Аппараты очистки («Технология защиты окружающей среды» курсовая), страница 8

Эвапорация реализуется обработкой паром сточной воды с содер­жанием летучих органических веществ, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды. Процесс эвапорации осуществляют в испарительных установках (рис. 6.23), в которых при протекании через эвапорационную колонну с насадками из колец Рашига навстречу потоку острого пара сточная вода нагревается/до температуры 100° С. При этом содержащиеся в сточной воде летучие примеси переходят в паровую фазу и распределяются между двумя фазами (паром и водой) в соответствии с уравнением c_п/с_в = g, где с_п и с_в — концентрации примеси в паре и сточной воде, кг/м³; g — коэффициент распределения. Для аммиака, этиламина, диэтиламина, анилина и фенола, содержащихся в сточной воде, коэффициент рас­пределения соответственно равен 13, 20, 43; 5,5 и 2.

Концентрация примеси в сточной воде на выходе из эвапорацион-ной колонны

с_в = с₀(qg — 1)/( qge^x —1),

где с₀ — концентрация примеси в исходной сточной воде, кг/м³; q — удельный расход пара, кг/кг; х = [rsH(qg - 1)]/(bqg), здесь bqg — эмпи­рическая постоянная насадки; b — плотность орошения колонны во­дой, м³/м²; r — эмпирическая постоянная, м/с; s — удельная площадь поверхности насадки, м³/м²; Н — высота слоя насадки, м.

Выпаривание, испарение и кристаллизацию используют для очи­стки небольших объемов сточной воды с большим содержанием лету­чих веществ.

Биологическая очистка.

Ее применяют для выделения тонкодис­персных и растворенных органических веществ. Она основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащи­еся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т. п.). Процесс реализуется в две стадии, протекающие одновременно, но с различной скоростью: адсорбция из сточных вод тонкодисперсных и растворенных примесей органических веществ и разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микроорганиз­мов при протекающих в них биохимических процессах (окислении или восстановлении). Обе стадии реализуются как в аэробных, так и в анаэробных условиях в зависимости от видов и свойств микроорганиз­мов. Биологическую очистку осуществляют в природных и искусст­венных условиях.

Сточные воды в природных условиях очищают на полях фильтра­ции, полях орошения и в биологических прудах [6.5]. Очистку и бытовых, и производственных сточных вод на полях фильтрации и полях орошения в настоящее время используют очень редко в связи с малой пропускной способностью единицы площади полей и непосто­янством состава производственных сточных вод, а также из-за возмож­ности попадания на поля токсичных для их микрофлоры примесей.

Биологические пруды используют для очистки и доочистки сточных вод суточным расходом не более 6000 м³. Применяют пруды с естест­венной и искусственной аэрацией.

Биологические фильтры широко используют для очистки и бытовых, и производственных сточных вод. В качестве фильтровального ма­териала для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и т. п. Существуют биофильтры с естественной подачей воздуха; их применяют для очистки сточных вод суточным расходом не более 1000 м³. Для очистки производственных сточных вод больших расходов и сильно концентрированных используют биофильтры с принудительной подачей воздуха (рис. 6.24).

Нормальный ход процесса биологической очистки сточных вод устанавливается после образования на загрузочном материале био­фильтра биологической пленки, микроорганизмы которой адаптиро­вались к органическим примесям сточных вод. Период адаптации обычно составляет 2...4 недели, хотя в отдельных случаях он может достигать нескольких месяцев. Для оценки состава сточных вод в процессе биологической очистки используют биологическую потреб­ность воды в кислороде (БПК) — количество кислорода, необходимое для окисления всех органических примесей, содержащихся в единице объема сточной воды.

Объем загрузочного материала V = (L_a—L_t)/M, где L_a и L_t — БПК исходной и очищенной сточной воды, кг/м³; М — окислительная мощность биофильтра — масса кислорода, которая может быть полу­чена в сутки с единицы объема загрузочного материала биофильтра, кг/(м³*сут).

Аэротенки, используемые для очистки больших расходов сточных вод, позволяют эффективно регулировать скорость и полноту проте­кающих в них биохимических процессов, что особенно важно для очистки промышленных сточных вод нестабильного состава. Окисли­тельная мощность аэротенков составляет 0,5...1,5 кг/м³ в сутки. В зависимости of состава примесей сточных вод и требуемой эффектив­ности очистки применяют аэротенки с дифференцируемой подачей воздуха, аэротецки-смесители с дифференцируемой подачей сточной воды и аэротенки с регенераторами активного ила.

При БПК > 0,5 кг/м³ используют аэротенки с дифференцируемой (сосредоточенной) подачей смеси сточной воды и активного ила в начале сооружения (рис. 6.25). Воздух, интенсифицирующий процесс окисления органических примесей, распределяется равномерно по всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточной воде осуществляют механическими или пневматическими аэратора­ми. Окислительная мощность аэротенков существенным образом зависит от концентрации активного ила в сточной воде. При очистке производственных сточных вод концентрация ила обычно составляет 2...3 кг/м³ по сухому веществу.

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в них технического кислорода и повышения концентрации активного ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в объем сточной воды кислорода реактор окситенка герметизируют. Очищенная от органических примесей сточная вода из реактора по­ступает в илоотделитель, в котором происходит выделение из нее отработанного ила. При проектировании окситенков необходимо пре­дусматривать мероприятия по обеспечению их пожаровзрывобезопас-ности с учетом вредных и опасных факторов, имеющих место при эксплуатации систем с использованием газообразного кислорода.

6.5. СБОР И ЛИКВИДАЦИЯ ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ОТХОДОВ

Твердые отходы машиностроительного производства содержат амортизационный лом (отходы при модернизации оборудования, ос­настки, инструмента), стружки и опилки металлов, древесины, пласт­масс, шлаки, золы, шламы, осадки и пыли (отходы систем очистки воздуха и др.). Твердые отходы предприятия и бытовые составляют:

Для защиты почв, лесных угодий, поверхностных и фунтовых вод от неорганизованного выброса твердых и жидких отходов в настоящее время широко используют сбор промышленных и бытовых отходов на свалках и полигонах. На полигонах производят также переработку промышленных отходов.

Полигоны создают в соответствии с требованиям СНиП 2.01.28—85 и используют для обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, НИИ и учреждений. Приему на поли­гоны подлежат: мышьяксодержащие неорганические твердые отходы и шламы; отходы, содержащие свинец, цинк, олово, кадмий, никель, сурьму, висмут, кобальт и их соединения; отходы гальванического производства; использованные органические растворители; органиче­ские горючие (обтирочные материалы, ветошь, твердые смолы, обрезки пластмасс, оргстекла, остатки лакокрасочных материалов, загрязнен­ные опилки, деревянная тара, промасленная бумага и упаковка, жидкие нефтепродукты, не подлежащие регенерации, масла, загрязненные бензин, керосин, нефть, мазут, растворители, эмали, краски, лаки, смолы); неисправные ртутные дуговые и люминесцентные лампы; формовочная смесь; песок, загрязненный нефтепродуктами; испорчен­ные баллоны с остатками веществ и др. Жидкие токсичные отходы перед вывозом на полигон должны быть обезвожены на предприятиях.

Приему на полигон не подлежат: отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения металлов и других веществ; нефте­продукты, подлежащие регенерации; радиоактивные отходы.

Переработка отходов на полигонах предусматривает использование физико-химических методов, сжигание с утилизацией теплоты, демеркуризацию ламп с утилизацией ртути и других ценных металлов, прокаливание песка и формовочной смеси, подрыв баллонов в специ­альной камере, затаривание отходов в герметичные контейнеры и их захоронение.

Полигоны должны иметь санитарно-защитные зоны: завод по обезвреживанию токсичных отходов мощностью 100 тыс. т и более отходов в год — 1000 м; менее 100 тыс. т — 500 м; участок захоронения токсичных отходов — не менее 300 м.

Получила развитие термическая переработка отходов их сжиганием в печах на мусоросжигающих заводах. Такие заводы работают во многих странах мира, в Москве, Санкт-Петербурге и некоторых других городах нашей страны.

Существующие в настоящее время системы сжигания опасных отходов не только позволяют достичь высокой степени деструкции отходов, но и дают возможность рекуперировать отходящую теплоту. Недостатком сжигания являются значительно большие издержки по сравнению с традиционными методами удаления опасных отходов: вывозом на свалку, сбросом в море и захоронением в отработанные шахты. Затраты, связанные с вывозом опасных отходов на свалки в 1980 г., изменились от 50 до 400 долл./т, издержки на сжигание 1 т отходов варьировались в пределах 75...2000 долл. (данные США). Кроме того, мусоросжигательные установки выбрасывают в атмосферу соеди­нения тяжелых металлов и имеют значительные (до 35 % начальной массы мусора) золошлаковые отходы.

Среди токсичных металлов особое внимание привлекает ртуть: в связи с повышенной летучестью она легко переходит в парообразное состояние в процессе сжигания отходов и выделяется в атмосферу в виде паров металлической ртути. При непрерывной работе мусоросжи­гательной установки среднегодовой выброс ртути может достигать 160 кг.

Чтобы избежать высокого загрязнения земной поверхности и по­верхностных вод в зоне мусоросжигательных заводов, используют передвижные мусоросжигающие установки, смонтированные на авто­прицепах или морских судах.

Термический способ переработки отходов экологичнее складиро­вания их на свалках и полигонах, однако, наличие газообразных токсичных выбросов печей и отходов в виде золы и шлаков не позволяет считать этот способ пригодным для решения стратегических задач.

Осадки сточных вод, скапливающиеся на очистных сооружениях, представляют собой водные суспензии с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы 0,5... 10 %. Прежде чем направить осадки сточных вод на ликвидацию или утилизацию, их подвергают предва­рительной обработке для получения шлама, свойства которого обес­печивают возможность его утилизации или ликвидации с наименьшими затратами энергии и загрязнениями окружающей среды. Технологический цикл обработки осадков сточных вод состоит из уплотнения осадков, их стабилизации, кондиционирования, обезво­живания и ликвидации. Первичная стадия обработки осадков сточных вод — уплотнение. Распространены гравитационный и флотационный методы уплотнения, осуществляемые в отстойниках-уплотнителях, в установках напорной флотации. Применяют также центробежное уп­лотнение путем фильтрования осадка через фильтрующие перегородки или с помощью вибраторов, погруженных в осадок.

Для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества используется стабилизация осадков. Это предотвращает за­гнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе (сушке на иловых площадках, использовании в качестве сельскохозяй­ственных удобрений при отсутствии в осадках токсичных веществ и т. п.). Для стабилизации осадков промышленных сточных вод приме­няют в основном аэробную стабилизацию — длительное аэрирование осадков в сооружениях типа аэротенков. В результате происходит распад основной части биологически разлагаемых веществ, подвержен­ных гниению. Период аэробной стабилизации при температуре 20 °С составляет 8...11 суток, расход кислорода для стабилизации 1 кг органического вещества, активного ила — 0,7 кг.