Очистка сточных вод и воздуха

1. Введение

 

Загрязнения окружающей среды, в том числе водных ресурсов и воздуха, является фактором, оказывающим значительное негативное воздействие на здоровье животных и человека. Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения от употребления несоответствующей стандартам питьевой воды каждый год страдает каждый десятый житель Земли. Около 50 процентов речных водных объектов мира каждый год подвергается техногенному воздействию, являющемуся результатом деятельности человека. Высокая степень загрязнения водных источников и низкоэффективные технологии водоподготовки являются основными причинами употребления некачественной питьевой воды. Из общего объёма сточных вод, поступающих через коммунальные сети в водные объекты, более 90 процентов сбрасываются неочищенными (загрязнёнными).

На качество воды значительное влияние оказывают  вещества, находящиеся в ней в  различных концентрациях и агрегатных состояниях. Избыточная концентрация некоторых веществ может вызывать негативное влияние как на здоровье человека, так и на экологическую  обстановку в природном водном объекте. Следовательно при сбросе сточных  вод после технологического процесса требуется производить извлечение большинства загрязнителей с  достижением ПДК (предельно допустимой концентрации) по сбросу.

В воздухе, которым  мы дышим, находится огромное число вредных веществ. Это и твердые частицы, например частицы сажи, асбеста, свинца, и взвешенные жидкие капельки углеводородов и серной кислоты, и газа, такие как оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы. Все эти загрязнения, находящиеся в воздухе, оказывают биологическое воздействие на человека: затрудняется дыхание, осложняется и может принять опасный характер течение сердечно-сосудистых заболеваний. Под действием одних содержащихся в воздухе загрязнителей (например, диоксида серы и углерода) подвергаются коррозии различные строительные материалы, в том числе известняк и металлы. Кроме того, может измениться облик местности, поскольку растения также чувствительны к загрязнению воздуха.

 

 

2. Методы очистки сточных вод

 

Для очистки сточных вод  применяют:

• механические;
• физико-химические;
• химические;
• биологические методы.

 

Из механических практическое значение имеют отстаивание, центрифугирование  и фильтрование; из физико-механических – флотация, коагуляция и сорбция; из химических – хлорирование и  озонирование.

 

2.1 Механическая очистка

 

Механическую очистку сточных вод применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

Механическую очистку  проводят для выделения из сточной  воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем  процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задержания крупных загрязнений  и частично взвешенных веществ применяют  процеживание воды через различные  решетки и сита. Для выделения  из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую или меньшую  плотность по отношению к плотности  воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых  при отстаивании сточных вод  выпадают тяжелые частицы, называются песколовками.

Сооружения, в которых  при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих  веществ жироловками, маслоуловителями, нефтеловушками и другие.

Фильтрование применяют  для задержания более мелких частиц. В фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала  или химических материалов, имеющих  определенную пористость. При прохождении  сточных вод через фильтрующий  материал на его поверхности или  в поровом пространстве  задерживается  выделенная из сточной воды  взвесь.

Механическую очистку как самостоятельный  метод применяют тогда, когда  осветленная вода после этого  способа очистки может быть использована в технологических процессах  производства или спущена в водоемы  без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки  сточных вод.

 

2.1.1 Песколовки

 

 Песколовки предназначены для выделения механических примесей с размером частиц 200-250 мкм. Необходимость предварительного выделения механических примесей (песка, окалины и др.) обуславливается тем, что при отсутствии песколовок эти примеси выделяются в других очистных сооружениях и тем самым усложняют эксплуатацию последних.

Принцип действия песколовки основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости.

Песколовки делятся на горизонтальные, в которых жидкость движется в горизонтальном направлении, с прямолинейным или круговым движением воды, вертикальные, в  которых жидкость движется вертикально  вверх, и песколовки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды. Последние в зависимости  от способа создания винтового движения разделяются на тангенциальные и  аэрируемые.

Самые простейшие горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапециидальным  поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Песколовки с круговым движением воды изготавливаются в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или отвал. Применяются при расходах до 7000 м³/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных  вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки. Из опыта работы нефтебаз следует, что горизонтальные песколовки необходимо очищать не реже одного раза в 2-3 суток. При очистке песколовок обычно применяют переносный или стационарный гидроэлеватор.

2.1.2 Отстойники

 

Отстаивание - наиболее простой  и часто применяемый способ выделения  из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием  гравитационной силы оседают на дне  отстойника или всплывают на его  поверхности.

 

2.1.2.1 Статические отстойники

 

Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные  стальные или железобетонные резервуары, которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара в зависимости  от технологической схемы очистки  сточных вод.

Исходя из технологического процесса, загрязненные воды нефтебаз и нефтеперекачивающих станций  неравномерно поступают на очистные сооружения. Для более равномерной  подачи загрязненных вод на очистные сооружения служат буферные резервуары, которые оборудуют водораспределительными и нефтесборными устройствами, трубами  для подачи и выпуска сточной  воды и нефти, уровнемером, дыхательной  аппаратурой и т.д. Так как нефть  в воде находится в трех состояниях (легко-, трудноотделимая и растворенная), то попав в буферный резервуар, легко- и частично трудноотделимая нефть  всплывает на поверхность воды. В  этих резервуарах отделяют до 90-95% легко  отделимых нефтей. Для этого в  схему очистных сооружений устанавливают  два и более буферных резервуара, которые работают периодически: заполнение, отстой, выкачка. Объем резервуара выбирают из расчета времени заполнения, выкачки  и отстоя, причем время отстоя принимают  от 6 до 24 ч. Таким образом, буферные резервуары (резервуары-отстойники) не только сглаживают неравномерность  подачи сточных вод на очистные сооружения, но и значительно снижают концентрацию нефти в воде.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала отводят  всплывшую нефть и выпавший осадок, после чего откачивают осветленную  воду. Для удаления осадка на дне  резервуара устраивают дренаж из перфорированных  труб.

 

2.1.2.2 Динамические отстойники

 

Отличительная особенность  динамических отстойников заключается  в отделении примеси, находящейся  в воде, при движении жидкости.

В динамических отстойниках или отстойниках  непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося осадка. Движение воды в вертикальном отстойнике происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника. Всплывшие примеси выводят с помощью скребков и поперечных лотков, установленных на определенном уровне.

В зависимости от улавливаемого  продукта горизонтальные отстойники делятся  на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки, жироловки и т.п.

В радиальных отстойниках  круглой формы вода движется от центра к периферии или наоборот. Радиальные отстойники большой производительности, применяемые для очистки сточных вод, имеют диаметр до 100 м и глубину до 5 м.

Радиальные отстойники с  центральным впуском сточной  воды имеют повышенные скорости впуска, что обуславливает менее эффективное  использование значительной части  объема отстойника по отношению к  радиальным отстойникам с периферийным впуском сточных вод и отбором  очищенной воды в центре.

 

2.1.2.3 Тонкослойные отстойники

 

Чем больше высота отстойника, тем  больше необходимо времени для всплытия частицы на поверхности воды. А  это, в свою очередь, связано с  увеличением длины отстойника. Следовательно, интенсифицировать процесс отстаивания  в нефтеловушках обычных конструкций  сложно. С увеличением размеров отстойников  гидродинамические характеристики отстаивания ухудшаются. Чем тоньше слой жидкости, тем процесс всплытия (оседания) происходит быстрее при  прочих равных условиях. Это положение  привело к созданию тонкослойных отстойников, которые по конструкции  можно разделить на трубчатые  и пластинчатые.

Трубчатые отстойники

 

Рабочий элемент трубчатого отстойника - труба диаметром 2,5-5 см и длиной около 1 м. Длина зависит от характеристики загрязнения и гидродинамических параметров потока. Применяют трубчатые отстойники с малым (10°) и большим (до 60°) наклоном труб.

Отстойники с малым наклоном трубы работают по периодическому циклу: осветление воды и промывка трубок. Эти отстойники целесообразно применять  для осветления сточных вод с  небольшим количеством механических примесей. Эффективность осветления составляет 80-85%.

В круто наклонных трубчатых  отстойниках расположение трубок приводит к сползанию осадка вниз по трубкам, и в связи с этим отпадает необходимость  их промывки.

Продолжительность работы отстойников  практически не зависит от диаметра трубок, но возрастает с увеличением  их длины.

Стандартные трубчатые блоки  изготовляют из поливинилового или  полистирольного пластика. Обычно применяют  блоки длиной около 3 м, шириной 0,75 м и высотой 0,5 м. Размер трубчатого элемента в поперечном сечении составляет 5х5 см. Конструкции этих блоков позволяют монтировать из них секции на любую производительность; секции или отдельные блоки легко можно устанавливать в вертикальных или горизонтальных отстойниках.

Пластинчатые  отстойники

Пластинчатые отстойники состоят  из ряда параллельно установленных  пластин, между которыми движется жидкость. В зависимости от направления движения воды и выпавшего (всплывшего) осадка, отстойники делятся на прямоточные, в которых направления движения воды и осадка совпадают; противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно к направлению движения осадка. Наиболее широкое распространение получили пластинчатые противоточные отстойники.

Достоинства трубчатых и  пластинчатых отстойников - их экономичность  вследствие небольшого строительного  объема, возможность применения пластмасс, которые легче металла и не корродируют в агрессивных средах.

Общий недостаток тонкослойных отстойников - необходимость создания емкости для предварительного отделения  легко отделимых нефтяных частиц и больших сгустков нефти, окалины, песка и др. Сгустки имеют нулевую  плавучесть, их диаметр может достигать 10-15 см при глубине в несколько сантиметров. Такие сгустки очень быстро выводят из строя тонкослойные отстойники. Если часть пластин или труб будет забита подобными сгустками, то в остальных повысится расход жидкости. Такое положение приведет к ухудшению работы отстойника.