Экобиозащитная техника обезвреживания сбросов, содержащих химически вредные вещества

 

Крупные промышленные и транспортные предприятия, имеющие различ- ные производства (механообрабатывающие, гальванические, литейные, окра- сочные, кузнечные), моечные и очистные объекты, открытые склады навалоч- ных грузов и др., должны иметь собственные специфичные очистные сооруже- ния. Достаточно часто эти предприятия сбрасывают в канализацию загрязненную воду после недостаточной очистки. Характер технологических процессов, применяемые химически вредные вещества определяют различный состав загрязнения сточных вод. Объекты железнодорожного транспорта ис- пользуют в производствах большое количество кислот, щелочей и других хи- микатов, которые отработав, попадают в стоки, а затем после недостаточной очистки — в сбросы. Особо загрязняющими являются промывочно-пропароч- ные пункты, шпалопропиточные заводы, ремонтные заводы с гальваническими

 

 

Рис. 3.25. Типовая схема установки по очистке воды:

1 — трубопровод подачи загрязненной воды; 2 — аэрация разбрызгиванием; 3 — хлорирование;

4 — смесительная камера; 5 — резервуар для коагуляции; 6 — отстойник; 7 — фильтр; 8 — конеч- ное хлорирование; 9 — раздача чистой воды

 

и окрасочными цехами, локомотивные и вагонные депо. Вводу могут попадать ядовитые и вредные вещества от сточных вод (промышленных растворов), а также различные болезнетворные микробы. Из водоемов, в которые регулярно поступают сбросы (бывает, что и ниже по течению), осуществляется водозабор как для производственных нужд, так и для водоснабжения населения. Недос- таточно разбавленные незагрязненными водами воды сброса поступают на об- работку по типовой схеме в установку по очистке воды (рис. 3.25). Здесь осу- ществляется осветление, обесцвечивание, обеззараживание воды. Вряде слу- чаев прибегают к специальным методам обработки для удаления конкретных химических веществ. Но и такая обработка не всегда достаточна. Поэтому

 

предприятия обязывают (и они несут за это ответственность) производить в ус- тановленном порядке эффективную очистку собственных сточных вод.

Водоочистные сооружения таких предприятий выполнены следующим обра-

зом: отдельные производства внутри предприятия имеют свои локальные очи- стные сооружения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфику загрязнений и частично или полностью удаляет их, затем все локальные стоки направляются в емкости-усреднители, а из них промышленные растворы — на централизованную систему очистки до значений предельно-допустимых кон- центраций вредных веществ в сбросах, установленных для предприятия.

Средства защиты водных бассейнов от вредных и загрязнённых сточных вод

и промышленных растворов можно свести в следующие основные группы:

• нормирование и контроль предельно допустимых концентраций и пре- дельно допустимых сбросов;

• организация санитарно-защитных и заповедных зон вокруг природных водоемов;

• применение технических средств снижения загрязнения и очистки сточ- ных вод и промышленных растворов.

Технические средства снижения загрязнений и очистки сточных вод и про-

мышленных растворов включают:

 

• организацию и применение систем замкнутого водопользования, рекупе- рацию водных промышленных растворов;

• очистку сточных вод.

Методы очистки подразделяются на механические, физико-химические и

биологические.

Механическая очистка предназначена для удаления из сточных вод взве- шенных частиц (твердых минеральных частиц, частиц жиро- масло- и нефте- продуктов). Она является методом предварительной очистки и осуществляет- ся процеживанием, отстаиванием, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

К устройствам механической очистки относятся: отстойники (рис. 3.26. а),

фильтры (рис 3.26. б), песколовки (рис 3.26. в), нефтеловушки (рис 3.26. г), усреднители, гидроциклоны.

Процеживание применяют для удаления из сточных вод крупных и волок-

нистых включений. Процесс реализуют на вертикальных и наклонных решет- ках с шириной зазоров 15... 20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток и волокноуловителей от осадков осуществ- ляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с

плотностью, большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реали-

 

 

 

Рис. 3.26. Схемы устройств механической водоочистки:

а — радиальный отстойник: 1 — грязная вода; 2 — скребки; 3 — чистая вода; 4 — осадок; б — пес- чано-гравийный фильтр: 1 — грязная вода; 2 — чистая вода; 3 — песок; 4 — гравий; 5 — щебень; в — песколовка: 1 — грязная вода; 2 — чистая вода; 3 — осадок; г — нефтеловушка: 1 — грязная вода; 2 — нефть и маслаˆ; 3 — чистая вода

 

зуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях. Песколовки применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм. Песколовки бывают с горизонтальным, вертикальным и круговым движениями воды.

Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточных вод бо-

лее мелких взвешенных частиц или жировых веществ. По направлению движе-

 

ния основного потока воды различают отстойники вертикальные, горизонталь- ные, диагональные и радиальные. Сточная вода поступает (рис 3.26, а) через центральную трубу 1 в цилиндрический отстойник. Жировые вещества всплы- вают на поверхность, откуда отводятся по жиропроводу. Тяжелые взвешенные частицы оседают в конической части отстойника и отводятся по трубе 4. Очи- щенная (осветленная) вода 3 отводится на следующие ступени очистных аппа- ратов.

Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроцикло- нах. Механизм действия гидроциклонов аналогичен механизму действия газо- очистных циклонов. Под действием центробежной силы, возникающей во вра- щающемся потоке, происходит более интенсивное отделение взвешенных час- тиц от потока воды.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и на конечной стадиях очистки. Часто исполь- зуют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц. Взернистых фильтрах в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит. Схема засыпного фильт- ра показана на рис. 3.26, б. Регенерация фильтра осуществляется обратной

промывкой и продувкой сжатым воздухом.

 

Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырь- ками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии этих частиц на поверх- ность, где образуется слой пены. Взависимости от способа образования пу- зырьков различают флотацию пневматическую, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию. На практике наибольшее распространение получила пневматическая флотация, которая основана на уменьшении раство- римости газа в воде при снижении его давления. При резком снижении давле- ния происходит выделение из воды излишнего воздуха в виде пузырьков.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной

воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Эти методы представляют собой достаточно сложные технологические процессы, однако при этом получили наибольшие распространение. Физико-химические методы очистки обеспечи- вают быстрый запуск процесса и его автоматизацию, характеризуются нечувст- вительностью к температурным колебаниям и простотой применяемых в боль- шинстве случаев материалов и оборудования. Вто же время они имеют и серь- езные недостатки: большие объемы образующихся неутилизируемых осадков и высокую стоимость оборудования и химических реагентов.

Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки

взвешенных веществ, что снижает затраты на проведение процесса.

 

Из физико-химических наиболее распространены: реагентные методы в том числе нейтрализация и окисление, коагуляция, сорбция, электрофлотация, экстракция, ионный обмен, диализ.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточных вод хими-

ческими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нераство- римые соединения. Последние, затем, могут быть удалены одним из описан- ных выше методов удаления взвесей и осветления воды. Этот метод находит применение для очистки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т.д. Например, для удаления цианидов используют различные реа- генты-окислители, содержащие активный хлор: хлорную известь, гипохлори- ты кальция или натрия, хлорную воду. Для очистки от хрома применяют на- триевые соли сернистой кислоты. Для очистки фторсодержащих вод применя- ют гидроксид кальция, хлорид кальция. Врезультате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохо растворимый фторид каль- ция, который можно удалить из воды отстаиванием.

Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточ-

ных вод. Согласно действующим нормативным документам, сбросы сточных вод в системы канализации населенных пунктов и в водные объекты допусти- мы только в случаях, если они имеют кислотность рН = 6,5...8,5. Нейтрализа-

 

ция кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде ще- лочных реагентов (оксида кальция, гидроксидов натрия, кальция, магния и др.). Нейтрализация щелочных стоков осуществляется добавлением растворов кислот (серной, соляной и др.), негашеной извести, кальцинированной соды, аммиака и фильтрованием через нейтрализующие материалы (известь, извест- няк, доломит, магнезит, мел и др.).

Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами

для перемешивания.

Окислительный метод применяют для обеззараживания токсичных приме- сей (цианидов меди и цинка). Вкачестве окислителей используют хлор, гипо- хлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

Коагуляция — это физико-химический процесс укрупнения мельчайших

коллоидных и мелкодисперсных частиц вещества размером до 10 мкм под дей- ствием сил молекулярного притяжения. Врезультате коагулирования устраня- ется мутность воды и образуются крупные хлопья вещества, подлежащие меха- ническому удалению. Вкачестве веществ-коагулянтов применяют алюминий- содержащие вещества, хлорид железа, сульфат железа и др. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами в камерах, откуда вода направляется в отстойники.

 

Сорбция — метод извлечения из растворов, как правило, ценных растворен- ных веществ с помощью пористых материалов — сорбентов (активированный уголь, зола, коксовая мелочь, торф, селикагель, активные глины и др.).

Электрофлотация находит широкое применение для удаления маслопро- дуктов и мелкодисперсных взвесей. Она осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между паˆрами элект- родов (используются железные, стальные, алюминиевые). Врезультате элек- тролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего, легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. Электрофлотация осуществляется в элек- трофлотационных установках.

Экстракционный метод очистки основан на введении в раствор нераствори- мой жидкости — экстрагента, в котором растворяется загрязняющее вещест- во, образуя экстракт, который затем отделяется от обработанного раствора.

Метод ионного обмена основан на вытеснении ионами растворенного вещест- ва ионов из специальных веществ — ионитов, т.е. на замене опасных раство- ренных ионов на безопасные с последующим извлечением веществ, ионы кото- рых теперь находятся в ионитах (мышьяк, фосфор, хром, цинк, свинец, медь,

ртуть, редкоземельные элементы).

 

Иониты — ионообменные смолы, при прохождении сточной воды через них подвижные ионы смолы заменяются на ионы токсичных примесей соответст- вующего знака. Например, катион тяжелого металла заменяется катионом во- дорода, а токсичный анион соли металла —анионом ОН. Происходит сорбиро- вание токсичных ионов смолой. Регенерация (восстановление сорбирующей способности при насыщении смолы токсичными ионами) осуществляется про- мывкой кислотой (для катионитовой смолы) или щелочью (для анионитовой смолы). При этом токсичные ионы замещаются соответствующими катионами или анионами, а токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подверга- ются реагентной очистке или утилизации.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности мироорганиз-

мов использовать в процессе своей жизнедеятельности растворенные и колло- идные органические соединения в качестве источника питания. Биологическим путем, с использованием многочисленных органических соединений, очищают- ся бытовые и производственные сточные воды. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-коричневую или черную жидкую массу с землистым запахом. С биологической точки зрения активный ил — это скопле- ние аэробных бактерий. Кроме микробов, в иле могут присутствовать простей- шие черви, личинки насекомых, водные клещи.

 

Биологическую очистку проводят или в естественных условиях (поля оро- шения, поля фильтрации, биологические пруды), или в специальных сооруже- ниях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки представляют собой крупные ук- рытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Био- логический фильтр — это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивает- ся биологическая пленка, состоящая из определенных форм микроорганизмов.

При биологической очистке к водному раствору предъявляется ряд требова-

ний: его температура должна находиться в пределах 20...30 °С; раствор дол- жен иметь слабощелочной или нейтральный показатель кислотности (рН =

6,5...7,5); содержание растворенного кислорода должно составлять не менее

2 мг/л; биопитающая концентрация не должна превышать расчетного значе- ния на 1 м2 площади очистного сооружения.

Недостатками существующего биологического метода являются: высокое потребление электроэнергии; потребность в подаче кислорода и добавок для питания микрофлоры; сложность работы в пусковом режиме и обязательный

 

строгий контроль условий процесса; необходимость больших площадей; обра- зование значительного количества осадка, который необходимо в дальнейшем утилизировать.

Менее изученным, но более перспективным методом биологической очист-

ки, является использование водной растительности. По современным представ- лениям использование определенных видов растительности в технологии очи- стки стоков является одним из самых перспективных методов биологической очистки. Этот метод экономичен и экологически безопасен. Многие органиче- ские и минеральные соединения (загрязнения) используются водной флорой для питания, что и беспечивает их извлечение из водоема, а биомасса водорос- лей не нуждается в дорогостоящих и экологически опасных приемах утилиза- ции. Водным растениям свойственна избирательность в накоплении макро- и микроэлементов. Водоросли и другая водная растительность (с помощью опре- деленных бактерий) могут использоваться для извлечения из воды солей тяже- лых металлов. Исследования химического состава растений показали, что в их составе в значительных количествах содержится калий, хлор, кальций, маг- ний, натрий, кремний. Следовательно, этот метод перспективен для очистки промышленных сточных вод, содержащих соли меди, цинка, свинца и других металлов.

 

Глава 3.10. Вредные биологические факторы производственной среды