Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Механические методы очистки воды

2. Очистка воды с помощью коагуляции

3. Фильтрование воды

4. Очистка сточных вод методом флотации

5. Процесс каскадно - адгезионной сепарации

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Сохранение гидросферы при непрерывном увеличении водопотребления и загрязнения водоемов промышленными и бытовыми отходами является одной из основных экологических проблем современности. Уже сейчас в мире используется 13% речного стока. В результате во многих регионах наблюдается недостаток пресной воды. Например, безвозвратное водопотребление в бассейнах рек Кубани, Дона, Урала, Терека и других превысило экологически безопасный уровень. Однако наибольший ущерб гидросфере наносится антропогенными загрязнениями. Обычно выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганических (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органических (нефтепродукты, нефть, ПАВ, пестициды, органические остатки). Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров водной среды и определяется тепловыми, механическими и радиоактивными примесями. Биологическое загрязнение заключается в изменении свойств водной среды в результате увеличения количества не свойственных ей видов микроорганизмов, растений и животных (бактерии, грибы, простейшие, черви), привнесенных извне. Загрязнения, поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на землю и попадают в водоемы и почву.

Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса загрязняются реки, озера и моря. Быстрое развитие химических отраслей промышленности, образование значительных количеств сточных вод, загрязненных различными химическими веществами, повышение требований к качеству очищенных сточных вод обусловливают широкое применение разнообразных методов их очистки

1. Механические методы очистки воды

Промышленные и бытовые сточные воды содержат взвешенные частицы растворимых и нерастворимых веществ. Взвешенные примеси (твердые и жидкие) образуют с водой дисперсную систему. Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют гидромеханические процессы (периодические и непрерывные) процеживания, отстаивания (гравитационное и центробежное), фильтрование.

Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико-химических свойств и концентрации взвешенных частиц, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода). Очистка предназначена для доведения всех параметров, характеризующих ее качество, до нормативных показателей. Существенно отличается очистка воды для питьевых нужд, в технологических целях (как из поверхностных водоемов, так и подземных вод) и очистка сточных вод. Причем даже для промышленных стоков, сбрасываемых в водоемы или на грунт и сливаемых в систему канализации, нормативы и требования к очистке различные. И они постоянно ужесточаются. Считается, что суммарные затраты на очистку сточных вод современных предприятий в среднем составляют от 15 до 40% их общей стоимости.

Методы очистки воды при всем их многообразии можно подразделить на три группы: механические, физико-химические и биологические. Рассмотрим механические методы.

Самый первый из способов очистки воды, это, конечно же, механическая очистка сточных вод, которая подразумевает процессы фильтрования, центрифугирования и отстаивания. Центрифугирование как наиболее затратный метод сразу был исключен из масштабного применения, так как один из важных вопросов при внедрении любой технологии, это экономическая целесообразность и возможность экономного внедрения. Хотя, несмотря на это, по этому способу было разработано немало вариантов очистителей. В результате механической очистки из сточных вод удаляются загрязнения, находящиеся в нерастворённом (песок, шлак, уголь, стекло и др.) и частично коллоидном состоянии (взвешенные и плавающие, грубоэмульгированные и суспендированные загрязнения). Для удаления перечисленных загрязнений используют гравитационные и центробежные силы, применяют процеживание и фильтрование. При механической очистке применяют решётки, песколовки, отстойники, осветлители, жироловки, нефтеловушки гидроциклоны, центрифуги, фильтры и другие сооружения.

Процеживание -- первичная стадия механической очистки сточных вод -- вода пропускается через специальные металлические решетки с шагом 5--25 мм, установленные наклонно. Периодически они очищаются от осадка с помощью специальных поворотных приспособлений.

Следующий этап - отстаивание - происходит в специальных емкостях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные.

Общими для них являются, выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаждения частиц, которые собираются внизу. Разновидностью отстойника являются песколовки. Как правило, время нахождения воды в песколовках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).

очистка вода коагуляция флотация

Рис. 1 - Схема вертикального отстойника 1 -- трубопровод для вывода очищ. воды из отстойника, 2 -- цилиндрическая перегородка, З -- кольцевой водосборник, 4 -- трубопровод для удаления шлама, 5 -- подводящий трубопровод, 6 -- корпус отстойника, 7 -- кольцевой отражатель, 8 -- шламосборник.

2. Очистка воды с помощью коагуляции

Коагуляцией называют процесс, при котором мелкодисперсные частицы находящиеся в растворе укрупняются до видимых размеров. В итоге образуются хлопья загрязнителя, выпадающие в осадок. Вода при этом становится более прозрачной на вид и благоприятной для человека по химическому составу.

В современном мире для очистки воды от примесей используют множество способов: физическую фильтрацию, ионный обмен, электромеханические виды очистки, обеззараживание ультрафиолетом и другие.

Очистка коагуляцией отличается тем, что проводится по определенной схеме, нарушить которую нельзя. Сначала в загрязненную воду добавляют коагулянт. Выбор вещества, используемого для химической реакции, зависит от уровня PH очищаемой воды и от ее химического состава.

Различают органические и неорганические коагулянты. Первые создают меньше осадка и применяются для обезжелезивания воды. Неорганические чаще используют для умягчения воды, содержащей избыток солей магния и кальция. Современные системы водоочистки способны дозировать коагулянт автоматически, на основе данных анализа очищаемой воды. Однако настройки требуют периодической корректировки, так как с изменением сезона вода в скважине может изменить свой состав.

После того, как нужный коагулянт в необходимом количестве доставлен в воду, раствор перемешивают для улучшения контакта коагулянта с загрязняющим веществом. При этом протекает химическая реакция, завершающаяся выпадением загрязнителя в осадок.

Затем, в зависимости от системы очистки, применяют отстаивание воды или фильтрацию, чтобы удалить из раствора хлопья загрязнителя.

Еще один способ коагуляции -- электромеханическое воздействие, нарушающее седиментационную и агрегативную устойчивость в дисперсных системах. Результат такой обработки -- образование осадка из укрупненных частиц загрязнителя, при этом риск попадания избытка коагулянта в чистую воду отсутствует.

3. Фильтрование воды

Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала. Фильтрование, так же как и отстаивание, применяют для осветления воды, т. е. для задержания находящихся в воде взвешенных веществ. Фильтрующий материал должен представлять собой пористую среду с весьма малыми порами. В водопроводной практике в качестве основного фильтрующего материала применяют песок.

В большинстве случаев фильтрование сочетают с другими методами очистки воды. Так, на станциях городских водопроводов фильтры обычно используют для обработки воды, прошедшей (после коагулирования) отстойники или осветлители. Фильтры применяют также для осветления воды при ее реагентном умягчении и обезжелезивании. В некоторых случаях фильтры используют для осветления природной некоагулированной воды, а также коагулированной воды без предварительного отстаивания

По характеру механизма задержания взвешенных частиц можно различать два основных вида фильтрования:

а) фильтрование через фильтрующую пленку, образующуюся в процессе фильтрования частицами взвеси, выпадающими на поверхность загрузки;

б) фильтрование без образования на поверхности загрузки фильтрующей пленки.

При фильтровании первого вида на фильтре задерживаются первоначально только такие частицы взвеси, размер которых больше размера пор фильтрующего материала. Слой осадка (пленка), образующийся из задержанных частиц взвеси, сам по себе является фильтрующим материалом и играет основную роль в очистке воды, а песчаная загрузка фильтра служит поддерживающей опорой для отлагающихся на ее поверхности загрязнений.

Эффект осветления воды фильтрами при их работе по этому принципу постепенно увеличивается -- по мере образования пленки над песком.

Фильтрование через поверхностную пленку является нормальным рабочим процессом фильтров, осветляющих воду без предварительной химической обработки ее коагулянтами. Этот процесс наиболее характерен для так называемых медленных фильтров. Медленные фильтры загружаются мелким песком и работают при малых скоростях фильтрования. Они способны обеспечить высокую степень осветления воды, задерживая мельчайшие частицы взвеси.

При фильтровании без образования поверхностной пленки задержание частиц, загрязняющих воду, происходит в толще слоя фильтрующей песчаной загрузки, где эти частицы извлекаются из воды и удерживаются на зернах песка под действием сил прилипания.

Не всякие частицы способны прилипать к зернам песка при фильтровании. Частицы, загрязняющие воду, обладают в естественном состоянии так называемой агрегативной устойчивостью, препятствующей как их взаимному слипанию -- коагуляции, так и прилипанию к какой-либо поверхности. Однако после обработки воды коагулянтами агрегативная устойчивость взвешенных и коллоидных частиц устраняется, вследствие чего их способность к взаимному слипанию и прилипанию к зернам песка возрастает.

Фильтрование без образования поверхностной пленки является нормальным рабочим процессом скорых фильтров, осветляющих воду после химической обработки ее коагулянтами. В этом случае на фильтры поступает вода, содержащая агрегативно-неустойчивые частицы -- мельчайшие хлопья, величина которых значительно меньше размера пор фильтрующей загрузки. Эти частицы свободно проникают с водой по поровым каналам в толщу песка, но задерживаются там под действием сил прилипания.

В фильтровании агрегативно-неустойчивой (способной к прилипанию) взвеси и состоит принцип скорого фильтрования. Только после предварительной химической обработки воды, в результате которой устраняется агрегативная устойчивость взвеси, можно получить на скорых фильтрах весьма высокий эффект осветления воды при высоких скоростях фильтрования.

4. Очистка сточных вод методом флотации

Под флотацией (от французского flotter -- плавать) понимают расщепление твёрдых микрочастиц с разной смачиваемостью. Это несмачиваемые водой (гидрофобные) частицы, и смачиваемые (гидрофильные). Пузырьки воздуха или масляные капли поднимаются вверх к границе раздела фаз, унося за собой гидрофобные частицы. Метод флотации используют при очистки сточных вод от взвесей и различных органических веществ, при разделении веществ в таких отраслях промышленности как пищевая, нефтеперерабатывающая и другие.

Расширенно применяется метод пенной флотации. При этом первоначально частицы обрабатываются реагентами. Затем пузырьки воздуха выталкивают их на поверхность воды, и образуется слой пены. Для его устойчивости добавляют пенообразователи. Пена получается путём барботирования с перемешиванием жидкой среды (пульпы) либо без перемешивания.

Суть флотации: в воде пузырёк воздуха сближается с гидрофобной частицей, прослойка воды, которая их разделяет, уменьшается и в критический момент рвётся, происходит полное смачивание, и пузырёк плотно прилипает к частице; плотность пузырька с частицей меньше плотности пульпы, и они поднимаются на границу раздела фаз, то есть Флотируют, при этом образуется пена, которую затем из флотатора механически удаляют. На устойчивость пары пузырёк-частица влияют размеры как пузырька, так и частицы, физико-химические свойства жидкой среды, частицы и пузырька и другие факторы.

Различают напорную, импеллерную и флотацию с использованием пористых материалов.

При напорной флотации воду воздухом насыщают под давлением. Если при этом реагенты не добавляются, то такую флотацию относят к способам физической очистки. Напорная флотация позволяет регулировать количество растворяемого воздуха а так же размер пузырьков.

Для очистки вод в нефтеперерабатывающей промышленности используют импеллерную флотацию. Но этот метод не отличается высокой эффективностью из-за большой турбулентности потоков во флотаторе, которая разрушает хлопьевидные частицы. Для лучшего результата добавляют поверхностно-активные вещества.

Пористые материалы позволяют получать пузырьки воздуха небольших размеров, для этого скорость истечения воздуха из отверстия материалов должна быть минимальной.

Эффективность флотации повышает использование коагулянтов, которые помогают удалять загрязнения в виде стойких эмульсионных соединений.

5. Процесс каскадно-адгезионной сепарации

Этот метод является отечественной разработкой, он был разработан в 70-х годах В. Шилаевим. Суть процесса заключается в том, что исходный угольный материал крупностью менее 50 мкм и плотностью 150-250 г / л сначала кондиционируют с углеродными реагентами, а потом сбрасывают пульпу в режиме «водопад» с большой высоты в специальную ванну, где проходит аэрация в результате удара (рис 5, а). Далее пеногон перемещает полученную пену к цилиндру адгезионной выгрузки, затем она попадает в гранулятор, где происходит масляная грануляция, а полученные гранулы выделяются из пульпы с помощью грохота.

В данном случае турбулентный режим перемешивания пульпы и реагента реализуется за счет ударной силы, возникающей при ударе струи воды о свободную поверхность жидкости, что значительно упрощает процесс.

Рис.1 - Технологическая схема каскадно - адгезионной сепарации и грануляции: a) схема процесса: 1 - исходная пульпа, 2 - подрешетний продукт, 3 - гранулированный концентрат, 4 - труба для сброса пульпы, 5 - зона аэрации, 6 - пеногон, 7 - цилиндр адгезионной выгрузки; 8 - гранулятор, 9 - грохот; б)схема гранулятора: 1 - зона интенсивного перемешивания, 2 - корпус гранулятора, 3 - центральная труба, 4 - разделяющий диск, 5 - мешалка, 6 - патрубок циркуляции; 7 - исходное питания, 8 - гранулированный продукт.

Заключение

Существование человечества без пресной воды невозможно. Поэтому в последние годы вопрос о чистоте воды и воздуха ставится на многих всемирных форумах. Эта проблема возникла в связи с огромными масштабами промышленного, сельскохозяйственного и коммунального использования вод. В настоящее время во многих районах земного шара ощущается острый водный голод. Использование пресной воды в таких огромных масштабах приводит к изменению физико-химического состава воды. Для уменьшения вредного влияния промышленного и сельскохозяйственного использования воды на экологию земного шара просто необходимо проводить механическую очистку стоков. Она медленно подготавливает стоки к последующей биологической очистке. Принцип механической очистки заключается в том, что на данном этапе из стоков удаляются все твердые нерастворимые вещества и примеси, которые могут повредить дальнейшее очистное оборудование и сооружения. Но если пренебречь столь важным и ответственным процессом, то есть риск, что в процессе биологической очистки нельзя будет добиться максимального результата.

Список использованной литературы

Дворников В.А. Экологическая безопасность. Теория и реальность угроз. -- М.: МО МАНПО, 2000.

Кармазинов Ф., Русак О.Н. и др. Безопасность жизнедеятельности: Словарь-справочник. -- СПб.: Лань, 2001.

Кукин П.П., Лапин В.Л. и др. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана труда: Учеб. пособие. -- М.: Высшая школа, 2001.

Микрюков В.Ю. Обеспечение безопасности жизнедеятельности. -- М.: Вузовская книга, 2000.

Степановских А.С. Охрана окружающей среды: Учебник. -- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

Шлендер П.Э., Маслова В.М., Подгаецкий СИ. Безопасностьжизнедеятельности: Учеб. пособие / Под ред. проф. П.Э. Шлендера. -- М.: Вузовский учебник, 2006.

Размещено на Allbest.ru