Тема: КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

План:

1.МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОКОВ

2.ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА СТОКОВ И КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ

3. МЕТОДЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИИ ИЗ СТОКОВ И КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ

4. ДЕСТРУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОКОВ

1. В технической литературе методы обработки и очистки про­изводственных сточных вод принято подразделять на механи­ческие, химические, физико-химические и биологические. Ука­занными методами сточную воду либо кондиционируют для последующей очистки, либо очищают от примесей, при этом очистка может быть осуществлена как с выделением примесей в газообразную, твердую или жидкую фазы, так и с разруше­нием их. Поэтому целесообразно все многообразие приемов и методов очистки производственных стоков рассмотреть с точки зрения их назначения и способов удаления загрязнений и разделить их на методы подготовительной обработки, извлечения примесей и деструктивной очистки.

Задачей подготовительной обработки является кондицио­нирование сточных вод для обеспечения возможности их тран­спортирования и дальнейшей очистки. Сюда можно отнести та­кие методы, как нейтрализация кислых или щелочных вод, уда­ление взрывоопасных газов, смешение цеховых стоков в целях усреднения состава и сглаживания пиковых концентраций при­месей, а также усреднения по расходу и т. п.

К методам извлечения примесей относятся: седиментация, флотация (как разновидность седиментации), побудительная седиментация под действием центробежных сил или с исполь­зованием коагулянтов и флокулянтов, отдувка газов, экстрак­ция, эвапорация, сорбция, фильтрация и ряд других. Частным случаем методов извлечения являются такие, при которых фа­за сконцентрированных в малом объеме примесей возвраща­ется в производство как ценный продукт. Эти методы извлече­ния могут быть названы регенеративными. Из всех методов очи­стки регенеративный метод наиболее целесообразен, поскольку приводит к снижению общих затрат на стоимость продукции и обработку сточных вод.

Деструктивной очисткой воды называют такие способы, при которых происходит разрушение первоначальных загрязнений окислением или восстановлением с последующим удалением части продуктов реакции в виде осадков или газов. К деструк­тивным методам можно отнести: хлорирование, озонирование, обесцвечивание окрашенных растворов водородом, окисление под давлением, биохимическое окисление в аэробных и анаэ­робных условиях.

Многие методы обработки и очистки производственных сточ­ных вод имеют общую основу с некоторыми методами очистки городских стоков. Очистка производится в аналогичных по конструкции сооружениях. Технологические процессы описыва­ются теми же закономерностями, учитывающими, однако, спе­цифику обрабатываемых стоков; управляются и контролируют­ся по одним и тем же принципам. В связи с этим в данной главе будут рассмотрены только такие методы, которые, как правило, для обработки городских стоков не применяются.

2. Усреднение сточных вод—метод, используемый для вырав­нивания концентраций загрязнений и реакции среды при спус­ке кислых и щелочных стоков, а также для выравнивания расхо­дов удаляемых стоков. Емкость усреднителей обычно соответ­ствует 4—12-часовому притоку. Для предотвращения выпадения осадка усреднители часто оборудуют мешалками. Иногда для этой цели подают воздух с интенсивностью не менее 2— 5 м³/(ч-м²).

Повседневный контроль за работой усреднителя обеспечи­вается определением одного-двух показателей, например вели­чины рН среды, перманганатной окисляемости, вида специфи­ческого загрязнения. Целесообразно использование экспресс-методов. Наиболее надежно контроль достигается путем применения автоматических измерителей качества воды.

По общему графику отбора среднесуточных проб 1—2 раза в 10 дней производится полный анализ воды на входе и выходе из усреднителя, позволяющий оценить возможность и эффек­тивность его работы, а также работы последующих соору­жений.

В качестве примера сточных вод, перед очисткой которых не­обходимо усреднение, могут служить стоки шерстомойной фаб­рики. В этих стоках в течение суток концентрация взвеси ко­леблется от 1 до 10 г/л, ХПК — от 10 до 50 г/л, ВПК полн — ОТ О до 22 г/л, количество шерстного жира — от 1,5 до 6 г/л. Шер­стомойные стоки подвергаются реагентной обработке, и оче­видно, что точное дозирование реагентов в техническом отно­шении было бы крайне затруднительным в условиях резкого колебания уровня загрязнений.

Нейтрализация сточных вод осуществляется чаще всего из­вестковым молоком, если воды кислые, и раствором соляной кислоты, если воды щелочные. В качестве нейтрализующих аген­тов могут быть использованы и многие другие химические ве­щества. Наиболее удачными являются решения, предусматрива­ющие использование в качестве реагентов отходов производст­ва, а также взаимную нейтрализацию кислых и щелочных стоков отдельных цехов производства.

Процесс нейтрализации контролируют путем регистрации величины рН среды на выходе из нейтрализатора. Системы ав­томатики позволяют связать регистрацию величины рН с ра­ботой дозирующих устройств, чем обеспечивается стабильность операции.

В нейтрализаторах не должен выпадать осадок, поэтому со­оружения оборудуются мешалками или системой аэрации. Од­нако количество образующихся осадков вследствие реакций нейтрализации обязательно должно быть учтено, при этом си­стемой сооружений должна быть обеспечена дальнейшая обра­ботка этих осадков.

3. Седиментация, седиментация с последующей сорбцией. Уда­ление масел, нефтепродуктов и примесей, удельный вес которых меньше, чем у воды, чаще всего осуществляется путем седиментации, а также путем седиментации с последующей сорбцией. Легкие примеси седиментируют вверх и удаляются из сооруже­ния специальными сборными устройствами, например подвиж­ными желобами.

Улавливание нефти может быть отнесено к методам реге­неративным, поскольку собранная в нефтеловушках масса направляется в общий сборник нефти. Контроль за работой нефтеловушки включает учет количества обработанной воды и продолжительности процесса, количества уловленной нефти, образующегося осадка, эффекта работы сооружения по ре­зультатам санитарно-химического анализа воды, расхода элек­троэнергии.

Эффект работы нефтеловушки достаточно высок: за 2 ч уда­ляется до 97—99% нефтепродуктов.

Флотация — метод побудительной седиментации, применяе­мый для удаления примесей с удельным весом, меньшим, чем у воды, преимущественно таких, которые легко образуют устой­чивую пену с пузырьками воздуха. Этот метод широко приме­няется на предприятиях нефтехимической, химической и лег­кой промышленности.

Особенно эффективным оказывается применение метода флотации тогда, когда в обрабатываемой воде уже присутству­ют пенообразующие СПАВ. Например, при использовании это­го метода для очистки шерстомойных сточных вод, в которых концентрация пенообразующих жирных кислот мыла доходит до 4 г/л, очистка по ВПК, ХПК и взвешенным веществам про­ходит на 30—35%, а выделение шерстного жира — на 70—80%. Контроль за процессами флотации аналогичен контролю за процессами седиментации, но включает определение парамет­ров, специфичных для этого метода. Так, фиксируется общее и удельное количество воздуха, подаваемого во флотатор; дав­ление, под которым воздух вводится в сооружение; объем обра­зующейся пены и ее состав. Из химических характеристик чаще всего определяется изменяемый показатель, например концен­трация удаляемых СПАВ. Общий анализ воды проводится 1— 2 раза в 10 дней.

Сорбция многих примесей производственных стоков эффек­тивно проходит на активированном угле. Кроме активированно­го угля в качестве сорбентов находят применение глины, торф, опилки, зола, ионообменные смолы, оксигидраты железа и алю­миния и др.

Сорбцию осуществляют в статических и динамических усло­виях. В первом варианте сорбент в виде крошки или порошка вводится в очищаемую сточную воду; после определенного вре­мени контакта смесь отстаивается. Второй вариант предусмат­ривает фильтрацию обрабатываемой сточной воды через слой сорбента.

Основной технологической характеристикой процесса сорбции является сорбционная способность, определяемая количеством загрязнений, снимаемых 1 м³ или 1 кг сорбента. Эта величина обусловливает общий расход сорбента, а следовательно, одну из основных статей расхода на очистку сточных вод. Отнесенная ко времени процесса величина сорбционной способности позволя­ет определить объем сорбционных колонн.

Наиболее сложной частью сорбционного процесса является регенерация сорбента. Иногда затраты на регенерацию оказыва­ются настолько высокими, что исключают возможность приме­нения сорбционного метода очистки. Сорбционными методами эффективно могут быть удалены многие виды СПАВ, сложные органические вещества, красители, многие металлы.

Реагентная обработка с последующей седиментацией—один из наиболее широко применяемых методов очистки. Этот метод можно рассматривать как одну из разновидностей сорбционной очистки. В качестве реагентов чаще всего применяют соли трех­валентных железа и алюминия, известь, полимерные флокулян-ты. Реагентную очистку используют при обработке сточных вод производства абразивных материалов, предприятий текстильной промышленности, черной и цветной металлургии и многих дру­гих.

При контроле за процессом особое внимание уделяется со­блюдению оптимальных условий коагуляции и флокуляции, а также введению минимально возможных доз коагулянтов в целях снижения стоимости очистки стоков. В ряде случаев на­ибольшая эффективность реагентной очистки может быть обес­печена лишь в условиях довольно узкого интервала значений рН. Поэтому наряду с контролем подачи основных реагентов регистрируется и автоматически поддерживается требуемая реакция среды путем введения дополнительного реагента.

Седиментация под действием центробежных сил — один из видов побудительной седиментации. Очистка в этом случае осуществляется в гидроциклонах (открытых или напорных) для выделения взвесей с удельной массой более 1 г/см³.

Этот метод рекомендуется для очистки сточных вод произ­водства проката, полихлорвиниловых смол, строительных мате­риалов.

Аэрация—метод десорбции газов из жидкости при продувке «е воздухом. При продувке воды происходит выделение в газо­вую фазу веществ с низкой величиной парциального давле­ния, а также химическое окисление некоторых примесей. Пу­тем аэрации из воды можно удалить сероводород, сероуглерод, аммиак, углекислоту, сернистый газ, органические легкокипя-щие вещества.

Примером эффективного применения метода аэрации явля­ется очистка стоков химических производств от сероводорода и сероуглерода. При интенсивности подачи воздуха 120м³/(ч-м²) уже через 10 мин концентрация сероуглерода со 100 мг/л снижается до 10 мг/л, а сероводорода— с 20 до 2 мг/л. Если продолжительность продувки увеличить до 30 мин, то остаточ­ная концентрация сероуглерода составит всего 5 мг/л, а серо­водорода — следы.

При применении этого метода следует иметь в виду, что загрязненный извлеченными веществами воздух в свою очередь требует очистки, поэтому проблема очистки воды должна рас­сматриваться в комплексе с проблемой очистки использован­ного воздуха.

Эвапорация—метод десорбции газов и легколетучих ве­ществ из сточной воды и переход их во вводимый в воду ост­рый пар. Этот метод эффективен, в частности, для извлечения фенолов. Контроль метода в основном осуществляют по концен­трациям остаточных загрязнений.

4. Биологические методы очистки. Из деструктивных методов первое место принадлежит биологическому методу очистки. С помощью микроорганизмов удается минерализовать ог­ромное большинство органических и разрушить ряд неоргани­ческих веществ.

Считается установленным тот факт, что многие стоки обра­батываются гораздо легче и эффективнее, если их очистка осу­ществляется совместно с бытовыми стоками. Вот почему наи­более часто встречающаяся схема очистки сточных вод включа­ет локальную очистку производственных стоков с последующей доочисткой их совместно с городскими сточными водами на общегородских канализационных очистных сооружениях. Од­нако не исключаются случаи полной биологической очистки на локальных сооружениях, если очищенные сточные воды исполь­зуются повторно или сбрасываются в водоем.

Для стоков с высокой концентрацией по ВПК нашли приме­нение двухступенчатые системы. Первая ступень процесса — анаэробное сбраживание в метантенках, а вторая — аэробное окисление в аэротенках. В частности, такое решение рекомен­довано для очистки стоков производства антибиотиков и фаб­рик первичной обработки шерсти.

В целях интенсификации процессов биохимического окисле­ния разрабатываются способы окисления в аэротенках, снаб­жаемых чистым кислородом или воздухом, обогащенным кис­лородом. По данным исследований, процесс в таких сооруже­ниях (окситенках) протекает в 3—4 раза быстрее, чем в аэротенках.

В настоящее время предложены конструкции, в которых можно поддерживать более высокую концентрацию ила, чем в обычных аэротенках, что и обусловливает увеличение их производительности. К таким конструкциям можно отнести аэротенки-отстойники и фильтротенки. Разработана система двухступенча­той очистки в аэротенках, где вместо отстойника первой ступе­ни использован флотатор. Интересными разновидностями соору­жений биологической очистки являются биофильтры с погруж­ными дисками и ряд новых конструкций аэротенков.

Работу биоокислителей, установленных на промышленных предприятиях, контролируют так же, как и работу аэротенков городских станций. Однако, если качество очищенных вод ли­митируется по содержанию в них какого-либо определенного вещества (или суммы веществ), то помимо общих стандартных характеристик, периодически определяется и содержание имен­но этого вещества.

Методы химического окисления. При наличии в стоках при­месей, биохимически неокисляемых или токсичных для микро­организмов, используются методы химического окисления, из которых наибольшее признание получил процесс озонирования. При использовании методов химического окисления серь­езное внимание при контроле за процессами уделяется составу конечных продуктов реакции. Не исключаются случаи, когда в процессе озонирования конечные продукты реакции оказыва­ются более токсичными для микроорганизмов водоемов, чел: исходные продукты. В таком случае этот способ, безусловно, неприменим.

Озонированием удается разрушить такие трудно окисляемые вещества, как нефтепродукты, фенолы, красители, некоторые СПАВ, хиноны и др.

Контроль за процессом аналогичен контролю за реагент-ными методами очистки стоков; особое внимание уделяется определению потребного количества озона, которое обеспечи­вает заданную степень очистки, а также определяет стоимость процесса.

Химическое восстановление водородом применяется для обесцвечивания окрашенных сточных вод предприятий тек­стильной промышленности.

Окраска многих красителей обусловлена наличием в моле­куле вещества двойной связи между атомами азота. Если эта связь разрушается, то вещество теряет окраску. На этом прин­ципе и основан метод обесцвечивания водородом, который при гидрировании присоединяется по месту двойной связи. Водород получают в результате воздействия соляной кислоты на цин­ковую стружку и вводят его сразу же по получении, когда эф­фективность водорода наибольшая.

Метод обесцвечивания водородом не следует называть ме­тодом очистки воды, поскольку общая сумма примесей в ней по существу не изменяется.

Окисление под давлением рекомендуется проводить как при искусственном введении кислорода, так и без него. Обрабатываемую сточную воду (или осадок сточных вод) нагревают до температуры примерно 150° С под давлением 5—10 атм (0,5— 1 МПа). В этих условиях происходят реакции окисления и де­струкции органических веществ, что сопровождается выделени­ем газов и переходом части продуктов реакции в жидкость. Вода после подобной обработки полностью стерилизована. Метод изучен, в частности, применительно к стокам химико-фармацевтической промышленности.

Перечисленными методами не ограничивается все многооб­разие возможных приемов обработки стоков. Так, в последние годы большое число исследований было посвящено изучению методов электрохимической обработки воды, магнитной обра­ботки, дезактивации радиоактивных сточных вод и некоторых других. Требования к технологическому контролю этих методов обычно достаточно высоки и многообразны, однако для любого процесса основной принцип контроля обработки воды заключа­ется в регистрации наиболее доступных, аналитически неслож­ных и эффективных индикаторов процесса. Эти индикаторы служат основой оперативного текущего контроля. При полном контроле фиксируются и анализируются параметры, которые определяют эффективность и глубину процесса и его стоимость. Параметры включают данные санитарно-химического анализа качества воды и осадков, расход воды, реагентов, пара, элек­троэнергии и т. п.

Список литературы

Основная:

1. Аксенов В.И. Контроль качества воды. – Екатеринбург: ГОУ, 2003, 82 с.

2. Журба М.Г. Водоснабжение. – М.: ВоГТУ, 2001. 324с.

Дополнительная:

5. Карюхина Т. А., Чурбанова И. Н. Химия воды и микробиология. М., Стройиздат, 1974.

6. Вода питьевая. Методы анализа. М., Изд. стандартов, 1974.

7. Методика проведения технологического контроля работы очистных со­оружений городских канализаций. М., Стройиздат, 1971.

10.СНиП П-31-74. Нормы проектирования. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., Стройиздат, 1975.

11.СНиП П-32-74. Нормы проектирования. Канализация. Наружные сети и сооружения. М., Стройиздат, 1975.