Вредных выбросов

Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистки промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в атмосфере разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже, водная среда более чувствительна к загрязнениям.

С целью защиты как работников предприятия, так и городского населения в районе расположения предприятия от вредных отходов применяются различные методы очистки сточных вод, которые можно подразделить на:

– механиче­ские,

– физико-химические,

– био­логические.

Механическая очистка сточ­ных вод от взвешенных частиц (твердых частиц, частиц жиро-, масло- и нефтепродуктов) осуществляется процеживанием, отстаивани­ем, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют на вертикальных и наклонных решетках с шириной прозоров 15...20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток и волокноулавителей от осадков частиц осуществляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) приме­сей с плотностью, большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях. Песколовки применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм. Песколовки бывают с горизонтальным, вертикальным и круговым движением воды. Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточ­ных вод более мелких взвешенных частиц или жировых веществ. По направлению движения основного потока воды различают отстойники вертикальные, горизонтальные, диагональные и радиальные.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и конечной стадиях чистки. Часто используют зернистые фильтры из несвязанных или вязанных (спеченных) между собой частиц. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый мак, гравий, антрацит и т. п.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Из физико-химических методов наиболее распространены флотационные, электрофлотационные, коагуляционные, реагентные, ионообменные и др.

Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены. В зависимости от способа образования пузырьков различают флотацию пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию. На практике наибольшее распространение получила пневматическая, которая основывается на уменьшении растворимости газа в воде при снижении его давления. При резком снижении давления происходит выделение из воды излишнего воздуха. Если вода с атмосферным давлением направляется в камеру под вакуумом, такая флотация называется вакуумной; если из-под напора в открытую камеру,– напорной. Флотация осуществля­ется во флотационных камерах.

Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневма­тической флотацией для удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей. Она осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между парами электродов (желез­ные, стальные, алюминиевые). В результате электролиза воды образу­ются пузырьки газа, прежде всего легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. Электрофлотация осуществляется в элект­рофлотационных установках.

Коагуляция – это физико-химический процесс укрупнения мель­чайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминий-содержащие вещества, хлорид железа (II), сульфат железа и др. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коа­гулянтами в камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием. Необходимые для коагулирования ионы алюминия или железа иногда получают электрохимическим путем. Для этого используются емкости-электролизеры (электрокоагу­ляторы), в которых размещены электроды из алюминия или стали. Образующиеся в процессе анодного растворения металла ионы алюминия или железа осуществляется процесс коагуляции.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточных вод химическими реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соеди­нения. Последние затем могут быть удалены одним из описан­ных выше методов удаления взвесей и осветления воды. Этот метод находит применение для очистки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т. д. Например, для удаления цианидов используют различные реагенты-окислители, со­держащие активный хлор: хлорная известь, гипохлориты кальция или Натрия, хлорная вода. Для очистки от хрома (VI) применяют натриевые соли сернистой кислоты (Na₂S0₃, NaHS0₃), гидросульфит Na₂S₂O₅. Для очистки фторсодержащих вод применяют гидроксид кальция (извест­ковое молоко), хлорид кальция. В результате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохо растворимый фторид кальция CaF₂, который можно удалить из воды, например отстаиванием. Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточных вод. Согласно действующим нормативным документам, сбросы сточных вод в системы канализации населенных пунктов и в водные объекты допустимы только в случаях, если имеют рН = 6,5...8,5. В том случае, если рН сточных вод соответствует кислой (рН < 6,5) или щелочной (рН > 8,5) среде, сточные воды подлежат нейтрализации.

Ионообменная очистка сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые подразделяются на катионитовые – имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего водорода Н⁺), и анионитовые – имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаще всего гидроксильную группу ОН^–). При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей. Например, катион тяжелого металла заменяет катион водорода, а токсичный анион соли металла – анион ОН^–, происходит сорбирование токсичных ионов смолой. Регенерация (восстановление сорбирующей способности при насыщении смолы токсичными ионами) осуществляется промывкой кислотой (катионитовая смола) или ще­лочью (анионитовая смола). При этом токсичные ионы замещаются соответствующими катионами или анионами, а токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности мик­роорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизне­деятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа. Биологическим путем очищаются многие виды органических соединений городских и производственных сточных вод. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-ко­ричневую или черную жидкую массу, обладающую землистым запахом. С биологической точки зрения активный ил – это скопление аэробных бактерий в виде зоогелей. Кроме микробов, в иле могут присутствовать простейшие (в аэротенках), черви, личинки насекомых, водные клеши в биофильтрах. При очистке многих видов сточных вод, в том числе бытовых, используют бактерии рода Pseudomonas – грамотрицательные палочки.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), или специальных сооружениях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Биологический фильтр – это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроор­ганизмов.

Крупные промышленные предприятия имеют различные производ­ства (механообрабатывающее, гальваническое, литейное, окрасочное, кузнечное и т.д.), которые дают различный состав загрязнения сточных вод. Водоочистные сооружения таких предприятий выполнены следу­ющим образом: отдельные производства имеют свои локальные очи­стные сооружения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфику загрязнения и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в емкости-усреднители, а из них на централизованную систему очистки до значений, установленных для предприятия предельно-допустимых сбросов. Возможны и иные варианты системы водоочистки в зависимости от конкретных условий.