Размещено на http://www.allbest.ru/

Очистка природных и сточных вод электрохимическим методом

Введение

В этом курсовом проекте мы рассмотрели некоторые виды очистки природных вод и непосредственно химической коагуляции в данном случае это наиболее эффективный метод очистки природных вод и выбор технологической схемы электрохимической очистки.

Чтобы определить пригодность воды для конкретного вида потребления и выбрать метод ее очистки необходимо прежде всего выяснить качество источника. Для определения показателей качества воды производиться ее анализ. Соответственно определяемыми свойствами. Различают физический, химический, бактериологический и технологический анализ воды. Вода в источнике может различаться по качеству в зависимости от места отбора и времени года. Поэтому очень важно, чтобы данные анализа отражали качество именно той воды, которая служит источником водоснабжения.

Температура природных вод зависит в первую очередь от их происхождения. Воды подземных источников отличаются постоянством температуры, причем с увеличением глубины их значение температуры все более уменьшается. Помимо этой причины температура их отдельных участков рек и водохранилищ может изменятся из за поступления нагретых вод от охлаждения производственных агрегатов, горячих сточных вод, а также при наличии подземных источников.

Прозрачность и мутность воды

Природные воды особенно поверхностные редко бывают прозрачными из за наличия в них взвешенных частиц глины, песка, органических веществ фито и зоопланктона и.т.д. Взвешенные вещества попадают в открытые водоемы вместе с талыми или дождевыми водами, а также в результате размыва русел. Количественное содержание взвешенных примесей в воде определяют весовым способом, однако такое определение отнимает много времени.

Мутность воды в реках в различные времена года значительно изменяются. Мутность воды определяется сравнением при одинаковом освещении образца испытуемой воды с таким же объемом дистиллированной воды, искусственно замутненным определенным количеством стандартной взвеси налитыми в цилиндры одинаковой вместимости. Прозрачность определяется высотой столба воды через который ясно просматривается специальный шрифт (» прозрачность по шрифту»)

Чистая вода взятая в малом объеме, бесцветна; имеет голубоватый оттенок. Другие оттенки свидетельствуют о наличии в воде различных растворенных и взвешенных примесей. Цветность воды обуславливается присутствием в ней гуминовых веществ, массовым развитием водорослей (цветение водоемов), коллоидными соединениями железа, а также окрашенными сточными водами. При обесцвечивании воды необходимо учитывать не только величину ее цветности, но и состав обусловливающих ее гумусовых веществ, поскольку их устойчивость к действию окислителей и адсорбентов не одинакова. При «цветении водоемов» вода в зависимости от видов организмов приобретает различные оттенки: Светло-зеленый при массовом развитии водорослей; зеленовато бурый при развитии диатомовых водорослей калоидные соединения железа придают воде оттенки от желтоватых до зеленых. Цветность воды выражается в градусах платинокобальтовой или дихронато-кобальтовой шкалы. Поскольку причины, обуславливающие цветность воды, разнообразны, эффективность обесцвечивания во многом зависят установления природы цветности.

Природная вода может обладать вкусом и запахом. Различают четыре вкуса вод: соленый, горький, сладкий и кислый. Природные воды используемые для водоснабжения, обладают, как правило, солоноватым и горьким привкусом. Горький вкус вызывается повышенным содержанием ; солоноватый . Кислый вкус имеют минеральные воды при большом содержании растворенной угольной кислоты.

Кроме того вода может имеет привкусы, вызванные высокими концентрациями растворенных солей и не подходящие под выше приведенную классификацию.

Запахи воды бывают двух видов: естественного и искусственного происхождения. Причинами запахов: естественного происхождения является химический состав примесей воды, живущие и отмершие организмы, загнивающие растительные остатки, специфические органические соединения, выделяемыми некаторами водорослями и микроорганизмами. Среди запахов этой группы различают: ароматический, болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневый, рыбный, травянистый и неопределенный. К этой же группе относится и серо-водородный, вызываемый наличием в воде растворенного сероводорода. Запахи искусственного происхождения, обусловлены примесями некоторых производственных сточных вод называют по продуцирующих их веществам: фенольный, хлорфенольный, нефтяной, смолистый и т.д. Характер и интенсивность запаха воды определяется в настоящие время при помощи органов чувств.

При химическом анализе воды определяют ее активную реакцию окисляемость, наличие азот содержащих веществ растворенных в воде газов, сухой остаток, потерю при прокаливании, жесткость, щелочность, хлориды, сульфаты, железо, марганец и другие элементы.

Так же в курсовой работе приведен расчет електрокоагулятора и его размеров, приведен расчет объема водорода, выделяющегося в процессе электролиза и расчет объема производственного помещения. Эти расчеты являются неотъемлемой частью всех расчетов. Все это необходимо для правильной установки электролизера в помещении, для удобства ремонта и эксплуатации, а объем водорода необходим для безопасности людей работающих на производстве.

1. Требования к качеству природных вод

Качество воды природных источников определяется наличием в ней веществ неорганического и органического происхождения, а также микроорганизмов и характеризуется различными физическими, химическими, бактериологическими биологическими показателями.

К физическим показателям относятся: мутность, прозрачность, цветность, температуру, запах, вкус и электропроводимость.

Химическими показателями качества воды является: общее кол-во растворенных веществ или сухой остаток, активная реакция или pH вода, окисленность, щелочность, содержание газов, наличие азотных соединений, хлоридов, сульфатов, железа, марганца, кальция, магния.

Бактериологические или санитарные показатели характеризуют загрязнение воды, а также содержание в ней бактерий кишечной палочки.

Биологические показатели определяются наличием водных организмов, находящихся во взвешенном состоянии воды (танктон) или располагаются у дна водоема, берегов и на поверхности подводных предметов.

Требования к качеству природных вод могут быть самыми различными и зависит от целевого назначения вод.

Выбор и оценка качества источника централизованности хозпитьевого водоснабжения должна производится в соответствии ГОСТа 17.13.03-77 «Правила выбора и оценка качества источника централизованного хоз - питьевого водоснабжения».

В соответствии с требованиями стандарта пригодность источника водоснабжения устанавливается на основе комплексной оценки санитарного состояния, места размещения водозаборных сооружений и прилегающей территории для подземных водоисточников, а также выше и ниже водозабора для поверхностных источников.

Выбор источника производственного водоснабжения производится с учетом требований, предъявляемых потребителем к качеству воды.

2. Состав примесей природных вод. Характеристика примесей

Природная вода предоставляет собой многокомпонентную динамическую систему, в состав которой входят газы, минеральные и органические вещества, находящиеся истинно растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии, а также микроорганизмы. В виде недиссоциированных молекул, коллоидов и взвеси в природных водах содержится › 50 элементов.

Из растворенных газов в природных источниках чаще всего присутствуют О₂, Н₂, СО₂, реже Н₂S и другие. Количественное содержание газов в воде во многом зависит от природы, порционного давления, температуры, состава водной среды и др. факторов

Из веществ диссонирующих в водных растворах, в воде растворяются большинство минеральных солей, кислот и гидроксидов. Наиболее распространены в природных водах гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты щелочноземельных и щелочных метанов, в меньшей мере их нитраты, нитриты, фториды, фосфаты.

Значительным поставщиком органических веществ в природную воду является почвенный гумус, продукты жизнедеятельности и разложения растительных и животных организмов, сточные воды бытовых и промышленных предприятий.

Наличие в воде взвешенных веществ свидетельствует о ёё загрязненности твердыми нерастворимыми примесями - частицами глины, песка, водорослей и другими веществами минерального или органического происхождения. Взвешенные в-ва попадают в воду в результате смыва твердых частиц верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время весенних и осенних паводков, а также в результате размыва руки рек. Наибольшая мутность наблюдается весной в период паводков, а также летом в следствии выпадения дождя, таяния снега в горах и развития мельчайших плавающих организмов и водорослей, наименьшая - зимой, когда они покрыты снегом.

Для водоемов особую опасность предоставляют стоки воды, в состав которых входят белки, углеводы, органические компоненты. Эфиры, спирты, фенолы, нефть и др.

Зимой кол-во органических веществ минимально, однако в период половодья и паводков, а также летом в период развития водорослей, «цветения» водоемов - оно повышается.

В период половодья и паводков, а также летом в период развития водорослей, «цветения» водоемов - оно повышается.

Наличие в воде органических резко ухудшает органолептические показатели воды, повышает цветность, вспениваемость, отрицательно действует на организм человека и животных.

3. Выбор методов очистки воды

очистка вода электрокоагулятор электролиз

Необходимость очистки воды от загрязнений возникает в том случае, когда качество воды природных источников не удовлетворяет предъявленным к нему требований, несоответствие качества воды источника требованиям потребителя определяет выбор методов обработки воды.

Выбор методов очистки воды производится на основе классификации примесей по фазово-диспаратному состоянию, разработанный академиком института коллоидной химии и химии воды А.А. Кульским. Для правильного определения метода очистки воды необходимо строго придерживаться требований, предъявляемых к качеству воды, приведенных в таких нормативных документах, как СниПы, ГОСТы, напр. 2874-73 «Основные требования к качеству хозяйственно - питьевой воды» ГОСТ 17.18.03-77 «Правила выбора и оценка качества источников централизованного хозяйственно - питьевого водоснабжения», а также ГСНИПа:» Государственные санитарные правила и нормы «Вода питьевая, гигиеническая требования к качеству воды централизованного хозяйственно - питьевого водоснабжения». В этом документе систематизированы и изложены основные гигиенические требования к качеству воды централиз. хоз - питьевого водоснабжения, порядок осуществления государственного эпидемиологического надзора за качеством воды в системах централизованного хозпитьевого водоснабжения в обычных и экстремальных ситуациях, а также ответственность за несоблюдение требований.

Также необходимо учитывать при оценке метода очистки воды такие факторы, как концентрация загрязнений в воде, состав воды, органолептические показатели.

Исходя из моих данных «Исходные данные», приведенных ранее, загрязнения относятся ко 2 гр. по квалификации Кульского. Таким образом применяются следующие технологические процессы: осветление, обеззараживание, окисления органических примесей и применяются следующие способы очистки воды: механическая (фиотация, филтрование), физико - химическая очистка (адсорбция, биохимическая), бактерицидная, биологическая

В данном курсовом проекте дана характеристика основных методов очистки, обеззараживания воды, наиболее в широком аспекте рассмотрен метод электрохимической коагуляции, как наиболее высокоэффективный метод удаления из воды загрязнений в виде взвесей минерального, органического и биологического происхождения.

4. Осветление воды фильтрованием

Завершающим этапом очистки воды от взвесей - является фильтрование. Этот процесс осуществляется пропусканием воды через зернистые или другие материалы.

При фильтровании воды, содержащей взвешенные в-ва, через слой песка или др. зернистого материала они могут отлагаться на поверхности фильтрующего слоя, в порах фильтрующего слоя, одновременно по поверхности и в порах загрузки.

В процессе пленочного фильтрования взвешенные вещества остались не поверх фильтрующего слоя, образуют дополнительный фильтрующий слой. Этот слой способен задерживать высокодисперсную взвесь.

Взвешенные вещества на поверхности фильтрующего слоя могут отлагаться в виде пленки при не больших и при обычных скоростях фильтрования на скорых фильтрах, если через них пропускается вода, содержащая почвенную взвесь.

В большинстве случаев на скорых фильтрах пленка не образуется и взвешенные вещества вместе с водой проникают в толщу фильтрующего слоя. С увеличением крупности зерен загрузки и скорости фильтрования глубина проникания загрязнений возрастает. Адгезия или сорбция скоагулированных частичек поверхностью зерен фильтрующего слоя зависит от зарядов частичек взвеси и их размеров. На скорых фильтрах при фильтровании вода сверху вниз чаще всего происходит одновременно два процесса - задержание части взвешенных веществ в пленке на поверхности фильтрующего слоя и проникание их в толщину фильтра.

Процесс осветления фильтрующей суспензии - результат двух противоположных процессов: адгезии задерживающих частичек к макроповерхности и отрыва далее прилипших частичек и переноса их гидродинамическими силами потока. В каждом элиентарном слое загрузки вода осветляется до тех пор, пока силы отрыва частичек не начинают превалировать над силами адгезии.

Накопление осадка в зернистом слое приводит к увеличению сил отрыва частичек. При очистке воды процесс фильтрования важен в той стадии, когда применение частичек превалирует над их отрывом. Величина силы адгезии в водной среде определяется в основном молекулярным взаимодействием соприкасающихся тел, она на несколько порядков ниже, чем сила адгезий в воздухе. Кроме того, в водной среде возникают силы отталкивания, обусловленные свойствами последней.

Силы адгезии зависят от свойств воды и соприкасающихся поверхностей. Если последние резко различаются по смачиваемости, то адгезии нет. В водной среде она достигает максимального значения при одинаковой гидрофенности или гидрофобности поверхностей. Однако сгибание гидрофобных поверхностей больше, чем гидрофинных.

Силы отталкивания, появляющихся в водной среде, обусловлены растворенным действием тонкого слоя жидкости, находящегося между поверхностями соприкасающихся тел. Действие таких слоев объясняется отличием их термодинамического и химического потенциалов от потенциалов объемной фазы.

Сила воздействия потока на частичку зависит от плотности и вязкости среды, диаметра частичек, скорости потока и условий обтекания прилипших частичек потокам.

Критерием оптимальности процесса служит соотношение между tз и tn.

В технологическом и экономическом отношении оптимальным является режим, при котором tn. = tз. Однако с т.з санитарной подъёмности, tз должно быть несколько больше чем tn.

Поскольку подбор загрузки фильтра и выбор скорости фильтрования проводится обычно для каждого определенного случая, то изменение физико-химических свойств воды источника или технологического режима водоочистной станции (например, изменение дозы коагулянта) приводит к изменению свойств фильтруемой суспензии и тем самым свойств, образующих в порах загрузки осадка. Это в свою очередь вызывает отклонение от оптимального режима фильтрования.

Эффективным методом ведения фильтрования в оптимальном режиме является воздействие на адгезионные св-ва фильтруемой взвеси и св-ва отложений в зернистой загрузке.

Способность коагулянта увеличивает плотность прочность хлопьев гидроксидов позволяет использовать их для направленного регулирования указанных свойств и следовательно оптимизации режима фильтрования. Практически это достигается введением определенной дозы коагулянта непосредственно перед фильтрующей загрузкой.

4.1 Удаление примесей из воды методом флотации

Четырехфазные примеси из воды можно выделить, используя явление избирательного смачивания, лежащее в составе процесса флотации. Сущность этого процесса заключается в специфическом действии молекулярных сил, способствующих всплыванию взвешенных веществ с пузырьками высокодисперированного в виде воздуха и образованию на поверхности воды пенного слоя, насыщенного изв…. в-вом. Эллиментарный акт пенной флотации состоит в том, что при сближении в воде газового пузырька с гидроробной поверхностью частицами взвеси разделяющий их тонкий слой становится неустойчивым и разрывается при достижении некоторого критического значения.

Масса флотируемых частичек не должно превышать силы их прилипания к газовым пузырькам и подъемной силы последних. Высокодисперсные примеси флотируются очень плохо и ухудшают извлечение крупных частичек. Интенсификация процесса флотации достигается гидрофобизацией поверхности дисперсных примесей реагентами, которые избирательно сорбируясь по поверхности частичек, поднимают их смачиваемость в результате чего ухудшается прилипание частичек примесей и пузырьков воздуха.

В некоторых случаях флотацию очистки воды сочетают с обработкой её растворами коагулянтов.

В качестве гидрофобизирующих фитореагентов применяют анионоактивные, катиокоактивные и ПАВ. Они собираются на границе раздела тв. фаза. вода так, что полярные грунты обращены к поверхности частичек а неполярные - в воду, в следствии чего взвешенные вещества гидрофобизируются.

Реагентами вспенивания служат в-ва, способные к одсорбции на границе раздела вода - воздух.

Флотацией воду можно освободить не только от суспензированных твердых примесей, но и от нефтепродуктов и др. энульгированных жидких в-в.

В настоящее время применяется множество методов насыщения жидкости пузырьками воздуха, среди которых по размерам пузырьков воздуха или газа можно выделить следующие: флотация с выделением воздуха из раствора вакуумные, напорные и фильтрные установки: флотация с механическим дисперированием воздуха, безнапорные и ……установки: флотация с подачей воздуха через пористые материалы, электрофлотация.

4.2 Озонирование воды

Озонирование - один из перспективных методов обработки воды с целью ее обеззараживания и улучшения органолептических показаний.

Озон является наиболее сильным из всех известных в настоящее время окислителей, одним из его преимуществ средств гигиены, т.е. является неспособность (в отличие от C) к реакциям замещения. Озонирование позволяет одновременно обессвечиванием, устранение привкусов и запахов воды ее обеззараживание, при этом в воду не вносится посторонние примеси и не образуются вредные для человека соединения.

Механизм бактерицидного действия озона объясняется его влиянием на обмен веществ в живой клетке, при котором нарушается равновесие превращения активных сульфидных групп в в активные дисульфидные формы. Озон очень эффективен при обеззараживании спор, патогенных микроаргонизмов и вирусов. В отличие от обычно употребленных патогенов озон не даст обратного замедляющего эффекта на внутриклеточные ферменты. Из-за своих высоких окислительных свойств озон действует как окислитель элек. стенки клетки до проникновения внутрь микроорганизма и окисление определенных компонентов (ДНК, РНК)

Когда большая часть мембраны разрушена, клетка погибает. Если мембрана разрушена частично, то она может соединиться с другой клеткой.

Поскольку реакция озона с загрязнителями, встречающими в природных водах, непредсказуемы и мало изучены, необходимым этапом в разработке технологии озонирования является проведение предварительных технологический исследований. В отличии от хлорирования, когда для определения необходимой дозы вводимого С достаточно установить величину хлорпоглащаемости воды в лабораторных условиях, исследования по озонированию должно проводиться на представительной опытной установке, которая наиболее точно воспроизводит проведение процесса реальных условий очистных сооружений.

Основные показатели к применению озона для обработки воды являются: необходимость одновременно с обеззараживанием улучшения качества воды.

Озонирование несет ряд преимуществ перед другими методами обеззараживания воды: компактность установок, удобство их эксплуатации, отсутствие громадного хозяйства.

Список литературы

1. КульскийЛ.А. Накорчевская В.Ф. Химия воды: физико-химические процессы обработки природных и сточных вод. К., Высшая школа, 1983 г.

2. Назарян М.М., Ефимов В.Т. Электрокоагуляторы для очистки промышленных стоков - Харьков: Вища школа, 1983.

3. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1989.

4. Бейгельдруд Г.М. Электрохимические способы очистки сточных вод // Металлург. - 1996, №5. - С. 38 - 39.

5. Румянцева З.М. Электрохимические методы очистки природных и сточных вод. М., 1971 г.

6. Краснобородько И.Г., Светашева Е.С. Электрохимическая очистка сточных вод. Л., 1978 г.

7. Вольф И.В., Ткаченко В.А. Химия и микробиология природных вод

8. Луценко Г.Н. физико-химическая очистка городских сточных вод. Стройиздат, 1984.

Размещено на Allbest.ru