Самоочищение водоемов. Классификация методов очистки сточных вод.

Процессы самоочищения природных вод происходят под влиянием солнечной радиации, деятельности микроорганизмов, других факторов. Наиболее интенсивно они протекают летом.

Самоочищение загрязненных природных вод происходит при многократном (1:7...1:12) разбавлении их чистой водой.

В замкнутых водоемах и подземных водах эти процессы протекают очень медленно. Полное самоочищение воды Мирового океана происходит только через 2600 лет, подземных вод - через 5000 лет.

 

Процессы самоочищения воды протекают и в результате насыщения ее кислородом. Под влиянием растворенного кислорода происходит окисление органических веществ и выпадение их на дно водоемов в виде минерального осадка. Наиболее интенсивно вода насыщается кислородом из воздуха на реках с быстрым течением и в водоемах при сильных ветровых волнениях. Этому способствует и жизнедеятельность высших водных растений.

Водные растения улучшают качество воды также и за счет поглощения ряда растворенных и диспергированных в ней веществ. Так, один гектар тростниковых зарослей за сезон поглощает до 5...6 тонн присутствующих в сточных водах балластных и токсичных солей; в его зарослях задерживаются также всевозможные растительные и животные волокна, жировые и нефтяные эмульсии, хлопья коллоидов и т.д.

Вода морей остается достаточно чистой благодаря водной растительности и многочисленным живым организмам - моллюскам, ракообразным и т.д. Поселения этих организмов, расположенные на 1 кв. м, фильтруют в сутки более 200 тонн воды, освобождая ее от загрязнений.

Очищающую способность водных растений используют для очистки сточных вод промышленных предприятий. Для этого создают специальные водные бассейны с тростником или другой болотной и приболотной растительностью.

При дефиците в воде растворенного кислорода процессы самоочищения резко сокращаются. Интенсифицировать процессы самоочищения воды позволяет искусственная аэрация, которую осуществляют следующими устройствами и способами:

Ø барботажным аэратором - воздуходувкой с горизонтальной трубой, расположенной на глубине до 1 м, с отверстиями диаметром 1,5 мм. Выходящий через отверстия воздух при движении к поверхности отдает часть кислорода воде;

Ø механическим заглубленным аэратором - системой расположенных на понтонах вращающихся труб, заглубленных до 1 м;

Ø механическим поверхностным аэратором - системой, разбрызгивающей воду в воздушном пространстве над водоемом;

Ø водосливом через плотины в виде свободно падающего потока;

Ø впуском воздуха в зону разрежения отсасывающих труб гидротурбины.

Для защиты водных объектов от неорганизованного стока создают прибрежные водоохранные зоны, позволяющие максимально перевести поверхностный сток в подземный. В прибрежных водоохранных зонах предусматривают лесные полосы для перехвата и перераспределения поверхностного стока, укрепления берегов и частичного извлечения минеральных солей, задержания эрозированной почвы и химических препаратов. Число и вид лесных полос определяются климатическими, топографическими, гидрологическими и гидрогеологическими условиями.

Классификация методов очистки сточных вод

Для создания оборотных систем водоснабжения, достижения допустимой по нормам ПДС концентрации загрязнений промышленные сточные воды подвергаются очистке. Требуемое качество очистки достигается использованием механических, химических, физико-химических, биологических, термических методов.

Указанные методы очистки подразделяются на рекуперационные и деструктивные.

Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ.

При деструктивных методах вещества, загрязняющие воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.

Выбор метода очистки и конструктивное оформление процесса производятся с учетом следующих факторов:

q санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству очищенных вод с учетом дальнейшего их использования;

q количества сточных вод;

q наличия у предприятия необходимых энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электроэнергия, реагенты и т.д.), а также необходимой площади для сооружения очистных установок;

q требуемой эффективности процесса обезвреживания.

Очистка сточных вод от нерастворимых загрязнений (суспензий, эмульсий) может предусматривать:

 

1) удаление грубодисперсных примесей:

· отстаиванием;

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители.

· фильтрацией;

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение производят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу.

· флотацией;

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются.

· центробежным фильтрованием и отстаиванием;

Центробежное фильтрование осуществляется вращением суспензии в перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильтровальной тканью. Осадок остается на стенках барабана. Его удаляют вручную или с помощью специального ножевого съема. Центробежное фильтрование наиболее эффективно в тех случаях, когда требуется получить продукт с наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.

 

2) удаление мелкодисперсных примесей:

· коагуляцией;

Коагуляция - процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц размером 1...100 мкм. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести.

· флокуляцией;

Флокуляция - это процесс укрупнения взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений (флокулянтов). В отличие от коагуляции при флокуляции укрупнение частиц происходит не только при непосредственном их контакте, но и в результате взаимодействия концентрирующихся на их поверхностях молекул флокулянта.

· электрокоагуляцией;

Электрокоагуляция - коагуляция при прохождении сточной воды в электрическом поле через межэлектродное пространство. В этом случае проводится электролиз сточной воды с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием электрического тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия. Встречаясь с гидроксильными группами, катионы образуют гидроксилы металлов в виде хлопьев, и начинается интенсивная коагуляция.

· электрофлотацией.

Электрофлотация - очистка сточных вод от взвешенных частиц при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, на катоде - водорода.

Растворимые примеси выделяются из сточных вод следующими методами:

1) минеральные примеси:

· дистилляцией;

· ионным обменом;

· обратным осмосом;

· электродиализом;

· вымораживанием;

· реагентными методами;

2) органические примеси:

· экстракцией;

· ректификацией;

· адсорбцией;

· обратным осмосом и ультрафильтрацией;

· биохимическими методами;

 

· методами жидкофазного, парофазного, электрохимического и радиационного окисления;

3) растворенные газы:

· отводкой;

· нагревом;

· реагентными методами.

Для удаления и устранения как нерастворимых, так и растворимых примесей как вынужденная мера используются:

· закачка в скважины и в глубины морей;

· захоронение;

· термическое уничтожение.