Очистка воды с помощью перегонки и ректификации

ГБОУ ВПО

• «СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

         ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА-ЮГРЫ»

 

 

Институт технических и естественных наук

Заочная форма обучения

Кафедра  Безопасности жизнедеятельности 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине     Системы защиты среды обитания  

Вариант 10

 

 

 

 

Выполнил: студент  04-12з гр. 3 курса

Фамилия   Щербаков  

Имя   Григорий  

Отчество  Юрьевич  

 

Проверил:   доцент Андреева Т.С. 

 

 

 

 

Сургут, 2014 год

Содержание

 

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

1. Биохимические методы очистки сточных вод. Сущность метода, его закономерности, влияние различных факторов...………………………….…....4

2. Классификация биохимических методов………………………………..7

3. Расчет биофильтра ………………………………………………………15

Заключение ……………………………………………………………………17

Решение задач…………………………………………………………….…...18

Список литературы …………………………………………………………...20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Для очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих и пищевых предприятий широко используется биохимический метод очистки. Для биохимической очистки воды применяют методы, подразумевающие процесс окисления с помощью аэробных бактерий, присутствующих в кислородной среде. По мнению специалистов, таким путем могут окисляться любые биологические вещества независимо от их природы. Другими словами, любая структура, имеющая место в природе, может быть расщеплена определенным микроорганизмом. При этом элементы вещества, подвергнутого окислению, мгновенно используются другими микробами [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Биохимические методы очистки сточных вод. Сущность метода, его закономерности, влияние различных факторов

 

Биохимический (или биологический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.

Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, - это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.

Механизм изъятия веществ из сточных вод и их потребление микроорганизмами весьма сложен. В целом этот процесс может быть условно разделен на три стадии [1]:

- массопередача вещества из жидкости к поверхности клетки, за счет молекулярной и конвективной диффузии;

- диффузия вещества через полупроницаемую мембрану поверхности клетки, возникающая вследствие разности концентраций вещества в клетке и вне ее;

- процесс превращения вещества (метаболизм), протекающий внутри клетки, с выделением энергии и синтезом нового клеточного вещества.

Скорость химических превращений и их последовательность определяют ферменты, выполняющие роль катализаторов и представляющие собой сложные белковые соединения с молекулярной массой до сотен тысяч и миллионов. Их активность зависит от температуры, рН и присутствия в сточной воде различных веществ.

Эффективность биологической очистки зависит от целого ряда факторов: наличие кислорода в воде, равномерность поступления сточной воды и концентрация в ней примесей, температура, рН среды, перемешивание, присутствие токсичных примесей и биогенных элементов, концентрация биомассы и др.

Концентрация в очищаемых сточных водах биохимически окисляемых веществ не должна превышать допустимую величину МКб или МКбос,(максимальные концентрации токсичных веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления (МКб) и на работу очистных сооружений (МКбос)), которая устанавливается обычно опытным путем. Сточные воды с более высокой концентрацией необходимо подвергать разбавлению.

Снабжение сооружений биохимической очистки кислородом воздуха должно быть непрерывным и в таком количестве, чтобы в очищенной сточной воде, выходящей из вторичного отстойника, его было не менее 2 мг/л.

Оптимальной температурой для аэробных процессов, происходящих в очистных сооружениях, считается 20 – 30 ºС, хотя температурный оптимум бактерий различных групп варьируется в широких пределах, от –8ºС до +85ºС. Повышение температуры за пределы физиологической нормы микроорганизмов приводит к их гибели, а понижение лишь снижает активность микроорганизмов.

Оптимальной реакцией среды для значительной части бактерий является нейтральная или близкая к ней.

Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а следовательно, и для эффективного процесса очистки сточных вод должна быть достаточная концентрация всех элементов питания – органического углерода (БПК), азота, фосфора. Кроме основных элементов клетки (С,О, N, Н) для ее построения необходимы в незначительных количествах и другие компоненты – микроэлементы (Mn, Cu, Zn, Mo, Mg, Co и др.)

Многие химические вещества могут оказывать на микроорганизмы токсичное воздействие, нарушающее их жизнедеятельность. Такие вещества, попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют с ее компонентами и нарушают их функции, среди них: Sb, Ag, Cu, Co, Hg, Pb и др.

Количество взвешенных частиц не должно быть более 100 мг/л для биологических фильтров и 150 мг/л для аэротенков.

Интенсивность и эффективность очистки сточных вод зависит не только от условий обитания микроорганизмов, но и от их количества, т.е. дозы активного ила, которая поддерживается в аэротенках обычно равной 2 – 4 г/л. Повышение концентрации микроорганизмов в сточной воде позволяет ускорить процесс биологической очистки, но при этом одновременно необходимо увеличивать количество растворенного в воде кислорода, что ограничено состоянием насыщения, и улучшать условия массообмена.

Для создания наиболее благоприятных условий массопередачи питательных веществ и кислорода к поверхности микробных клеток необходимо перемешивание сточной воды и активного ила. При этом турбулизация жидкости приводит к разрушению хлопьев активного ила, обновлению их поверхности, лучшему снабжению клеток питательнуми веществами и кислородом, создает более благоприятные условия обитания микроорганизмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация биохимических  методов

 

Очистку сточных вод биохимическим методом проводят в аэробных (т.е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.

1) Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных условиях можно представить в следующем виде [1]:

окисление органического вещества

СхНyОz + (x + 0,25y – 0,5z)O2 → xCO2 + 0,5yH2O + ΔH;

синтез бактериальных клеток

СхНyОz + nNH3 + (x + 0,25y – 0,5z – 5)O2 → n(С5Н7NО2) + n(x-5)CO2 +

+ 0,5n(y-4)H2O – ΔH;

окисление клеточного материала

n(С5Н7NО2) + 5nO2 → 5nCO2 + 2nH2O + nNH3 + ΔH.

Поля орошения. Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

Количество микроорганизмов в почве земледельческих полей орошения зависит от времени года. Зимой количество микроорганизмов значительно меньше, чем летом.

Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации. Земледельческие поля орошения после биологической очистки сточных вод, увлажнения и удобрения используют для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также для посадки деревьев и кустарников.

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

1. снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
2. исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
3. обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
4. вовлекаются в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные земли.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2–0,4 м).

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые воды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 3 - 5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5 - 1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом.

Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем, и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток. Аэрирующие устройства могут быть механического и пневматического типа.

Для нормальной работы необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуры сточных вод. Температура должна быть не менее 6°С. В зимнее время пруды не работают, их обычно опорожняют и могут использовать как накопители.

Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.

Очистка в биофильтрах. Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.

Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.

Биофильтры — искусственные сооружения биологической очистки представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка — это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.

Биофильтры с объемной загрузкой подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные биофильтры наиболее просты по конструкции, загружаются материалом мелких фракций высотой 1 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них достигается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах применяется больший размер кусков загрузки, а ее высота составляет 2 - 4 м.

Высота загрузки в башенных биофильтрах достигает 8 - 16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так и неполной биологической очистки.