РЕФЕРАТ
Дипломная работа _____с., ______ рис., _______ табл., ______
используемых источников
В дипломной работе былипроведены эксперименты по очистке условно-чистых стоков на моделях поразработанной технологии. При проведении эксперимента проводился аналитическийконтроль исходных стоков и контроль за степенью очистки по каждому этапу.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
Состав и свойствасточных вод 8
Методы очисткисточных вод 9
Механическаяочистка производственных сточных вод 10
Химическаяочистка производственных сточных вод 15
Физико-химическаяочистка производственных сточных вод 18
Биологическаяочистка производственных сточных вод 32
II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 35
2.1. Объекты исследования 35
2.2. Методы исследований 35
2.2.1. Определениевзвешенных веществ в сточных водах 35
2.2.2. Определение общейжесткости в сточных водах 37
2.2.3. Определение ХПК всточных водах 38
2.2.4. Определениенефтепродуктов в сточных водах 39
2.2.5. Определениехлоридов в сточных водах 41
2.3. Требованияпредъявляемые к качеству сточных вод 42
2.4. Данные о результатаханализов условно-чистых стоков 43
2.5. Данные о результатаханализов щелочных стоков 44
2.6. Данные о результатаханализов речной воды 44
III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 46
3.1. Процесс переводабикарбоната кальция и магния 46
в малорастворимые карбонаты
3.2. Процесс отстаивания 48
3.3. Процесс фильтрации 54
3.4. Процесс сгущения ицентрифугирования 61
3.5. Обобщениерезультатов исследований 63
IV. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 65
V. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 68
5.1. Производственнаябезопасность 68
Защита населения итерриторий в чрезвычайных ситуациях 73
ВЫВОДЫ 78
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 79
ВВЕДЕНИЕ
Республика Башкортостанотносится к одним из самых промышленно развитых регионов Российской Федерации.Концентрация промышленного производства в Башкирии существенно превышаетобщероссийские показатели, особенно в части размещения предприятийнефтепереработки и химии. Мощный комплекс химических и нефтехимических заводов,растянувшийся на 270 км вдоль реки Белой от Мелеуза до Благовещенска,загрязняет не только близлежащие территории, но и за счет воздушных и водныхпереносов отрицательно влияет на отдаленные районы.
Основная долязагрязняющих веществ, сбрасываемых со сточными водами в поверхностные водныеобъекты, приходится на хлориды (более 60%) и сульфаты (более 18%). Источникамиих поступления в окружающую среду являются АО «Сода», «Каустик», «Минудобрения»и УГПП» Химпром», которые являются основными загрязнителями реки Белой. Более50% всех стоков по республике сбрасывается в водные объекты предприятиями г.Уфы.
В поверхностные водныеобъекты сбрасываются десятки тонн высокотоксичных хлорорганических веществ исотни тонн тяжелых металлов, среди которых свинец, никель, хром, ртуть и др.Многие из них относятся к супертоксикантам и вообще не должны присутствовать вокружающей среде.
В Башкортостане лишь 26%очистных сооружений работают в проектном режиме и удовлетворяют нормативнымтребованиям. В числе не обеспечивающих нормативную очистку продолжаютоставаться очистные сооружения практически всех крупных предприятий республики.
Основными причинаминеэффективной работы очистных сооружений являются: отсталая технология иизношенность оборудования; сброс в водные объекты неочищенных стоков;отсутствие локальных очистных сооружений и, как следствие, их перегрузка поконцентрации поступающих загрязняющих веществ; перегрузка по гидравлике, непозволяющая своевременно ремонтировать очистные сооружения; эксплуатация сотступлением от проектных схем.
Вода превращается в самоедрагоценное сырье, заменить которое невозможно. Запасы и доступность водныхресурсов определяют размещение производств, а проблема водоснабжения становитсяодной из важных в жизни и развитии человеческого общества.
Переход на бессточныесистемы канализации или системы с минимальным сбросом сточных вод может бытьосуществлен путем многократного использования отработанных вод и заменыводяного охлаждения на воздушное. При переводе ряда отраслей промышленности набезводные технологические процессы исключается образование сточных вод.
В настоящее время имеетсянесколько путей уменьшения количества загрязненных сточных вод:усовершенствование существующих процессов; разработка и внедрение безводныхтехнологических процессов; разработка и внедрение совершенного оборудования;повторное использование очищенных сточных вод в оборотных и замкнутых системах.
Исходя извышеизложенного, целью дипломной работы является исследование возможностииспользования очищенных стоков для повторного использования.
II. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1.Состав и свойства сточных вод
В связи с широкойиндустриализацией, развитием сельского хозяйства, хозяйства городов и поселковобразуются большие массы стоков, загрязненных различными примесями. В первуюочередь это отходы предприятий нефтеперерабатывающей, металлургической,нефтехимической и химической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности. Запоследние годы увеличился объем загрязнений, поступающих в воды из сельскогохозяйства- отходы животноводства, птицеводства, предприятий перерабатывающихсельскохозяйственное сырье, удобрения /1/.
Потребляемаяпромышленностью вода в значительной степени используется в качестве хладагента,сбрасываемого после использования в водоемы. По химическому составу онанемногим отличается от исходной воды и сброс ее в водоемы не приносит особыхнеприятностей. Другое дело- вода, участвующая в технологических процессах. Онанасыщается множеством различных соединений и сброс ее в природные водоемыприводит к серьезным последствиям- загрязнению рек и озер, морей и океана ядовитымивеществами /1,2/.
Состав сточных водзависит от характера использования воды в промышленности. К наиболее вреднымследует отнести стоки, возникающие при проведении химических процессов(реакционные и маточные растворы), промывные воды, образующиеся при промывкепродуктов и изделий, очистке газовых систем и т.п., стоки, поступающие сгорнодобывающих предприятий, образующиеся при удалении золы, собираемые снефтеналивных судов и цистерн, ливневые потоки и др.
Загрязненныепроизводственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются натри группы:
1. загрязненные сточныеводы преимуществом минеральными примесями;
2. загрязненные сточныеводы преимущественно органическими примесями;
3. загрязненные сточныеводы минеральными и органическими примесями /1,3/.
Многие сточные воды(особенно тепловых электростанций) сбрасываются в природные при повышеннойтемпературе. В результате этого происходит так называемое тепловое загрязнениеводоемов. В местах выхода тепловых потоков в водоемы создаются зоны, в которыхтемпература выше, чем во всем водоеме: на 8-12 оС зимой и до 30 оС летом. Этоприводит к повышенному накоплению органических веществ в воде, что оказываетотрицательное влияние на биологическую жизнь водоемов /4/.
В связи с тем, что в рядеслучаев в природные водоемы сбрасываются неочищенные или плохо очищенные стоки,в них скапливается большое число и большая масса различных химических веществ.Так как при взаимодействии сбрасываемых соединений могут возникать новыесоединения, число соединений в водоемах может непрерывно увеличиваться, в томчисле соединений с ядовитыми свойствами, бурным запахом, окраской и т.д. /2/.
Практически во всехводоемах (не исключая и океан) находятся нефтепродукты, что может привести кпагубному последствиям для рыбного хозяйства, поскольку 1 кг нефти можетзагрязнить 1 га поверхности воды и погубить 100 млн. личинок рыб.
1.2.Методы очистки сточных вод
Многообразие веществ,попадающих в водоемы, объясняется тем, что в них смешиваются сточные воды трехклассов предприятий неорганического, органического и микробиологическогопрофиля. Поэтому применение того или иного метода в каждом конкретном случаеопределяется характером загрязнения, вредностью примесей и необходимостьюстепенью очистки /5/.
Методы очистки сточныхвод можно разделить на механические, химические, физико-химические ибиологические. В современной практике наибольшее распространение получили дваметода: механический и биологический.
1.2.1.Механическая очистка производственных сточных вод.
Механическая очисткасточных вод применяется для выделения из сточных воды нерастворенныхминеральных и органических примесей.
Назначение механическойочистки заключается в подготовке производственных сточных вод при необходимостик биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокойочистки. Механическая очистка на современных очистных сооружениях состоит изпроцеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Типыи размеры этих сооружений зависят в основном от состава, свойств и расходапроизводственных сточных вод, а также от методов их дальнейшей обработки /4/.
Как правило, механическаяочистка является предварительным, реже – окончательным этапом для очисткипроизводственных сточных вод. Она обеспечивает выделение веществ из этих вод до90-95% и снижение органических загрязнений (по показателю БПКполн.) до 20-25%.
Высокий эффект очисткисточных вод достигается различными способами интенсификации гравитационногоотсеивания – преаэрацией, биокоагуляцией, осветлением во взвешенном слое(отстойники- осветлители), а также с помощью гидроциклонов /4,9/.
Процесс более полногоосветления сточных вод осуществляется фильтрованием – пропуском воды через слойразличного зернистого материала (кварцевого песка, гранитного щебня, дробленогоантрацита и керамзита, горелых пород, чугунолитейного шлака и другихматериалов) или через сетчатые барабанные фильтры и микрофильтры, черезвысокопроизводительные напорные фильтры и фильтры с плавающей загрузкойпенополиуритановой или пенополистирольной. Преимущество указанных процессовзаключается в возможности применения их без добавления химических реагентов /3,5/.
Выбор метода очисткисточных вод от взвешенных частиц осуществляется с учетом кинетики процесса.Размеры взвешенных частиц, содержащихся в производственных сточных водах могутколебаться в очень широких пределах, (возможные диаметры частиц составляют от5·10-9 до 5·10-4 м), для частиц размером до 10 мкм конечная скорость осаждениясоставляет менее 10-2 см/с. Если частицы достаточно велики (диаметром более30-50 мкм), то в соответствии с законом Стокса они легко могут выделятьсяотстаиванием (при большой концентрации) или процеживанием, например, черезмикрофильтры (при малой концентрации) /6/. Коллоидальные частицы (диаметром0,1-1 мкм) могут быть удалены фильтрованием, однако из-за ограниченной емкостифильтрующего слоя более подходящим методом при концентрациях взвешенных частицболее 50мг/л является ортокинетическая коагуляция с последующим осаждением илиосветлением во взвешенном слое.
Повышение технологическойэффективности сооружений механической очистки очень важно при созданиизамкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий. Этому требованиюудовлетворяют различные конструкции много полочных отстойников, сетчатыхфильтров, фильтров с новыми видами зернистых и синтетических загрузок,гидроциклонов (напорных, безнапорных, многоярусных). Применение этих сооруженийпозволит сократить в 3-5 раз капитальные затраты и на 20-40% эксплуатационныерасходы, уменьшить в 3-7-раз необходимые площади для строительства по сравнениюс применением обычных отстойников /7,8/.
С целью обеспечениянадежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод,как правило, рекомендуется применить не менее двух рабочих единиц основного технологическогоназначения – решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров. Привыборе максимального числа сооружений, предусматривается их секционирование поунифицированным группам, состоящим из единиц с наиболее крупными габаритами/10/.
Повышение эффектамеханической очистки сточных вод, в особенности работы сооружений по первичномуотстаиванию, позволяет сократить объемы сооружений для последующих процессовочистки и тем самым снизить расходы на строительство и затраты на эксплуатациюболее дорогих и сложных сооружений физико-химической очистки, а также обработкиосадка. /4,10/.
Песколовки
Сточные воды,освобожденные от крупных плавающих загрязнений на решетках, поступают напесколовки, назначение которых -освободить сточные воды от тяжелых примесейминерального происхождения с размером частиц 0,25-1 мм. Если объем очищаемойсточной воды более 100 м3/сут, то песколовки устанавливаются обязательно /5,6/.
Принцип действияпесколовки гравитационный, т.е. минеральные частицы, удельный вес которыхбольше удельного веса воды (1,6 г/см3), главным образом песок, выпадают на дно.Удаление песка из сточных вод, является обязательным, т.к абразивные свойствапеска приводят к разрушению механизмов и бетонных сооружений. Кроме того, песокможет накапливаться в каналах, аэротенках, метатенках и снижать рабочий объемсооружений.
По направлению движенияводы песколовки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с винтовымдвижением воды. Последние бывают: тангенциальные и аэрируемые. Установлено, чтопри горизонтальном движении воды в песколовке, скорость должна быть от0,3-0,15 м/с для обычных песколовок, и от 0,08-0,12- для аэрируемых песколовок.При скорости более максимально допустимой песок не успевает осесть впесколовке, при скорости менее минимальной- в песколовке будут осаждатьсяорганические примеси, что приведет к излишнему изъятию питательных веществ изсточной воды и к ухудшению качества удаляемого песка, что имеет значение дляего дальнейшего использования или захоронения.
Центрифуги.
Одним из интенсивныхметодов безреагентного выделения нерастворенных примесей из производственныхсточных вод является центрабежное осаждение, осуществляемое в центрифугах. Этиаппараты широко применяются в различных отраслях промышленности для разделения неоднородныхсистем, состоящих из двух или более фаз /11/.
К основным преимуществамосадительных центрифуг перед отстойниками следует отнести: компактностьустановок, более высокий эффект осветления сточных вод: возможность полученияосадка более низкой влажности.
Центрифуги могут бытьпериодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными илинаклонными; различаются по расположению вала в пространстве; по способувыгрузки из ротора; в герметизированном или негерметизированном исполнении. В зависимостиот исполнения в центрифугах задерживается 50-90% твердой фазы.
Отстойники
Отстаивание являетсянаиболее простым способом удаления из сточных вод грубодисперсныхнерастворенных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают надно отстойника или всплывают на поверхность. В зависимости от назначенияотстойников в технологической схеме очистной станции они подразделяются напервичные и вторичные. Первичными называют отстойники, входящие в составсооружений механической очистки, они задерживают гораздо более мелкие взвеси,чем песколовки» вторичными — отстойники, устраиваемые в составе сооруженийбиологической очистки для отделения активного ила от биологически очищеннойсточной воды /11,12/.
По направлению движенияосновного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа:горизонтальные и вертикальные.
Горизонтальный отстойникпредставляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий изнескольких отделений. Их применяют при производительности комплекса свыше 15 тыс.м3/сут.При хорошей работе они задерживают до 60% взвешенных веществ.
Вертикальный отстойникпредставляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с конусным илипирамидальным днищем. Они проще по конструкции и в эксплуатации, чемгоризонтальные, и находят широкое применение в качестве первичных и вторичныхотстойников. Однако эффект осветления в них на 25-30% ниже, чем вгоризонтальных и на 10-15% ниже, чем радиальных. При удовлетворительной работевертикальных отстойников удаляется не более 40% взвешенных веществ.
Радиальный отстойникпредставляет собой цилиндрический железобетонный резервуар большого диаметра(от 16 до 60 м) глубиной 0,1-0,15 диаметра. Их применяют при производительностиочистных сооружений более 20 тыс.м3/сут. Они обеспечивают 50% удалениявзвешенных веществ и не имеют недостатков горизонтальных и вертикальныхотстойников.
Фильтрование.
Фильтрование применяютдля выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ,удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение фаз ведут при помощипористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированнуюфазу, под действием гидростатического давления столба жидксти, повышенногодавления до перегородки и вакуума после перегородки. Выбор перегородок зависитот свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкциифильтра /12/.
В последние время втехнологии очистки воды все большее место занимают мембранные процессы низкогодавления: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация.
Процесс микрофильтрациизаключается в процеживании сточной воды через слой сеток с отверстиями размеромот 40 до 70 мкм. Барабанные сетки имеют размер ячеек от 0,3х0,3 до ).5х).5 мм Микрофильтрыприменяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых материалов.
Среди мембранных методовнаиболее стремительно развивается и внедряется ультрафильтрация-74% всехмембранных методов. Ультрафильтрационная технология используется в мировойпрактике для очистки воды из различных поверхностных водоисточников /13/. Взависимости от состава воды ультрафильтрационная технология применяется вчистом виде или в комбинации с другими методами.
1.2.2.Химическая очистка производственных сточных вод
Основнымиметодами химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализацияи окисление. К окислительным методам относятся также электрохимическаяобработка.
Химическаяочистка может применяться как самостоятельный метод перед подачейпроизводственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также передспуском их в водоем или в городскую канализационную сеть. Применение химическойочистки в ряде случаев целесообразно (в качестве предварительной) передбиологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка находитприменение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод сцелью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различныхкомпонентов. При локальной очистке производственных сточных вод в большинствеслучае предпочтение отдается химическим методам. /5].
Нейтрализация сточных вод
Производственныесточные воды от технологических процессов многих отраслей промышленностисодержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержаться солитяжелых металлов, которые необходимо выделять из этих вод.
С цельюпредупреждению коррозии материалов канализационных очистных сооружений,нарушение биохимических процессов в биологических окислителях и в водоемах, атакже осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стокиподвергаются нейтрализации.
Реакциянейтрализация – это химическая реакция между веществами, имеющими свойствакислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоихсоединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходитмежду гидротированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащихсясоответственно в сильных кислотах и основаниях: Н+ + ОН- = Н2О. В результатеконцентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственнасамой воде (около 10-7), т.е. активная реакция водной среды приближается к рН =7.
Приспуске производственных сточных вод в водоем или в городскую канализационнуюсеть практически нейтральными следует считать смеси с рН = 6,5÷8,5.Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с рН менее 6,5 иболее 8,5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, атакже щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственныхсточных вод в водоем или городскую канализацию следует, что большую опасностьпредставляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чемщелочные (количество производственных сточных вод с рН >8,5 невелико).
Еслиотработанные производственные сточные воды подаются в систему оборотноговодоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от спецификитехнологических процессов /6/.
Наиболеечасто сточные воды загрязнены минеральными кислотами: Н2SО4, азотной НNО3,соляной НСl, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаютсяазотистая НNО2, фосфорная Н3РО4, сернистая Н2SО3, сероводородная Н2S,плавиковая НF, хромовая Н2СrО4 кислоты, а также органические кислоты: уксуснаяСН3СООН, пириновая НОС6Н2(NО2)3, угольная Н2СО3, салициловая С6Н4(ОН)2 и др.
Концентрациякислот в сточных водах обычно не превышает 3%, но иногда достигает большейвеличины.
Выборспособа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислой,загрязняющих производственные сточные воды; расхода и режима поступленияотработанных вод на нейтрализацию; наличия реагентов; местных условий и т.п. /8,12/.
Окисление сточных вод
Окислительныйметод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод,содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) илисоединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищатьдругими методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются вмашиностроительной (цехи гальванических покрытий), горно-добывающей(обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд), нефтехимической(нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехиварки целлюлозы) и в других отраслях промышленности.
В узкомсмысле окисление – реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а вболее широком — всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятииэлектронов от атомов или ионов. В практике обезвреживания производственныхсточных вод в качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция инатрия, хлорную известь, диоксид хлора, азот, технический кислород и кислородвоздуха.
Средидругих окислителей, которые применяются при очистке производственных сточныхвод, можно назвать пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихроматкалия. Эти окислители, хотя и не находят широкого применения, но и в рядеслучаев могут быть использованы для окисления фенолов, крезолов,цианидсодержащих примесей и др. /9,13/.
1.2.3. Физико-химическая очистка производственныхсточных вод
Физико-химическиеметоды играют значительную роль при очистке производственных сточных вод. Ониприменяются как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, химическимии биологическими методами. В последние годы область примененияфизико-химических методов очистки расширяется, а доля их среди других методовочистки возрастает.
Кфизико-химическим методам очистки относятся коагуляция, флокуляция, сорбция,флотация, экстракция, ионный обмен, гиперфильтрация, диолиз, эвапорация,выпаривание, испарение, кристаллизация, магнитная обработка, а также методы,связанные с положением электрического поля – электрокоагуляция,электрофлотация. /10,14/.
Коагуляция
Коагуляция- это сминание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессетеплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнемсиловом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты – более крупные(вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичныечастицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействиянепосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды.Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением ихобщего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае – жидкости). Слипаниеоднородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных – гетерокоагуляцией.
Производственныесточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированныеэмульсии или суспензии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001-0,1 мкм,мелкодисперсные частицы размером 0,1-10 мкм, а также частицы размером 10 мкм иболее.
Впроцессе механической очистки сточных вод достаточно легко удаляются частицыразмером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически неудаляются. Таким образом, сточные воды многих производств после сооружениймеханической очистки представляют собой агрегативно устойчивую систему. Для ихочистки применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этомнарушается, образуется более крупные агрегаты частиц, которые удаляются изсточных вод механическими методами /11,13/.
Одним из видов коагуляцииявляется флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенномсостоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуютинтенсивно оседающие рыхлые хлоповидные скопления.
Методы коагуляции и флокуляциишироко распространены для очистки сточных вод предприятий химической,нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой,текстильной и других отраслей промышленности. Эффективность коагуляционнойочистки зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц, их концентрации истепени дисперсности, наличия в сточных водах электролитов и других примесей,величины электрокинетического потенциала. В сточных водах могут содержатьсятвердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие(нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы.
Коллоидныечастицы, представляющие собой совокупность большого числа молекул вещества,содержащегося в сточной воде в диспергированном состоянии, при перемещениипрочно удерживают покрывающий их слой воды. Обладая большой удельной площадьюповерхности, коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионыпреимущественно одного знака, значительно понижающие свободную поверхностнуюэнергию коллоидных частиц. Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуютслой поверхностно-ядерных ионов, или так называемый адсорбционный слой. В томслое может находится также небольшое число противоположно заряженных ионов,суммарный заряд которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерныхионов. В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создаетсяэлектрический заряд, вокруг границы (ядра с адсорбционным слоем) образуетсядиффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно заряженныеионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с диффузионным слоемназывается мицеллой. Потенциал на границе ядра – термодинамический потенциал –равен сумме зарядов всех поверхностно-ядерных ионов. На границе адсорбционногослоя потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов, находящихся вадсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границеадсорбционного слоя называется электрокинетическим потенциалом./12,14/
Основнымпроцессом коагуляционной очистки производственных сточных вод являетсягетерокоагуляция – взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточныхвод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.
Дляочистки производственных сточных вод применяют различные минеральныекоагулянты:
1.Солиалюминия. Сульфат алюминия (глинозем) Аl2(SО4)3·18Н2О (плотность 1,62 т/м3,насыпная масса 1,05 – 1,1 т/м3, растворимость в воде при температуре 20оС – 362г/л). Процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить при значенияхрН = 4,5÷8. В результате применения сульфата алюминия степень минерализацииводы увеличивается. Алюминат натрия NаАlО2, оксихлорид алюминия Аl2(ОН)5Сl,полихлорид алюминия [Аl2(ОН)-nСl6-n]m(SО4)х (где 1 ≤ n ≤ 5m ≤10),алюмокалиевые [АlК(SО4)2·18 Н2О] и алюмоаммонийные [Аl(NН4)(SО4)2·12Н2О] квасцыимеют меньшую стоимость и дефицитность, чем сульфат алюминия.
2. Солижелеза. Сульфат двухвалентного железа или железный купорос FеSО4·7Н2О(плотность 3 т/м3, насыпная масса 1,9 т/м3, растворимость в воде притемпературе 20оС – 265 г/л). Применение процесса коагуляции оптимально при рН>9. Гидроксид железа – плотные тяжелые, быстро осаждающие хлопья, чтоявляется несомненным преимуществом его применения. Хлорид железа FеСl3·6Н2О;сульфат железа (Fе2(SО4)3·9 Н2О.
3. Солимагния. Хлорид магния МgСl2·6Н2О; сульфат магния МgSО4·7Н2О.
4.Известь
5.Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств. Хлорид алюминия(производство этилбензола), сульфат двухвалентного железа (травление металлов),известковый шлам и др.
Количествокоагулянта, необходимое для осуществления процесса коагуляции, зависит от видакоагулянта, расхода, состава, требуемой степени очистки сточных вод иопределяется экспериментально.
Образующиесяв результате коагуляции осадки представляют собой хлопья размером от несколькихмикрометров до нескольких миллиметров. Рыхлая пространственная структурахлопьев осадка обусловливает их высокую влажность до 96 – 99,9%. Плотностьхлопьев осадка составляет обычно 1,01 – 1,03 т/м3. Для обесувечиваниявысоконцентрированных и интенсивно окрашенных вод расходы коагулянтов достигают1-4 кг/м3; объем осадка, получающегося в результате коагуляции, достигает10-20% объема обрабатываемой сточной воды.
Значительныйрасход коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработкии последующего складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемыхсточных вод не позволяют в большинстве случае рекомендовать коагуляцию какметод самостоятельной очистки. Коагуляционный метод очистки применяется восновном при небольших расходах сточных вод и при наличии дешевых коагулянтов./13/
Сорбция
Сорбция– это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом илижидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом.Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) иповерхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция,сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом,зазывается хемосорбцией.
Сорбцияпредставляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки отрастворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной,химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности.Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно сбиологической очисткой как метод предварительной и глубокой очистки.Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществмногокомпонентных смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки особеннослабоконцентрированных сточных вод.
Сорбционные методы весьмаэффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с ихпоследующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системеоборотного водоснабжения промышленных предприятий. Адсорбция растворенныхвеществ – результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора наповерхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этомнаблюдается два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенноговещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента и молекул растворенноговещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух силмежмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживаетсяизвлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента. Чем больше энергиягидратации молекул растворенного вещества, тем больше противодействиеиспытывают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем слабееадсорбируется вещество из раствора.
Сорбционная очисткасточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматическиесоединения, не электролиты или слабые электролиты, красители, непредельныесоединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы)алифатические соединения. При содержание в сточных водах только неорганическихсоединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим.
В качестве сорбентовприменяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, косовуюмелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективнымисорбентами являются активированные угли различных марок.
Пористость этих углейсоставляет 60-75%, а удельная площадь поверхности 400-900 м2/г. Адсорбционныесвойства активированных углей в значительной мере зависит от структуры пор, ихвеличины, распределения по размерам. В зависимости от преобладающего размерапор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа.Поры по своему размеру подразделяют на три вида: макропоры размером 0,1-2 мкм,переходные размером 0,004-0,1 мкм, микропоры размером менее 0,004 мкм. Макропорыи переходные поры играют, как правило, роль транспортирующих каналов, асорбционная способность активированных углей определяется в основноммикропористой структурой. Растворенные органические вещества, имеющие размерычастиц менее 0,001 мкм, заполняют объем микропор сорбента, полная емкостькоторых соответствует поглощающей способности сорбента /14 /.
Активность сорбентахарактеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массысорбента (кг/м3, кг/кг).
Процесс сорбции можетосуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости неперемещаются относительно частицы сорбента, т.е. движется вместе с последней(аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, прикоторых частица жидкости перемещается относительно сорбента (фильтры, аппаратыс псевдосжиженным слоем). В соответствии с этим различают статическую идинамическую активность сорбента. Статическая активность сорбентахарактеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объемаили массы сорбента к моменту достижения равновесия при постоянной температурежидкости и начальной концентрации вещества, динамическая активность сорбента –максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массысорбента до момента появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропускесточной воды через слой сорбента. Динамическая активность в промышленныхадсорберах составляет 45-90% статической.
Между количествамивещества, адсорбированного сорбентом и оставшегося в растворе, в разбавленныхрастворах наступает равновесие, подчиняющиеся закону распределения.
Сорбция – процессобратимый, т.е. адсорбированное вещество (сорбант) может переходить с сорбентаобратно в раствор. При прочих равных условиях скорости протекания прямого (сорбция)и обратного (десорбция) процессов пропорциональны концентрации вещества врастворе и на поверхности сорбента. Поэтому в первые моменты сорбции, т.е. примаксимальной концентрации вещества в растворе, скорость сорбции такжемаксимальна. По мере повышения концентрации растворенного вещества наповерхности сорбента увеличивается число сорбированных молекул, переходящихобратно в раствор. С момента, когда количество сорбируемых из раствора (вединицу времени) молекул становится равным количеству молекул, переходящих споверхности сорбента в раствор, концентрация раствора становится постоянной;эта концентрация называется равновесной. Если после достижения адсорбционногоравновесия несколько повысить концентрацию обрабатываемого раствора, то сорбентможет извлечь из него еще некоторое количество растворенного вещества. Однаконарушаемое таким образом равновесие будет восстанавливаться лишь до полногоиспользования сорбционной емкости (способности) данного сорбента, после чегоповышение концентрации вещества в растворе не изменяет величины адсорбции. /15/
Флотация
Флотация – процессмолекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности разделадвух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избыткомсвободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностнымиявлениями смачивания.
Процесс очисткипроизводственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла,волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов«частицы-пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегосяпенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Приминание частицы,находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когданаблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. [16]
Смачивающая способностьжидкости зависит от ее номерности, с возрастанием которой способность жидкостисмачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости ксмачиванию является величина поверхностного натяжения ее на границе с газовойфазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процессфлотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60-65 мН/м.Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде,характеризуется величиной краевого угла смачивания. Чем больше этот угол, темболее гидрофобна поверхность частицы, т.е. увеличивается вероятность применанияк ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такиечастицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются. Большое значение прифлотации имеет размер, количество и равномерность распределения воздушныхпузырьков в сточной воде. Оптимальные размеры воздушных пузырьков 15-30 мкм, амаксимальные 100-200 мкм. ./ 17/
В практике очисткипроизводственных сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемыи методы флотации. Метод пенной флотации применяют для извлечениянерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенныхвеществ, метод пенной сепарации – для удаления растворенных веществ.
Наиболее существенныепринципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкостипузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу можно выделитьследующие способы флотационной обработки производственных сточных вод:
1) флотация свыделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационныеустановки);
2) флотация смеханическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные ипневматические флотационные установки);
3) флотация сподачей воздуха через пористые материалы;
4) электрофлотация;
5) биологическая ихимическая флотация /18/
Флотационные установкимогут состоять из одного или двух отделений (камер). В однокамерных установкахв одном и том же отделении происходит одновременно насыщение жидкостипузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерныхустановках, состоящих из приемного и отстойного отделений, в первом отделениипроисходит образование пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек-частица», а вовтором – всплывание шлама (пены) и осветление жидкости. /19/
Экстракция
При относительно высокомсодержание в производственных сточных водах растворенных органических веществ,представляющих техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты),эффективным методом очистки является экстрация органическими растворителями –экстрагентами. Экстракционный метод очистки производственных сточных водоснован на распределении загрязняющего вещества в смеси двухвзаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношениевзаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (илислабосмешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянными называется коэффициентом распределения.
Коэффициент распределениязависит от температуры, при которой производится экстракция, а также от наличияразличных примесей в сточных водах и экстрагенте. /20/.
После достиженияравновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительновыше, чем в сточной воде. Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяетсяот растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого вновьиспользуется в технологическом процессе очистки.
Метод экстракционнойочистки экономически целесообразен при значительной концентрации органическихпримесей или при высокой стоимости извлекаемого вещества. Для большинствапродуктов применение экстрации рационально при концентрации 2 г/л и более. /21/
Для успешного протеканияпроцесса экстрации экстрагент должен иметь следующие свойства: хорошуюэкстрагирующую способность по отношению к экстрагируемому веществу, т.е.высокий коэффициент распределения; селективность, т.е. способностьэкстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу; малуюрастворимость в воде; плотность, отличающуюся от плотности воды; температурукипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемоговещества; небольшую удельную теплоту испарения и малую теплоемкость, чтопозволяет снизить расходы пара и охлаждающей воды; возможно меньше огне- ивзрывоопасность, токсичность; низкую стоимость.
Экстрагент не долженподвергаться заметному гидролизу и взаимодействовать с экстрагируемымвеществом, материалом трубопроводов и запорно-регулирующей арматурыэкстракционной установки.
Методы экстрагированияорганических веществ по схемам контакта экстрагента и сточной воды можноразделить на перекрестноточные, ступенчато-противоточные инепрерывно-противоточные. Прямоток в процессах экстракции не применяется. /22/
Ионныйобмен
Гетерогенный ионныйобмен, или ионообменная сорбция – процесс обмена между ионами, находящимися врастворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита.
Очистка производственныхсточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценныепримеси (соединения, мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртутьи другие металлы), ПАВ и радиоактивные вещества, очищать сточную воду допредельно допустимых концентраций с последующим ее использованием втехнологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.
По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят накатиониты и аниониты, проявляющиеся соответственно кислотные и основныесвойства. Иониты подразделяются на природные и искусственные, илисинтетические. Практическое значение имеют неорганические природные иискусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных металлов;применяются также иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы илигнина /23/.
Однаковедущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам – ионообменнымсмолам.
Различают следующие видыионитов:
1) сильнокислотныекатиониты, содержащие сульфогруппы SО3Н и сильноосновные анионы, содержащиечетвертичные аммониевые основания;
2) слабокислотныекатиониты, содержащие карбоксильные СООН и фенольные группы, диссоциирующие прирН>7, а также слабоосновные аниониты, содержащие первичные NН2 и вторичныеNН аминогруппы, диссоциирующие при рН
3) иониты смешанноготипа, проявляющие свойства смеси сильных и слабых кислот или оснований /24,26/.
Важнейшим свойством ионитов является их поглотительнаяспособность, так называемая обменная емкость. Полная емкость ионита –количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов, которое можетпоглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Рабочая емкость ионита – количествонаходящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.
При соприкосновении ионитов с водой происходит их набуханиевследствие осмотических явлений; объем ионитов обычно увеличивается в 1,2 – 2раза. На кинетику ионного обмена влияют также величина температуры,концентрация ионов и др.
Характерной особенностью ионитов является их обратимость,т.е. возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит воснове их регенерации.
Регенерация слабоосновных анионитов достигается фильтрованием через слой анионита 2-4%-ных водных растворов NаОН, Nа2СО3 иNН4ОН.
Регенерация катионитов осуществляется промывкой кислотой (приН – катионите) или раствором хлористого натрия (при Nа – катионите).
Процесс ионообменной очистки сточных вод осуществляются ваппаратах периодического (фильтрах) или непрерывного действия. /25/.
Электродиализ
Электродиализ – процесс сепарации ионов солей, осуществляемыйв мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока,применяемый для опреснения высокоминерализированных сточных вод.
Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми ианионитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) иобессоливающие (дилюатные) камеры. Под действием постоянного тока катионы,двигаясь к катоду («-»), проникают через катионитовые мембраны, нозадерживаются анионитовыми, а анионы, двигаясь в направлении анода («+»), проходятчерез анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. В результате этогоиз одного ряда камер (например, четных) ионы обоих знаков выводятся в смежныйряд камер.
Мембраны для электродиализатора изготовляют в виде гибкихлистов прямоугольной формы или рулонов из термопластичного полимерногосвязующего и порошка ионообменных смол /26/.
Электродиализные аппараты применяются двух типов:прокладочные и лабиринтные. Электродиализаторы прокладочного типа имеютгоризонтальную ось электрического поля; их пропускная способность 2-20 м3/ч.Электродиализаторы лабиринтного типа имеют вертикальную ось электрическогополя, их пропускная способность 1-25 м3/ч. Оптимальная область примененияэлектродиализаторов – при концентрации солей в сточной воде 3-8 г/л. Во всехконструкциях электродиализаторов в основном применяют электроды, изготовленныеиз платинированного титана. Для эффективной работы аппаратов большое значениеимеет промывка приэлектродных камер, что предохраняет крайние мембраны отразрушения продуктами электролиза. /27/
Технологические схемы электродиализных установок (ЭДУ)состоят из следующих узлов:
1) аппаратов предварительной подготовки исходной воды;
2) собственно электродиализной установки;
3) кислотного хозяйства и системы сжатого воздуха;
4) фильтров, загруженных активированным углем и бактерицидныхустановок. /27/
Технологические схемы бывают следующих типов.
1. Прямоточные ЭДУ, в которых сточная вода последовательноили параллельно проходит через аппараты установки и солесодержащие воды снижаетсяот исходного до заданного за один проход.
2. Циркуляционные (порционные) ЭДУ, в которых определенныйобъем частично обессоленной воды из бака дилюата перекачивается черезмембранный электродиализный аппарат обратно и бак до тех пор, пока не будетдостигнута необходимая степень обессоливания.
3. Циркуляционные ЭДУ непрерывного действия, в которых частьсточной воды непрерывно смешивается с частью не полностью обесссоленной воды(дилюата), проходит через электродиализатор и подается потребителю или в резервуарочищенной воды.
4. ЭДУ с аппаратами, имеющими последовательную гидравлическуюсистему движения потоков в рабочих камерах. /28/
Каждая из указанных выше технологических схем имеетопределенные преимущества и недостатки, и их выбор производится на основаниитехнико–экономических расчетов. Исходными параметрами для расчета являются:конкретные местные условия, пропускная способность ЭДУ, солесодержание и составобрабатываемых сточных вод. Например. При суточном расходе более 300-500 м3сточных вод считается рациональным применение технологических схем прямоточноготипа. /29/
1.2.4. Биологическая очисткапроизводственных сточных вод
Биологическое окисление – широко применяемый на практикеметод очистки производственных сточных вод, позволяющий очистить их от многихорганических примесей. Процесс этот, по своей сущности, природный, и егохарактер одинаков для процессов, протекающих в водоеме, очистном сооружении,склянки для определения БПК, респирометре и т.п. Биологическое окислениеосуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множествовысокоорганизованных организмов – водорослей, грибов и т.д., связанных междусобой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза иантагонизма). Главенствующую роль в этом сообществе принадлежит бактериям,число которых варьируется от 106 до 1014 клеток на 1 г сухой биологическоймассы (биомассы). Число родов бактерий может достигать 5-10, число видов –нескольких – нескольких десятков и даже сотен.
Такое разнообразие видов бактерий обусловлено наличием вочищаемой воде органических веществ различных классов. Если же в составесточных вод присутствует лишь один или несколько близких по составу источниковорганического углерода, т.е. одни или несколько близких гомологов органическогосоединения, то возможно развитие монокультуры бактерий. /29,40/
Сообществомикроорганизмов представлено одними бактериями в том случае, если очисткупроводят в анаэробных условиях (в отсутствии растворенного в воде кислорода)или при слишком неблагоприятном уровне питания, который представляет собойотношение количества органических веществ к числу микроорганизмов.Неблагоприятным уровнем питания может оказаться, например, слишком высокоесоотношение количеств подаваемых на очистку загрязнений и биомассы микроорганизмов.Если очистку проводят в анаэробных условиях (в присутствии растворенногокислорода), то при благоприятной обстановке в сообществе микроорганизмовразвиваются простейшие, представленные числом видов от 1 до 15-30. /40/. Средибактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, причемпреимущественное развитие та или иная группа получает в зависимости от условийработы системы. Эти две группы бактерий различаются по своему отношению кисточнику углеродного питания. Гетеротрофы используются в качестве источникауглерода готовые органические вещества и перерабатывают их для полученияэнергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтезаклетки неорганический углерод, а энергию получают за счет фотосинтеза, используяэнергию света, либо хемосинтеза путем окисления некоторых неорганическихсоединений (например, аммиака, нитритов, солей двухвалентного железа,сероводорода, элементарной серы и др.). /41/.
II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1.Объекты исследования.
Объектами исследованияявились сточные воды ОАО «Уфаоргсинтез».
На заводе имеются двапотока сточных вод: условно-чистые стоки и химически загрязненные стоки.
В систему промливневыхстоков поступают стоки:
— от продувкиводооборотных систем;
— стоки от технологических установок (от охлаждения технологического оборудования, насосов, от мытьяпроизводственных помещений и оборудования, технологические утечки и пропуски ит.д.);
— дождевые стоки сплощадок, технологических установок, с крыш производственных и административныхзданий, с проезжей части и территории предприятия.
— стоки, образовавшиесяот таяния снега;
— хозяйственно-бытовыестоки от бытовых, административных и производственных зданий.
Количество промливневыхсточных вод:
— средний расход стоков:300 м3/ч; 7200 м3/сут; 262800 м3/год.
— максимальный расчетныйчасовой расход стоков 500 м3/час.
2.2.Методы исследований.
2.2.1.Определение взвешенных веществ в сточных водах гравиметрическим методом
Сухой остатокхарактеризует общее содержание растворенных в воде минеральных и частичноорганических веществ, температура кипения которых превышает 110 оС, нелетучихс водяным паром и не разлагающихся при указанной температуре /42/
Гравиметрический методопределения взвешенных веществ основан на выделении из пробы фильтрованиемводы через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм или бумажный фильтр«синяя лента» и взвешивании осадка на фильтре после высушивания его допостоянной массы.
Определение общегосодержания примесей (суммы растворенных и взвешенных веществ) осуществляютвыпариванием известного объема нефильтрованной анализируемой воды на водянойбане, высушиванием остатка при 105 оС до постоянной массы и взвешиванием.
Ход определения.
Взвешенный бумажныйфильтр помещают в воронку, смачивают небольшим количеством дистиллированнойводы для хорошего прилипания и фильтруют отмеренный объем тщательноперемешанной анализируемой воды.
По окончании фильтрованиидают воде полностью стечь, затем фильтр с осадком трижды промываютдистиллированной водой порциями по 10 см3, осторожно вынимают пинцетом ипомещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования. Фильтрвысушивают 2 часа при 105 оС, охлаждают в эксикаторе и закрыв бюкс крышкойвзвешивают. Повторяют процедуру сушки, пока разница между взвешиваниями будетне более 0,5 мг при массе осадка 50 мг и менее 1 мг при массе более 50 мг.
Содержание взвешенныхвеществ в анализируемой пробе воды
(мг/дм3 )рассчитывают поформуле:
С = М1 – М2 100%
V
где М1 и М2 – массатигля с фильтром с высушиванием осадком после фильтрования и с чистым фильтром,мг;
V – объем пробы, взятой для анализа,мл.
2.2.2.Определениеобщей жесткости в сточных водах комплексонометрическим методом
Общая жесткость водыобусловлена главным образом присутствием растворенных соединений кальция имагния и варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв,слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года.
При жесткости до 4мг-экв/л вода считается жесткой; 4-8 мг-экв/л- средней жесткости; 8-12мг-экв/л- жесткой; более 12 мг-экв/л- очень жесткой./42/
Метод основан наобразовании прочного комплексного соединения при РН 10 ионов кальция и магния сэтилендиаминтетраацетатом натрия ( трилон Б). Определение проводят титрованиемпробы в присутствии индикатора. Минимально определяемая концентрация ).05мг-экв/л (при тировании 100 мл пробы) /4
Ход определения.
Объем исследуемой водыберут с таким расчетом, чтобы содержание в нем ионов кальция и магния непревыщало 0,5 мг-экв/л в 100 мл профильтрованной пробы. В коническую колбувносят 100 мл или меньший объем, разведенный до 100 мл дистиллированной водой,прибавляют 5 мл буферного раствора, 5-7 капель индикатора )или 0,1 г сухогоиндикатора) и сразу же титруют при сильном перемешивании 0,05 н. трилоном Б доизменения окраски в эквивалентной точке.
Нечеткое изменениеокраски в эквивалентной точке указывает на присутствие меди и цинка. Дляустранения влияния этих веществ к пробе воды до внесения буферного растворадобавляют 1-2 мл 5% сульфида натрия, после чего проводят анализ, как указановыше.
Общую жесткость воды (мг-экв/л) вычисляют по формуле:
С = А н К 1000
V
где А- объем растворатрилона Б, израсходованного на титрование пробы, мл — ;
н – нормальность ратворатрилона Б;
К – поправочныйкоэффициент к титру раствора трилона Б;
V – объем пробы воды, взятой длятитрования, мл.
2.2.3.Определение ХПК в сточных водах.
Окисляемость- общееколичество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических),реагирующих с сильными окислителями, например, бихроматом, перманганатом и др.Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому бихроматнуюокисляемость нередко называют «химическим потреблением кислорода(ХПК). Этоосновной метод определения окисляемости. Большинство соединений окисляется приэтом на 95-100%. Однако есть небольшое число соединений (бензол, толуол,пиридин и др), которые совсем не окисляются бихроматом калия даже в присутствиикатализатора. Окисление органических веществ бихроматом происходит дообразования диоксида углерода и воды, азот выделяется в виде газа./42/
В 50% по объму сернойкислоте бихромат калия при кипячении действует как сильный окислитель, особеннопри использовании в качестве катализатора сульфата серебра. После окисленияизбыток бихромата находят титорованием раствором соли Мора.
Метод позволяетопределить окисляемость от 15 мгО/л и выше при применении 0,1 н. растворабихромата калия и от 5 до 50 мгО/л при использовании 0,05 н.раствора.
Ход определения.
В отсутствии хлоридов.Отбират порцию воды, чтобы на ее окисление расходовалось около 50% растворабихромата калия, разбавляют ее дистиллированной водой, переносят в круглодоннуюколбу вместимость 300 мл, прибавляют 10 мл 0,1 н. бихромата калия и осторожно,малыми порциями, тщательно перемешивая смесь после дбавления каждой порции, 30мл серной кислоты. Затем добавляют 0,3-).4 г. Сульфата серебра, вводят в колбунесколько стеклянных капилляров, присоединяют к обратному холодильнику,нагревают до слабого кипения и кипятят 2 часа. Затем охлаждают, обмывают стенкихолодильника 25 мл дистиллированной воды и переносят содержимое колбы вконическую колбу вместимостью 500 мл, доводя объем до 350 мл. Вводят 4-5капель феррона или 10-15 капель N-фенилантраниловой кислоты и оттитровывают избыток бихромаьа калия солью Мора.
Если в анализируемой водесодержатся хлориды, то можно проводить определение, не добавляя катализаторсульфат серебра. Хлориды-ионы окисляются до свободного хлора.
Для холостого опыта берут20 мл дистиллированной воды и проводят ее через все ступени анализа.
Величину ХПК (мг О/л)вычисляют по формуле:
ХПК = (А – В) н К 8 1000
V
где А и В – объемрастворов соли Мора, израсходованных на титрование холостого опыта и пробы, мл;
Н – нормальность растворасоли Мора;
К – поправоныйкоэффициент к титру раствора соли Мора;
V – объем анализируемой воды, мл;
8 – эквивалент кислорода.
2.2.4.Определение нефтепродуктов в сточных водах методом ИКС.
Нефтепродукты относятся кчислу наиболее распространенных загрязняющих веществ. В воде находятся вразличных миграционных формах- растворенный, эмульгированный, сорбированный навзвешенных частицах, в виде пленки. Нефтепродукты при анализе воды условнопринято считать только неполярные и малополярные углеводороды, растворимые вгексане, т.е сумму алифатических, нафтеновых, ароматических углеводородв,составляющих основную часть нефти./42,43/
Метод определениянефтепродуктов заключается в экстракции эмульгированных и растворенныхнефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом: отделение нефтепродуктов отсопутствующих органических соединений других классов на колонке, заполненнойоксидом алюминия и измерением массовой концентрации нефтепродуктов методомИК-спектрометрии.
Ход определения.
В сосуд с пробой водыприливают серную кислоту из расчета 2 см3 кислоты на 100 см3 пробы и переносятпробу в экстратор. Сосуд, в котором была проба ополаскивают 10 см3четыреххлористого углерода и добавляют этот растворитель в экстратор.Прибавляют еще 20 см3 СCL4 ивключают экстрактор на 4 мин, отстаивают эмульсию в течение 10 мин. Послерасслоения эмульсии нижний слой сливают в цилиндр вместимостью 100 см3.Экстракт сушат безводным сульфатом натрия в течение 30 мин. После чего экстрактосторожно сливают в цилиндр вместимостью 50 мл.
В подготовленнуюхроматографическую колонку наливают 8 см3 СCL4 для смачивания, а затем промывают 5 мл этого растворителя.Как только раствор достигнет верхнего уровня оксида алюминия, в колонку вливаютнебольшими порциями подготовленный экстракт, собирают элюат в мерную колбувместимостью 50 см3, пропуская в конце хроматографирования чистый растворитель.Измеряют объем элюата. Элюат заливают в кювету и устанавливают в прибор АН-1или КН-1. Фиксируют показания прибора, соответствующие количествунефтепродуктов в 1 см3 элюата. Концентрацию нефтепродуктов (мг/дм3) водевычисляют по формуле:
С = С изм. В К
V
где С изм – содержаниенефтепродуктов в элюате, измеренное на приборе;
В – объем экстракта,пошедшего на анализ, см3;
V – объем пробы воды, взятой дляопределения, см3;
К – коэффициентразбавления элюанта.
2.2.5.Определение хлоридов в сточных водах меркуриметрическим методом.
Много хлоридов попадает вводоемы со сбросами хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод.
Метод основан натитровании хлоридов раствором нитрата ртути со смешанным индикатором(дифенилкарбазоном и бромфеноловый синий). При этом ионы ртути связываются сионами хлора в молодиссоциирующее соединение хлорида ртути, а избыток ихобразует с индикатором комплекс фиолетового цвета./42,43/.
Определению не мешаютцветность воды. Мешают иодиды и бромиды в концентрациях эквивалентных хлоридам,сульфиды и железо в концентрациях выше 10 мг/л.
Ход определения.
Отбирают 100 млисследуемой воды, прибавляют 10 капель смешанного индикатора, затем по каплям0,2 н. азотной кислоты до появления желтой окраски (рН 3,6), после чего еще 5капель той же кислоты. Титруют раствором нитрата ртути, к концу титрованияокраска приобретает оранжевый оттенок. Для более четкого определения концатитрования используют контрольную пробу, к 10 мл которой прибавляют индикатор,2 мл 0,2 н. азотной кислоты и одну каплю нитрата ртути.
Концентрацию хлоридов(мг/л) рассчитывают по формуле:
С = А К н 1000
V
где А- объем растворанитрата серебра, израсходованного на титрование, мл;
К- поправочныйкоэффициент к титру раствора нитрата серебра, мг;
V – объем пробы, взятой дляопределения, мл.
2.3. Требования,предъявляемые к качеству сточных вод для повторного использования
Процессы, применяемые дляочистки сточных вод делятся на физико-химические и биологические. Обычно перваястадия очистки это физико-химические процессы, вторая стадия -биологические.Уровень требований, предъявляемых к качеству воды для повторного использования,позволяет решить эти задачи с помощью физико- химических процессов.
Требования по качеству кводе, направляемой на повторное использование:
Взвешенныевещества- не более 25 мг/л
Сульфаты не более 130 мг/л
Хлориды не более 50 мг/л
Общеесолесодержание не более 500 мг/л
Временнаяжесткость не более 2,5 мг-экв/л
Постояннаяжесткость не более 3,3 мг-экв/л
Для исследованиявозможности использования очищенных стоков для повторного использования былисмоделированы следующие процессы:
— процесс переводабикарбонатов кальция и магния в малорастворимые карбонаты;
— процесс отстаивания;
— процесс фильтрации;
— процесс сгущения;
— процессцентрифугирования.
Для эксперимента былиотобраны исходные реальные стоки: условно чистые стоки ( УЧС) с отделениямеханической очистки до песколовок, речная вода (РВ), щелочные стоки (ЩС) сотделения приемной камеры перед насосной станцией.
Анализы потоковпроводились по следующим качественным показателям: рН, взвешенные вещества,жесткость общая, жесткость кальциевая, ХПК, эфироизвлекаемые, нефтепродукты,щелочность, сульфаты, общее солесодержание, хлориды.
2.4.Данные о результатах анализов условно-чистых стоков.
Данные о результатаханализов условно-чистых стоков по приведенным качественным показателямпредставлены в таблице 1.
Как видно, попредставленным результатам условно-чистые воды характеризуются незначительнымизагрязнениями ХПК ( в 1,02 раза) и значительной общей жесткостью, превышение в1,4 раза. Кальциевая жесткость составляет 74,33% от общей жесткости. Содержание сульфатов, хлоридов общее солесодержание превышает требования кочищенным стокам, направляемым на повторное использование в 2; 1,6 и 1,5раза соответственно. Зарегистрировано превышение содержания взвешенных веществв 1,52 раза.
Таблица 1
Качество условно- чистыхстоков
Наимнование показате-
лей качества УЧС Номер пробы 1 2 3 4 5 6 ∑ср рН 7,31 7,86 7,60 7,90 7,76 8,20 7,77
Взвешенные вещества,
мг/л 50,0 42,0 30,0 36,0 40,0 30,0 38,0
Жесткость общая,
мг-экв/л 7,02 8,13 8,70 7,20 7,70 7,90 7,79
Жесткость кальцивая,
мг-экв/л 5,76 6,12 7,04 5,00 5,00 5,04 5,79 ХПК, мг/л 43,0 25,6 24,3 16,0 17,0 18,0 25,4
Эфироизвлекаемые,
мг/л 4,3 3,1 3,4 3,8 3,3 3,7 3,6 Щелочность, мг-экв/л 9,2 8,8 9,4 9,0 9,1 8,5 9,0 Сульфаты, мг/л 264,0 271,0 288,0 260,0 282,0 255,0 270,0 Нефтепродукты, мг/л 0,18 0,23 0,22 0,20 0,20 0,29 0,22 Хлориды, мг/л 69,8 80,2 81,4 81,2 76,9 77,9 77,9
Общее солесодержание,
мг/л 684,6 715,9 760,6 726,8 772,1 730,0 730,0
2.5.Данные о результатах анализов щелочных стоков.
Данные о результатаханализов щелочных стоков приведены в табл. 2. Щелочные стоки характеризуютсявысоким водородным показателем рН=11,66 и значительными органическимизагрязнениями, при чем необходимо отметить, что большое количество органическихзагрязнений находится в растворенном виде. Содержание взвешенных веществсоставляет 62,5 мг/л, что в 2,5 раза выше требований по качеству к воде,направляемое на повторное использование. Также зарегистрировано превышение похлоридам, нефтепродуктам, общему солесодержанию в 2,9; 34,0; 8,3 разасоответственно.
Таблица 2
Качество щелочных стоков
Наимнование показате-
лей качества ЩС Номер пробы 1 2 3 4 5 6 ∑ср рН 11,60 11,89 11.59 11,52 11,4 11,70 11,66
Взвешенные вещества,
мг/л 40,0 90,0 50,0 65,0 60,0 70,0 62,5
Жесткость общая,
мг-экв/л – – – – – – –
Жесткость кальцивая,
мг-экв/л – – – – – – – ХПК, мг/л 522,0 618,8 522,0 620,0 – 660,0 588,6
Эфироизвлекаемые,
мг/л 40,0 44,0 40,7 42,5 40,8 41,6 41,6 Щелочность, мг-экв/л 51,4 54,0 56,0 57,2 58,3 59,1 56,0 Сульфаты, мг/л – – – – – – – Нефтепродукты, мг/л 8,4 11,2 10,3 7,8 12,6 11,5 10,3 Хлориды, мг/л 140,8 150,2 145,7 151,0 143,4 141,9 145,5
Общее солесодержание,
мг/л 4087,4 4267.7 4145,0 4120,8 4078,5 4176,6 4146,0
2.6.Данные о результатах анализов речной воды.
Речная вода имеетнейтральную среду рН=7,43 и имеет общую жесткость 6,73 мг-экв/л. При этомкальциевая жесткость 4,5 мг-экв/л (66,87% от общей жесткости). Такой уровеньжесткости является граничным для использования речной воды для подпиткиводооборотных систем. Незначительное содержание взвешенных веществ. По другимзагрязняющим веществам не зарегистрировано превышение. Качество речной водысоответствует требованиям, которые предъявляются к воде, направляемой наповторное использование.
Данные о результатаханализов речной воды приведены в табл.3
Таблица 3
Качество речной воды
Наимнование показате-
лей качества РВ Номер пробы 1 2 3 4 5 6 ∑ср рН 7,56 7,34 7,51 7,31 7,56 7,30 7,43
Взвешенные вещества,
мг/л 10,0 30,0 12,0 16,2 17,6 15,0 16,8
Жесткость общая,
мг-экв/л 5,19 5,84 5,52 6,34 5,44 6,05 5,73
Жесткость кальцивая,
мг-экв/л 2,53 4,40 3,76 3,3 4,2 2,81 3,5 ХПК, мг/л 1,8 3,6 2,9 10,0 6,0 3,3 4,6
Эфироизвлекаемые,
мг/л 1,0 1,16 1,1 1,2 1,0 1,08 1,09 Щелочность, мг-экв/л – – – – – – – Сульфаты, мг/л 80,0 84,9 92,2 80,6 82,6 84,9 84,2 Нефтепродукты, мг/л 0,091 0,068 0,1 0,076 0,064 0,027 0,071 Хлориды, мг/л 39,5 48,2 40,0 36,8 45,9 52,4 43,8
Общее солесодержание,
мг/л 576.4 610,1 610,7 593,3 567,9 603,6 606,0
III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В целях возможностииспользования очищенных стоков для повторного использования были смоделированы процессы перевода бикарбонатов кальция и магния в малорастворимые карбонаты,отстаивания сточных вод, фильтрации, процессов сгущения осадка повторнымотстаиванием, процесс центрифугирования сгущенного осадка,
3.1.процесс перевода бикарбоната кальция и магния в малорастворимые карбонаты.
Для достижения требований по качеству к воде, направляемой на повторное использование, в целяхснижения жесткости условно-чистых стоков были опыты по смешению условно-чистых стоков со щелочными.
Известно, что общаяжесткость воды обусловлена главным образом присутствием в воде растворенныхсоединений кальция и магния, и варьирует в широких пределах. В сильнощелочнойсреде комплекс ионов магния разрушается. Путем смешения двух стоков переводимбикарбонат-ионы в карбонат- ионы. Последние образуют с ионами кальция и магниянерастворимые основные соли. При этом происходит снижение жесткости.
Процесс исследовали приразличных рН смеси стоков: рН 8,4 и 10,0 Контролировали параметры: жесткостьобщая, жесткость временная и рН.
Как видно по результатамисследований (табл.4 ) при доведении рН смеси до 8,4 происходит снижение общейжесткости в среднем на 5,65%, кальциевой жесткости на 13,98%. При этомвозрастает загрязненность органикой по эфироизвлекаемым в среднем на 15,28%,ХПК на 77,95%.
При доведении рН смеси до10,0 происходит снижение общей жесткости в среднем на 52,25%, кальциевойжесткости на 75,13%. Увеличение ХПК в среднем в три раза, нефтепродуктов вчетыре раза. Увеличение общего солесодержания на 50,69%. Уменьшение сульфатовна 14,44%, Для поддержания водородного показателя РН= 10,0 доза щелочных стоковсоставляет 150-160 мл на 1000 мл условно-чистых стоков.