Методы очистки сточных вод

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

Введение                                                                                                                         3  
1. Методы очистки сточных вод                                                                                 4  
1.1. Гидромеханические методы очистки сточных вод                                          5  
1.2. Химические методы                                                                                             14  
1.3. Физико-химические методы                                                                               20  
1.4. Электрохимические методы                                                                               27  
1.5. Биохимические методы                                                                                       30  
Заключение                                                                                                                   34  
Список литературы                                                                                                     35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Среди различных  видов загрязнения окружающей среды, химическое загрязнение природных вод имеет особое значение. Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Кардинальное решение проблемы охраны окружающей среды состоит в разработке и внедрении экологически безопасных, безотходных технологических процессов и производств. Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды в настоящее время решаются в двух направлениях. Одно из них – разработка и внедрение малоотходных и безотходных технологий и процессов, другое – модернизация действующих предприятий, замена устаревших процессов новыми, повышение качества очистки сточных вод, внедрение замкнутых производственных циклов.

Гальваническое  производство является одним из крупных  потребителей воды, а его сточные воды – одними из самых токсичных и вредных [1].

Основным  видом отходов гальванического  производства являются промывные воды, содержащие в большом количестве ионы тяжелых металлов. Для снижения количества тяжелых металлов в сточных водах до предельно допустимых концентраций (ПДК) необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей, возвращать в технологический процесс, а извлеченные примеси – на захоронение или переработку. Таким образом очистка сточных вод является одной из самых актуальных проблем.

 

1. МЕТОДЫ ОТЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

 

Перед сбросом  в водоемы или направлением в  замкнутые системы водоснабжения сточные воды подвергаются очистке. Методы очистки сточных вод подразделяются на рекуперационные и деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ. При использовании деструктивных методов вещества, загрязняющие воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.

Очистные  сооружения гальванических производств  можно классифицировать следующим образом:

- по гидравлическим  условиям работы: проточные, непроточные  и комбинированные;

- по режиму  работы: непрерывно работающие и  периодически работающие;

- по степени  разделения категории сточных  вод: с полным разделением потоков (хромсодержащие, кислотно-щелочные, циансодержащие, содержащие комплексные соединения и др.), с частичным разделением потоков (общий сток и циансодержащие стоки), без разделения потоков (при отсутствии циансодержащих стоков);

- по характеру  работы в системе водного хозяйства:  работающие в прямоточной системе, работающие в оборотной (частично замкнутой) системе, работающие в прямоточной системе с повторным использованием воды и работающие в полностью замкнутой (бессточной) системе;

-по месту  сброса очищенных сточных вод:  со сбросом в производственную  канализацию, со сбросом в городскую канализацию, со сбросом в водоем;

- по схеме  очистки: одноступенчатые и многоступенчатые, с обессоливанием воды и без обессоливания воды, реагентные, малореагентные и безреагентные;

- по применяемой  технологии очистки: нейтрализационные,  химической очистки, физико-химической очистки, биологической очистки и комбинированные.

Выбор метода очистки и конструктивное оформление процесса производятся с учетом следующих факторов: 1) санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству очищенных вод с учетом дальнейшего их использования; 2) количества и качества сточных вод; 3) эффективности процесса обезвреживания.

В процессе очистки  сточных вод образуются большие  массы осадков, которые

подвергаются обезвреживанию, обеззараживанию, обезвоживанию, сушке  и подготавливаются к дальнейшему использованию.

Основными методами очистки кислотно-щелочных сточных вод являются:

-механический  метод очистки (процеживание, отстаивание,  фильтрование и т.д.);

-физико-химический метод очистки  (коагуляция, флокуляция, ионный обмен и т.д.);

- химические  и электрохимические методы;

- термические  методы.

 

                     1.1. Гидромеханические методы очистки  сточных вод  

Промышленные  и бытовые сточные воды содержат взвешенные частицы растворимых и нерастворимых веществ. Взвешенные примеси (твердые и жидкие) образуют с водой дисперсную систему. В зависимости от размера частиц дисперсные системы делятся на три группы: 1) грубодисперсные системы с частицами размером более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии); 2) коллоидные системы с частицами размером от 0,1 мкм - 1 нм; 3) истинные растворы, имеющие частицы, размеры которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов.

Для удаления взвешенных частиц из сточных вод  используют гидромеханические процессы (периодические и непрерывные) процеживания, отстаивания (гравитационное и центробежное), фильтрование. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико-химических свойств и концентрации взвешенных частиц, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.

Очистка сточных вод процеживанием и  отстаиванием.

Процеживание. Важной и обязательной мерой очистки и подготовки воды для последующей очистки является удаление из сточных вод крупных загрязнений. Для этого в составе всех очистных сооружений проектируются решетки. Они выполняются из ряда металлических стержней, расположенных параллельно друг другу и создающих плоскость с прозорами, через которую процеживается вода.

Для устройства решеток применяются стержни  прямоугольной с закругленной лобовой частью, круглой и других форм. Толщина стержней равна 6-10 мм. Ширина прозоров между стержнями обычно принимается 16 мм. Скорость движения воды в прозорах решеток принимается равной 0,8-1,0 м/с.

Размер решеток  определяется из условия обеспечения  в прозорах решеток оптимальной скорости 0,8-1,0 м/с при максимальном расходе сточных вод.

Для удаления более мелких взвешенных веществ, а также ценных продуктов, применяют сита, которые могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Сито барабанного типа представляет собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1,0 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от подвода воды снаружи или внутрь. Задерживаемые примеси смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от диаметра барабана и его длины, а также от свойств примесей. Сита применяют в текстильной, целлюлозно-бумажной и кожевенной промышленности.

Отстаивание. Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы  различной формы и размера. Такие воды представляют собой полидис-персные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе и коагулянты. Эти явления также оказывают влияние на форму и размеры частиц. Все это усложняет установление действительных закономерностей процесса осаждения.

Песколовки. Их применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,20-0,25 мм) из сточных вод. Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1,00 м. Скорость движения воды в них не превышает 0.3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м³/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0.05 м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости  от количества сточных вод,

концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.

Отстойники. Различают отстойники: горизонтальные, вертикальные, радиальные, тонкослойные (трубчатые, пластинчатые).

Горизонтальные отстойники. Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения (рис.1, а). Вода движется с одного конца отстойника к другому.

 

Рис. 1. а - горизонтальный: 1 - входной лоток; 2 - отстойная камера; 3 - выходной лоток-, 4 -приямок; б- вертикальный: 1-цилиндрическая часть; 2 -- центральная труба; 3 - желоб; 4 -коническая часть: в - радиальный: 1 - корпус; 2 - желоб; 3 - распределительное устройство; 4 - успокоительная камера; 5 - скребковый механизм; г -трубчатый, д - с наклонными пластинами: 1 - корпус; 2 - пластины; 3 – шламоприемник

 

Глубина отстойников  равна (Н)= 1,5-4.0 м, длина - 8-12 Н, а ширина коридора - 3-6 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м³/сут. Эффективность отстаивания достигает 60%.

В отстойнике каждая частица движется с потоком  воды под действием силы тяжести вниз. В отстойнике успеют осесть только те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника в пределах его длины. Горизонтальную скорость движения воды в отстойнике принимают не более 0.01 м/с. Продолжительность отстаивания - 1-3 ч.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем (рис.1, б) Сточную воду подводят по центральной трубе. После поступления внутрь отстойника вода движется снизу вверх к желобу. Для лучшего ее распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Таким образом, осаждение происходит в восходящем потоке, скорость которого равна 0,5-0.6 м/с. Высота зоны осаждения - 4-5 м. Каждая частица движется с водой вверх со скоростью н и под действием силы тяжести вниз щ_oc. Поэтому различные частицы будут занимать различное положение в отстойнике. При щ_oc>н частицы будут быстро оседать, при щ_oc< н - уноситься вверх. Эффективность осаждения в вертикальных отстойниках ниже на 10-20%, чем в горизонтальных.

Радиальные отстойники. Они представляют собой круглые в плане резервуары (рис 1, в). Вода в них движется от центра к периферии. При этом минимальная скорость наблюдается у периферии. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20000 м³/сут. Глубина проточной части отстойника 1,5-5,0 м. а отношение диаметра к глубине от 6 до 30. Обычно используют отстойники диаметром 16-60 м. Эффективность осаждения их составляет 60%.

Тонкослойные отстойники можно рекомендовать для эффективного выделения тонкодисперсных примесей. Их применяют для осветления слабо-концентрированных производственных сточных вод, содержащих тонко-диспергированные нерастворимые примеси, преимущественно небольшой плотности, или в качестве второй ступени при обработке концентрированных производственных стоков, особенно содержащих полидисперсные системы загрязнений [12]. Малая глубина отстойников (Н =0,2 ÷ 0,3 м [12]) обеспечивает осветление воды в течение 4 – 10 мин, что позволяет значительно уменьшить их габариты по сравнению с габаритами отстойников других типов и размещать в закрытых помещениях. Тонкослойные отстойники в общем случае представляют собой резервуары глубиной 0,2 – 0,3 м с полочными (полочные отстойники) или трубчатыми вставками (трубчатые отстойники) (дренами).

Рабочими  элементами трубчатых отстойников являются трубки диаметром 25-50 мм и длиной 0,6-1,0 м(рис.1, г). Трубки можно устанавливать с малым (до 5°) и большим (45-60°) наклоном. Трубчатый отстойник с небольшим наклоном работает периодически.