Методы и средства защиты гидросферы от производственных загрязнений

Основными загрязнителями поверхностной воды являются сточ­ные воды промышленных предприятий, бытовые и сельскохозяй­ственные стоки.

Для защиты вод от загрязнений предусмотрены следующие мероприятия:

разработка и внедрение малоотходных или полностью исклю­чающих потребление воды технологий;

внедрение систем оборотного водоснабжения; очистка сточных вод;

очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей;

закачивание отходных вод в глубокие водоносные горизонты.

Одним из наиболее эффективных способов защиты водоемов от загрязнения является создание системы оборотного водоснаб­жения, которая позволяет экономить потребление воды, осуще­ствлять ее очистку в замкнутой системе, повторно использовать выделяемые из воды примеси.

На рис. 5 представлена схема очистки поверхностных сточных вод на территории предприятия. Сточные воды из водосборных коллекторов по трубопроводу 2 поступают в отстой­ник-усреднитель 1, откуда насосом 4 подаются на песчаный фильтр 6, далее поступают в емкость очищенной воды 7 и по трубопроводу 8 направляются для использования в различных целях.

Рис. 6. Схема устройства ра­диального отстойника: 1 – входная труба; 2 – отводящая труба; 3 – шламосборник; 4 – канал вывода шлама; 5 – механический скребок

5 4

Осадок, скапливающийся в отстойнике-усреднителе 1, поступает в уплотнитель осадка 12, в который также по трубопроводу 11 попадает осадок из резервуара промывной воды 10, об­разующейся при промывке фильтра 6 очищенной воды, отбираемой наосом по трубопроводу 9. Промывная вода из фильтра 6 поступает в резервуар 10 по трубопроводу 5 и насосом 4 через трубопровод 3 направляется в отстойник-усреднитель 1. Уплотненный осадок периодически удаляется из уплотнителя 12 по трубопроводу 13.

Очищенные поверхностные сточные воды используют для подпитки оборотных систем водоснабжения, а также в системах пожаротушения, при этом очистка сточных вод ограничивается, как правило, отстаиванием в прудах.

Сточные воды часто имеют сложный состав и для их очистки требуются различные способы: механические, химические, электрохимические, физико-химические, биологические и др.

Очистка сточных вод может осуществляться одним или несколькими способами (многоступенчая или комбинированная очистка). Процесс очистки в большинстве случаев предусматривает обра­ботку осадков сточных вод и их обеззараживание перед сбросом в водоемы. Для обеспечения нормальной эксплуатации очистных сооружений используют усреднение концентрации или расхода сточных вод. С этой целью на входе в очистные сооружения уста­навливают усреднители, выбор и расчет которых определяется характеристиками залповых сбросов.

При механическом методе очистки из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляется до 90 % нерастворимых механических примесей различной степени дисперсности (песок, глинистые частицы, окалина и др.), а из бытовых сточных вод — до 60 %. Для этих целей применяют решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники различ­ных типов (рис. 7).

Вещества, плавающие на поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла, жиры, полимеры и др.), задерживают нефте-, маслоловушками и другими уловителями либо выжигают.

Рис. 7. Схема полиуретанового фильтра: 1, 14 — трубо1 –провод; 2 – расределительная камера; 3, 11 – регулирующий вентиль; 4 – водораспределительные окна; 5 – фильтр; 6– пенополиуретан; 7– цепной элеватор; 8 – отжимные барабаны; 9 – сборный желоб; 10 – передвижная тележка; 12 – камера; 13 – сетчатое днище

На рис. 7 представлена схема полиуретанового фильтра для очистки сточных вод от маслопримесей. Сточная вода по трубопроводу 1 поступает в распределительную камеру 2 и через регулирующий вентиль 3 и водораспределительные окна 4 попадает в фильтр 5, заполненный пенополиуретаном 6. Пройдя через слои фильтро-материала, сточная вода очищается от масла и взвешенных ве­ществ и через сетчатое днище 13 отводится по трубопроводу 14. Для поддержания постоянного уровня очищаемой воды в филь­тре предусмотрена камера 12 с регулирующим вентилем 11. Регенерация частиц пенополиуретана осуществляется специальным устройством, установленным на передвижной тележке 10, по­зволяющим регенерировать весь объем фильтра. Насыщенные мас­лом частицы пенополиуретана цепным элеватором 7 подаются на отжимные барабаны 8 и, освободившись от маслообразных и взвешенных веществ, вновь попадают в фильтр. Отжатые загрязне­ния по сборному желобу 9 отводят для дальнейшей переработки.

Химические и физико-химические методы очистки наиболее эффективны для очистки производственных сточных вод.

К основным химическим методам очистки относят нейтрализа­цию и окисление. Для нейтрализации кислот и щелочей в сточные воды вводят специальные реагенты (известь, кальцинированную соду, аммиак), для окисления — различные окислители, с помо­щью которых сточные воды освобождаются от токсичных и других компонентов.

При физико-химическом методе очистки используются:

коагуляция – введение в сточные воды коагулянтов (солей аммония, железа, меди, шламовых отходов и пр.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются;

сорбция – способность некоторых веществ (бентонитовые гли­ны, активированный уголь, цеолиты, силикагель, торф и др.) поглощать загрязнения;

флотация – пропуск через сточные воды газовых пузырьков, которые захватывают при движении вверх поверхностно-актив­ные вещества (ПАВ), нефть, масла, другие загрязнения и образу­ют на поверхности воды легко удаляемый пенообразный слой.

В последние годы наряду с физико-химическими активно применяются электрохимические методы очистки. Электрофлотация наряду с пневмофлотацией находит широкое применение для удаления из сточных вод маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей. Элект­рофлотация осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между двумя электродами. В ре­зультате электролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего водорода, а также кислорода, которые обволакивают примеси и спо­собствуют их всплытию на поверхность воды с образованием пены.

Процесс очистки электрофлотацией осуществляется в специ­альных электрофлотационных установках.

Практически одинаковые с ними конструкции имеют электрокоагуляционные установки, в которых в качестве анодов ис­пользуют алюминий или железо.

В процессе анодного растворения ионы алюминия или железа, гидролизуясь, осуществляют процесс коагуляции, а выделяющийся на катоде водород – флотацию.

Принципиальная схема электофлотационного аппарата с растворимым анодом приведена на рис. 8. Аппарат представляет собой прямоугольный трехсекционный резервуар, в нижней части которого расположены электроды. В секции 1 электроды изготовле­ны в виде вертикальных алюминиевых пластин – катода 11 и растворимого анода 12. В секции 2 расположена графитовая сетка – катод 9. В секции 3 графитовые пластины 8, выполняющие роль анода, установлены вертикально под катодом 7. Сточная вода из канала 13 поступает в секцию 1, где происходит растворение ме­талла анода в воде с образованием гидроокиси и одновременной коагуляцией примесей и флотацией их на поверхности жидкости. Установленные в секциях 2 и 3 графитовые аноды интенсифицируют процесс очистки, способствуя более тщательному выделе­нию из сточной воды взвешенных частиц. Вертикальное расположение графитовых пластин в секции 3 позволяет увеличить поверхность контакта сточной воды с поверхностью анода для повышения эффективности обеззараживания воды. В случае отсутствия необходимости в обеззараживании воды аппарат изготавливают без секции 3.

1 2 3 4

Рис. 8. Принципиальная схема электрофлотационного аппарата с растворимыми электродами: 1–3 – секции аппарата; 4 – пенный продукт; 5 – канал для очищенной воды; 6 – корпус; 7–12 – электроды; 13 – канал для исходной сточной воды

Ионообменные методы очистки сточных вод находят примене­ние во многих отраслях промышленности и используются для очи­стки сточных вод от ионов металлов, мышьяка, радиоактивных веществ и других примесей.

Очистка заключается в пропускании сточных вод через иониты (ионообменные смолы), имеющие свободные ионы, способные обмениваться на ионы, находящиеся в сточной воде. Иониты под­разделяются на катиониты и аниониты. Катиониты имеют свобод­ные и подвижные катионы (чаще всего ионы водорода), а анио­ниты — свободные анионы (чаще всего гидроксильную группу ОН^-). При прохождении сточной воды через ионообменные смо­лы подвижные ионы заменяются на ионы примесей соответству­ющего знака. Происходит сорбирование токсичных ионов приме­сей смолой. При насыщении смолы токсичными ионами проводят их регенерацию (восстановление сорбирующей способности) кис­лотами или щелочами, во время которой токсичные ионы заме­щаются соответствующими катионами или анионами. Токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как кислотные или щелочные стоки, которые могут взаимно нейтрализоваться, подвергаться реагентной очистке или утилизации.

Для очистки коммунально-бытовых, промышленных стоков целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих и пищевых предприятий широко используют биологический (биохимический) метод очистки, который основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и т.д.). Очистку ведут естественными (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды и др.) и искусственными (аэротенки, метатенки, биофильтры, циркуляционные окислительные каналы) методами.

После осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в железобетонных резервуарах (метатенках), а затем удаляют на иловые площадки для подсушивания. Подсушенный осадок обычно используется как удобрение. Однако в последние годы в сточных водах обнаруживают много вредных веществ (тяжелые металлы и др.), что исключает такой способ утилизации осадков.

Осветленная часть сточных вод очищается в аэротенках – специальных закрытых резервуарах, по которым медленно пропускают стоки, обогащенные кислородом и смешанные с активным илом. Активный ил представляет собой совокупность гетеротрофных микроорганизмов и мелких беспозвоночных животных (плесени, дрожжей, водных грибов, коловраток и др.), а также твердого субстрата.

После вторичного отстаивания сточные воды обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора или озонирова­нием. При этом уничтожаются патогенные бактерии, вирусы, бо­лезнетворные микроорганизмы. В системах очистки сточных вод биологический (биохимический) метод является завершающим, и после его применения сточные воды можно использовать в оборотном водоснабжении либо сбрасывать в поверхностные во­доемы.

В последние годы активно разрабатываются новые эффектив­ные методы, способствующие экологизации процессов очистки сточных вод:

мембранные процессы очистки (ультрафильтрация, электродиализ и др.);

магнитная обработка, позволяющая улучшить флотацию взвешенных частиц;

радиационная очистка воды, позволяющая в кратчайшие сроки подвергнуть загрязняющие вещества окислению, коагуляции и разложению;

озонирование, при котором в сточных водах не образуются вещества, отрицательно воздействующие на естественные биохимические процессы;

внедрение новых селективных типов сорбентов для избирательного выделения полезных компонентов из сточных вод с целью вторичного использования и др.

Одним из перспективных методов очистки от загрязнения поверхностных вод является подземное захоронение – закачивание сточных вод в глубокие водоносные горизонты через систему поглощающих скважин. При этом отпадает необходимость в дорогостоящей очистке и обезвреживании сточных вод.

Однако, по мнению многих ведущих специалистов, данный метод целесообразен для изоляции лишь небольших количеств вы­сокотоксичных сточных вод, не поддающихся очистке с помо­щью существующих технологий.

Среди водоохранных проблем одной из важнейших является разработка и внедрение эффективных методов обеззараживания и очистки-поверхностных вод, используемых для питьевого водо­снабжения. Недостаточно очищенные питьевые воды опасны как с экологической, так и с социальной точек зрения.

Начиная с 1896 г. и до настоящего времени, метод обеззараживания воды хлором является в нашей стране наиболее распространенным в борьбе с бактериальным загрязнением. Однако оказалось, что хлорирование воды представляет серьезную опасность для здоровья людей. Исключить этот опасный эффект и добиться снижения содержания канцерогенных веществ в питьевой воде возможно путем замены первичного хлорирования на озонирование или обработку ультрафиолетовыми лучами, а также применением безреагентных методов предочистки на биологических реакторах.

Следует заметить, что обработка воды озоном или ультрафиолетовыми лучами практически полностью вытеснила хлорирование на станциях очистки воды во многих странах Западной Европы. В нашей стране применение этих экологически эффективных технологий ограничено из-за высокой стоимости переоборудования водоочистных станций.

Современная технология очистки питьевой воды от других экологически опасных веществ (нефтепродуктов, ПАВ, пестицидов, хлорорганических и др.) основывается на использовании сорбционных процессов с применением активированных углей или их аналогов – графитминеральных сорбентов.

Все большее значение в охране поверхностных вод от загрязнения и засорения приобретают агролесомелиорация и гидротехнические мероприятия, с помощью которых можно предотв­ращать заиление и зарастание озер, водохранилищ и малых рек, а также образование эрозии, оползней, обрушение берегов и т.д. Выполнение комплекса этих работ позволит уменьшить загряз­ненный поверхностный сток и будет способствовать чистоте водоемов. В связи с этим огромное значение придается снижению процессов эвтрофикации водоемов, в частности, водохранилищ.

Важную защитную функцию на любом водном объекте выполняют водоохранные зоны. Ширина водоохранной зоны рек может составить от 0,1 до 2,0 км, включая пойму реки, террасы и склон коренного берега. Назначение водоохранной зоны – предотвратить загрязнение, засорение и истощение водного объекта. В пределах водоохранных зон запрещается вспашка земель, выпас скота, применение ядохимикатов и удобрений, проведение строительных работ и др.

Дата добавления: 2015-07-15