Тема 9. Загрязнение гидросферы

Загрязнение водоемов – это снижение биосферных функций и экологического значения водоемов, в результате поступления в них вредных веществ.

Установлено 400 видов веществ, которые  могут вызвать загрязнение вод. Различают химические, биологические и физические загрязнители (Бертокс, 1980) (табл.4).

К основным источникам загрязнений водной среды относят:

1. сброс в водоемы неочищенных сточных вод;

2. смыв ядохимикатов ливневыми осадками с полей и с территории предприятия;

3. газодымовые выбросы;

4. утечки нефти и нефтепродуктов.

Таблица 4

Виды загрязнений водной среды

химические	биологические	физические
Кислоты Щелочи Соли Нефть, нефтепродукты Пестициды Диоксин Тяжелые металлы Фенолы Аммонийный и нитридный азот СПАВ	Вирусы Бактерии Болезнетворные организмы Водоросли Лигнины Дрожжевые и плесневые грибы	Радиоактивные элементы Взвешенные вещества Тепло Шлам Песок Ил Глина

Нефтяная, НПЗ  — сбрасывают в водоемы нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийные соли, сульфиды.

Целлюлозно-бумажные комбинаты и в целом лесная промышленность сбрасывают– сульфаты, лигнины, азот, органические вещества.

Машиностроение, металлургия – сбрасывают в воду тяжелые металлы, фториды, аммонийный азот, фенолы, смолы, цианиды.

Легкая, текстильная, пищевая промышленности – СПАВ (синтетически поверхностно-активные вещества), органические красители, нефтепродукты.

Экологическими последствиями загрязнения пресноводных экосистем приводят к эвтрофикации водоемов. Эвтрофикация—«цветение» воды – размножение сине-зеленых водорослей, утрата генофонда, ухудшение саморегуляции.

ТЕМА 10. ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ

Существует три вида очистки сточных: механическая, физико-химические, биологические методы.

1. Механическая очистка – это процеживание, отстаивание, фильтрирование – песок, глина, окалина. Применяются решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники, жироуловители. Вещества, плавающие на поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла, жиры, полимеры и др.), задерживают нефте – и масло– ловушками и другого вида уловителями либо выжигают.

Отстойники могут быть горизонтальными, радиальными, комбинированными.

Гидроциклон предназначен для очистки воды от масел, жиров, нефтепродуктов. Схема комбинированного гидроциклона представлена на рисунке 11.

Рис. 11. Схема комбинированного гидроциклона

1-камера для очищенной сточной воды; 2- приемная камера; 3-трубопровод с регулируемым проходным сечением; 4-трубопровод отвода маслопродуктов; 5-трубопровод отвода воды для дальнейшей очистки; 6-шламосборник.

 

Сточная вода с маслопродуктами движется вверх по гидроциклону и образует закрученный поток. Плотность примесей маленькая и они концентрируются на поверхности закрученного потока и поступают в камеру (3), через трубопровод (5) маслопродукты выводятся из гидроциклона. Сточная вода, очищенная от твердых частиц и масла, скапливается в камере (2) откуда через трубопровод (6) выводится для дальнейшей очистки. Воздух из ядра закрученного потока уходит в трубу (4).

Для механической очистки воды используют различные фильтры. Для удаления мелкодисперсных твердых примесей применяют зернистые фильтры и  сепараторы, эффективность очистки которых составляет  0,97-0,99%.

Зернистый фильтр.

Сточная вода по трубе (4) поступает в корпус (1) через фильтровальный слой (3) из мраморной крошки. Очищенная сточная вода выводится из фильтра через трубу (8). Твердые частицы остаются в фильтрованном материале. По трубе (9) подается сжатый  воздух. Он вытесняет из фильтрованного слоя воду и частицы в желоб (6), которые выводятся через трубу (7) (рис.12).

 

Рис. 12. Схема зернистого фильтра

1-корпус фильтра; 2-пористая перегородка; 3-фильтровальная загрузка; 4-входной трубопровод сточной воды; 5-пористая перегородка; 6-желоб; 7-трубопровод вывода твердых частиц; 8-трубопровод отвода очищенной воды; 9-трубопровод подачи сжатого воздуха.

Лучше если фильтр из пенополиуритана (но может быть из угля или селикагеля), то эффективность очистки зернистого фильтра η = 97-99%.

Фильтр - сепаратор.

Сточную воду в трубе (5) подают на опорную решетку (4). Вода проходит через фильтровальную загрузку в роторе (2), верхнюю решетку (4) и очищенная от примесей вода переливается в приемный кольцевой карман (6) и выводится из корпуса (1) (рис. 13). Эффективность очистки аппарата η = 90-92% 

 

Рис. 13. Схема фильтра-сепаратора

1- корпус; 2- ротор с фильтровальной загрузкой; 3- карманы для отвода маслопродуктов; 4- нижняя и верхняя опорные решетки; 5- трубопровод подачи сточной воды; 6- приемный кольцевой карман для вывода очищенной воды; 7. электродвигатель.

При включении электродвигателя (7) вращается ротор (2) с фильтровальной загрузкой. В результате частицы и масла под действием центробежной силы отбрасываются к внешним стенкам ротора, выжимая из него маслопродукты, которые поступают в карманы (3) и идут на регенерацию.

2. Физико-химические методы очистки сточных вод

К физико-химическим методам очистки воды относят следующие методы:                                                                                                                

коагуляция – введение коагулянтов (солей аммония, Fе, меди, шлама) для образования хлопьевидных осадков;

флотация – для вымывания маслопродуктов или частиц, при обволакивании их пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. Слипание частиц масла и пузырьков называется флотацией. Флотация бывает напорной, пневматической, пенной, химической, вибрационная, биологической, электрофлотацией;

экстракция – перераспределение примесей в стоке в две взаимонерастворимых жидкости (сточной воды и экстрагента). Для очистки от фенола, например, в виде экстрагента используют бензол или бутилацетат;

нейтрализация – для выделения из стоков кислот, щелочей, солей металлов. Это объединение ионов водорода и гидроксильной группы в молекулы воды. В результате сточная вода имеет значение рН – 6,7 (нейтральная среда). Нейтрализаторы кислот: едкий натр, едкий кали, известь, доломит, мрамор, мел, сода, магнезит.  Для щелочных вод используют: соляная и серная кислота, уксусная кислота и др.;

сорбция – очистка воды от растворимых примесей с помощью сорбентов (золы, торфа, опилок, шлаков, глины, активированного угля);

ионообменная очистка – с помощью смол (гранулы 0,2-2 мм), на поверхности которых размещают катионы и анионы. Иониты делают из нерастворимых в воде веществ. Они реагируют с ионами того же знака: катионы Н⁺, Nа⁺, анионы ОН^-;

гиперфильтрация – обратный осмос, осуществляется через тонкие мембраны (тонкая пленка), которые пропускают через себя только молекулы воды.

3. Биологическая очистка воды

Биологическая очистка воды производится на полях орошения, биологических прудах, полях фильтрации и в искусственных аппаратах (аэротенках, биофильтрах). После осветления сточных вод образуется осадок, который сбрасывают в железобетонных резервуарах (метатенках), а затем удаляют на иловые площадки для подсушивания и потом используют как удобрение. Сейчас в осадке обнаруживают тяжелые металлы, поэтому нельзя на поля орошения.

Биологические пруды–искусственно созданные водоемы,в которых дляочистки сточных вод используются естественные процессы. Эти пруды могут применяться как для очистки, так и для глубокой очистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Это последнее назначение биологических прудов имеет преимущественное распространение.

Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Аэрация способствует улучшению деятельности микрофлоры и прямому окислению органики за счет кислорода воздуха. Конструкция биологического пруда с искусственной аэрацией для очистки и доочистки сточных вод пропускной способностью 1400 м³/сут приведена на рис. 15.

Рис. 15. Аэрируемые биологические пруды для очистки и доочистки

сточных вод

І – сточная вода, поступающая на первую ступень очистки; II – то же, поступающая на II и III ступени очистки; III – сточная вода после биологической очистки; ІV – то же, после доочистки;

1, 2, 3 – аэрируемый биологический пруд соответственно І, II, III ступени; 4, 5 –биологический пруд соответственно І и  II ступени с естественной аэрацией; 6 –контактная емкость; 7 –аэраторы

 

Кроме окислительного действия микрофлоры и кислорода воздуха значительную активность в очистке принимает высшая водная растительность, которая своей корневой системой сорбирует и поглощает органические и неорганические вещества-загрязнители. Водная растительность играет существенную роль в окислительных процессах, а также способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема.

Осветленная часть сточных вод очищается в аэротенках – закрытых сооружениях, где вода обогащается кислородом и смешивается с активным илом (плесень, дрожжи, водные грибы, коловратки) (углеродоокисляющие бактерии, углеродоокисляющие бактерии, бактерии – нитрификаторы).

Современные методы очистки: электрохимические – анодное окисление и катодное восстановление, электрофлотация; мембранные процессы очистки – ультрафильтры, электродиализ; магнитная обработка;радиоактивная очистка; озонирование.

Для защиты поверхностных вод от загрязнения необходимо:

1. безотходные технологии, безводные технологии, оборотное водоснабжение;

2. очистка сточных вод;

3. закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты.