Обработка жидких и твердых отходов

1. ВОПРОС.

Производственные и сельскохозяйственные предприятия, городское коммунальное хозяйства потребляют большое количество чистой воды. Пройдя весь производственный цикл, вода, в конечном счете «обогащается» и превращается в сточную воду. Состав сточных вод зависит от типа производства. Для отведения сточных вод от мест образования существуют специальные сети - системы водоотведения. Водоотведение – это совокупность технических средств, обеспечивающих удаление сточных вод за пределы промышленных предприятий или населенного пункта.

Для уменьшения отрицательного влияния загрязняющих веществ на экосистемы водоемов и здоровье человека. В Российской Федерации и в СНГ принята система нормирования на основе Предельно Допустимых Концентраций вредных веществ. ПДК вредных веществ определяются на основе гидрологических и гидродинамических особенностей водоемов, которые позволяют наметить комплекс технологических и санитарно-технических мероприятий по предупреждению загрязнения при проектировании, реконструкции промышленных предприятий и при изменении технологии производства.

Условия сброса вод регламентируются «Санитарными нормами и правилами охраны поверхностных вод от загрязнений: условия сброса сточных вод » 1988г. Наблюдение за качеством сбрасываемых сточных вод осуществляют Центры Госсанэпиднадзора и бассейновые управления. Установлены нормативы качества воды по двум видам водопользования:

• Вид 1. Участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, или для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;

• Вид 2. Участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха

населения, а также находящиеся и в черте города.

Нормативное содержание вредных веществ в воде водоемов после смешения со сточными водами (условия сброса СВ в водоемы по двум видам водопользования):

• Содержание растворенного O₂ не ‹ 4мг/дм

• БПК_ПОЛН не 3 и 6 мг/ дм (1и 2 видов)

• Концентрация взвешенных веществ не чем на 0,25 и 0,75 мг/дм (1 и2 видов )

• РН не 6,5 и не 8,5

• Минеральный состав 1000мг/дм

• Температура летом в результате сброса сточных вод не должна повышаться не более чем на 3⁰С летом

• Сточные воды не должны содержать минеральных масел и других плавающих веществ в таких количествах, которые способны образовывать на поверхности воды пленки, пятна и скопления

Жесткие требования установлены при сбросе очищенных сточных вод в водоемы по отношению запахов, привкусов, окраски, бактерий, микрофлоры и содержанию радиоактивных веществ.

Вопрос 2

Промышленные сточные воды в своем составе содержат взвешенные вещества растворимых и нерастворимых соединений: твердые и жидкие, которые можно разделить на три группы в зависимости от размеров частиц.

1. Грубодисперсные системы с размером частиц более 0,1мкм. (суспензии и эмульсии)

2. Коллоидные системы с размерами частиц 0,1мкм –1,0 мм

3. истинные частицы размеры, которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов.

Для удаления или снижения концентрации загрязняющих веществ применяют следующие методы очистки: механические, физико-химические, химические и биологические

Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют механические процессы периодического или непрерывного действия - процеживание, отстаивание (гравитационное или центробежное), фильтрование.

Механические методы очистки

1. Процеживание - Первичная стадия очистки сточных вод, предназначенная для выделения из сточных вод крупнокусковых и волокнистых материалов и нерастворимых примесей. Сточные воды пропускают через решетки и сита, которые устанавливают в коллекторах сточных вод перед отстойниками с целью извлечения крупных примесей, которые приводят к засорению труб и насосов. Решетки устанавливаются в неподвижном состоянии так и съемными, а также совмещенные с дробилками (коммутаторами). Устанавливаются они как вертикально так и под углом 60 -70 к горизонтали и постоянно должны очищаться от примесей. Сита используют для удаления частиц размером менее чем 0,5мм.

2. Отстаивание – Этот метод основан на осаждении из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести и осуществляется в песколовках, отстойниках и осветлителях. Песколовки –происходит удаление минеральных примесей (в основном, песка) время прохождения СВ через песколовки составляет 0,5-2,0 минут. Первичные отстойники – под действием гравитационных и центробежных сил происходит оседание твердых частиц на дно отстойника или всплывают на поверхность (метод флотации). Оседающие твердые частицы поступают в шламосборник или оседают на дне песколовки. Шлам удаляют ежесуточно. Оборудование, которое применяют для удаления тв. частиц: открытые гидроциклоны, напорные гидроциклоны и в центрифугах. В пищевой промышленности использую жироловки, маслоотстойники, смолоотстойники и осветлители.

3. Фильтрование – Применяют для удаления тонкодиспергированных примесей жидких и твердых веществ, когда удаление отстаиванием затруднено. Процесс фильтрования основан на пропускании жидкости через пористые или зернистые перегородки, которые задерживают диспергированную фазу Т.Ф. или Ж.Ф. под действием повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки. В качестве перегородок применяют: 1. Перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др. 2. Тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, шерстяные, хлопчатобумажные, из искусственного и синтетического волокна. 3. Зернистые материалы (антрацит, песок, гравий, гранитный щебень и т.п.). После фильтрования осадок удаляют сжатым воздухом, либо промывают жидкостью под давлением.

Выбор того или иного метода зависит от размера частиц примесей, физических свойств, концентрации взвешенных частиц, расхода вод и необходимой степени очистки

Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию З.В. и способствующих выпадению нерастворимых или частично растворимых веществ: флотация, сорбция, коагуляция, хлорирование, флокуляция, экстракция, ионный обмен, диализ

Диализ – процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате

Электродиализ процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока, обычно этот метод используют для минерализации сточных вод.

Флотация основана на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками. Молекулы нерастворенных частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды. Воздух подают компрессами.

Сорбция – основана на пропускании сточных вод через слой естественных или искусственных сорбентов

Коагуляция - введение коагулянтов (сульфат алюминия, железа, магния, шламовые отходы) в сточные воды агрегативная устойчивость нарушается, образуются более крупные частицы (хлопья), которые удаляются механическими методами, эффективная очистка может достигать 90-95%

Флокуляция- процесс агрегации мелких частиц загрязнений в воде за счет образования мостиков между ними и молекулами флокулянтов (крахмал, целлюлоза, синтетические органические полимеры, эфир). Процесс осветления сточных вод ускоряется.

Экстракция – очистка сточных вод основана на распределении З.В. в смеси двух взаимно нерастворимых жидкости в зависимости от его растворимости в них. В процессе экстракции экстрагент вводят в обрабатываемую воду. После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно превышает остаточную концентрацию в сточной воде, и экстракт отделяется от обработанной сточной воды. Его отделяют различными способами и утилизируют экстрагируемое вещество, экстрагент вновь используют в технологическом процессе

Биологические методы очистки сточных вод

Этот метод основан на способности микроорганизмов использовать органические и некоторых неорганические (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) соединения для питания в процессе жизнедеятельности. При этом микроорганизмы частично разрушают вещества, превращая их в воду, диоксид углерода, нитрат-, сульфат- ионы. Существует два способа биоокисления веществ: аэробный и анаэробный.

• Аэробный метод – основан на использовании аэробных групп организмов (бактерий, водорослей, грибков) для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40 С, концентрация растворенного кислорода не менее 2мг/дм, оптимальная среда обитания при рН воды равной 6,5-7,5. При изменении кислородного, температурного режимов и рН среды меняется состав и количество микроорганизмов, а также происходит снижение скорости утилизации органических веществ.

Анаэробный метод – основан на использовании анаэробных групп бактерий для жизнедеятельности которых необязателен приток кислорода. Данный метод применяют для обезвреживания осадков, образующихся при биологической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных С.В. (БПК 4-5 г/дм³), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. продуктами, которого являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения диоксид углерода, водород, метан. Для очистки сточных вод обычно используют метановое брожение, процесс осуществляется герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособлением для ввода несброженного и отвода сброженного осадка (метатенки). Реакция, протекающая в резервуаре:

CO₂ + 4H₂ A→CH₄ +4A +2H₂O

(4H₂ A – органическое вещество, содержащее водород).

Естественные и искусственные методы биоочистки

К естественным методам биологической очистки относятся почвенные методы и очистка сточных вод в биопрудах.

1. Поля орошения: это специально подготовленные земельные участки, которые одновременно используются для очищения сточных вод и агрокультурных целей: очистка происходит под действием солнца, почвенной микрофлоры, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

2. Поля фильтрации –предназначены для биоочистки: фильтрующий слой почвы в котором задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образуя в порах грунта микробиальную пленку, которая адсорбирует коллоидные частицы и раствор в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. 1.3.

3. Биологические пруды – в прудах осуществляется, как простая очистка так и более глубокая очистка бытовых и производственных сточных вод. Существуют пруды, как с естественной аэрацией, так и с искусственной. При естественной глубина прудов 1м, они хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. При искусственной аэрации происходит продувка воздуха через толщину воду при помощи механических аэраторов и глубина пруда увеличивается до 3м. Применение искусственной аэрации позволяет ускорить процесс очистки сточных вод.