Методы очистки сточных вод

Лабораторная работа

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Цель работы: Ознакомиться с видами загрязнения, а так же с существующими методами очистки сточных вод.

Задачи: Создать модели сточных вод разной степени загрязнения и провести очистку данной воды в домашних условиях.

 

Теоретическая часть

Общая характеристика сточных вод

Вода является необходимым условием жизни на Земле. Она входит в состав всех тканей живых организмов. Живая клетка на 60 – 90% состоит из воды. Природные воды (морские, речные, дождевая, снеговая и др.) являются составляющими глобального круговорота воды в природе. Любой природный водоем связан с окружающей средой, из которой в воду поступают различные загрязнения.

Загрязняющим веществом считается избыточная примесь, которая нарушает нормативы качества воды. В воду загрязнения могут поступать с атмосферными осадками, поверхностными или подземными стоками, а также в виде непосредственных сбросов.

Сточная вода – это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию. В зависимости от условий образования сточные воды делятся на бытовые или хозяйственно-фекальные, промышленные и поверхностный сток.

Хозяйственно-бытовые воды – это стоки душевых, бань, прачечных, столовых, туалетов, от мытья полов и др. Они содержат примеси, из которых примерно 58 % составляют органические вещества и 42 % – минеральные.

Поверхностный сток образуется в результате выпадения атмосферных осадков, таяния снега и стока с территории предприятий. Эти воды загрязняются органическими и минеральными веществами.

Промышленные сточные воды представляют собой жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке органического и неорганического сырья. В технологических процессах источниками сточных вод являются:

1) воды, образующиеся при протекании химических реакций (они загрязнены исходными веществами и продуктами реакции);

2) воды, находящиеся в виде свободной и связанной влаги в сырье и исходных продуктах и выделяющиеся в процессах переработки;

3) промывные воды после промывки сырья, продуктов и оборудования;

4) маточные водные растворы;

5) водные экстракты и абсорбенты;

6) воды охлаждения;

7) другие сточные воды: води с вакуум-насосов, конденсаторов смешения, систем гидрозолоудаления, после мытья тары, оборудования и помещений.

Промышленные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные преимущественно сточные воды содержат различные примеси в зависимости от вида производства и подразделяются на три группы:

1. Загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности, заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных материалов и изделий и др.)

2. Загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, микробиологической промышленности: заводы по производству пластмасс, каучука и др.).

3. Загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, текстильной, легкой, целлюлозно-бумажной, фармацевтической промышленности: заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, витаминов и др.).

Существует несколько путей уменьшения количества загрязненных сточных вод, среди которых следует отметить следующие:

1. Разработка и внедрение безводных технологических процессов.

2. Усовершенствование существующих процессов.

3. Разработка и внедрение современного оборудования.

4. Внедрение аппаратов воздушного охлаждения.

5. Повторное использование очищенных сточных вод в оборотных и замкнутых системах.

Основным направлением уменьшения сброса сточных вод и загрязнения ими водоемов является создание замкнутых систем водного хозяйства. Под замкнутой системой водного хозяйства промышленного предприятия понимается система, в которой вода используется в производстве многократно без очистки или после соответствующей обработки, и которая исключает образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Для создания замкнутых систем водоснабжения, а также перед сбросом в водоприемник промышленные сточные воды подвергаются очистке механическими, химическими, физико-химическими, биологическими и термическими методами.

По типу загрязняющих веществ загрязнения можно классифицировать следующим образом:

- механическое загрязнение – вызвано компонентами, оказывающими лишь механическое воздействие (взвеси мелких частиц, волокон, выбрасываемых целлюлозно-бумажной промышленностью, и т.д.);

- химическое загрязнение – обусловлено химическими веществами, входящими в состав ядохимикатов, моющих средств и т.д.;

- биологическое загрязнение – связано с появлением в водоёме большого количества микроорганизмов;

- физическое загрязнение – изменение физических параметров водоёма (температуры, освещенности и т.д.).

По характеру вносимых помех загрязнения подразделяются на:

- ингредиентное – внесение в водоёмы веществ, чуждых естественным биоценозам (бытовые и промышленные отходы);

- параметрическое – изменение параметров водной среды;

- биоценотическое – воздействие на состав и структуру популяций живых организмов, обитающих в водоёме;

- стационально-деструктивное – изменение структуры экосистемы водоёма в процессе его использования.

 

Методы очистки сточных вод

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очищенных сточных водах. При этом необходимо иметь в виду, что требуемые 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. Выбор объема усреднителя концентрации примесей сточной воды зависит от коэффициента подавления.

Механическая очистка

Для очистки сточных вод от взвешенных веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. В вертикальных или наклонных решетках, ширина прозоров обычно составляет 15...20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверхности решеток используют ручную или механическую очистку.

Физико-химические методы очистки

Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

Коагуляция и флокуляция

Коагуляция и флокуляция — это другие, принципиально близкие способы физико-химической очистки производственных сточных вод и стоков другого происхождения. Во время этих процессов происходит реакция загрязняющих стоки веществ:

1. с минеральными соединениями - данный процесс очистки сточных вод называется коагуляция;

2. с высокомолекулярными агентами - данный процесс очистки стоков называется флокуляция.

Флотация

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса имеет место 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.

Эвапорация

Эвапорация реализуется обработкой паром сточной воды с содержанием летучих органических веществ, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды. Процесс эвапорации осуществляют в испарительных установках, в которых при протекании через эвапорационную колонну с насадками из колец Рашига навстречу потоку острого пара сточная вода нагревается до температуры 100° С. При этом содержащиеся в сточной воде летучие примеси переходят в паровую фазу и распределяются между двумя фазами (паром и водой).

Гиперфильтрация

Гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, поры которых размером около 1 нм пропускают молекулы воды, задерживая гидратированные ионы солей или молекулы недиссоциированных соединений. По сравнению с другими методами очистки гиперфильтрация требует малых энергозатрат, установки для очистки конструктивно просты и компактны, легко автоматизируются, фильтрат имеет высокую степень чистоты и может быть использован в оборотных системах водоснабжения, а сконцентрированные примеси сточных вод легко утилизируются или уничтожаются.

Электрохимическая очистка

Электрохимическая очистка, в частности, электрохимическое окисление 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.

Биохимическая очистка

Биохимическую очистку воды производят следующими методами:

• Поля фильтрации – один из методов биохимической очистки воды. Сточными водами периодически максимально заполняют огороженные участки земли. Затем вода фильтруется природным образом проходя через почвенные поры. Примеси органических веществ задерживаются почвой и подвергаются разложению бактериями, в то время как очищенная вода собирается дренажной системой.

• Поля орошения – это специально выделенные участки земли, на которых происходит взращивание технических культур растений, и в тоже пору очищение применяемых для полива сточных вод. Отчистка от загрязнений происходит за счет естественных процессов, происходящих в почве. В результате разложения органических веществ в процессе жизнедеятельности микроорганизмов повышается плодородие почвы. 1 гектар полей орошения может принять до 50 кубометров сточных вод в сутки.

• Аэротенки – это искусственные резервуары, в которые загружают сточные воды, активный ил и обеспечивают доступ кислорода. Очищение обеспечивает рециркулируемый активный ил, который представляет собой специальный набор бактерий и простейших, способствующих максимально эффективному очищению.

• Биофильтры - очистительные сооружения, в которых находится специальный загрузочный материал (щебень, галька, керамзит, пластмасса). До начала очистительного процесса на поверхности загрузочного материала выращивают микроорганизмы, которые формируют биологическую пленку. Проходя через биофильтр, примеси сточных вод остаются на загрузочном материале, где происходит их разложение микроорганизмами биологической пленки. Вода в биофильтрах может подвергаться дополнительной аэрации.

Основным преимуществом биохимического метода отчистки является получение на выходе максимально чистой воды. Кроме того, в процессе отчистки не образуется никаких отходов, требующих отдельной утилизации.

• Реагентный метод очистки сточных вод - сутью реагентного метода очистки является использование химических реакций для инактивации токсических веществ, например за счет выпадения последних в нерастворимый осадок, который в последствии удаляют механически.

 

Практическая часть

Приборы и материалы: 5 прозрачных пластиковых стаканчиков, 10 таблеток активированного угля, свекольный сок, одноразовый шприц 10 мл.

Порядок выполнения. В каждую из пяти стаканчиков наливаем по 50 мл воды из-под крана. Добавим в первый стаканчик 2 капли свекольного сока, во второй стаканчик – 5 капель, в третий – 10 капель, в четвертый – 25 капель и в пятый стаканчик 100 капель.

В каждый стаканчик добавим по одной измельченной таблетки активированного угля, перемешаем и оставим на час. Оценим по изменению цвета на сколько очистилась вода.

Как видно на фотографии, спустя час, вода в каждой из стаканчиков обесцветилась примерно на 30%, особо заметно это в первом и во втором стаканчике. Изменения цвета, обесцвечивание, говорит нам о том, что вода постепенно очищается в стаканах.

Активированный уголь — это адсорбент, то есть вещество, впитывающее в себя из воды множество загрязнений.

Активированный уголь содержит множество микротрещин и постепенно сужающихся пор. Во время очистки вода просачивается через эти поры, оставляя в них загрязнения. В нашем случае в роли загрязнителя выступает свекольный сок, а точнее его краситель темно-малинового или темно-красного цвета. Поскольку любое пустое пространство стремится быть заполненным, эти поры постепенно заполняются всеми загрязнениями, которые способны в себя впустить.

Повторим данный опыт, не измельчая активированный уголь. Сравним результаты очистки воды активированным углем с измельчением и без измельчения.

Вода изменила окрас, но примерно на 10% процентов. Это говорит нам о том, что процесс очистки воды хоть и идет, но дольше чем в предыдущем опыте.

Вывод: Без измельчения активированного угля реакция очистки воды протекала более медленнее, чем при измельченном виде таблетки.