Очистка сточных вод

  

 

 

 

 

 

  Содержание

 

                    ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………………….…………..2-3

                    РЕАГЕНТНЫЙ МЕТОД…………………………………………………………………………………………………3-4

                    БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД …………………………………………………………………………….………..4-5

                    ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ……………………………………………………………….…………..5-9

                    МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ…………………………………………………………………………………………….9-11

                    СОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ………………………………………………………………………….………………11-14

                    КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ……………………………………………………………..…………………14

                    ЛИТЕРАТУРА И ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ…………  …………………………………………………….15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   Введение

Очистка сточных вод – сложный процесс по обработке стоков с целью удаления из них загрязняющих веществ, по окончании процесса образуется очищенная вода и высококонцентрированный твердый отход (полностью готовый к утилизации). Поскольку процесс очистки сточных вод, многоступенчатый, он имеет несколько стадий обработки и методов очистки.

Водная оболочка земного шара — океаны, моря, реки, озера — называется гидросферой. Она покрывает 70,8% земной поверхности. Ученые подсчитали, что 97.5% всех запасов воды на планете Земля приходится на соленые воды морей и океанов. Иными словами, пресная вода составляет только 2.5% мировых запасов.  
Если учесть, что 75% пресной воды "заморожено" в горных ледниках и полярных шапках, еще 24% находится под землей в виде грунтовых вод, а еще 0.5% "рассредоточено" в почве в виде влаги, то получается, что на наиболее доступные и дешевые источники воды — реки, озера и прочие наземные водоемы приходится чуть больше 0.01% мировых запасов воды.

Сама по себе вода не имеет питательной ценности, но она является непременной составной частью всего живого. В растениях содержится до 90% воды, в теле же взрослого человека ее 60-65%, но это "усреднено" от общей массы тела. Если же говорить более детально, то кости — это всего 22% воды, однако мозг — это уже 75%, мускулы — тоже 75% воды (в них находится около половины всей воды тела), кровь состоит из воды  на 92 %.

Первостепенная роль воды в жизни всех живых существ, и человека в том числе, связана с тем, что она является универсальным растворителем огромного количества химических веществ. Т.е. фактически является той средой, в которой и протекают все процессы жизнедеятельности.

Вот лишь небольшой и далеко не полный перечень "обязанностей" воды в нашем организме.  
Вода:  
— Регулирует температуру тела.  
— Увлажняет воздух при дыхании.  
— Обеспечивает доставку питательных веществ и кислорода ко всем клеткам     тела.  
— Защищает и буферизирует жизненно важные органы.  
— Помогает преобразовывать пищу в энергию.  
— Помогает питательным веществам усваиваться органами.  
— Выводит шлаки и отходы процессов жизнедеятельности.  
Определенное и постоянное содержание воды — вот необходимое условие существования живого организма. При изменении количества потребляемой воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и усвоения пищи, кроветворения и пр. Без воды невозможна регуляция теплообмена организма с окружающей средой и поддержание температуры тела.

Человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды в своем организме и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды в количестве менее 2% веса тела (1-1.5л) появляется чувство жажды, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние, при 10% — галлюцинации, нарушение глотания. Потеря 10-20% воды опасна для жизни. Животные погибают при потере 20-25% воды.

Принимая во внимание то значение, которое вода имеет для жизнедеятельности человека и всего живого на Земле, приведенные цифры наглядно подтверждают сакраментальный тезис о том, что вода — одно из самых драгоценных сокровищ нашей планеты.  Академик А. Е Ферсман с полным основанием назвал воду «самым важным минералом на Земле, без которого нет жизни».

Интенсивное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы. По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение поверхности водоемов пленками масла, жиров, смазочных материалов препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом и оказывает отрицательное влияние на состояние фитопланктона и является причиной массовой гибели рыбы и птиц. По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наименований продукции, из которых 100 тыс. являются химическими соединениями, в том числе 15 тыс. — потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80% всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадает в водоисточники. Этим объясняется пристальное внимание, уделяемое во всем мире природным водам, их режиму, балансу, качеству, изменениям под влиянием антропогенной деятельности.

 Потребление воды удваивается каждые 10—12 лет. Одновременно увеличивается загрязненность вод, т е. происходит их качественное ухудшение. Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км3 сточных вод, которые в состоянии сделать непригодной к употреблению около 7 тыс. км3 чистой воды, что в 1,5 раза больше всего речного стока стран СНГ.

 

 

 

 

 

 

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, а также поверхностным стоком с прилегающих территорий. Значительное количество биогенных и органических веществ попадает в воду с сельскохозяйственных угодий, пастбищ и животноводческих ферм.

      Ежегодный  забор воды в РФ из водных  источников для использования составляет 75 млрд. м3. Во многих водных объектах Российской Федерации концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами.

 

 

РЕАГЕНТНЫЙ МЕТОД

Наиболее распространенный метод, заключающийся в переводе растворимых веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их в виде осадков [1].

В качестве реагентов используют гидроксиды кальция и 
натрия, сульфиды натрия, феррохромовый шлак, сульфат железа(II), пирит. Наиболее широко для осаждения металлов используется гидроксид кальция, который осаждает ионы металла в виде гидроксидов: 
Me n+ + nOH - = Me(OH)n

Наиболее эффективным для извлечения цветных металлов 
является сульфид натрия, т.к. растворимость сульфидов тяжелых металлов значительно ниже растворимости других труднорастворимых соединений - гидроксидов и карбонатов.

Процесс извлечения металлов сульфидом натрия выглядит так: 
Me 2+ + S 2- =MeS 
Me 3+ + S 2- =Me2S3

Сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, и поэтому для ускорения процесса их осаждения вводят коагулянты и флокулянты. Так как коллоидные частицы сульфидов имеют отрицательный заряд, то в качестве коагулянтов используют электролиты с многозарядными катионами - обычно сульфаты алюминия или трехвалентного железа, также их смеси. Соли железа имеют ряд преимуществ перед солями алюминия:

а) лучшее действие при низких температурах;

б) более широкая область оптимальных значений рН среды;

в) большая прочность и гидравлическая крупность хлопьев;

г) возможность использовать для вод с более широким диапазоном солевого состава.

При использовании смесей Al2(SO4)3 и FeCI3 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном применении реагентов. Кроме вышеназванных коагулянтов, могут быть использованы различные глины, алюминий содержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси и шлаки, содержащие диоксид кремния.

Для ускорения процесса коагуляции используют флокулянты, в основном полиакриламид. Добавка его в количестве 0.01% от массы сухого вещества увеличивает скорость выпадения осадков гидроксидов металлов в 2 - 3 раза. Метод реализован на большинстве предприятий в виде станций нейтрализации.

  Достоинства метода 
1) Широкий интервал начальных концентраций ИТМ. 
2) Универсальность. 
3) Простота эксплуатации. 
4) Отсутствует необходимость в разделении промывных вод 
и концентратов.

Недостатки метода  
1) Не обеспечивается ПДК для рыбохозяйственных водоемов. 
2) Громоздкость оборудования. 
3) Значительный расход реагентов. 
4) Дополнительное загрязнение сточных вод. 
5) Невозможность возврата в оборотный цикл очищенной 
воды из-за повышенного солесодержания. 
6) Затрудненность извлечения из шлама тяжелых металлов 
для утилизации. 
7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.

Процесс осаждения металлов включает следующие стадии:  
1) добавление фосфорной кислоты или ее кислой соли к водному раствору из расчета моль фосфата на моль тяжелого металла; 

 

 

 

 

 

2) понижение рН до 3 добавлением серной кислоты; 
3) добавление коагулянта FeCl3 в концентрации 0.75-1.5 г/л; 
4) увеличение рН раствора до 8.5 добавлением гидроксида  кальция и получение осадка, включающего скоагулированные фосфаты металлов; 
5) обезвоживание осадка.

Полученный осадок мало выщелачивается. Если водный раствор содержит цианид-ионы, то их окисляют до ступени 1 добавлением гипохлорита натрия и гидроксида натрия. Cr (VI) в сточных водах восстанавливают в Cr (III) метабисульфитом натрия между 2-й и 4-й ступенью. В качестве флокулянта используют ионный полимер

Также в США предложен способ удаления ионов тяжелых металлов из промышленных сточных вод добавлением 1-2 %-ной водной суспензии FeS2 .В результате обменной реакции в осадок выделяются тяжелые металлы в форме сульфидов.

 Еще один способ  удаления ионов тяжелых металлов  из сточных вод, также разработанный  в США, предполагает осаждать  их в виде сульфида тритиокарбонатом щелочного или щелочноземельного металла (Na2CS). Предпочтение отдается тритиокарбонатам Na, K, Ca; рН раствора устанавливают в интервале 6 – 9. Для полноты осаждения тритиокарбонат добавляют в небольшом избытке по отношению к содержанию тяжелых металлов в сточных водах. Часто требуется предварительная обработка сточных вод окислителем или восстановителем, например, восстановление хрома (VI) в хром (III) гидразином или метабисульфитом натрия. Осажденные сульфиды тяжелых металлов легко отделяются от воды. Из полученных осадков известными способами получают металлы, которые повторно используют в производстве.

В ФРГ для удаления тяжелых металлов из сточных вод предлагается метод осаждения с гипсом при рН 7-9 ксантогенатов этих металлов, являющихся центрами кристаллизации. Очищенная сточная вода поступает на биологические очистные сооружения, остаточная концентрация ксантогенатов безопасна в гигиеническом и токсикологическом отношении [2].

Способ, предложенный в Уфимском институте (Россия), включает обработку сточных вод железным купоросом и серосодержащим реагентом с последующим отделением образующегося осадка. С целью повышения скорости процесса при сохранении высокой степени очистки, в качестве серосодержащего реагента используют отработанный сульфидированный едкий натр – отход сероочистки нефтепродуктов и сжиженных газов едким натром – реагент ОСЕН

Для локальной обработки сточных вод от тяжелых металлов (Cu, Ni, Pb, Mn, Co, Fe, Zn, Cr 6+ и т.п.) перед сбросом в канализационную сеть предложено использовать хелатообразующий реагент с дитиоаминогруппами. Последний получают путем смешения одинаковых количеств органических диаминосоединений и CS2 при пониженной температуре в течение нескольких часов с последующей нейтрализацией щелочным раствором и удалением непрореагировавшего CS2 . Полученный раствор разбавляют до требуемой концентрации и добавляют к сточным водам. Образующийся после интенсивного перемешивания в течение 20 – 120 мин осадок хелатов вышеупомянутых металлов удаляют седиментацией или фильтрацией. 

 

 

 

 

2.2. БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД.

В последнее время у нас в стране и за рубежом увеличились масштабы проводимых исследований по разработке технологии выделения тяжелых цветных металлов из сточных вод гальванопроизводств биохимическим методом сульфатовосстанавливающими бактериями (СВБ). Однако достигнутое при этом снижение концентраций ионов тяжелых металлов, в частности таких, как хром, составило только 100 мг/л, что нельзя признать оптимальным, исходя из реальных концентраций ионов шестивалентного хрома (200 - 300 мг/л). В мировой практике было исследовано влияние высоких концентраций ионов тяжелых металлов на эффективность их извлечения биохимическим методом. Так, скорость изменения концентрации шестивалентного хрома определяли в стеклянных реакторах, строго выдерживая анаэробные условия протекания процесса. Для развития сульфатовосстанавливающих бактерий в реакторы вводили питательную среду Постгейта . Кроме того, отдельные серии опытов проводили на пилотной установке непрерывного действия, состоящей из биотенка проточного типа и отстойника.

В Уфимском нефтяном институте разработан комплексный метод биохимического извлечения хрома. Сущность его заключается в использовании специализированных бактериальных культур, отличающихся высокой стойкостью к отравляющему действию хрома. Хромсодержащие сточные воды подают в соответствующие емкости-накопители, затем - в биотенк, где смешиваются с бактериальными культурами. Из биотенка очищенные воды отводятся в отстойник, после чего направляются в фильтры для доочистки. Очищенная вода поступает на повторное использование. Хромсодержащие осадки, образующиеся в биотенках, отстойниках и фильтрах, подаются в шламонакопитель, обезвоживаются на вакуум-фильтрах и используются в качестве добавок при производстве строительных материалов.