Очистка воды

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Санкт-Петербургский  государственный университет

сервиса и экономики»

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

 

по дисциплине:

«Технологические системы отрасли»

 

 

на тему:

«Очистка воды»

 

 

                                                                                          Выполнила студентка

                                                            4 курса

                                                                                 Факультет: ИЭУПС

                                                                        Группа: 0608.2

Специальность:080502.65

                                                                           Шабарина В.А.

                                                                                          Проверил: Ярковой В.А.

 

 

Санкт – Петербург

2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

Глава 1. Теоретическая  часть

1.1. Источники загрязнения внутренних водоемов…………………………..4-8

1.2. Методы очистки сточных вод……………………………………………9-11

1.3. Электрохимическая активация – экологически чистые технологии настоящего и будущего, новый подход к решению экологических проблем цивилизации......................................................................................................12-15

1.4. Некоторые области эффективного применения электрохимической активации…………………………………………………………………….16-18

1.5. Очистка питьевой  воды «ИЗУМРУД»…………………………………19-21

Глава 2. Практическая часть

2.1.Контрольная работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-23

Заключение .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24-25

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

    Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в 
процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение 
вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. 
Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех 
растений и животных. Для многих живых существ она служит средой 
обитания.  
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского 
хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. 
Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300 - 3500 км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.  
Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное количество воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод. 
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более 
возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде 
заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для 
решения этой проблемы. 

 

 

Глава 1. Теоретическая  часть

 

 

 Источники загрязнения внутренних водоемов

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения  физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые 
причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов 
опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и 
безопасности населения. Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы: механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений; химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия; бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных 
микроорганизмов, грибов и мелких водорослей; радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах; тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС. 
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является 
недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных 
предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства 
при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и 
сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; 
отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие 
вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным 
изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических 
свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и 
т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в 
ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и 
откладывании их на дне водоемов. Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и 
зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их 
делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. 
и токсические, и содержащие яды. К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.  Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, 
увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются  органолептические показатели воды. Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде.  Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды. Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он 
содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их 
самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки. 
 
На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды 
целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы 
сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что 
приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие 
нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические 
свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно 
отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в 
воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест. Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. 
Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и 
более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и 
специальные резервуары. Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями 
дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, 
что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий растворяются в 
нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие 
приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных 
растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, 
бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, 
действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в 
целом. 
В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать 
стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные 
жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и 
целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, 
предприятий мясо - молочной, консервной и кондитерской промышленности, 
являются причиной органических загрязнений водоемов. В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к 
этой же категории органических относятся биологические (бактерии, 
вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, 
медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий. 
Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют “тепловое загрязнение”, которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды”. Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Методы очистки сточных вод

   В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.  
Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или 
удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от 
загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом 
производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная 
вода). Методы очистки сточных вод можно разделить на механические,  
химические, физико-химические и биологические. Когда же они 
применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод 
называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом 
конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью 
вредности примесей. 
Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем 
отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве. 
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют 
различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с 
загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической 
очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и 
растворимых до 25%. При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из 
физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, 
экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он 
заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и 
извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. 
Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - 
электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на 
свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других 
областях промышленности. 
Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, 
ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя 
очистка путем хлорирования. Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. 
Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: 
биофильтры, биологические пруды и аэротенки. 
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого 
материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке 
интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она 
служит действующим началом в биофильтрах.  В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем. 
Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее 
начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти 
живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют 
органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в 
сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и 
выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с 
хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, 
жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая 
бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. 
Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а 
после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, 
хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции 
используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, 
электролиз, озонирование и др.)  
Биологический метод дает большие результаты при очистке 
коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов 
предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Электрохимическая активация - экологически чистые технологии 
настоящего и будущего, новый подход к решению экологических проблем 
цивилизации. 
Техническая цивилизация не может существовать без использования  
технологических водных растворов и чистой воды. Ежедневно в мире  
приготавливаются миллионы кубических метров различных растворов из  
предварительно очищенной воды и химических реагентов, получаемых из  
природного минерального сырья. Ежедневно миллионы кубометров  
отработанных технологических растворов подвергают очистке перед сбросом в канализацию, пытаясь освободить от вредных веществ. Однако,  
возвращение воды в исходное состояние после очистки принципиально  
невозможно вследствие термодинамических ограничений. В результате  
подобной деятельности человека проявились опасные тенденции в природе.  
Запасы пресной воды в мире неуклонно уменьшаются по причине все  
возрастающей ее минерализации. В последние десятилетия резко возросла  
доля ионов тяжелых металлов в общем солесодержании природных вод.  
Постоянно увеличивается концентрация растворенных пестицидов,  
удобрений, моющих средств, нефтепродуктов. Все больше усилий необходимо затрачивать, чтобы получить воду, пригодную для питья. Питания котлов тепло - и электростанций, полива растений и производства различных изделий: машин, станков, мебели, тканей, лекарств, бытовой техники. Снижается доступность минеральных сырьевых ресурсов Земли. Возрастает стоимость добычи, транспорта, конечных продуктов их переработки: кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, коагулянтов и других химических реагентов, которые обычно используются как для 
приготовления различных технологических водных растворов, так и для 
очистки питьевой и сточной воды. Усложняются системы очистки 
использованных технологических растворов, увеличивается стоимость 
процессов очистки.  
 
Наиболее широко распространенные в мире методы очистки питьевой воды и 
отработанных водных растворов основаны на моделировании природных  
процессов - фильтрации, сорбции, ионного обмена. Однако, установки в  
которых реализованы указанные процессы, нуждаются в регенерации и  
периодической замене основного рабочего элемента: фильтров, сорбентов,  
ионообменных смол. При этом возникают проблемы с утилизацией  
отработанных материалов, а также сохраняется необходимость восполнения  
их потерь путем производства из не возобновляемых сырьевых запасов новых материалов взамен отработанных. Очевидно, стратегия наименьшего  
экологического ущерба при сохранении достигнутого уровня жизни населения Земли или при его улучшении, должна быть основана на использовании технологий, позволяющих обеспечить минимально возможное вовлечение в производственно - хозяйственную деятельность человека природных минеральных сырьевых ресурсов, которые в естественном состоянии (месторождения полезных ископаемых) не представляют угрозы окружающей среде, но после серии различных технологических преобразований рассеиваются в виде растворимых в воде соединений. Одним из естественных процессов, имеющих самое широкое распространение в живой и неживой природе является электрохимическое преобразование веществ, т.е. окислительно-восстановительные реакции, связанные с удалением или присоединением электрона. Этот природный процесс более эффективен в сравнении с вышеназванными. Теоретические расчеты показывают, что потенциальные возможности электрохимического кондиционирования воды (очистки, умягчения, опреснения, обеззараживания и т.д.) более чем в 100 раз превосходят фильтрационные, сорбционные и ионообменные методы по экономичности, скорости и качеству. Кроме того, электрохимические реакции позволяют без дополнительных затрат химических реагентов преобразовать пресную или слабосолоноватую природную воду в высокоактивный технологический раствор, обладающий практически любыми необходимыми функциональными свойствами. 

Эти теоретические расчеты  получили полное практическое подтверждение благодаря появлению в 1972 году нового направления прикладной электрохимии - электрохимической активации воды и водных растворов (ЭХА) и созданным в 1989 - 1990 годах компактным модульным проточным диафрагменным электрохимическим реакторам РПЭ. Реакторы РПЭ принципиально отличаются от известных электрохимических устройств. Конструкция и технология их использования в различных областях промышленности, сельского хозяйства, медицины непрерывно  
совершенствуются коллективом исследователей, развивающим это научное  
направление. Электрохимическая активация представляет собой самостоятельную область прикладной электрохимии наряду с традиционными, такими как электрохимическое производство водорода, кислорода, хлора, щелочей или  гальванотехника, и имеет несколько принципиальных особенностей. Термин электрохимическая активация (ЭХА) появился в результате серии исследований, которыми было установлено, что жидкости, подвергнутые униполярному (анодному или катодному) электрохимическому воздействию переходят в термодинамически неравновесное состояние и в течение времени релаксации проявляют аномально высокую химическую активность. Этот термин был введен в науку академиком российской академии медико-технических наук             В.М. Бахиром. В отличие от известных электрохимических процессов, исходным веществом в процессах электрохимической активации являются разбавленные водно-солевые растворы, пресная или слабоминерализованная вода, т.е. жидкости низкой электропроводностью. Конечным продуктом ЭХА являются не концентрированные химические вещества, а активированные растворы, т.е. низкоминерализованные жидкости в метастабильном состоянии.  
Электрохимическая активация практически не используется как  
самостоятельный технологический процесс. Ее целью является уменьшение  
или полное исключение расхода химических реагентов, снижение  
загрязненности растворов, повышение качества целевых продуктов,  
сокращение времени, повышение эффективности и упрощение различных  
технологических процессов. Иными словами ЭХА используется для создания высокоэффективных и экологически чистых технологий в различных областях человеческой деятельности. Практически в любой области человеческой деятельности, там, где имеется соприкосновение с жидкостью, могут использоваться технологии ЭХА.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Некоторые области эффективного применения электрохимической активации

Ниже приведена краткая  информация о некоторых технологиях  с 
использованием электрохимической активации, проверенных 
экспериментально и защищенных авторскими правами.  
 
В КОММУНАЛЬНОМ ХОЗЯЙСТВЕ. 
 
Обеззараживание воды в бассейне проводится при помощи нейтрального 
анолита, вырабатываемого в установках типа СТЭЛ. При добавлении анолита 
снижается жесткость и изменяется структура воды, что оказывает 
благоприятное воздействие на кожу купающихся. Обработка сточных вод с 
целью их обеззараживания и окислительной деструкции токсичных 
органических соединений. Обеззараживание воды в системе городского 
питьевого водоснабжения без использования жидкого хлора при помощи 
нейтрального анолита и добавляемого в воду в соотношении 1:1000. Данный 
способ прошел апробацию в ряде регионов России и продемонстрировал 
возможность исключения образования токсичных вторичных продуктов 
хлорирования и сокращения затрат на процесс кондиционирования воды в 8 - 
10 раз по сравнению с лучшими зарубежными и отечественными технологиями. Свойства растворов АН и К позволяют использовать их на различных стадиях прачечного производства (замачивание, стирка, прополаскивание, отбеливание). Опыт эксплуатации установок СТЭЛ в прачечном производстве Ташкента, Санкт-Петербурга, Одессы, Москвы и других городов позволяет сделать следующие выводы :  
применение растворов АН и К показало их высокую эффективность как 
основного компонента процесса стирки. При использовании этих растворов 
почти на 70 % сокращается расход пергидроля, применяемого в процессе 
стирки для отбеливания, значительно сокращается расход синтетических 
моющих средств. При дезинфекции белья (что особенно важно для 
белья медицинского назначения) можно полностью отказаться от традиционных хлорсодержащих дезинфицирующих средств. Сокращается время стирки.  
 
В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ. 
 
Технология силосования зеленых кормов с использованием в качестве 
консерванта электрохимически активированного раствора позволяет 
исключить дорогостоящие и дефицитные консерванты при одновременном 
повышении качества, сохранности и питательной ценности силоса, исключить загрязнение окружающей среды.  
Технология хранения овощей (моркови, сахарной свеклы, капусты, 
картофеля) и фруктов (мандаринов, черешен, яблок, винограда, вишен) с 
использованием в качестве обеззараживающего и консервирующего средства 
электрохимически активированных растворов, позволяет исключить 
ксенобиотические химические препараты, повысить на 50 - 300 % сроки 
хранения плодоовощной продукции (по сравнению с известными лучшими 
способами хранения), сохранить витаминный состав и сахаристость, 
подавить развитие грибковых и вирусных заболеваний плодов растений, 
повысить устойчивость сохраняемой продукции к неблагоприятным условиям хранения (перепады температур, влажности, тряска при транспортировке). 
 
В МЕДИЦИНЕ. 
 
Дезинфекция, предстерилизационная очистка и стерилизация изделий из 
металла несложной конфигурации (скальпели, пинцеты и т.п.), из металла 
сложной конфигурации (иглы, ранорасширители, щипцы для удаления зубов и т.п.), боров зубных разных, изделий из стекла (пробирки, капилляры и 
т.п.), из резины (катетеры, зонды и т.п.), из силиконовой резины 
(дренажи протезы и т.п.), перчаток резиновых, эндотрахеальных трубок, 
капиллярных и пластинчатых диализаторов и оксигенаторов, эндоскопов.  
 
ОЧИСТКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ. 
 
Метод электрохимической активации применяется для очистки 
и обеззараживания воды, качество которой вызывает сомнения. 
Помимо очистки, при использовании метода ЭХА вода приобретает 
свойства катализатора биохимических реакций в человеческом 
организме, способствует выводу шлаков и укреплению иммунной системы.