В настоящее время ценность пресной воды как природного ресурса весьма велика и продолжает расти. Её используют в быту, промышленности и прочих аспектах жизнедеятельности. С древних времен поселения людей и размещение промышленных объектов реализовывались в непосредственной близости от пресных водоёмов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей. При постоянном использовании вода загрязняется веществами минерального и органического происхождения. Такую воду принято называть сточной. Сточные воды, в зависимости от происхождения, могут содержать возбудители различных болезней или же токсичные вещества. Поэтому важно, чтобы системы водоснабжения городов и промышленных предприятий были оснащены сооружениями, реализующими отведение, очистку, обезвреживание и использования воды и образующихся сторонних осадков, иначе возможны катастрофические последствия. Примером такой катастрофы является эпидемия холеры в Англии в 1854 году, что привело к гибели тысяч людей. Данное событие послужило серьезным толчком к действию. И уже к 1876 г. В Англии было достигнуто серьезное развитие комплексных систем водоотведения и очистных сооружений.
Особое значение развитие современной системы водоотведения бытовых и производственных вод, обеспечивающих высокий уровень защиты окружающей среды от загрязнений, поскольку значительное увеличение численности населения планеты гарантирует больший уровень бытовых и не только бытовых отходов, что служит серьезным фактором риска для благосостояния нашей планеты.
В ходе данного реферата будут рассмотрены различные методы очистки сточных вод, меры и методы контроля очистки, а также применяемое для этой задачи различное оборудование.
1. Общие понятия и задачи очистки сточных вод
Сточные воды — это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения.
По происхождению сточные воды могут быть классифицированы на следующие:
Очистка бытовых сточных вод
... сточных вод. 1. Актуальность решения проблемы очистки сточных вод Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни человека. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека. ... уже сейчас невозможно взять питьевую воду из скважин без серьезной очистки. Мы сами портим воду в скважинах, которую потом чистим ...
·бытовые;
·производственные;
·атмосферные;
Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных (бани, прачечные и др.) зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий. Это сточные воды, которые поступают в водоотводящую сеть от санитарных приборов (умывальников, раковин или моек; ванн, унитазов и трапов — напольных приборов с решетками).
Особенности образования этих сточных вод хорошо известны.
Производственные сточные воды образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и пр. К ним относятся отработавшие технологические растворы, маточники, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов, вакуум-насосов и охлаждающих систем; шахтные и карьерные воды; воды химводоочистки, воды от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и их транспортировки [1].
Атмосферные сточные воды образуются в процессе выпадения дождей и таяния снега, как на жилой территории населенных пунктов, так и на территории промышленных предприятий, АЗС и др. Часто эти воды наз ывают дождевыми или ливневыми, вследствие того, что в большинстве Случаев максимальные (расчетные) расходы образуются в результате выпадения ливней (дождей).
Основными характеристиками сточных вод являются: количество сточных вод, характеризуемое расходом, измеряемым в л/с или м³/с, м³/ч, м³/смену, м³/сут и т.д.; виды (компоненты) загрязнений и содержание их в сточных водах, характеризуемое концентрацией загрязнений, измеряемой в мг/л или г/м³. Важной характеристикой сточных вод является степень равномерности (или неравномерности) их образования и поступления в водоотводящие системы. Обычно она определяется неравномерностью поступления сточных вод по часам суток в году. Эти характеристики учитываются при проектировании водоотводящих систем.
В бытовых сточных водах содержатся загрязнения минерального и органического происхождения. Те и другие находятся в нерастворенном, растворенном и коллоидном состояниях. Часть нерастворенных загрязнений, задерживаемых при анализах на бумажных фильтрах, называют взвешенными веществами. Наибольшую санитарную опасность представляют загрязнения органического происхождения. В бытовых сточных водах взвешенных веществ органического происхождения содержится в среднем 100…300 мг/л. Содержание органических загрязнений, находящихся в растворенном состоянии, оценивается значениями биохимической потребности в кислороде (ВПК) и химической потребности в кислороде (ХПК).
Вода в пищевой промышленности
Предприятия пищевой промышленности загрязняют в основном воду, в меньшей степени воздух и почву. Сброс загрязненных сточных вод предприятиями пищевой промышленности составляет 2–3 % сброса предприятиями всех отраслей промышленности РФ. Различная степень загрязнения сточных вод и природа их образования ...
Бытовые сточные воды имеют БПК=100…400 мг/л, а ХПК=150….600 мг/л, и их можно оценить как весьма загрязненные. При хранении они способны загнить через 12-24 ч (при t = 20 °С).
В городах расход бытовых вод с 1 га площади кварталов обычно равен 0,3-2 л/с (удельный расход) или 10000-60000 м³/год. В водоотводящую сеть они поступают сравнительно неравномерно и по часам суток и по суткам в году. В дневное время расход больше, чем в ночное, расходы по часам суток могут изменяться в 2-5 раз. В течение года в отдельные сутки расходы бытовых вод изменяются незначительно, лишь в 1,1-1,2 раза.
Производственные сточные воды различных отраслей промышленности существенно отличаются как по составу загрязняющих веществ, так и по их концентрации.
Достаточно широко используется понятие «городские сточные воды». Под ним понимается смесь бытовых и производственных сточных вод. В реальных условиях в чистом виде бытовых вод не бывает. В сточных водах, поступающих от городов, всегда содержатся компоненты загрязнений, характерные для производственных сточных вод (нефтепродукты, кислоты, щелочи, соли и др.).
При решении задач отвода и очистки городских сточных вод это необходимо учитывать.
Все указанные выше сточные воды требуют обязательной очистки при их отведении в открытые водоемы, так как в них содержатся различные загрязняющие вещества в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые. Различная степень загрязнения сточных вод и природа их образования выдвигают при проектировании важную задачу совместного или раздельного отведения отдельных видов сточных вод, совместной или раздельной их очистки.
Физическая модель сточных вод представляет собой двухфазную систему «жидкое — твердое», и любая технология очистки вод заключается в извлечении твердой фазы. Законы термодинамики указывают на то, что вода легко загрязняется и этот процесс идет без значительных энергозатрат. Напротив, процессы очистки воды реализуются с использованием различных сложных процессов с заметными удельными энергозатратами. Система «жидкое — твердое» характеризуется энтропией, которая выражает скрытую энергию, необходимую для очистки сточных вод. Чем выше концентрация загрязнений и чем больше разнородность состава, тем выше энтропия и больше энергетические затраты на очистку воды.
Разнородность состава загрязнений сточных вод и действующие явления диссипации при изменении энергетического состояния системы способствуют тому, что стопроцентная очистка сточных вод невозможна, и поэтому она регламентируется значениями предельно допустимых концентраций (ПДК).
2. Методы очистки сточных вод
В целом все методы очистки сточных вод можно разделить на три больших группы:
·химические методы очистки;
Тяжелые металлы сточных вод и методы их удаления
... с очисткой воды), и дестpуктивные, обусловливающие только очистку воды (с pазpушением пpимесей). 1. Методы очистки сточных вод от тяжелых металлов, Реагентный метод Наибольшее распространение в практике очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (ИТМ) получил реагентный метод. Этот метод включает в себя процессы нейтрализации, окислительно ...
·физико-химические методы очистки;
·биологические методы очистки;
Ниже приведены краткие описания сути данных методов:
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязняющими веществами и осаждают их в виде нерастворимых химических соединений, которые выпадают в осадок.
При физико-химическом методе очистки из сточных вод удаляются тонко дисперсные, растворенные неорганические и органические вещества. Примеры физико-химических методов очистки: коагуляция, флокуляция, окисление, сорбция, ионообменный метод, экстракция, электролиз и электрокоагуляция.
Биологический метод играет большую роль среди методов очистки сточных вод, так как использует закономерности биохимического и физиологического самоочищения природных водоемов. Есть несколько типов биологических сооружений: биофильтры, биологические пруды, аэротенки и метанреакторы;
Биологический метод очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве источника питания, в результате чего происходит их окисление загрязняющих веществ. Биологическая очистка сточных вод представляет собой результат функционирования системы активный ил — сточная вода [2].
Выбор оптимального метода очистки сточной воды — достаточно сложная и важная задача, что обусловлено многообразием находящихся в воде загрязняющих веществ и высоким требованиями, предъявленными к очищенной сточной воде. При выборе метода очистки загрязняющих веществ учитывают не только их состав, но и требования к очищенной воде. Для приготовления технической воды или обеспечения условий сброса очищенных сточных вод в водоем большое значение имеет экономическая оценка методов очистки сточной воды. Экономическое преимущество имеют, как правило, замкнутые системы использования воды.
Применяемые методы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных сточных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в окружающую среду.
1 Химические методы очистки сточных вод
водоснабжение очистка обезвреживание сточный
К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. К окислительным методам относится также электрохимическая обработка. Их применяют для удаления растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод. Основными методами химической очистки являются окисление и нейтрализация [2].
1.1 Нейтрализация сточных вод
Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие pH в диапазоне 6,5-8,5.
Экология» : «Сточные воды и их очистка
... общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из ... веществ, по степени агрессивности и т.д. Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки ...
Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки.
Для нейтрализации кислых вод используют: NaOH, КОН, Na2CO3, NH4OH (аммиачная вода), СаСO3, MgCO3, доломит (CaCO3·MgCO3), цемент. Наиболее доступным реагентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием 5-10% активной извести Са(ОН)2. Иногда для нейтрализации применяют отходы производства, например шлаки металлургических производств.
Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды.
Различают три вида кислотосодержащих сточных вод:
·воды, содержащие сильные кислоты (НСl, HNO3);
·воды, содержащие серную и сернистую кислоты;
При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:
H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2O2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2
При нейтрализации известковым молоком сточных вод, содержащих серную кислоту, в осадок выпадает гипс (CaSO4·2Н2O), что вызывает отложение его на стенках трубопроводов.
Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различные кислоты или кислые газы, например отходящие газы, содержащие СO2, SO2, NO2, N2O3 и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно очищать от вредных компонентов сами газы.
Биологическая очистка сточных вод
... сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода). Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется ...
Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является ресурсосберегающей технологией, так как при этом ликвидируется сброс сточных вод, сокращается потребление свежей воды, экономится тепловая энергия на подогрев свежей воды, а также очищаются дымовые газы от кислых компонентов (СO2, SO2 и др.) и от пыли.
1.2 Окисление загрязнителей сточных вод
Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).
Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др.
В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.
Активность вещества как окислителя определяется величиной окислительного потенциала. Первое место среди окислителей занимает фтор, который из-за высокой агрессивности не может быть использован на практике. Для других веществ величина окислительного потенциала равна: для озона — 2,07; для хлора — 0,94; для пероксида водорода — 0,68; для перманганата калия — 0,59 [8].
Окисление активным хлором. Хлор и вещества, содержащие активный хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др.
При введении хлора в воду образуется хлорноватистая и соляная кислоты:
Cl2+H2O → HOCl+HCl
Окисление цианидов хлором можно проводить только в щелочной среде (pH >9-10)
CN—+2OH—+Cl2 → CNO—+2Cl—+2H2O
Образующиеся цианаты можно окислить до элементарного азота и диоксида углерода:
2CNO—+4OH—+3Cl2 → 2CO2+6Cl—+N2+H2O
Выбор и расчет параметров технологической схемы очистки сточных вод
... ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование № 11 Студенту Окользиной Д.П.. группы ИЗОС-В-05 Составить технологический узел очистки сточных вод от следующих загрязнений: взвешенные вещества: крупногабаритные ... расположения очистных сооружений является удаление из CВ загрязнений по их уменьшающейся крупности. Для очистки от взвешенных веществ применяют механические методы очистки CВ. Механическая очистка ...
При наличии в сточной воде аммиака, аммонийных солей или органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорноватистая кислота и гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя моно- и дихлорамины, а также треххлористый азот:
NH3+HOCl → NH2Cl+H2O
NH2Cl+HOCl → NHCl2+H2O
NHCl2+HOCl → NCl3+H2O
Окисление кислородом воздуха. Реакция окисления кислородом идет в жидкой фазе при повышенных температуре и давлении. При окислении сточных вод целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств протекают следующие реакции:
2HS—+2O2 → S2O32-+H2O
HS—+3O2+2OH— → 2SO32-+2H2O
2HS—+4O2+2OH— → 2SO42-+2H2O
С повышением температуры и давления скорость реакции и глубина окисления сульфидов и гидросульфидов увеличиваются.
Кислород воздуха используют также при очистке воды от железа. В этом случае реакция окисления в водном растворе протекает по схеме:
4Fe2++O2+2H2O = 4Fe3++4OH-3++3H2O = Fe(OH)3+3H+
Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов
... Характеристика загрязненности воды нефтью Методы очистки сточных вод выбирают в зависимости от их вида: бытовые, промышленные и дождевые. Сточные воды нефтяной и нефтехимической промышленности содержат нефть, нефтепродукты и различные химические вещества (тетраэтилсвинец, фенолы ...
Озонирование. Озон — сильный окислитель, обладающий способностью разрушать в водных растворах при нормальной температуре многие органические вещества и примеси. Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Озон окисляет как неорганические, так и органические вещества, растворенные в сточной воде. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды; бактерии погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке воды хлором.
При проведении реакции окисления сероводорода на первой стадии наблюдается выделение серы, а на второй — окисление непосредственно до H2SO4:
H2S+O3 → S+O2+H2O
H2S+4O3 → 3H2SO4
Реакции протекают одновременно, но при избытке озона преобладает вторая.
При окислении цианидов протекают следующие реакции:
CN—+O3 → CNO—+O2 —+2H++H2O → CO2+NH4
Озонолиз представляет собой процесс фиксации озона на двойной или тройной углеродной связи с последующим ее разрывом и образованием озонидов, которые, как и озон, являются нестойкими соединениями и быстро разлагаются.
Электрохимическое окисление. Электрохимические методы очистки основаны на электролизе производственных сточных вод. Химические превращения при электролизе могут быть весьма различными в зависимости от вида электролита, а также материала электродов и присутствия различных веществ в растворе. Основу электролиза составляют два процесса: анодное окисление и катодное восстановление.
Электрохимическую обработку целесообразно применять при очистке концентрированных органических и неорганических загрязнений и небольших расходах сточных вод.
Современные методы очистки воды
... воде взвешенных веществ свидетельствует о её загрязненности частичками глины, песка, ила, водорослей и т.п. 2. Органические вещества природного происхождения – частички почвенного гумуса, продукты жизнедеятельности и разложения растительных и животных организмов. 3. Органические вещества ... методы очистки воды Всем известно, что без воды наша ... эта технология работает недостаточно эффективно. Вода должна ...
В качестве анода используют электролитически нерастворимые материалы (уголь, графит, магнетит, диоксиды свинца, магния, рутения), нанесенные на титановую основу, в качестве катода — свинец, цинк и легированную сталь. Большое значение при электрохимическом окислении имеет плотность тока.
Чтобы предотвратить смешение продуктов электролиза, особенно газов (водорода и кислорода), которые могут образовать взрывоопасные смеси, применяют керамические, полиэтиленовые, асбестовые и стеклянные диафрагмы, разделяющие анодное и катодное пространство.
В процессе анодного окисления происходит деструкция органических веществе получением промежуточных или конечных продуктов окисления (органических кислот, СO2, Н2O).
При электролизе щелочных сточных вод, содержащих цианиды, на аноде происходит окисление цианид-ионов с образованием цианат-ионов и дальнейшим их электрохимическим окислением до конечных продуктов:
CN—+2OH—-2e → CNO—+H2O
2CNO—+4OH—-6e → 2CO2+N2+2H2O
В целях повышения электропроводимости сточных вод, снижения расхода электроэнергии и интенсификации процесса окисления веточные воды добавляют минеральные соли. Наиболее эффективно добавление хлорида натрия, который разлагается с выделением на аноде атомов хлора, участвующих в процессе окисления:
2Cl—-2e → Cl2 2+CN—+2OH— → CNO—+2Cl—+H2O
Радиационное окисление. При действии излучений высоких энергий на водные среды, содержащие различные органические вещества, возникает большое число окислительных частиц, обусловливающих процессы окисления. Радиационно-химические превращения протекают не за счет радиолиза загрязняющих воду веществ, а за счет реакции этих веществ с продуктами радиолиза воды: ОН—, НO2— (в присутствии кислорода), Н2O2, Н+ и егидр (гидратированный электрон), первые три из которых являются окислителями. В качестве источников излучения могут быть использованы радиоактивные кобальт и цезий, тепловыделяющие элементы, радиационные контуры, ускорители электронов.
2.2 Физико-химические методы очистки
Существует несколько вариаций физико-химических методов очистки. Такие как:
·коагуляция;
·флокуляция;
·окисление;
·сорбция;
·ионообменный метод;
·экстракция;
·электролиз;
·электрокоагуляция;
Ниже приведены более подробные описания основных методик данного метода.
2.1 Флотация
Флотация — один из видов адсорбционно-пузырькового разделения, основанный на формировании всплывающих агломератов (флотокомплексов) загрязнений с диспергированной газовой фазой и последующим их отделением в виде концентрированного пенного продукта (флотошлама).
Традиционным признаком классификации флотационных сооружений принят способ получения диспергированной газовой фазы (ДГФ).
Все существующие способы можно разделить на следующие группы: дробление газовой фазы (диспергирование) в толще жидкости; непосредственное выделение из обрабатываемой воды [4].
2.2 Коагуляция
Коагуляция — это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты — более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных).
Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае — жидкости).
Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией.
Флокуляция является одним из видов коагуляции, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.
Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности. Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и степени дисперсности; наличия в сточных водах электролитов и других примесей; величины электрокинетического потенциала. В сточных водах могут содержаться твердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы.
При коагуляции хлопья образуются сначала за счет части взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хлопья последнего сорбируют вещества, загрязняющие сточные воды и, осаждаясь вместе с ними, очищают воду.
Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция — взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.
При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок.
Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты:
Соли железа. Сульфат двухвалентного железа, или железный купорос FeSO4 × 7H2O. Применение процесса коагуляции оптимально при рН>9. Гидроксид железа — плотные, тяжелые, быстро осаждающиеся хлопья, что является несомненным преимуществом его применения.
Хлорид железа FeCl3 × 6H2O;
сульфат железаFe2(SO4)3 × 9H2O.
Соли магния.
Хлорид магния MgCl2 × 6H2O;
сульфат магния MgSO4-7H2O.
Известь.
Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств. Хлорид алюминия (производство этилбензола), сульфат двухвалентного железа (травление металлов), известковый шлам и др.
2.3 Сорбция
Сорбция — это равновесный динамический процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом, жидкостью или газом. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое — сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого или газообразного сорбента (абсорбция ) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция ).
Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.
Адсорбция растворенных веществ — результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация).
Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента.
Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора. Поэтому сорбционная очистка сточных вод целесообразна, если в них содержатся соединения, энергия связи которых с твердой поверхностью сорбента значительно превосходит энергию гидратации.
Сорбционные методы относятся к наиболее эффективным для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно или совместно с другими методами предварительной и глубокой очистки сточных вод.
Преимуществами этих методов являются возможность адсорбции веществ из многокомпонентных смесей и высокая эффективность при малых концентрациях загрязнений сточных вод.
Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использованием очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
В качестве сорбентов применяют природные материалы, отходы некоторых производств, активные угли и синтетические сорбенты. Природные пористые материалы, такие как торф, активные глины и производственные отходы (зола, коксовая мелочь, силикагели, алюмогели), обладают малой сорбционной емкостью, которая характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м³, кг/кг).
3 Биологические методы очистки
Очистка сточных вод подразумевает практически полное биологическое разложение органических соединений в воде. По существующим нормам, содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л. Разрушение органических веществ микроорганизмами в аэробных и в анаэробных условиях осуществляется с разными энергетическими балансами суммарных реакций. При аэробном биоокислении глюкозы 59% энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41% составляют тепловые потери.
Этим обусловлен активный рост аэробных микроорганизмов. Чем выше концентрация органических веществ в обрабатываемых стоках, тем сильнее разогрев, выше скорость роста микробной биомассы и накопления избыточного активного ила. При анаэробной деградации глюкозы с образованием метана лишь 8% энергии расходуется на прирост биомассы, 3% составляют тепловые потери и 89% переходит в метан. Анаэробные микроорганизмы растут медленно и нуждаются в высокой концентрации субстрата [5].
Аэробный процесс
С6Н12О6 +6О2 → 6СО2 +6Н2О + микробная биомасса + тепло
Анаэробный процесс
С6Н12О6 → 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса + тепло
Аэробное микробное сообщество представлено разнообразными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случаев независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм).
Аэробное микробное сообщество активного ила систем аэробной очистки воды представлено исключительным биоразнообразием. Считается, однако, что к настоящему времени идентифицировано не более 5% видов микроорганизмов, участвующих в аэробной очистке воды. Следует отметить, что многие аэробные бактерии являются факультативными анаэробами. Они могут расти в отсутствии кислорода за счет других акцепторов электрона (анаэробное дыхание) или брожения (субстратное фосфорилирование).
Продуктами их жизнедеятельности являются углекислота, водород, органические кислоты и спирты.
Анаэробная деградация органических веществ, при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие по меньшей мере четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродильщиков, ацетогенов и метаногенов. В анаэробном сообществе между микроорганизмами существуют тесные и сложные взаимосвязи, имеющие аналогии в многоклеточных организмах, поскольку ввиду субстратной специфичности метаногенов, их развитие невозможно без трофической связи с бактериями предыдущих стадий. В свою очередь метановые археи, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Ключевую роль в анаэробной деградации органических веществ до метана играют метановые археи. При их отсутствии или недостатке анаэробное разложение заканчивается на стадии кислотогенного и ацетогенного брожений, что приводит к накоплению летучих жирных кислот, в основном масляной, пропионовой и уксусной, снижению рН и остановке процесса [6].
Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод. Исключить указанные недостатки аэробных технологий может предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод методом метанового сбраживания, которая не требует затрат энергии на аэрацию и более того сопряжена с образованием ценного энергоносителя — метана. Преимуществом анаэробного процесса является также относительно незначительное образование микробной биомассы. К недостаткам следует отнести невозможность удаления органических загрязнений в низких концентрациях. Для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией. Выбор технологии и особенности обработки сточных вод определяются содержанием органических загрязнений в них [7].
Сточные воды больших городов и небольших поселков значительно отличаются по концентрации органических загрязнителей. Содержание органических загрязнителей в сточных водах больших городов не превышает 500 мг/л, составляя обычно 200-300 мг/л. Бытовые сточные воды небольших населенных пунктов содержат больше органики, от 500-1000 г/л и более. В современных дачных и коттеджных поселках часто туалетные и кухонные сточные воды, содержащие большое количество органических загрязнений, отделяются от стоков ванных комнат. Для очистки сточных вод интенсивно развивающихся коттеджных поселков строятся локальные очистные сооружения, для пуска которых и вывода на рабочий необходимо использовать активный ил городских станций аэрации или специальные микробные препараты.
Заключение
В данной работе были рассмотрены основные методы очистки сточных вод. Также была приведена их классификация, выявлены достоинства и недостатки тех или иных методов, что позволит при прочтении данной работы усвоить некоторую полезную информацию по выбранной теме. Также был определен термин «сточные воды», классификация сточных вод и их различия.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/ochistka-stochnyih-byitovyih-vod/
.Водоотведение и очистка сточных вод: Учеб. пособие для вузов / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, В.И. Калицун. — М.: Стройиздат, 1996. — 591 с.
2.Шифр: Г 96 — 4983 Хранение: ГПНТБ СО РАН.
.Химические методы очистки сточных вод [электронный ресурс] URL:http://studme.org/13460708/ekologiya/himicheskie_metody_ochistki_stochnyh_vod
4.Канализация: Учебник для вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. / С.В. Яковлев, Я. А Карелин, А.И. Жуков, С.К. Колобанов — Москва: Стройиздат, 1975. — 632 с.
5.Физико-химическая очистка сточных вод [электронный ресурс] URL: http://www.gaps.tstu.ru/win-1251/lab/sreda/ope/ob_ecol_html/koagulazia.html
6.Теория биологической очистки сточных вод [электронный ресурс] URL: http://www.ecorussia.info/ru/ecopedia/biological_treatment_of_water_theory
.Пат. 2513691 Российская Федерация, МПК C12P 5/00, C02F 11/04. Способ очистки фракции навозного стока предприятий АПК, сточной воды ЖКХ и водоканалов с использованием метанового брожения / Шишков Ю.И., Голубев В.В., Ершов А.К. — № 2012113103/10; заявл. 04.04.2012 опубл. 10.10.2013; Бюл. № 11.
.Пат. 2519412 Российская Федерация, МПК C02F 1/463, C02F 101/20. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов/ Филатова Е.Г., Соболева А.А., Дударев В.И., Анциферов Е.А.- № 2012158159/05; заявл. 28.12.2012: опубл. 10.06.2014; Бюл. № 16.
.Седлуха, С.П. Биологический метод очистки подземных вод от железа / Седлуха, С. П., Софинская О.С. // ВИЭ. — 1999. — Т. 1. — №1. — С. 12-16.
