Замкнутые водооборотные системы и методы очистки сточных вод

Стоимость очистки сточных вод очень велика. Так, если принять стоимость 90%–ной очистки за 1 единицу, то очистка на 99% дороже в 10 раз (10 единиц), а очистка стоков на 99,9%, которая как раз и требуется чаще всего, будет больше уже в 100 раз, т. е. составит 100 единиц. Поэтому частичная очистка сточных вод от загрязнений с целью их повторного использования в том же производстве оказывает­ся значительно дешевле их полной очистки. На этой концепции базируются замкнутые водооборотные системы – системы очистки промышленных стоков, в которых локально очищенная вода не сбрасывается в окружающую среду, а направляется снова в производственный цикл.

Создание замкнутых систем вод­ного хозяйства – весьма сложная задача. Крайне разнообразный химический состав сточных вод делает невозможной разработку универсальной бессточной технологической схемы. Поэтому можно говорить лишь об общих прин­ципах создания и проектирования бессточных схем:

– разработке научно обоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и опера­циях. В подавляющем большинстве случаев нет необходимости в использовании воды питьевого качества;

– максимальном внедрении систем воздушного охлаждения вместо водяного. Так, например, в результа­те внедрения установок воздушного охлаждения на предприяти­ях нефтепереработки потребление воды в среднем сократилось на 110 – 160 млн. м3/год (Омский нефтеперерабатывающий за­вод);

– размещении на промышленных площадях комплекса про­изводств (так называемых территориально-производственных комплексов), что должно обеспечить возможность много­кратного (каскадного) использования воды в технологических процессах и операциях;

– применении воды для очистки газов от твердых частиц, это допустимо только в замкнутых циклах.

Загрязненные сточные воды – это воды, которые в процессе использования засоряются различными компонентами и сбра­сываются без очистки, а также те, которые проходят очи­стку при норме, ниже установленной органами Государственного комитета РФ по охране окружающей среды. Сброс таких вод вызывает ухудшение качества воды в водном объекте.

Очистка промышленных стоков – это комплекс различных методов. Наиболее широко используется комбинация механической, реагентной (химической) и биохимической очисток.

1. Механическая очистка стоков включает в себя: отстой сточных вод в специаль­ных отстойниках, в результате которого происходит осаждение взвешенных в воде частиц; сбор нефтепродуктов и других нерастворимых в воде жидкостей с поверхности воды в отстойниках; фильтрацию воды через слой песка толщиной 1,5 – 2 м.

2. Реагентная (химическая) очистка – химическая очистка сточных вод путем обработки их реагентами, которые нейтрализуют загрязняющие вещества и переводят их в нетоксичную или малорастворимую форму.

3. Биохимическая очистка. Аэробная биохимическая очистка заключается в минерализации органических веществ промышленных или бы­товых стоков окислением их в присутствии аэробных микроорганизмов (минерализаторов). При этом микроорганизмы используют загрязняющие воду вещества в качестве продуктов питания. Процесс очистки проходит в условиях интенсивного потребления микроорганиз­мами растворенного в воде кислорода. Чаще всего источником аэробных бактерий служит так называемый активный ил.

В основе анаэробной биохимической очистки лежит метановое брожение, осуществляемое в присутствии метанообразующих бактерий. В качестве продуктов брожения получаются газ, состоящий из метана (65%) и СО2 (33%), и оса­док, который уплотняют, сушат и затем используют как удобрение или, если есть токсич­ные примеси, сжигают.

Эффективность биохимической очистки на самых современных установках 90% по органиче­ским веществам и лишь 20 – 40% по неорганическим, так как в результате нее практически не снижается солесодержание воды.

4. Обеззараживание воды. Последней стадией подготовки воды для питьевых нужд является ее обеззараживание – уничтожение в ней болезнетворных микроорганизмов с помощью хлора, фтора или озона. Через воду могут распространяться такие страшные инфекционные заболевания, как холера, брюшной тиф, гепатит и т.п. Долгие го­ды обеззараживание воды осуществляли хлорированием. Однако при взаимодействии хлора с ароматическими соединениями, содержащимися в воде, образуются полихлорированные бифенилы. Окис­ляясь, они превращаются в диоксины – яды. Учитывая этот факт, в 80-е гг. во многих странах перешли к обработке воды фтором, однако оказалось, что это не менее вредно, чем хлорирование. В настоящее время наиболее перспективным и безвредным считается обеззараживание воды озоном (О3).

5. Очистка воды от солей (деминерализация воды).

Вода питьевого качества должна содер­жать солей не более 1000 мг в литре, из них: хлоридов не более 350 мг/л и суль­фатов не более 500 мг/л. Существует несколько методов деминерализации природных и сточных вод:

– дистилляция (выпаривание); при кипячении сточной воды в пар переходит вода и летучие органические вещества, а минеральные и органические соли остаются в кубе. Основной недостаток этого метода – большой расход энергии – 0,080 ГДж/т. По этой причине самые мощные вы­парные установки сооружают на предприятиях атомной энергетики, имеющих дешевую тепловую энергию. Напри­мер, в г. Шевченко на базе атомного реактора методом дистилляции производят опреснение морской воды;

– вымораживание; при кристаллизации воды, содержащей соли, в первую очередь выделяются кристаллы пресного льда. По сравнению с дис­тилляцией вымораживание имеет энергетические, технологиче­ские, конструкционные преимущества;

– мембранные методы основаны на свойстве полупроницаемых мембран (синтетические полимерные пленки) избирательно пропускать через себя молекулы воды, но задерживать растворенные в ней соли и органические вещества. К ним относят электродиализ и ультрафильтрацию (обратный осмос). Электродиализ – метод деминерализации и концентрирования растворов, основанный на направленном переносе ионов солей в поле постоянного тока через полупроницаемую мембрану. За рубежом этот метод полу­чил широкое распространение для обессоливания морской воды. Например, в Ливии функционирует установка производительностью 20 тыс. м3/сутки, в США – 400 тыс. м3/сутки.

Метод обратного осмоса базируется на очистке водных растворов путем их фильтрации через полупроницаемую мембрану под давлением 6 – 8 МПа. Процесс характеризуется относительно небольшими затратами энергии. За ру­бежом освоено производство подобных установок производительностью до 1 тыс. м3/сутки;

– ионный обмен основан на избирательном поглощении ионов, содержащихся в воде, в слое ионита и является основ­ным для приготовления глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с котлами сверхвысокого и критического давления. Кроме того, он используется в водооборотных циклах на предприятиях для концентрирования и извлечения из сточных вод ценных компонентов (например, ионов тяжелых металлов). Широкое применение этот метод нашел и в практике смягчения воды, т. е. избавления ее от солей постоянной жест­кости.

6. Удаление остаточных органических веществ. После очистки в сточных водах могут остаться органические вещества. Лучший спо­соб их удаления – адсорбция активированным углем. Для этого воду пропускают через колонки с активи­рованным углем (время контакта 20 – 40 мин). Адсорбция эффективна для большин­ства органических соединений и используется для очистки бы­товых стоков от жидких отходов перегонки нефти, фенолов и других ароматических соединений. Метод позволяет очистить сточные воды до биологической потребности в кислороде менее или равно 1 мг О2/л (меньше нормы по ГОСТ).

23. Охрана атмосферы. Основные загрязнители атмосферы.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения вредными веществами используют:

– экологизацию технологических процессов;

– очистку газовых выбросов от вредных примесей;

– рассеивание газовых выбросов в атмосферу;

– устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Наиболее радикальная мера охраны атмосферы от загрязнения – экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в воздух загрязняющих веществ. Для уменьшения загрязнения атмосферы автомобильными выхлопами ученые ведут исследования по созданию экологически “чистых” видов транспорта. В частности, делаются попытки замены бензина более “чистым” топливом – метанолом (метиловый спирт), водородом и т.п., а также замены карбюраторных двигателей дизельными, газотурбинными и т.д.

К сожалению, нынешний уровень развития экологизации технологических процессов недостаточен для полного предотвращения выбросов токсических веществ в атмосферу. Поэтому на предприятиях повсеместно используются различные методы очистки газовых выбросов от токсичных веществ и аэрозольных частиц.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, негативно влияющих на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. Оно может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным). Естественное вызвано природными процессами. Сюда относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др.; антропогенное– выбросы в атмосферу различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своему объему оно зачастую превосходит природное загрязнение

В зависимости от масштабов распространения выделяют местное, региональное и глобальное типы загрязнений атмосферы. Первое характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и др.); при втором в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, но не вся планета; третьесвязано c изменением состояния атмосферы в целом.

Главные загрязнители воздуха (поллютанты)образуются в процессе производственной и иной дея­тельности человека; это диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы.). Помимо них, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ.

Другой формой загрязнения атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком этого являются так называемые термические зоны, например, “остров тепла” в городах, потепление водоемов и т.п.

В настоящее время в основном загрязняют атмосфер­ный воздух на территории России такие предприятия, как тепловые и атомные электростанции, про­мышленные и городские котельные и др., по производству черной и цветной металлургии, стройматериалов, по нефтедобыче и нефтехимии, автотранс­порт

Тепловые электростанции. Котельные уста­новки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выбрасывается дым.

Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) – выделяет продукты неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия.

Химическое производство

Выбросы автотранспорта

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха происходит также при добыче и переработке сырья на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при вы­бросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжи­гании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промыш­ленные комплексы по производству мяса, распыление пести­цидов и т.