF → Н+ + F. F- + НF →* НF2- . (1. 171)
Тетрафторид кремния растворяется в воде с образованием кремиефтористоводородной кислоты:
Si F4 + 2Н2O → НF + SiO2 4НF +2Si F4 → 2 H2Si F6
2Si F4+2Н2O→ 2H2Si + SiO2 (1.172)
В действительности механизм абсорбции более сложен. Равновесное давление 31Р4 над растворами Н251рб при небольших концентрациях раствора мало. При концентрации На81Рв выше 32% давление 3{р4 резко возрастает, и он практически не улавливается водой. Введение в раствор добавок в виде солей и щелочей способствует более глубокой очистке газов.
В промышленности при абсорбции 8}р4 обычно получают 10 — 22%-ный раствор H2Si F6. Процесс проводят в распыливающих, насадочных, тарельчатых колоннах и скрубберах Вентури. Степень очистки газов достигает 90 — 95%.
Очистка газов от оксида углерода
Оксид углерода является высокотоксичным газом. Предельно допустимые концентрации его: в рабочей зоне — 20 мг/м3,. и атмосфере (максимально разовая)—3 мг/м3, среднесуточная — 1 мг/м3.
Оксид углерода образуется при неполном сгорании веществ, содержащих углерод. Он входит в состав газов, выделяющихся в процессах выплавки и переработки черных и цветных металлов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, газов, образующихся при взрывных работах, и т. д.
Для очистки газов от оксида углерода используют абсорбцию или промывку газа жидким азотом. Абсорбцию проводят также водно-аммиачными растворами закисных солей ацетата, формиата или карбоната меди.
Абсорбцию оксида углерода обычно ведут в колоннах тарельчатого типа. Холод, необходимый для создания, в установке низких температур, обеспечивается холодильными машинами. Расход жидкого азота на абсорбцию оксида углерода при прочих равных условиях зависит не только от концентрации СО в газе, но и от содержания примесей других газов, а также от температуры и давления. Увеличение концентрации оксида углерода в исходном газе (при постоянном давлении) незначительно повышает расход жидкого азота, так как растворимость СО возрастает почти пропорционально парциальному давлению. С увеличением давления расход жидкого азота уменьшается» особенно резко при давлении выше 1 МПа. Повышение температуры приводит к. значительному увеличению расхода жидкого азота на промывку.
3. Адсорбционные и хемосорбционные методы очистки отходящих газов
Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей. В отличие от абсорбционных методов они позволяют проводить очистку газов при повышенных температурах.
Целевой компонент, находящийся в подвергаемой очистке газовой фазе, называют а д с о р б т и в о м, этот же компонент л адсорбированном состоянии — а д с о р б а т о м.
Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции--химическими силами.
В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Последние могут иметь синтетическое или природное происхождение.
К основным типам промышленных адсорбентов относятся активные угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты и иониты.
Активные угли характеризуются гидрофобностью (плохой сорбируемостыо полярных веществ, к которым принадлежит и вода). Это свойство определяет широкое их использование в практике рекуперационной и санитарной очистки отходящих газов разнообразной влажности.
Для адсорбции газов и паров используют микропористые гранулированные активные угли. С этой целью промышленность выпускает в настоящее время следующие марки газовых и рекуперацнонных активных углей: АГ-2, СКТ, АР, СКТ-3, АРТ. Угли АГ-2 (марок А и Б) и АР (марок АР-А, АР-Б, АР-В) получают из каменноугольной пыли и смолы методом парогазовой активации. Уголь СКТ синтезируют из торфа, а угли СКТ-3 и АРТ (марок АРТ-1 и АРТ-2)—из торфа и каменноугольной ныли методом химической активации. Угли АГ-2 предназначены для адсорбции газов, уголь СКТ —для улавливания паров органических веществ, угли АР, СКТ-3 и АРТ —для очистки газов от паров летучих растворителей. Активные угли для газоочистки характеризуются объемом микропор в пределах 0,24— 0,48 см*/г при суммарном объеме пор 0,52—1,00 см3/г, гравиметрическая плотность их гранул составляет 0,3—0,6 г/см*. Теплоемкость сухого угля — 0,84 кДж/(кг-К), теплопроводность при 30"С— 0,17—0,28 Вт/(м-К).
Активные угли производят в виде цилиндрических гранул диаметром 1—6 мм и длиной, обычно превосходящей поперечный размер гранул, и чаще всего применяют в виде стационарного слоя, через который фильтруют подлежащий очистке газовый поток.
4. Методы каталитической и термической очистки отходящих газов
Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реализации химических взаимодействий, приводящих к конверсии подлежащих обезвреживанию примесей в другие продукты в присутствии специальных катализаторов, Последние не вызывают изменения энергетического уровня молекул взаимодействующих веществ и смещения равновесия простых реакций. Их роль сводится к увеличению скорости химических взаимодействий,.
Необходимые для эффективного осуществления соответствующих процессов газоочистки катализаторы обычно подбирают экспериментальным путем.
В процессах санитарной каталитической очистки отходящих газов промышленности высокой активностью характеризуются контактные массы на основе благородных металлов (платина, палладий, серебро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а также оксидные контакты, активированные благородными металлами (1,0—1,5%).
2. Защита гидросферы от промышленных загрязнении (очистка сточных вод)
При очистке воды пользуются следующими методами - Механическая очистка, Физико-химическая очистка, Биологическая очистка
1. Механическая очистка
Для удаления из воды взвешенных грубодисперсных примесен применяется метод отстаивания . Отстаивание представляет собой pat-деление суспензий и эмульсий в попе гравитационных сил . На эффективность отстаивания взвесей большое влияние оказывает такие факторы, как перепад температур, равномерность распределения воды и отстойниках и др. Для осветления сточных вод широко применяют отстойники периодического и непрерывного действия . Отстойники периодического действия используют обычно при небольших расходах или периодическом поступлении сточных вод. Эти отстойники представляют собой металлические или железобетонные резервуары с коническим днищем/ Размеры отстойника периодического действия определяются в основном расходом сточных вод и кинетикой осаждения взвешенных частиц. Отстойники различных типов применяются для осаждения взвешенных частиц с гидравлической крупностью не менее 0,15 мм/с, что для большинства минеральных взвесей соответствует минимальному эффективному диаметру частиц 0,01 мм.
Вертикальные отстойники
Вертикальные отстойники предназначены для расхода сточных вод, не превышающего 50000 м3/сут. Применяются цилиндрические отстойники с коническим днищем либо призматические (в сечении квадратные) с пирамидальным днищем .1 Диаметр цилиндрических (сторона призматических) отстойников -от 4 до 9м; высота отстойной части - 2,7 - 3,8 м (для вторичных отстойников - не менее 1,5 м); высота центральной трубы равна отстойной части. Диаметр центральной трубы рассчитывается для скорости движения сточной воды менее 30 мм/с. Угол наклона стенок днища к горизонту равен не менее 50°. В нижней части центральной трубы находятся раструб и отражательный щит. Диаметр и высота раструба равны 1,35 диаметра центральной трубы, диаметр отражательного щита принимают равным 1,3 метра раструба; угол наклона отражательного щита к горизонту -7°. Минимальное расстояние от поверхности слоя осадка до отражательного щита-0,3 м. Скорость воды в зазоре между кромкой 1 раструба и отражательным шитом не более 20 мм/с (для вторичных отстойников менее 15 мм/с). Средняя скорость восходящего потока воды составляет 0,4-0,5 мм/с при эффекте отстаивания 40- 50 ° о (при отстаивании гидроксидов железа, алюминия ее принимают равной 0,7 мм/с, при отстаивании хлопьев гидроксидов цветных металлов - 0,2 мм/с).
Горизонтальные отстойники
Горизонтальные отстойники применяют при расходе сточных вод более 15000 м3/сут. и в случае слабых фунтов или при высоком уровне грунтовых вод. Имеют прямоугольную форму. Глубина их рабочей части Н равна 1,5 - 4 м; ширина -от 2 до 5 Н; длина -от 8 до 20 Н. При осаждении медленно оседающих взвесей минимальное значение Н-1,2-1,5м. Продольный уклон днища отстойников - не менее 0,005. Иловый приямок сооружается сразу за входом воды в отстойник. Наклон стенок илового приямка к горизонту - не менее 50°. Отстойники оборудуют механическими скребками, сгребающими осадок к приямку, а всплывающие примеси - к лотку, предназначенному для их удаления. Скорость движения скребков не превышает 6 м/ч (в случае тяжелого шлама скорость скребков достигает 30 м/ч). Для отведения подвижных шламов вдоль днища отстойника укладывают 1-3 лотка. Горизонтальная скорость движения воды в горизонтальном отстойнике 12 мм/с (охватывающая скорость осаждения органического шлама 0,05 - 0,2 мм/с). Для осаждения хлопьев гидроксидов железа, алюминия, цветных металлов охватывающая скорость 0,4-0,6 мм/ с, а горизонтальная скорость движения воды 3-5 мм/с. Поток по сечению на входе в горизонтальный отстойник и выходе из него распределяют вертикальными дырчатыми перегородками. Скорость воды в отверстиях перегородки до 50 мм/с. Для удаления плавающих примесей на выходе устраивают полузатопленные перегородки.
Радиальные отстойники
Радиальные отстойники применяют при расходе сточных вод, превышающем 20000 м3/сут, и высоком содержании взвешенных частиц. Вода подается в центр радиального отстойника, а отбирается на его периферии. Существуют конструкции с периферическим вводом и отбором воды из центра, в которых движение воды имеет меньшую турбулентность. Диаметр радиальных отстойников D составляет 18-40 м, отношение D/H до 12/1 (а может быть увеличено до 30:1), Н-высота цилиндрической части радиального отстойника; глубина проточной части-1,5-5 м. Продолжительность отстаивания взвеси от 1,5 до 2 ч. Нагрузка по воде 1,5-4-4 м3 (м2-ч). Шлам сгребается к центру днища отстойника скребком, укрепленным на ферме, вращающейся со скоростью 1,3 об/мин. В центральной части днища устроен шламоприемник, из которого шлам удаляют шламовым насосом или по отводящей трубе под гидростатическим напором. Радиальный отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством конструкции И.В.Скирдова предназначен для отстаивания вод содержащих медленно осаждающуюся легкую взвесь (500 мг/л) Вращающийся лоток разделен вертикальной перегородкой на две части. В одну часть лотка подается вода, поступающая в отстойник через щелевое днище и вертикальные прорези в стенках лотка. Во второй части лотка собирается через затопленный водослив осветленная вода, которая отводится при помощи сифона в периферический лоток. Равномерность отбора осветленной воды обеспечивается дроссельным устройством, связанным с сифоном. Полная глубина отстойника 1,5-2,2 м. расчетная глубина 0,8-1,2 м, глубина нейтральной зоны 0,5-0,6 м, высота слоя осадка 0,3-0,4 м. Продолжительность нахождения воды в отстойнике равна времени одного оборота сборно-распределительного и лотка.
Тонкослойные отстойники
Тонкослойные отстойники, имеющие глубину 0,2-0,3 м, применяются для осветления слабоконцентрированных производственных сточных вод. Конструктивно они оформлены в виде резервуаров с полочными или трубчатыми вставками (дренами), расположенными под углом, обеспечивающим естественное сползание осадка к шламосборнику. Технологический расчет таких отстойников производится аналогично расчету горизонтальных отстойников.
Осветлители, отстойники, фильтры
В отстойниках непрерывного действия осветление происходит при медленном движении воды. По направлению движения потока воды различаются отстойники вертикальные и горизонтальные; разновидностью горизонтальных отстойников являются радиальные.
Для очистки сточных вод часто применяют вертикальные отстойники, принцип работы одного из них изображен на рис. 5.1. сточная вода подается в отстойник сверху вниз через вертикальную центральную трубу. Осветленная вода собирается в верхнем периферийном лотке. Степень очистки в вертикальных отстойниках может достигать 40-45%.
На рис. 5.2 показан простейший вид конусного отстойника с центральным поступлением воды. Продолжительность отстаивания сточных вод в этих условиях 1,5-2 ч.
При расходе воды 125-730 м3/ч для очистки сточных вод применяют горизонтальные отстойники (рис.5.3). Принцип работы их основан на осаждении взвешенных веществ при горизонтальном движении воды.
Метод отстаивания характеризуется радом недостатков, основными из которых являются: большая продолжительность взвешенных частиц, невысокая производительность отстойников, получение низкой концентрации осадка, большой объем отстойников.
Более эффективным методом очистки сточных вод от взвешенных веществ является фильтрование. Применяют фильтрование медленное и скорое.
Принцип скорого фильтрования основан на явлении адгезии взвешенных и частиц к фильтрующему материалу.
Для улавливания взвешенных веществ из сточных вод применяют барабанные фильтры. К ним относятся, например, микрофильтры, вакуум-фильтры, фильтры Вано, Кинцле, типа ЛТ, дисковые фильтры и др.
В последние годы в промышленности все чаще применяют различного типа осветлители. Осветлители со взвешенным фильтром, применяемые для очистки природных вод, можно использовать и для осветления промышленных сточных вод.
Осветлитель со взвешенным слоем осадка (рис. 5.4) делится на следующие зоны: распределения (междудонное пространство), рабочую (зона взвешенного осадка), защитную (зона чистой воды) и уплотнения осадка.
Нефтеловушки
Нефтеловушки предназначены для отстаивания грубодисперги-рованных нефтепродуктов. В нефтеловушках нефть всплывает, а тяжелые смолообразные продукты выпадают в осадок.
Конструкция нефтеловушек Разработанные Союзводоканал-проектом типовые открытые нефтеловушки изготавливаются из сборных железобетонных конструкций, днище - из монолитного железобетона. Применяются нефтеловушки пяти типов, различающихся пропускной способностью одной секции:0,005; 0,015; 0,030; 0,045; 0,055 м3/с.
В каждую секцию сточная вода подводится независимо.
Всплывшая нефть отводится по нефтесборным трубам в приемник. Осадок с дна ловушки удаляется скребковым механизмом в приямок, а оттуда забирается гидроэлеватором. Остаточное содержание нефти в воде после нефтеловушек составляет около 100 г/м3. Отвод нефти и удаление осадка производится автоматически. На рис. 5.5 показана нефтеловушка конструкции Союзводоканалпроекга производительностью 0,110 м3/с.
Флотаторы для удаления эмульгированных нефтепродуктов и минеральных масел
Воздушная флотация основана на явлении прилипания эмульгированных капель нефти и других нерастворимых или малорастворимых жидкостей к пузырькам воздуха и всплывания вместе с последними на поверхность сточной воды, где образуется слой пены.
Флотоустановки различаются по способу диспергирования воздуха: в импеллерных воздух диспергируется турбиной насосного типа; в напорных воздух растворяется в воде под давлением, а затем при резком сбросе избыточного давления вновь выделяется в виде мелких пузырьков; в установках с пористыми диспергаторами воздух диспергируется при помощи пористых либо перфорированных пластин или труб.
Флотоустановки последних двух типов могут работать с применением коагулянтов, повышающих эффективность флотации.
Физико-химические способы
Нейтрализация
Выделяют следующие ее разновидности: взаимная, реагентная и на специальных фильтрах, При взаимной нейтрализации баланс кислых и щелочных сточных вод составляют с учетом периодичности их выпуска цехами и агрегатами. К реагентной нейтрализации прибегают тогда, когда сточные воды содержат больше кислоты или щелочи, чем может быть обезврежено при взаимной нейтрализации. Для нейтрализации кислых сточных вод используют гашеную или негашеную известь, техническую аммиачную воду, едкий натр, кальцинированную соду, отработанные щелочи, щелочной шлам, измельченные мел и известняк. Для нейтрализации щелочных вод чаще всего применяют техническую серную кислоту. Принципиальная схема установки для реагентной нейтрализации кислых сточных вод приведена на рис. 5.7.
Коагулирование
В практике очистки питьевых и сточных вод в качестве коагулянтов используют соли, содержащие многозарядные катионы, в основном соли алюминия, железа или их смеси в различных пропорциях, известь.
Вспомогательные реагенты, оказывающие положительное влияние на образование и осаждение более крупных агрегатов, называют флокулянтами. В качестве флокулянтов могут быть использованы paзнообразные химические вещества:
неионогенные - полимеры, содержащие неионогенные или мало диссоциирующие группы -ОН = СО (поливиниловый спирт, полиакрн ^> нитрил, оксиэтилцеллюлоза, крахмал);
анионные - полимеры, содержащие группы анионного типа -С( )О11. -SO3H (лигносульфаты, полиакрилат натрия и др.);
катионные - полимеры, содержащие группы катионного типа N1! =NH (полиэтиленимин и др.).
Недостаток применения коагулянтов выражается в повышении содержания растворимых элекролитов в очищенной воде. Этот недостаток становится особенно существенным при организации на прел приятиях замкнутых циклов оборота воды. В данных системах применяются безреагентные электрохимические методы коагулирования. Они основаны на пропускании воды между алюминиевыми и железными пластинами, подключенными к полюсам источника постоянного тока. В резлультате анодного растворения металлов и последующего взаимодействия катионов со щелочными соединениями очищаемой воды образуются хлопья гидроксидов алюминия или железа, обеспечивающие очистку. Метод электрохимического коагулирования может быть успешно применён для обработки сточных вод, содержащих эмульгированные частички масел, жиров и нефтепродуктов, фосфаты, хроматы.
Адсорбция и ионный обмен
Адсорбция и ионный обмен приобретают всё более важное значение всвязи с необходимостью глубокой очистки воды при организации замкнутых циклов водопользования. Очистка сточных вод этими методами представляет собой типичный случай адсорбции из растворов, протекающей по одному из механизмов: молекулярному или ионообменному.
Среди разнообразных сорбентов наибольший интерес для практического использования представляют активные угли и иониты.
Адсорбция активными углями является одним из наиболее эффективных методов глубокой очистки воды от органических веществ и растворённых газов.
Метод ионного обмена, связанный с использованием ионитов, широко применяется в водоподготовке и получает всё большее распространение в практике очистки сточных вод.
Ионный обмен наряду с адсорбционным можно успешно применять в схемах комплексной глубокой очистки сточных вод и в системах оборотного водоснабжения, одновременно обеспечивая очистку воды и утилизацию примесей.
Адсорбционный и ионный методы очистки обычно сводятся к фильтрации воды через слой сорбента, причём в ряде случаев можно применять высокие скорости фильтрования.
Адсорбционный процесс очистки сточных вод обычно осуществляется в аппаратах периодического действия. При наличии в сточных водах взвешенных веществ целесообразно использовать аппараты периодического или непрерывного действия с псевдоожиженным ("кипящим") слоем активированного угля (рис. 5.8).
Основными аппаратами для работы с ионитами являются напорные и безнапорные ионитовые фильтры. Устройство типового катионитового фильтра показано на рис. 5.9.
Ионитовые установки непрерывного действия имеют существенные преимущества перед аппаратами периодического действия, а именно позволяют уменьшить расход ионитов, и их применяют всё чаще. Один из вариантов такой установки показан на рис. 5.10.
Для обессоливания воды используют аппарат, называемый ФСД - фильтр смешанного действия, в который загружают смешанный слой катионита и анионита (рис. 5.П).
Область применения ионообменных методов для очистки сточных вод
Ионообменные методы применяют для глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов, для корректировки минерального состава (умягчения, снижения общего солесодержания, удаления фосфатов) очищенных сточных вод, повторно используемых в замкнутых и обычных системах теплообменного оборотного водоснабжения. Ионообменные смолы могут применяться и в локальных системах очистки сточных вод от ряда органических веществ - ароматических и алифатических аминов, фенолов и органических кислот, в том числе анионных ПАВ.
Применение сильнокислотных катионитов (КУ-2, сульфоугля и др.) для извлечения простых катионов цветных металлов эффективно преимущественно при отсутствии в сточных водах ионов кальция либо при их концентрации,, не превышающей содержания извлекаемых катионов, так как эти катиониты поглощают ионы кальция избирательно в присутствии большинства катионов цветных металлов, за исключением катионов свинца и тория. Слабокислотные катиониты типа КБ-4 могут применяться и для очистки неумягченных сточных вод при рН больше 7.
Катионообменные смолы применяют для извлечения из воды ионов Bi3+,CcP, Со2+, Co3+, Cu2+, Ni2+, Hg2+, РЬ2+, Ag+, Zn2+.
Ионообменные методы очистки сточных вод от катионов цветных металлов не могут применяться при минерализации сточных вод более 3-4 г/л.
Применение ионитов для снижения общей минерализации сточных вод экономически целесообразно в тех случаях, когда содержание хлоридов не превышает 1000 мг С1Ул.
Регенерация смол производится растворами сильных кислот - соляной, азотной или серной (в зависимости от того, в виде какой соли требуется получить извлеченные из сточных вод ионы цветных и тяжелых металлов) или концентрированными растворами натриевых солей. Из отработанных регенерационных растворов ионы цветных металлов осаждают содой или щелочью, после чего растворы используют повторно. Регенерацию карбоксильной смолы КБ-4 производят вначале кислотой (для получения соли металла, предназначенной для утилизации), а затем содой (для перевода ионита в рабочую - натриевую форму).
Анионообменные смолы применяют для извлечения из воды цветных и тяжелых металлов, находящихся в виде анионов растворимых солей:, катионов меди, никеля и других цветных металлов, которые образуют с аминогруппами смол прочные комплексы.
Регенерацию сильноосновных анионообменных смол (АВ-17, ЭДЭ-ЮП), производят раствором едкого натра, слабоосновных (АН-2Ф, АН-31, АН-17) - 5-10%-ным раствором аммиака.
Ионообменные методы применяют также для корректировки минерального состава очищенных сточных вод
Регенерация ионообменных фильтров
Регенерация ионообменных фильтров при очистке сточных но.; отличается от таковой при водоподготовке необходимостью, полной утилизации отработанных растворов.
Обезжелезивание воды
Окисные соединения железа, находящиеся в виде коллоидно- и тонкодисперсных взвесей, хорошо удаляются при обычной коагуляции примесей. Поэтому обезжелезивание поверхностных вод производят одновременно с их осветлением и обесцвечиванием коагулянтами. В тех случаях, когда в воде открытых источников водоснабжения 9одержится железо (II), проводят аэрирование воды или хлорирование повышенными дозами. Для обезжелезивания подземных вод применяют аэрирование, обработку воды перманганатом или хлором в сочетании с аэрированием или без него. После осуществления каждого из этих процессов, обеспечивающих окисление соединений железа (II) с выделением водного оксида железа (III), предусматривается фильтрование воды. Железо удаляют из воды катионированием, если одновременно необходимо ее умягчение. При этом полностью исключают контакт обрабатываемой воды с воздухом для предупреждения ионов железа (II). Возможно также обезжелезивание воды при фильтровании ее через слой пиролюзита, "черного песка", или песка, покрытого оксидами железа, являющимися катализаторами окисления железа (II).
Хлорирование воды обусловливает переход соединений железа (II) в соединения железа (III), которые в присутствии гидрокорбанатов природных вод полностью гидролизуются по реакции:
2F2++Cl2 + 6HCO 3- = 2Fe(OH)3 + 2СCl- + 6СО2
На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,64 мг хлора, щелочность воды при этом снижается на 0,054 мг • экв/л.
При обработке воды перманганатом калия реакция окисления и последующего гидролиза протекает по уравнению
4Fe2++ Mn04-+8HCO3-+2H2O= 4Fе(ОН)3 + MnO2 + 8СО2
На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,7 1 MI перманганата калия.
Удаление пестицидов
Появление пестицидов в воде может быть результатом сброса ь водоемы сточных вод производства пестицидов, сточных вод базисных складов, мытья тары и, наконец, смыва с обрабатываемых ими площадей.
Химические вещества, используемые в качестве пестицидов, принадлежат к различным классам органических соединений.
Наиболее широко используются в сельском хозяйстве в качестве активных пестицидов в борьбе с вредителями зерновых культур, плодовых деревьев, овощных культур, лесных насаждений фосфорорганические и хлорорганические соединения. В последнее время все более широкое применение находят производные тио- и дитиокарбаминовой кислот. Для обеззараживания семян от возбудителей ряда болезней используют ртутьорганические соединения. Применяются также гетероциклические соединения с тремя гетероатомами в цикле (симазин), производные феноксиуксусной кислоты (2,4-Д и др.).
Попадающие в воду пестициды не только ухудшают ее вкусовые качества, воздействуя на органолептические свойства воды прямо или косвенно, нарушая биологическое равновесие водоемов, но и отрицательно влияют на ряд жизненно важных функций человеческого организма.
Для удаления большинства из применяющихся пестицидов схема осветления и обесцвечивания воды с использованием коагулянтов неэффективна, так как удаляются при этом только взвешенные вещества и коллоидные частицы хлорорганических пестицидов.
Перспективными методами, которые могут быть положены в основу разработки технологических схем удаления пестицидов из воды, являются: адсорбация на неполярных сорбентах, окисление и ионный обмен.
Мембранные методы очистки природных и сточных вод
К мембранным методам очистки природных и сточных вод относятся электродиализ, ультрафильтрация, обратный осмос
" Электродиализ применяют для очистки природных и сточных вод от растворимых солей. Сущность этого метода заключается в отделении электролитов из воды под воздействием постоянного электрического тока при использовании электрохимических активных ионитовых мембран. Перед электродиализом требуется предварительная очистка воды от взвешенных и коллоидных частиц. Применение элетродиализа даёт возможность получать из солесодержащих сточных вод растворы кислоты и щёлочи, которые могут быть использованы для регенерации ионитовых фильтров при совместном применении электродиализа и ионного обмена.
Ультрафильтрация и обратный осмос основаны на явлении освобождения воды от примесей при прохождении последней под давлением через полупроницаемую мембрану.
Ультрафильтрация и обратный осмос имеют много общего, в частности в конструктивном оформлении аппаратов. Различия проявляются, во-первых, в прилагаемом давлении (для ультрафильтрации Р=0.07-0.7ттПа, а для обратного осмоса Р= I -1 ммПа.
Очистка сточных вод методом экстракции
Экстракционная очистка сточных вод основана на растворении растворенного вещества между приведенными в контакт взаимно нерастворимыми или ограничено растворимыми жидкостями в соответствии с его растворимостью в каждой из жидкостей
2. Биологические методы очистки промышленных сточных вод
Биологические методы применимы для очистки промышленных сточных вод от органических веществ, которые используются микроорганизмами в качестве питательных веществ и источников энергии и при этом подвергаются деструктивному распаду - окислению при аэробной и восстановительным процессам с образованием метана при анаэробной очистке.
Аэробная очистка промышленных сточных вод может проиэводиться насыщением перемешиваемой жидкости воздухом (или кислородом) в аэротенках, при котором комплекс развивающихся микроорганизмов образует легко оседающие хлопья -активный ил, или фильтрованием сточных вод через аэрируемую загрузку из щебня на биофильтрах, при котором щебень обрастает микроорганизмами, образующими биологическую пленку.
Анаэробная очистка в метантенках применяется для очистки промышленных сточных вод редко и только при высокой концентрации органических веществ.
Глубина разрушения органических загрязнений при биологической очистке промышленных сточных вод .характеризуется отношением показателей ВПК и ХПК.
Рекомендуется подвергать биологической очистке смесь бытовых и промышленных сточных вод, что повышает эффективность очистки и обеспечивает поступление на сооружения необходимых биогенных элементов - азота и фосфора в усваиваемой микроорганизмами форме. Концентрация органических веществ в сточной воде, поступающей на биологические сооружения, не должна превышать предельно допустимой величины, устанавливаемой опытным путем (см. п. 12.7.2.2). Если концентрация органических веществ выше, то перед биологической очисткой промышленные сточные воды разбавляют речной водой или бытовыми сточными водами. Аэрация сточных вод должна обеспечить содержание растворенного кислорода не менее 2 мг/л. Оптимальное значение рН сточных вод при биологической очистке - 6,5- 8,5. Температура сточных вод должна быть не ниже 6и не виню 37°С. В воде должны присутствовать соединения, содержащие биогенные элементы (азот, фосфор). Их содержание зависит от величины БПКполн. Так, при БПКполн =500 мг О/л содержание фосфатов (в пересчете на фосфор) должно быть не менее 3 мг/л, а содержание усваиваемых соединений азота (в пересчете на азот) не менее 15 мг/л. При недостатке содержания биогенных элементов в воду добавляют суперфосфат и сульфат аммония. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах, поступающих на биологическую очистку, не должна превышать 100 мг/л.
Солесодержание сточных вод, поступающих в сооружения для биологической очистки, не должно превышать 10 г/л; желательно, чтобы оно не превышало 5-6 г/л.
Организмы активного ила и биопленки
Живые организмы активного ила - бактерии, скопления которых образуют слизистые капсулы - зооглеи, простейшие, черви, грибы (плесневые и актиномицеты, дрожжи), водоросли.
В биопленке биофильтров наблюдается больше разнообразных представителей простейших, коловраток, червей.
Показателем хорошего состояния биопленки является присутствие в ней инфузорий круглоресничных (Сувоек), брюхоресничных, жгутиковых, червей Nematoda, коловраток.
Главное действующее начало активного ила и биопленки - бактерии.
3. Защита литосферы от промышленных загрязнении
Деградация почв (от лат. Degradatio – снижение, движение назад) – это постепенное ухудшение качества почвы в результате изменений, разрушающих ее структуру, ведущих к появлению негативных химических свойств и утрате ее плодородия.
Различные явления деградации почв
Существуют следующие явления деградации:
1. Нарушение биоэнергетического режима почв:
а) девегетация почв – потеря почвами лесного, кустарникового и травянистого растительного покрова, ведущие к постепенному омертвлению почв
б) дегумификация почв – потеря почвами гумуса (результат девегетации)
в) почвоутомление и истощение почв – процессы, происходящие в почвах в результате длительного бессменного возделывания одного и того же вида с/х культур (накопление токсинов и снижение урожайности монокультуры)
2. Патологическое состояние почвенных горизонтов и профиля почв
а) отчуждение и выключение почв из действующих экосистем (городами, дорогами, карьерами, водохранилищами, свалками и т.д.)
б) эрозия и дефляция почв (разрушение гумусового склона) – в мире эрозией охвачено 70-80 % с/х угодий
в) образование бесструктурных кор и переуплотненных горизонтов в следствии обработки полей тяжелой техникой с орошением или без черноземов слабощелочными водами
3. Нарушение водного и химического режима почв
а) сухость и опустынивание почв (10 – 15 % суши) в следствии сведения лесов, разрушения дернины (например, чрезмерным выпасом скота)
б) селевые разливы и оползни в результате непродуктивного сведения растительности в горных районах
в) вторичное засоление почв в результате неправильного орошения почв как минерализованными, так и пресными водами при поднятии грунтовых вод до уровня 3 – 1,5 м от поверхности
г) Природная и вторичная кислотность почв за счет кислых атмосферных осадков и несбалансированного применения физиологически кислых минеральных удобрений без одновременного известкования (оптимальное рН для роста растений 5,5 – 8)
д) переосушение почв за счет неправильного расположения дрен и водоотводящих каналов
4. Затопление, разрушение и засоление почв водами водохранилищ
а) затопление пойменных террас
б) подъем уровня грунтовых вод и подтопление почв
в) абразия берегов и засоление дельт
г) загрязнение и содовое (щелочное) засоление вод и почв
5. Загрязнение и химическое отравление почв
6. Переохлаждения и вторичная мерзлотность почв
а) деградация ландшафтов и почв районов с распространением многолетноей мерзлоты
б) резрушение и исчезновение «ледяных земель»
7. Разрушение почв военными действиями и атомной радиацией
В условиях интенсификации производства охрана земной поверхности и ее рациональное использование осуществляются с помощью следующих мероприятий:
запрещение использования для строительства пашни и садов,
разработка и внедрение комплексов противоэрозионных мероприятий;
сокращение использования земельного фонда для промышленных целей в процессе проектирования и строительства,
переход на биологические методы (вместо пестицидов) борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур,
устранение загрязнения промышленными предприятиями расположенных вблизи участков земельного фонда рекультивация нарушенных горными и строительными работами земель
Рекультивация нарушенных производственной деятельностью участков земной поверхности - это совокупность работ по приведению их в природное для использования в народном хозяйстве состояние. При этом устраняется воздействие этих участков на прилегающие ландшафтные комплексы. Рекультивация осуществляется в два этапа
1 Горнотехническая рекультивация состоит в подготовке территории после окончания разработки месторождения или строительства путем планировки отвалов, засыпки выемок придания откосам удобной формы, насыпания плодородной почвы проведения мелиоративных работ и создания подъездных путей.
2 Биологическая рекультивация заключается в восстановлении первоначального плодородия земель путем их озеленения
Основные методы биологической рекультивации:
- внесение повышенных доз органических и минеральных удобрений, орошение;
- посев многолетних бобовых культур;
посадка улучшающих почву деревьев и кустарников, характерных для данной почвенно-климатической зоны.
Лекция "2.10 Исторические личности" также может быть Вам полезна.
По окончательному назначению восстановленных участков земли по ГОСТ 1751 02-85 предусмотрены следующие направления рекультивации:
- сельскохозяйственное - создание на восстановленных земчях сельскохозяйственных угодий (пашен, сенокосов, пастбищ и многолетних насаждений)
- лесохозяйственное - образование лесных посадок, водохозяйственное -строительство различных водоемов для хозяйственных, питьевых, коммунально-бытовых нужд и т.д.;
- рыбохозяйственное - сооружение водоемов для разведения рыб, рекреационное и охотничье - устройство баз отдыха и спорта, парков, зеленых зон туристических баз т.д.;
- природоохранное и санитарно-гигиеническое - посадка противоэрозионных лесонасаждений, сооружение водоемов для животного мира и пернатых, задернованных участков;
- строительное сооружение площадок для строительства всех видов (промышленное, гражданское и т.д.)
