Введение

В современных условиях защита окружающей среды стала одной из важнейших проблем, решение которой связано с охраной здоровья нынешних и будущих поколений людей, других живых организмов. Забота о сохранении природы заключается не только в разработке и соблюдении законодательства об охране Земли и ее недр, лесов и вод, атмосферного воздуха, растительного и животного мира, но и в познании причинно-следственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями природной среды. Изменения в окружающей среде пока опережают темпы развития методов контроля и прогнозирования ее состояния. Научные исследования в области защиты окружающей среды должны быть направлены на уменьшение отрицательных последствий различных видов производственной деятельности человека, на поиск и разработку эффективных методов и средств снижения антропогенного воздействия на окружающую среду.

Все антропогенные факторы, оказывающие нежелательное воздействие на окружающую среду, называют загрязняющими. Они подразделяются на механические, химические, физические /энергетические/ и биологические. К механическим относят пылевые частицы в атмосферном воздухе, твердые частицы и разнообразные предметы в воде, инородные вещества в почве и др. К химическим – газо- и парообразные, жидкие и твердые вещества /химические элементы и соединения/, поступающие в окружающую среду и взаимодействующие с компонентами окружающей среды. Физические источники загрязнений это теплота, вибрация, шум, ультразвук, ионизирующие излучения, электромагнитные поля. К биологическим загрязнениям относят виды микроорганизмов, появившиеся при участии человека и наносящие вред ему самому или живой природе.

Основной урон окружающей среде наносят выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сброс сточных вод и накопление твердых отходов. Выбросы в атмосферу подразделяют на твердые, жидкие, газо- и парообразные и смешанные. Твердые отходы делят на бытовые, производственные и смешанные. Сточные воды делят на хозяйственно-бытовые, атмосферные или ливневые и производственные. По содержанию загрязняющих веществ сточные воды разделяют на условно-чистые и загрязненные.

Хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся в результате жизнедеятельности человека, относительно постоянны по составу – загрязняющие вещества примерно на 60 % органического происхождения, на 40% – минерального. Обычно направляются на городские (районные) очистные сооружения. Атмосферные /ливневые/ сточные воды - результат стока осадков с определенных территорий, поступают непосредственно в водные объекты или системы канализации. Состав стоков разнообразен, зависит от вида хозяйственных объектов на данной территории.

Промышленные сточные воды образуются в результате водопотребления в различных технологических процессах. При этом около 90 % использованной воды в производственном процессе возвращается в водоемы с различной степенью загрязнения. Состав загрязняющих примесей зависит от вида производства и может быть чрезвычайно разнообразным.

Основными направлениями улучшения состояния, защиты и рационально использования водных ресурсов на сегодняшний день признаны разработка и внедрение водосберегающих технологий и замкнутых систем водообеспечения. Создание бессточных замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий - задача сложная, но необходимая для решения в современных условиях. Для достижения подобных целей актуально внедрение в практику перспективных методов очистки сточных вод, базирующихся на научно-технических достижениях в области инженерной защиты окружающей среды и смежных областях знаний.

Большое разнообразие загрязнителей сточных вод, а также методов, применяемых для их очистки, усложняют поиск оптимальных вариантов при выборе технических решений /технологических схем и аппаратов/ в конкретных случаях. Поиск таких методов не может быть успешным, если специалист не обладает должным пониманием и знаниями основных закономерностей методов и процессов удаления загрязняющих воду примесей. Поэтому важны вопросы классификации методов очистки и удаляемых примесей, предложенные и обсуждаемые до сих пор во многих научных статьях, монографиях и учебной литературе.

Широко используется классификация примесей воды, предложенная Л.А. Кульским, основанная на фазовом состоянии и дисперсности примесей. По данной классификации сточные воды подразделяются на два типа систем: гетерогенные и гомогенные.

Первая группа дисперсных систем /суспензии и эмульсии/ охватывает примеси с размером частиц 10^-3 - 10^-7м. Вторая группа гетерогенных систем /коллоидно - растворенные вещества/ - с размером частиц загрязняющих веществ 10^-7 – 10^-9 м. Наличие взвесей обусловливает мутность воды, коллоидных и высокомолекулярных соединений определяет окисляемость и цветность воды. Третья группа охватывает молекулярно растворенные вещества в гомогенных системах, а четвертая группа - вещества, диссоциированные на ионы. Размер частиц загрязняющих веществ в этих группах10^-9–10^-10 м.

Молекулярно растворенные вещества придают воде запахи и привкусы; вещества, диссоциированные на ионы, – минерализованность, кислотность или щелочность. Безусловно, такое деление несколько условно.

Для каждой группы примесей по классификации Л.А. Кульского можно выделить некоторые специфические методы контроля их содержания в воде и технологические процессы очистки воды, учитывающие размер частиц примесей, их подвижность, кинетическую устойчивость систем вода - примесь и другие особенности. Фазово-дисперсное состояние примесей воды с учетом их химической природы обусловливает поведение этих веществ в процессах водообработки, определяет характерную совокупность методов воздействия, приводящих к достижению требуемого качества очищенной воды.

Данная классификация при всей широте охватываемых видов примесей и методов очистки имеет некоторые недостатки. Например, один и тот же метод позволяет удалять примеси, отнесенные к разным группам. Чрезвычайно большая разновидность примесей сточных вод как по дисперсности, так и по химической природе, предопределяет использование и других классификаций.

В качества признаков при классификации методов очистки вод и удаления примесей В.В. Кафаровым выделены следующие:

– физико-химическая сущность метода, применяемого при очистке /без учета характера удаляемых примесей и изменения их состояния в процессе очистки/;

– характер сил, воздействующих на примеси /также без учета характера примесей и изменения их состояния/;

– характер подлежащих удалению примесей /без учета изменения их состояния в результате очистки/;

– изменение состояния примеси в процессах очистки.

Все методы очистки сточных вод подразделены на три большие группы: 1. Методы, основанные на выделении примесей;

2. Методы, основанные на превращении примесей;

3. Биохимические методы.

Использование методов первой группы приводит к выделению примесей из воды без изменения их химических свойств. Это возможно как в гетерогенных системах, так и в гомогенных. Если же вода и примесь образуют одну фазу /например, истинный раствор/ и по каким-то соображениям невозможно непосредственно применить методы очистки первой группы, то очищаемую воду предварительно подвергают такой обработке, при которой примесь переходит в другую фазу. Исходя из этого методы, основанные на выделении примесей, в свою очередь, подразделяют на две подгруппы:

1)Непосредственное выделение примесей из воды /механическое безреагентное выделение, флотация, мембранные методы, некоторые электрохимические методы и др./;

2)Предварительное изменение фазового состояния примеси или воды с последующим их разделением /агрегация частиц, кристаллизация, сорбция и др./.

В учебном пособии рассмотрены теоретические основы методов и процессов очистки сточных вод путем выделения примесей, а так же наиболее широко используемые в промышленной практике процессы. С учетом объема работы, поставленных задач представленные материалы не отражают безусловно полного спектра методов выделения примесей сточных вод, используемых в различных отраслях промышленности, всего многообразия воззрений на механизм и кинетику процессов. В некоторой степени предпочтение отдано методам, используемым или рекомендованным для производств текстиля, кожи и меха, химических волокон, коммунального хозяйства.

В главе "Электрохимические процессы в очистке сточных вод" рассмотрены отдельные процессы очистки сточных вод, основанные на превращении примесей, дабы не нарушать целостность данного раздела и не возвращаться к указанным методам в следующих пособиях.