8.4.2. Инженерная защита гидросферы

Меры по защите водных объектов от промышленных загрязнений включают:

• применение безводных и маловодных технологий и замкнутых циклов водоснабжения;

• предотвращение или снижение загрязнения воды, забираемой из природных источников;

• очистку сточных вод.

Водообеспечение водопотребителей может быть прямоточным, последовательным, оборотным. При прямоточном водоснабжении вся забираемая вода за исключением безвозвратных потерь (испарение, пролив, включение в продукцию) после проведения технологического процесса возвращается в водоем. При последовательной схеме вода, поступающая из источника водоснабжения, многократно используется в нескольких процессах.

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды и сведения к минимуму сброса стоков в водоемы – внедрение оборотных и замкнутых систем водоснабжения. Оборотную воду используют в теплообменных аппаратах для отведения избыточного тепла, для промывки деталей, изделий, а также в качестве растворителя или реакционной среды. В зависимости от целевого назначения оборотного водоснабжения возможны схемы с охлаждением, с очисткой оборотной воды и комбинированные схемы с одновременной очисткой и охлаждением воды.

Для предотвращения коррозии, биологического обрастания трудопроводов и аппаратуры часть оборотной воды выводят из системы, добавляя свежую воду из водоема или очищенные сточные (продувочные) воды. Кроме того, некоторая часть воды теряется на охладительных установках. Для компенсации безвозвратных потерь воды осуществляют подпитку системы из открытых водоемов подземных источников водоснабжения. Количество добавляемой воды, как правило, не превышает 5-10 % от ее количества, циркулирующего в системе. Применение оборотного водоснабжения позволяет уменьшить потребление свежей воды в промышленных производствах в 10-5 раз.

В замкнутой (бессточной системе) вода используется в производственных процессах многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем. Замкнутые системы технически сложнее, но они в наибольшей степени соответствуют принципам безотходного производства. Их следует вводить на реконструируемых и вновь строящихся предприятиях. Замкнутая система водоснабжения обеспечивает экономию свежей воды на всех производствах, максимальную рекуперацию сточных вод и практически исключает загрязнение окружающей среды.

Очистка сточных вод применяют две группы методов:

• рекуперационные;

• деструктивные.

Первые предусматривают извлечение из промышленных сточных вод ценных веществ и дальнейшую их переработку. При деструктивных методах очистки загрязнители разрушаются путем окисления или восстановления с последующим удалением разрушенных продуктов из воды в виде газов или осадков.

На рис. 8.12 приведена классификация метода очистки промышленных сточных вод.

М еханические методы очистки применяются для очистки сточных вод от взвешенных частиц путем процеживания, отстаивания, отделения взвешенных частиц с использованием центробежных сил, фильтрования.

Процеживание осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители. Предназначено для отделения крупных и волокнообразных нерастворимых примесей.

Отстаивание основано на оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Отстаивание осуществляется в песколовках, отстойниках, масловушках.

На рис. 8.13 представлена схема вертикального отстойника. Для очистки сточной воды от твердых примесей очищаемая вода поступает по трубоп

Рис. 8.13. Схема вертикального отстойника

роводу 5 в коль­цевую зону, образован­ной корпусом 6 и цилиндрической перегородкой 2. При движении вверх вода за счет наличия кольца 7 на­правляется во внутреннюю полость цилиндрической перегородки 2, а твердые примеси оседают вниз в шламосборник 8. Очищенная вода поступает в кольцевой водосборник 3, отводится через трубопровод 1.

Отделение твердых сил в поле действия центробежных сил реализуют в гидроциклонах (рис. 8.14) и центрифугах.

Ф

Рис. 8.14. Схема открытого гидроциклона

ильтрование сточных вод осуществляется в фильтрах. Практически применяются два типа фильтров, а именно зернистые фильтры и микрофильтры. Фильтры применяются для очистки сточных вод от мелкодисперсных твердых примесей.

Схема зернистого фильтра представлена на рис. 8.15. Очищаемая вода по перфорированному трубопроводу 3 поступает в корпус фильтра и далее нисходящий поток воды проходит через слой гравия 5 и песка 6, перфорированное днище 2 и слой гравия I в трубопровод 8. По мере загрязнения фильтрующего материала 5,6 осуществляется регенерация фильтра путем продувки сжатого воздуха через трубопровод 4 и последующей обратной промывкой водой через вентель 7.

В микрoфильтрах фильтрующие элементы изготавливаются из связанных пористых материалов (сетки, ткани и др.). Применяются также электромагнитные фильтры для очистки вод от твердых ферромагнитных примесей.

Очистка сточных вод от маслопродуктов осуществляется отстаиванием, отделением маслопродуктов в поле действия центробежных сил и фильтрованием.

Процесс отстаивания осуществляется в отстойниках и маслoловушках. Обычно отстойники используются как для осаждения твердых частиц, так и всплывания маслопродуктов. Конструкция маслоловушек аналогична конструкции горизонтального отстойника.

О

Рис. 8.15. Схема каркасно-насыпного фильтра

чистка сточных вод от маслопримесей в поле действия центробежных сил осуществляется в комбинированных напорных гидроциклонах (рис. 8.16). Такой гидроциклон обеспечивает очистку сточной воды и от твердых частиц, и от маслопродуктов.

С

Рис. 8.16. Схема комбинированного напорного гидроциклона

точная вода через входной патрубок 1 подается в корпус гид-роциклона. Поток воды закручивается и твердые частицы отбрасываются к стенке циклона в шламосборник. Вода с содержащимися в ней маслопродуктами движется вверх в ядре закрученного потока и поступает в камеру 3 через трубопровод 5 выводится. Очищенная вода скапливается в камере 2 и через трубопровод 6 отводится. трубопровод 4 предназначен для выпуска воздуха.

Для очистки сточных вод от маслопродуктов методом фильтрования используются фильтры с фильтрующим элементом из частиц пенополиуретана.

Физикo-химические методы используются для очистки сточных вод растворенных примесей, также в некоторых случаях и от взвешенных частиц. Основными методами являются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная очистка, гиперфильтрация, электрохимическая очистка, озонирование, электрокоагуляция, эвапорация.

Флотация. Очистка сточных вод от маслопримесей флотацией заключается в интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. Реализуется в пневматических флотационных установках для очистки сточной воды.

Экстракция сточных вод основана на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимнонерастворимых жидкостей (сточная вода и экстрагент). В качестве экстрагента может использоваться бензол или бутилацетат. Метод реализуется в экстракционных колоннах.

Нейтрализация сточных вод предназначена для выделения из них кислот, щелочей. Процесс основан на объединении ионов водорода гидроксильной группы в молекулу воды, при этом сточная вода становится нейтральной (рН=6,7). Реагентом для кислых вод является гашеная известь, для щелочных - серная, соляная и др. кислоты. Метод реализуется фильтрованием через реагент, добавлением в сточную воду реагента.

Сорбция. Применяют для очистки сточных вод от растворимых примесей. В качестве сорбента применяются зола, опилки, торф и другие мелкодисперсные вещества. Наиболее эффективным сорбентом является активированный уголь.

Принципиальная схема coрбционной установки представлена на рис. 8.17.

И

Рис. 8.17. Схема сорбционной установки

онообменная очистка применяется для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей. Для ионообменной очистки используются синтетические ионообменные смолы. Реализуется на специальных технологических установках ионообменной очистки сточных вод.

Гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется разделением растворовров путем фильтрования их через мембраны, поры которых пропускают молекулы воды и задерживают гидратированные ионы солей. Используются ацетатцеллюлозные и другие полимерные мембраны.

Для очистки сточных вод от тяжелых металлов, цианидов, сульфидов и других растворимых примесей применяется озонирование (процесс обработки сточной воды озоном), электрокоагулиция для очистки сточных вод гальванических производств от хрома и других тяжелых металлов, электрохимическая очистка для обработки сточных вод гальванических процессов от цианидом цинка, меди, железа и других металлов, эвапорация для очистки сточных вод от летучих органических соединений (обработка паром сточной воды).

Биологическая (биотехнологическая) очистка применяется для очистки сточных вод от растворенных органических веществ. Она основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (углеводы, спирты, белки и т.п.). Используется для очистки бытовых и производственных сточных вод.

Очистка осуществляется на полях фильтрации, полях орошения, в биологических прудах, а также в специальных установках – биологических фильтрах, аэротенках и окситенках.

Сущность биологической очистки на полях заключается в том, что при фильтровании сточной воды через слой почвы в ней адсорбируются взвешенные и коллоидные вещества, которые затем образуют микробиологическую пленку. Эта пленка адсорбирует и окисляет задержанные органические вещества, превращая их в минеральные соединения.

С

Рис. 8.18. Схема биологического фильтра

хема биофильтра представлена на рис. 8.18. В процессе фильтрования сточной воды через фильтровальную загрузку (шлак, щебень, пластмасса, керамзит и т.п.) на частицах материала образуется биологическая пленка, микроорганизмы которой поглощают органические вещества.

Аэротенки по конструкции аналогичны отстойникам, в которые загружают активный ил (микроорганизмы) и подают сжатый воздух для интенсификации процесса окисления.

Oкситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления за счет подачи в них технического кислорода.

Биологическая очистка сточных вод может осуществляться также микроводорослями и водными растениями. Осуществляется в биологических прудах. Среди биологических методов очистки являются значимыми такие ферментные методы очистки сточных вод.

Выбор методов и оборудования для очистки сточных вод производится с учетом концентрации преобладающих загрязняющих веществ, объемов очищаемых вод, характеристики водоемов и возможности утилизации осадков. При отсутствии резко выраженных загрязнителей сточные воды усредняют.

Для этого используются усреднители, которые устанавливаются в начале схемы очистки.

На рис. 8.19 представлена принципиальная схема очистки сточных вод.

Рис. 8.19. Схема очистки сточных вод в замкнутых системах водообеспечения