При проектировании снова строящихся и реконструируемых сис-тем водоотведения населенных промышленных предприятий и пунктов нужно предусматривать мероприятия, направленные на рацио-нальное и экономное применение водных ресурсов. Санитарные пра-вила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения запрещают сбрасывать в водоемы сточные воды, в случае, если этого возможно избежать, при-меняя более рациональную разработку, безводные процессы, совокупности повторного и оборотного водоснабжения, и в случае, если сточные воды содержат полезные отходы, каковые возможно утилизировать.
Замена воды, применяемой для энергетических и технологиче-ских потребностей, воздухом либо вторыми более недорогими природными ресур-сами, разрешает значительно сократить водоемкость некоторых произ-водственных процессов. Примерами безводных разработок смогут слу-жить охлаждение и воздушное отопление, пенные разработки отделки изделий.
Сущность пенной разработке пребывает в замене большей части жидкости в отделочных средах на воздушное пространство либо сверхкритический диок-сид углерода, ресурсы которых фактически не ограничены. Благодаря применения данной разработке в 3 – 4 раза понижается влагосодержание обрабатываемого материала, на 40 % уменьшаются расход энергии на удаление жидкости в процессах тепловой обработки и количество промышлен-ных сточных вод. Экономия воды образовывает приблизительно 30 %.
Значительно сократить водопотребление разрешают современные системы рационального водоснабжения. На данный момент все чаще вместо прямоточной совокупности водообеспечения применяются по-вторная (последовательная), оборотная либо замкнутая совокупности.
При прямоточном водообеспечении (рисунок 9.2, а) вся забирае-мая из источника вода Qист по окончании технологического процесса возвраща-ется в водоем, за исключением того количества воды Qпот, которое без-возвратно расходуется в производстве, и удаляется на очистных сооружениях вместе с осадком (шламом) Qшл.
Широкое распространение взяло повторное (последова-тельное) применение воды.При данной совокупности водоснабжения водаиспользуется последовательно в нескольких производственных процес-сах (оборудовании) без дополнительной обработки ( очистки) либо по окончании соответствующей обработки (очистки) (рисунок 9.2, б). Особенно довольно часто таковой метод видится в отделочном производстве при промывке либо крашении продукции.
В ряде индустрии 90 – 95 % сточных вод исполь-зуется в совокупностях оборотного водообеспечения. Эти совокупности предна-значены для многократного применения воды в технологических процессах. Схема оборотного водоснабжения продемонстрирована на рисунке 9.2, в. При оборотном водоснабжении предусматривается очистка сточной во-ды, охлаждение оборотной воды, повторное использование и обработка сточной воды. Использование оборотного водоснабжения разрешает в 10 – 50 раз уменьшить потребление природной воды.
Главным направлением уменьшения сброса сточных вод и за-грязнения ими водоемов есть создание замкнутых совокупностей водного хозяйства (рисунок 9.2, г). Под замкнутой совокупностью водного хозяйства промышленного предприятия понимается совокупность, в которой вода ис-пользуется в производстве многократно без очистки либо по окончании соответ-ствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем. Подпитка замкнутых совокупностей свежей водой
допускается , если слишком мало очищенных сточных вод для восполнения утрат воды в этих совокупностях. Свежая вода расходуется лишь для питьевых и хозяйственно-бытовых целей.
Создание оборотных и замкнутых совокупностей водоснабжения – наибо-лее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды.
Современный уровень производств легкой промышленности не-достаточно идеален. Фактически все водные операции являются периодическими с прямоточным применением воды. В последние го-ды наметились определенные хорошие тенденции к совершенст-вованию способов повторного и многократного применения воды и реагентов . Но в целом технологические процессы остаются перио-дичными, что сокращает возможности экономии других сырьё и воды-вых ресурсов. Предстоящее развитие водных разработок должно идти по пути внедрения и создания самые эффективных постоянных про-цессов с применением многокаскадных противоточных разработок с отдельными замкнутыми циклами.
| Qпот | Qпот1 | Qпот2 | Qпот3 | ||||||||||||||||||
| ПП | ПП1 | ПП2 | ПП3 | ||||||||||||||||||
| ОС | |||||||||||||||||||||
| Qшл | ОС | Qшл | |||||||||||||||||||
| Qист | Qист | ||||||||||||||||||||
| Qсбр | Qсбр | ||||||||||||||||||||
| Река | Река | ||||||||||||||||||||
| а | б |
| Qпот | Qпот | |||||||||||||||||||
| ПП | ||||||||||||||||||||
| ПП | Qзам1 | |||||||||||||||||||
| Qоб1 | Qзам2 | |||||||||||||||||||
| Qоб2 | ||||||||||||||||||||
| ОС | ||||||||||||||||||||
| ОС | ||||||||||||||||||||
| ОУ | ||||||||||||||||||||
| ОУ | Qшл | |||||||||||||||||||
| Qист | Qподпитки | |||||||||||||||||||
| Qсбр | ||||||||||||||||||||
| Река | Река | |||||||||||||||||||
| в | г | |||||||||||||||||||
Рисунок 9.2 – Схемы водообеспечения промышленных пред-приятий: а) прямоточная; б) повторно-последовательная; в) обо-ротная; г) замкнутая
ПП – производственный процесс; ОС – очистные сооружения; ОУ – охлади-тельная установка; Qист – вода, подаваемая от источника; Qпот – вода безвозвратно потребляемая предприятием ; Qшл – вода, удаляемая со шламом; Qсбр – вода, сбра-сываемая в водоем; Qоб1 – оборотная вода по окончании очистки; Qоб2 – оборотная вода
по окончании охладительных установок; Qподпитки – вода, подаваемая на восполнение утрат в совокупности; Qзам1 – вода, возвращаемая в процесс по окончании очистки; Qзам2 – вода, воз-вращаемая в процесс по окончании охлаждения
СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Способы очистки сточных вод многообразны. Их классификация приведена на схеме (рисунок 9.3).
В целом все способы очистки производственных и бытовых сточ-ных вод возможно поделить на пять групп:
1) механические;
2) химические (биологические);
3) физико-химические;
4) химические;
5) термические.
Неспециализированная схема очистки сточных вод представлена на рисунке 9.4. Механическая очистка используется для выделения из сточных
вод грубодисперсных взвешенных частиц нерастворимых минеральных и органических примесей. В большинстве случаев, эта очистка есть предвари-
тельной и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим
и физико-химическим способам очистки.
К механическим способам очистки относятся:
1) процеживание;
2) отстаивание;
3) удаление всплывающих примесей;
4) удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил и отжиманием;
5) фильтрование.
Процеживание сточных вод осуществляется в начале комплексаочистных сооружений, где загрязненную воду пропускают через решет-ки, каковые помогают для удаления больших примесей. Решетки смогут быть неподвижными, подвижными и совмещенными с дробилками. В отечественной практике по большей части используются неподвижные решет-ки.
Отстаивание используют для осаждения из сточных вод грубо-дисперсных примесей размером более 0,1 мкм под действием силы тя-жести. С целью проведения процесса применяют песколовки, осветители и отстойники.
Улавливание всплывающих примесей применяют для очисткисточных вод от нефти, масел, смол, жиров и других веществ с плотно-стью меньшей, чем плотность воды. Для улавливания нефти применяют нефтеловушки, для улавливания жиров – жироловушки. Последние ши-роко используются на предприятиях по первичной обработке шерсти.
Рисунок 9.3 – Способы очистки сточных вод
Рисунок 9.4 – Неспециализированная схема очистки сточных вод:
1 – необработанные сточные воды; 2 – сооружения механической очи-стки; 3 – сооружения биологической очистки; 4 – сооружения глубокой очистки; 5 – сооружения по обеззараживанию сточных вод; 6 – очищен-ные сточные воды; 7 – осадок либо избыточная биомасса; 8 – сооружения по обработке осадка; 9 – обработанный осадок
Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил
выполняют в гидроциклонах и центрифугах. принцип и Конструкция дей-ствия этих устройств подобен принципу действия циклонов, исполь-зуемых для удаления больших взвешенных частиц из воздуха. При вра-щении жидкости в гидроциклоне на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. Под дей-ствием гравитационных сил они по стенкам оседают на дно и удаляют-ся.
Фильтрование используют для выделения из сточных вод тонко-диспергированных жёстких и жидких веществ, удаление которых от-стаиванием затруднено. Разделение выполняют при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергиро-ванную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой либо вакуу-ма по окончании перегородки.
Химические (биологические) способы очистки обширно при-
изменяются на практике для обработки бытовых и производственных сточных вод. В их основе лежит процесс биологического окисления ор — ганических соединений, содержащихся в воде. Биологическое окисле-
ние осуществляется микробами: бактериями, несложными, и некоторыми более высокоорганизованными организмами – водо-рослями, грибами и т.п. Эффективность процессов биологической очи-стки зависит от последовательности факторов: температуры, рН среды и др . самые благоприятными условиями считаются температура 20–30 оС и рН = 6,5
– 7,5. Биологическую очистку вычисляют полной, в случае, если БПК очищенной воды образовывает менее 20 мг/л, и неполной – при БПК больше 20мг/л.
Для биологической очистки сточных вод используют естественные и неестественные способы.
Естественные способы биологической очистки включают поч-венные способы очистки и очистку в биологических прудах. Сооружения почвенной очистки используются,по большей части,для очистки бытовыхсточных вод. К ним относятся фильтрующие колодцы, песчано-гравийные фильтры, поля фильтрации и др. Биологические пруды при-изменяются для очистки как бытовых, так и производственных сточных вод. Различают пруды с естественной и неестественной аэрацией. Ис-кусственная аэрация – принудительная продувка воздуха через толщу воды. Пруды устраивают в пара ступеней, и неспециализированное время пребы-вания в них сточных вод образовывает пара дней. Громадную роль в окислительных процессах биологических прудов играется водная расти-тельность.
Сооружения неестественной биологической очистки делятся на две группы по показателю размещения в них активной биомассы:
1) активная биомасса находится в обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоянии (аэротанки, циркулирующие окисли-тельные каналы);
2) активная биомасса закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его узким пленочным слоем (биофильт-ры).
Аэротанки –это бетонные прямоугольные резервуары,раз-
дроблённые перегородками на отдельные коридоры, в которых сточные воды смешиваются и перемещаются вместе с активным илом. Время нахождения в аэротанке 6 – 12 часов. За это время главная масса орга-нических загрязнителей перерабатывается микробами активного ила. Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии, интен-сивного насыщения и перемешивания обрабатываемой смеси кислоро-дом воздуха в аэротанках устраиваются разные совокупности аэрации.
Биофильтры –резервуары круглого либо прямоугольного сечения,заполненные особым загрузочным материалом, через каковые пропускается сточная вода. Биофильтры используются для полной био-логической очистки.
Физико-химические способы очистки применяют для удаленияиз сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (жёстких и жид-ких) с размером до 10 мкм, растворимых газов, минеральных и органи-
ческих веществ. К ним относятся способы коагуляции, флокуляции, фло-тации, адсорбции, ионного обмена, экстракции, выпаривания, дистил-ляции, обратного осмоса и др.
Коагуляция –процесс укрупнения дисперсных частиц в результатеих объединения и взаимодействия в агрегаты в присутствии намерено додаваемых в сточные воды веществ – коагулянтов. В качестве коагу-лянтов употребляются соли аммония, железа, магния, шламовые отходы и др. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, кото-рые скоро оседают под действием силы тяжести. Хлопья владеют свойством улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агреги-ровать их. Появившиеся хлопья удаляются из воды механическими способами.
Флокуляция –процесс агрегации взвешенных частиц при добавле-нии в сточную воду высокомолекулярных соединений, именуемых флокулянтами. Молекулы флокулянта абсорбируются на поверхности коллоидных частиц. Наряду с этим образуются сетчатые трехмерные струк-туры молекул, что содействует более стремительному и полному отделению взвешенных частиц от жидкой фазы.
В отличие от коагуляции, тут агрегация происходит не только при ярком контакте частиц, но и в следствии взаимодейст-вия молекул адсорбированного на частицах флокулянта. Флокуляцию применяют для интенсификации процесса образования хлопьев гидро-ксидов железа и алюминия с целью увеличения скорости их осаждения.
Флотация используется для очистки сточных вод,содержащихСПАВ , нефть, масла, волокнистые частицы. Процесс флотации заклю-чается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздуш-ных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фа-зы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточ-ной воды и удалении появившегося пенного слоя.
Сорбция (адсорбция) употребляется для глубокой очистки сточныхвод от растворенных органических веществ (ДРЕМАВ, красителей и др.), в случае, если концентрация загрязнителей мала. В качестве адсорбента значительно чаще используют активированные угли, синтетические сорбенты и не-которые отходы производства (зола, шлаки, опилки и др.). Процесс очи-стки воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой либо при фильтрации воды через слой адсорбента на установках перио-дического либо постоянного действия.
Ионный обмен используется для извлечения из сточных вод метал-лов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути и др.), и соедине-ний мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных ве-ществ. Ионный обмен является процессом сотрудничества рас-твора с жёсткой фазой (ионитом), владеющей свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в раство-ре. В качестве ионитов смогут употребляться разные вещества ми-
нерального либо органического происхождения, природные либо синте-тические. Иониты фактически нерастворимы в воде.
Экстракция основана на перераспределении загрязняющего ве-щества в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды
и экстрагента) в соответствии с его растворимостью в этих жидкостях. Способ целесообразно использовать при довольно высоком содержа-нии в сточных водах растворенных органических веществ, представ-ляющих техническую сокровище (масла, маслопродукты, фенолы, жир-ные кислоты металлов, нитропродукты). В качестве экстрагентов ис-пользуются органические растворители.
В ходе экстракции экстрагент вводится в появившуюся во-ду, а после достижения равновесия концентрация экстрагируемого ве-щества в экстрагенте существенно превышает остаточную концентра-цию в сточной воде. Экстрагент с растворенным веществом отделяется от обработанной сточной воды. В будущем посредством разных способов осуществляется отделение экстрагируемого вещества от экст-рагента, что после этого снова употребляется в технологическом процес-се.
Обратный осмос –процесс фильтрования растворов через полу-проницаемые мембраны под давлением, превышающим осматическое давление. Мембраны пропускают молекулы воды, задерживая раство-ренные вещества. При обратном осмосе отделяются частицы, размеры которых не превышают размеров молекул воды. Давление, нужное с целью проведения процесса, образовывает 6 – 10 МПа.
Химические способы очистки сточных вод используются для уда-ления растворимых веществ и включают в себя способы нейтрализации, восстановления и окисления. Эти способы связаны с расходом различ-ных реагентов, исходя из этого требуют солидных финансовых затрат.
Нейтрализация употребляется в тех случаях,в то время, когда сточные водызагрязнены щелочами и кислотами. Перед сбросом в водоемы их ней-трализуют до значения рН, равного 6,5 – 8,5, с целью предотвращения нарушения биологического равновесия в водоеме.
восстановление и Окисление.В процессах окисления–восстановления токсичные загрязнители, содержащиеся в воде, в ре-зультате химических реакций переходят в менее токсичные, каковые удаляются из воды. В качестве окислителей используются газообразный
и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты каль-ция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пироксид водорода, кислород воздуха, озон и другие. Очистка окислителями связана с громадным расходом реагентов, исходя из этого ее используют лишь в тех слу-чаях, в то время, когда вещества, загрязняющие сточные воды, не нужно и нельзя извлечь вторыми методами. К примеру, очистка от цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.
Способы восстановительной очистки сточных вод используют, ко-гда они содержат легковосстановимые вещества. Эти способы обширно применяют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка. В качестве восстановителей смогут выступать активированный уголь, сульфат железа, металлический порошок, водород, сероводород, диок-сид серы и др.
Термические способы очистки употребляются для обезвреживаниясточных вод, содержащих разные минеральные соли (Са, Мg, Na и др.) и органические вещества. Термическими способами являются:
1) концентрирование сточных с последующим выделением рас-творенных веществ. Концентрирование сточных вод возможно прове-дено в испарительных, вымораживающих и кристаллогидратных уста-новках постоянного либо периодического действия. Для выделения ве-ществ из концентрированных растворов применяют способы кристалли-
зации и сушки;
2) термическое окисление органических веществ кислородом воз-духа при больших температурах в присутствии катализатора (бронзово-хромового, цинк-хромового, бронзово-марганцевого и др.);
3) жидкофазное окисление органических веществ,растворенных вводе, кислородом при температуре 100 – 350 оС и давлении 2 – 28 МПа. При больших давлениях растворимость кислорода в воде возрастает, что содействует ускорению процесса окисления органических веществ;
4) огневое обезвреживание методом распыления сточных вод непо-средственно в топочные газы, нагретые до 900 – 1000 оС. Наряду с этим вода испаряется, а органические примеси сгорают.