Средства защиты гидросферы

Методы и средства защиты гидросферы могут использоваться как для очистки сточных вод, так и других видов воды (питьевой, технической), что и определяет выбор схемы и конкретного технологического оборудования, используемого для очистки [8, 9|.

Во всех случаях, как правило, первой стадией очистки является механическая, второй — физико-химическая и третьей — биологическая. При этом на многих стадиях физико-химической и биологической очистки воды могут дополнительно применяться сооружения вторичной механической очистки (вторичные отстойники) для выделения из воды нерастворимых примесей. При этом необходимо иметь в виду, что требуемая эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточных вод. С этой целью применяют усреднение концентрации примесей или расхода сточных вод, а в отдельных случаях и по обоим показателям одновременно. Для этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители!, выбор и расчет которых зависит от параметров изменяющихся по времени сбросов сточных вод.

К механическим видам очистки сточных вод от взвешенных веществ относятся процеживание, отстаивание, обработка в поле действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокиоуловителях. При процеживании в вертикальных или наклонных решетках с шириной прозоров 15—20 мм на них образуется осадок вредных веществ, требующий периодического удаления и последующей обработки, что приводит к дополнительным затратам.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод целлюлознобумажных и текстильных предприятий используют волокноуловители, например, с использованием перфорированных дисков или в виде движущихся сеток с нанесенным на них слоем волокнистой массы.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды, которое реализуется в песколовках, отстойниках и жироуловителях.

Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размеров более 0,25 мм. В зависимости от направления движения сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые.

Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов. В зависимости от направления движения потока сточной воды применяют горизонтальные, радиальные или комбинированные отстойники.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от состава примесей (материала, размера, формы частиц и др.), а также от конструктивных и геометрических характеристик гидроциклона.

Фильтрование применяют для очистки сточных вод от тоикодисперсных примесей низкой концентрацией как на начальной стадии очистки сточных вод, так и после некоторых методов физико-химической или биологической очистки. Применяют в основном два типа фильтров: зернистые, в которых очищаемую сточную воду пропускают через насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовляют из связанных пористых материалов (сеток, натуральных и синтетических тканей, спеченных металлических порошков и т. п.).

В настоящее время для очистки сточных вод от маслопродуктов широко используют фильтры с фильтровальным материалом из частиц пеноиолиуретана. Пенополиуретановые частицы, обладая большой маслопоглощающей способностью, обеспечивают эффективность очистки до 0,97—0,99 при скорости фильтрования до 0,01 м/с. При этом насадка из пенополиуретана легко регенерируется при механическом выжимании маслопродуктов.

Физико-химические методы очистки используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Основными из них являются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная и электрохимическая очистка, гиперфильтрация, эвапорация, выпаривание, испарение и кристаллизация.

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса — молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде газа. Образование агрегатов «частица — пузырьки газа» зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, избыточного давления газа в сточной воде и т. п.

В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др.

Экстракция сточных вод основана на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента), например, при очистке сточных вод от фенола в качестве экстрагента используется бензол или бутилацетат. Для интенсификации процесса экстракции перемешивание смеси сточных вод с экстрагентом осуществляют в экстракционных колоннах, заполненных насадками из колец Рашига.

Нейтрализация сточных вод предназначена для выделения из них кислот, щелочей и их солей, основана на объединении ионов водорода и гидроксильной группы в молекулу воды, в результате чего сточная вода приобретает значение pH = 7, соответствующее нейтральной среде. Наиболее дешевым и доступным реагентом для нейтрализации кислотных сточных вод является гидроокись кальция (гашеная известь), а для нейтрализации щелочных сточных вод используют серную, соляную, азотную, фосфорную и другие кислоты.

На практике используют три способа нейтрализации сточных вод:

• — фильтрационный — путем фильтрования сточной воды через насадки кусковых или зернистых материалов;
• — водно-реагентный — добавлением в сточную воду реагента в виде раствора или сухого вещества (извести, соды или шлака); нейтрализующим раствором может быть и щелочная сточная вода;
• — полусухой — перемешиванием высококонцентрированных сточных вод (например, отработанного гальванического раствора) с сухим реагентом (известью, шлаком) с последующим образованием нейтральной тестообразной массы.

Сорбцию применяют для очистки сточных вод от растворимых примесей. В качестве сорбентов используют любые мелкодисперсные материалы.

(золу, торф, опилки, шлаки, глину); наиболее эффективный сорбент — активированный уголь.

Ионообменную очистку применяют для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей посредством ионитов — синтетических ионообменных смол, изготовленных из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака в сточной воде.

Электрохимическая очистка осуществляется электролизом и реализуется двумя путями: окислением веществ путем передачи электронов непосредственно на поверхности анода или через вещество-переносчика, а также в результате взаимодействия с сильными окислителями, образовавшимися в процессе электролиза.

Электрохимическое окисление применяют для очистки сточных вод гальванических процессов, содержащих простые или комплексные цианиды цинка, меди, железа и других металлов. Электрохимическое окисление осуществляют в электролизерах непрерывного или периодического действия. На аноде происходит окисление цианидов в малотоксичные и нетоксичные продукты (цианаты, карбонаты, диоксид углерода, азот), а на катоде — разряд ионов водорода с образованием газообразного водорода и разряд ионов меди, цинка, кадмия, образующихся при диссоциации комплексных анионов с содержанием CN-группы.

Гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, норы которых размером около 1 нм пропускают молекулы воды, задерживая гидратированные ионы солей или молекулы недиссоциированных соединений. Этот метод привлекателен незначительным энергопотреблением, простотой и компактностью оборудования, доступностью автоматизации, высокой чистотой фильтрата, что весьма важно для оборотных систем водоснабжения. Для мембран используют ацетатцеллюлозные, полиамидные и тому подобные полимерные материалы с ресурсом работы до двух лет.

Эвапорация реализуется обработкой паром сточной воды с содержанием летучих органических веществ, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды.

Выпаривание, испарение и кристаллизацию используют для очистки небольших объемов сточной воды с большим содержанием летучих веществ.

Биологическую очистку применяют для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ. Она основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т. п.). Процесс реализуется в две стадии, протекающие одновременно, но с различной скоростью: адсорбция из сточных вод тонкодисперсных и растворенных примесей органических веществ и разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микроорганизмов при протекающих в них биохимических процессах (окислении или восстановлении). Обе стадии реализуются как в аэробных, так и в анаэробных условиях в зависимости от видов и свойств микроорганизмов. Биологическую очистку осуществляют в естественных (на полях фильтрации, полях орошения и в биологических прудах) и искусственных условиях (биофильтрах).

В связи с низкой производительностью, а также риском загрязнения больших площадей токсичными примесями очистка сточных вод в естественных условиях в настоящее время используются редко.

Биофильтры (аэротенки и окситенки) получили широкое применение для очистки любых сточных вод. В качестве фильтровального материала для их загрузки используют шлак, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и т. п. При малых объемах сточных вод (до 1000 м³) для работы биофильтра достаточно естественной подачи воздуха, при больших расходах и сильно концентрированных примесях необходима его принудительная подача.

Нормальный ход процесса очистки устанавливается после образования на загрузочном материале биологической пленки, микроорганизмы которой адаптировались к органическим примесям сточных вод. Период адаптации обычно составляет 2—4 недели, хотя в отдельных случаях он может достигать нескольких месяцев.

Аэротенки — сооружения для биологической очистки сточных вод с подачей воздуха, используемые для очистки больших объемов сточных вод, позволяют эффективно регулировать скорость и полноту протекающих в них биохимических процессов, что особенно важно для очистки промышленных сточных вод нестабильного состава. В зависимости от состава примесей сточных вод и требуемой эффективности очистки применяют аэротенки с дифференцируемой подачей воздуха, аэротенки-смесители с дифференцируемой подачей сточной воды и аэротенки с регенераторами активного ила.

Окситенки — сооружения для биологической очистки сточных вод с применением аэрации чистым кислородом или воздухом, обогащенным кислородом, обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в них технического кислорода и повышения концентрации активного ила.