Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта


Скачать 146.32 Kb.
НазваниеИнженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта
Дата публикации27.04.2013
Размер146.32 Kb.
ТипЛекция
userdocs.ru > Химия > Лекция
Лекция 11

Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта

Сточную воду, насыщенную воздухом, подают в камеру, где давление близко к атмосферному. Выделяющиеся пузырьки воздуха захватывают частицы примесей и всплывают вверх. Пенный слой с твердыми включениями донным скребком удаляют в шламоприемник, а осветленную воду отводят на последующее использование. Твердые частицы, осевшие на дно камеры, донным скребком сдвига­ют в нижнюю часть камеры и уда­ляют из аппарата.

Флотация с механическим диспергированием воздуха широко используется в процессах обогаще­ния полезных ископаемых, а в пос­леднее время и для очистки сточных вод с содержанием взвеси бо­лее 2 г/дм3. Диспергирование воздуха обеспечивается турбинками на­сосного типа - импеллерами (дисками с обращенными вверх лопатками). Флотация с использованием пористых керамических пластин обеспечивает высокое качество очистки, но ввиду засоре­ния и зарастания отверстий пористого материала, а также трудно­стей в подборе пористых перегородок с одинаковыми отверстиями этот способ нашел ограниченное применение.

Для тонкой и сверхтонкой очистки сточных вод применяются методы обратного осмоса и ультрафильтрации. Данные методы реа­лизуются в процессе фильтрования сточной воды через полупрони­цаемые мембраны при давлении Р, превышающем осмотическое. 1 Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая молекулы растворенного вещества, размеры которых не больше молекул растворителя (обратный осмос при давлении до 10 МПа) или на порядок их больше (ультрафильтрация при Р = 0,1—0,5 МПа). Обыч­но мембраны изготавливают из ацетатцеллюлозы. Установка обрат­ного осмоса весьма проста и экономична, имеет высокую эффектив­ность, но требует периодической замены мембран при заметном возрастании у поверхности концентрации растворенного вещества, а также работы аппаратуры при повышенных давлениях, что требует ее специального уплотнения. Обратный осмос используют для разде­ления растворов, содержащих частицы с размерами 0,0001-0,001 мкм, а ультрафильтрацию — для частиц с размерами 0,001-0,02 мкм. Дан­ные методы рекомендуется применять при содержании в электро­литах: одновалентных солей — не более 10%, двухвалентных — 15, многовалентных — 20%. Для органических веществ эти пределы не­сколько выше.

В случае одновре­менного разделения органических и неорганических веществ исполь­зуют обратный осмос и ультрафильтрацию. При этом в процессе ультрафильтрации получают концентрат органических веществ, а затем — в процессе обратного осмоса — концентрат неорганических веществ и чистую воду.

Биохимическая очистка сточных вод. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать многие растворенные в сточных водах органические и неорганические соединения для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и ана­эробные методы биохимической очистки. Первая группа методов основана на использовании организмов, для жизнедеятельности которых/необходим дополнительный приток кислорода при темпе­ратурах 20— 40 оС. При этом методе аэробные микроорганизмы куль­тивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы реализуются без доступа кислорода и используются главным обра­зом для обезвреживания осадков.

Активный ил включает живые организмы (бактерии, простей­шие черви, плесневые грибы, дрожжи и др.), сообщество которых образует биоценоз, и твердый субстрат. Активный ил формирует аморфную коллоидную систему, имеющую достаточно стабильный состав, несмотря на значительные отличия сточных вод различных производств. Сухое вещество активного ила состоит на 70—90% из органических и на 10-30% из неорганических веществ. Субстрат, содержание которого в иле может доходить до 40%, включает твер­дую отмершую часть остатков водорослей и различные твердые ос­татки. При очистке промышленных стоков в активном иле преоб­ладают аэробные микробы.

Основную роль в процессе биохимической очистки сточных вод играют микроорганизмы, с помощью которых протекают процессы, заканчивающиеся окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратами энергии. Скорость биохимичес­ких реакций определяется активностью ферментов (энзимов), зави­сит от температуры, рН среды и присутствия в сточной воде различ­ных веществ. Для каждого фермента существует оптимальная тем­пература, ниже или выше которой скорость реакции падает. Активаторами ферментов являются катионы Са2+, Mg2+, Mn2+, a ингибиторами, снижающими активность ферментов, могут быть, например, соли тяжелых металлов.

Аэробные процессы биохимической очистки могут проводить­ся как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах. Искусственными со­оружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции, в которых процессы очистки идут с большей скоростью, чем в при­родных условиях.

Поля орошения являются специально подготовленными земель­ными участками, используемыми одновременно для очистки сточ­ных вод и в агрокультурных целях. Процессы очистки идут здесь за счет действия почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и жизнеде­ятельности растений. Поля фильтрации аналогичны полям ороше­ния, но используются только для биологической очистки сточных вод. Сточные воды на очистку подают через распределительные си­стемы в подпочвенный слой поля орошения, что наиболее полно реализует полезные свойства сточных вод как удобрений.

Биологические пруды представляют собой каскад из 3—5 ступе­ней водоемов, через которые медленно протекает очищаемая вода. Пруды с естественной аэрацией имеют глубину 0,5—1 м, хорошо про­греваются солнцем и заселяются водными организмами и водорос­лями, что способствует интенсификации процессов окисления сточ­ных вод. Пруды с искусственной аэрацией имеют глубину более 1 м. Они снабжены системами принудительной подачи и распределения воздуха в целях обеспечения интенсивного подвода кислорода и осу­ществления массообменных процессов. Пруды используют в комплексе с другими очистными сооружениями - как для биологической очистки, так и доочистки сточных вод.

Очистку в искусственных условиях проводят с помощью аэротенков или биофильтров. Аэротенк - это открытый железобетонный аэрируемый резервуар, в котором очистка идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила (рис. 15.6). Сточную воду сначала направляют в первичный отстой­ник, в который для улучшения осаждения взвешенных частиц по дают часть активного ила. Из отстойника осветленная вода посту­пает в преаэратор-усреднитель, в который подают избыточный ил из вторичного отстойника. Здесь сточные воды предварительно аэри­руются воздухом и при необходимости добавляются нейтрализую­щие добавки и питательные вещества. После усреднителя сточная вода поступает в аэротенк, где циркулирует активный ил. Биохими­ческие процессы в аэротенке проходят в два этапа:

  1. адсорбция активным илом органических веществ и минера­лизация легко окисляющихся веществ при интенсивном потребле­нии кислорода;

  2. доокисление медленно окисляющихся органических веществ
    с менее интенсивным потреблением кислорода и регенерация активного ила в отдельной секции аэротенка — регенераторе; после этого сточная вода с илом поступает во вторичный отстойник, где проис­ходит отделение ила от воды.



Рис. 15.6. Схема установки биологической очистки:

1 — первичный отстойник; 2 - преаэратор-усреднитель; 3 - аэротенк;

4 — регенератор; 5 — вторичный отстойник
Существует множество различных конструкций аэротенков отличающихся числом коридоров для прохода воды, организацией гидродинамического режима подачи сточных вод и воздуха, способом регенерации активного ила, количеством ступеней очистки нагрузкой на активный ил и другими характеристиками.

Биофильтры представляют собой корпусные сооружения с кусковой насадкой и распылительными устройствами для сточной воды и воздуха. Сточная вода фильтруется через насадку, покрытую плен кой микроорганизмов. В процессе окисления сточной воды биопленка наращивает свою массу, а отработанная биопленка смывается < насадки и выводится из биофильтра. В качестве насадки применяют щебень, гравий, шлак, керамзит, металлические и пластмассовые сетки и др. Разнообразные конструкции биофильтров определяют­ся требованиями к очистке (полной или неполной), подачей воздуха для аэрации (естественной или искусственной), с рециркуляци­ей или без рециркуляции сточных вод, степенью очистки (в одну ил* несколько ступеней).

Для первичной очистки высококонцентрированных промыш­ленных сточных вод (БПКП0ЛН = 4—5 г/дм3), содержащих органичес­кие вещества, а также для образования осадков от биохимической очистки применяют анаэробные методы обезвреживания. Органи­ческие вещества разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Процесс брожения проводят в метанотенках — гермети­чески закрытых емкостях с устройствами для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Степень сбраживания (распада орга­нических веществ) в среднем составляет около 40%, состав выделя­ющихся газов: 63-65% метана, 32-34% СО2. Выделяющиеся газы обычно сжигают в топках котлов.

Процесс биохимической очистки протекает более устойчиво и полно при совместной очистке промышленных и бытовых стоков, поскольку последние содержат биогенные элементы, а также разбав­ляют производственные сточные воды.

Физико-химическая очистка сточных вод. Адсорбцию применя­ют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органичес­ких примесей (фенолов, ПАВ и др.) после биохимической очистки, а также если концентрация таких примесей невелика, а сами они биологически не разлагаются или сильно токсичны. Метод высоко­эффективен (80—95%), позволяет очищать сточные воды, содержа­щие несколько веществ, допускает рекуперацию этих веществ. Ад­сорбционная очистка может быть регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой адсорбент, содержащий извлеченные из сточных вод веще­ства, уничтожается. В качестве адсорбентов используют активиро­ванный уголь (наиболее универсален), шлаки, глины, некоторые синтетические вещества и др.

В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий.

  1. Перенос вещества из сточной воды на поверхность адсорбента.

  2. Собственно адсорбция.

  3. Перенос вещества внутри зерен адсорбента.

При адсорбции поглотитель насыщается адсорбируемым веще­ством. Со снижением эффективности очистки адсорбцию прекраща­ют, а адсорбент подвергают регенерации, десорбируя из него погло­щенные вещества. Процесс адсорбции ведут при интенсивном пе­ремешивании адсорбента со сточной водой с последующим фильтрованием воды через слой адсорбента либо в псевдосжиженном слое на установках периодического или непрерывного действия. Более эффективны установки непрерывного действия.

Адсорбер с использованием способа фильтрации воды через слой адсорбента представляет собой колонну, в которой на решетке уло­жен сначала слой гравия, а затем слой активированного угля. Очи­щаемая вода подается снизу вверх, а пар для регенерации адсорбен­та — сверху вниз. Адсорберы с псевдосжиженным слоем (рис. 15.7) действуют иначе. Активированный уголь через воронку по трубе непрерывно подается под распределительную решетку с отверстиями 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и проходит вместе с ними через решетку, над которой образуется псевдосжиженный слой, где идет адсорбция. Избыток угля поступает в сборник, а из него на регенерацию. Очищенную воду через желоба отводят из колонны.


Рис. 15.7. Одноярусный адсорбер:

1 -решетка; 2-труба; 3- колонна; 4-воронка; 5-сборник

Адсорбированные ценные вещества извлекают десорбцией при регенерации активированного угля насыщенным или перегретым паром при температуре 200-300 °С и давлении 0,3-0,6 МПа или инертным газом при 120-130 °С. После десорбции пар конденсиру­ют, а извлеченные вещества направляют на переработку. В случаях, когда адсорбированное вещество не представляет ценности, прово­дят деструктивную регенерацию активированного угля. Она осуще­ствляется либо химическим методом (окисление хлором, озоном и др.), либо термическим методом (обработка в печах при температу­рах 700-800 оС в бескислородной среде смесью продуктов сгорания и водяного пара).

Ионообменная очистка сточных вод применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Си, Cr, Ni, Pb, V, Mn и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоак­тивных веществ. Ионный обмен используется в процессах водоподготовки для обессоливания воды. По завершении процесса ионного обмена иониты регенерируют.

Процессы ионообменной очистки проводят в установках пери­одического и непрерывного действия. Последние наиболее предпоч­тительны для промышленных условий, поскольку позволяют при использовании компактного оборудования снизить удельный расход ионитов, реагентов для их регенерации и промывной воды. Установ­ки непрерывного действия состоят из нескольких ионообменных аппаратов (колонн) с катионитом и анионитом, работающих с дви­жущимся или с кипящим слоем ионита.

При очистке сточных вод, содержащих фенолы, масла, нефте­продукты, ионы металлов, применяют методы экстракции. В общем случае экстракция более целесообразна, чем адсорбция, если концен­трация извлекаемых веществ выше 3—4 г/дм3. Процесс очистки со­стоит из трех стадий. Сначала сточная вода интенсивно смешивает­ся с экстрагентом (органическим растворителем) с образованием двух жидких фаз: экстракта (экстрагент с извлекаемым веществом) и рафината (сточная вода и экстрагент). Вторая стадия - разделение экстракта и рафината, третья стадия - регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной экстракции.

Регенерация отработавшего экстрагента проводится с примене­нием вторичной экстракции (с другим растворителем), а также вы­париванием, дистилляцией, химическим взаимодействием или осаж­дением. Если экстрагент не следует возвращать в цикл, то после извлечения из него ценных веществ он может быть использован для технологических целей или в качестве топлива (если экстрагирован­ное вещество не является ценным). Для предотвращения загрязне­ния сточной воды частично растворимым в ней экстрагентом и со­кращения потерь экстракт удаляют из рафината адсорбцией, отгон­кой отработанным паром или отходящими дымовыми газами.

Жидкостная экстракция занимает особое место в процессах из­влечения ценных металлов из сточных вод и обеспечивает их кон­центрирование для последующей рекуперации. В качестве экстрагентов применяют органические кислоты, эфиры, спирты, кетоны, амины и др., а реэкстрагентов — водные растворы кислот и основа­ний.

Высококачественное удаление из сточных вод токсичных и цен­ных компонентов производится электрохимическими методами. Очистку проводят без использования химических реагентов на ав­томатизированных установках с применением процесса анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа, протекающих при пропускании постоянного тока через очищаемую воду.

Анодное окисление и катодное восстановление проводят в элект­ролизерах. На аноде ионы отдают электроны (реакция окисления), а на катоде происходит присоединение электронов (реакция восста­новления). При окислении вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием СО2, NH3 и Н2О или обра­зуют простые нетоксичные соединения, которые затем удаляют дру­гими методами. Катоды изготавливают из стали, графита, металлов, покрытых вольфрамом, молибденом. Для анодов используют элект­ролитически нерастворимые материалы (графит, магнетит и др.). Анодное окисление широко применяют, например, для очистки сточ­ных вод, содержащих простые и комплексные соединения цианидов с концентрацией их до 600 мг/дм3. Катодное восстановление прово­дят для удаления из сточных вод ионов металлов с получением осад­ков, для перевода загрязняющего компонента в менее токсичную форму или в легко выводимое из воды соединение (осадок, газ).

Электрокоагулятор представляет собой ванну с электродами. При прохождении между ними сточной воды происходит ее элект­ролиз, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы и взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

В электрофлотаторах используется эффект удаления взвешен­ных частиц пузырьками газа, образующимися при электролизе воды (на аноде — кислорода, на катоде — водорода). Более эффективная очистка достигается при использовании растворимых электродов, в результате чего образуются, кроме пузырьков газа, еще и хлопья ко­агулянтов. Электрофлотационные установки применяют в случаях, когда обычная флотация не дает требуемого качества очистки.

Электродиализ для очистки промышленных сточных вод применяется крайне редко, хотя считается перспективным способом. Данный процесс основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран — анионообменной и катионообменной. Первая мембрана пропускает в анодную зону анионы, а вторая — катионы в катодное пространство. Простейшая конструкция установки пред­ставляет собой ванну, разделенную на три камеры. В среднюю ка­меру поступает сточная вода, а в боковые камеры, где расположены соответственно катод и анод — чистая вода. При прохождении тока на аноде выделяется кислород и образуется кислота, а на катоде выделяется водород и образуется щелочь. За счет диффузии в сред­нюю камеру поступают ионы Н+ и ОН-, образуя воду. Применение метода ограничено тем, что при электродиализе из-за концентраци­онной поляризации на поверхности мембран осаждаются соли, что ухудшает показатели очистки.

К химическим реагентным методам относятся нейтрализация, окисление и восстановление компонентов сточных вод. Данные ме­тоды предполагают использование различных реагентов, что связа­но с весьма значительными затратами. Поэтому их применение це­лесообразно лишь в некоторых замкнутых системах водоснабжения перед биологической очисткой или после нее (для доочистки сточ­ных вод). Нейтрализацию используют для подготовки сточных вод, содержащих кислоты или щелочи перед подачей в технологический процесс или для сброса в водоем. Нейтрализацию обычно проводят: смешением кислых и щелочных сточных вод (весьма перспективный способ для ряда производств) с добавлением реагентов, фильтрова­нием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными растворами или абсорбцией аммиака кис­лыми водами.

Выбор способа зависит от особенностей сточных вод, отходов, побочной продукции и др., образующихся как на данном, так и на соседних с ним предприятиях. Если в производстве формируются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами (или очищенные от таковых), то их смешивают в автоматизирован­ной усреднительной установке до 6,5 < рН < 8,5. Осадок обезвожи­вают на шламовых полях или в вакуум-фильтрах. При окислении загрязнения переводятся в менее токсичные и удаляются из воды. В качестве окислителей применяют хлор, диоксид хлора, хлорат каль­ция, гипохлориты кальция и натрия, озон, кислород воздуха и др. Легко восстанавливаемые вещества (например, вещества, содержа­щие шестивалентный хром) переводят в нерастворимые соединения, обычно гидрооксиды, которые затем осаждают в щелочной среде. Восстановителями являются активированный уголь, сульфат заки­си железа, тиосульфат натрия, диоксид серы, пиритный огарок и др.

Сточные воды ряда производств загрязнены летучими примеся­ми органического и неорганического происхождения, в том числе сероводородом, диоксидом серы, диоксидом углерода и др. Удале­ние таких примесей осуществляется десорбцией. При пропускании инертного газа, малорастворимого в воде (воздух, диоксид углеро­да, дымовые газы и др.) через сточную воду летучий компонент диф­фундирует в газовую фазу, поскольку парциальное давление газа над раствором больше, чем в окружающем воздухе. Десорбцию осуще­ствляют в тарельчатых, каскадных и распылительных колоннах. Количество вещества, перешедшего в газовую фазу, растет с увели­чением температуры среды, поверхности контакта фаз и коэффици­ента массопереноса. Десорбированное из воды вещество направля­ют на адсорбцию или каталитическое сжигание.

В некоторых сточных водах содержатся дурно пахнущие веще­ства (сероводород, углеводороды, аммиак, альдегиды и пр.). Для их дезодорации можно использовать ряд способов: аэрацию, хлориро­вание, ректификацию, дистилляцию, обработку продуктами сжига­ния топлива, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление. Наибо­лее эффективной является аэрация воды при продувании ее сжатым воздухом (процесс десорбции). Применение иных способов связа­но со специфическими особенностями содержащихся в воде приме­сей. Например, для эффективной очистки воды от сероводорода окислением кислородом воздуха при атмосферном давлении процесс проводят в присутствии катализатора (железной стружки, графито­вого материала и др.) в аэрационном бассейне, продуваемом сжатым воздухом. При этом часть сероводорода окисляется до элементной серы, а другая часть отдувается воздухом в адсорбер с активированным углем. После насыщения активированный уголь регенерирует сульфатом аммония.

Присутствие в сточных водах растворенных газов существен затрудняет очистку таких вод и их использование. Растворенные газы удаляют дегазацией, осуществляемой химическим, термическим или десорбционным (аэрационным) методами. Выбор метода зависит растворенного газа и его концентрации в воде. Наиболее распространенным способом на предприятиях является аэрация, проводимая в зависимости от требуемой производительности в пленочных, насадочных, барботажных или вакуумных дегазаторах.

Термохимические и термические методы обезвреживания сточных вод. Особое место в технологиях очистки сточных вод занимают; методы их обезвреживания от содержащихся минеральных солей Mg, Na и др., а также органических соединений. Термические методы реализуются рядом способов:

• концентрированием сточных вод с последующим выделением твердых веществ;

• окислением органических примесей в присутствии катализатора;

• жидкофазным окислением органических веществ;

• огневым обезвреживанием.

Концентрирование применяют для удаления из воды минеральных солей. Для этого используют испарительные (выпарные) установки и установки вымораживания, позволяющие получить концентрированные водные растворы солей. Последующая обработка растворов в кристаллизаторах с отделением кристаллов от маточного раствора на фильтрах и сушка в распылительных (или аналогичных по назначению) сушилках позволяет получать твердый продукт, имеющий высокую потребительную стоимость.

Для обезвреживания сточных вод с небольшим содержав органических примесей применяют термоокислительную обработку жидкофазным, парофазным каталитическим окислением огневым методом. Окисление примесей осуществляют кислородом воздуха при повышенных температурах с образованием нетоксичных соединений.

Похожие:

Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconАдсорбция
Инженерные методы защиты атмосферы от выбросов промышленных предприятий и энергетических объектов
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconМетодические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине...
...
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconМеталлоизделия промышленного назначения, крепежные изделия машиностроительного...

Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconИнженерные методы защиты атмосферы от выбросов промышленных предприятий...
Ых в несколько ярусов по высоте аппарата. Образующиеся капли размером 0,8—1,1 мм создают сплошную завесу на пути газа. Частицы пыли...
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconИнженерные методы защиты атмосферы от выбросов промышленных предприятий...
Защита атмосферы от выбросов наиболее эффективно достига­ется путем очистки загрязненных газов в специальных аппаратах. Представление...
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconО. У. Юлдашева Анализ сложившихся теоретических основ маркетинга...
Также в работе рассматриваются современные точки зрения на теорию промышленного маркетинга отечественных и зарубежных исследователей,...
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconСодержание
Динамика работает в области контроля качества и технической диагностики с 1990 года. Основными заказчиками фирмы являются предприятия...
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconОб утверждении Межотраслевых правил по охране труда при выполнении...
Постановление Министерства труда и социальной защиты Республики Беларусь от 27. 12. 2007 n 184
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconОсвоив специальные методы, вы получите важные умения и навыки, которые...
Помимо этого, вы получите доступ к неограниченным энергетическим ресурсам, сможете овладеть резервными способностями человеческого...
Инженерные методы защиты гидросферы при работе промышленного предприятия и энергетического объекта iconИсходные данные для расчета основных технико-экономических показателей...
Исходные данные для расчета основных технико-экономических показателей деятельности промышленного предприятия
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница