6.4. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

Реферат: Методы защиты гидросферы. Гидросфера земли

6.4. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

Методы защиты гидросферы

Гидросфера земли.

Гидросфера – водная среда, которая включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в Мировом океане, содержащем около 91% всей воды на Земле.

Поверхность Мирового океана (акватория) составляет 361 млн/км квадратных. Она примерно в 2,04 раза больше площади суши – территории, занимающей 149 млн/км квадратных.

Если распределить воду ровным слоем, то она покроет Землю толщиной в 3000 метров.

Вода в океане (94%) и под землей – соленая. Количество пресной воды составляет 6% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля всего 0,36% имеется в легкодоступных для добычи местах.

Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 м кубических воды в год (1780 литров в сутки). Однако для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 литра в день, т.е. около 1 м кубического в год.

Вода – не только условие жизни индивидуального организма. Без нее не возможно было бы существование биосферы, жизни на Земле, поскольку круговорот веществ и энергии в биосфере возможен только с участием воды. В ходе круговорота воды с поверхности Мирового океана ежегодно испаряется 453 000 куб. м. воды.

Виды загрязнения поверхностных и подземных вод:

физическое – повышение содержания механических

примесей, свойственное в основном поверхностным видам

загрязнения;

химическое – наличие в воде неорганических и органических

веществ токсического и нетоксического действия;

радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

бактериальное и биологическое – наличие в воде

разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и

мелких водорослей;

Источники загрязнения.

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

1) Промышленные, сельскохозяйственные, бытовые сточные воды

Промышленные: В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Вода выполняет разные функции, например служит сырьем, обогревателем и охладителем в технологических процессах, кроме того, транспортирует, сортирует и промывает разные материалы.

Вода также выводит отходы на всех стадиях производства – от добычи сырья, подготовки полуфабрикатов до выпуска конечной продукции и ее расфасовки.

Поскольку гораздо дешевле выбрасывать отходы разных производственных циклов, чем перерабатывать и утилизовать, с промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ.

Сельскохозяйственные: Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей.

Стекающая с них вода насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности.

К ним относятся инсектициды; фунгициды; гербициды, знаменитое средство борьбы с сорняками; и прочие пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы.

Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясо-молочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов и консервов и т.д.).

Бытовые сточные воды : Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды.

В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи.

С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.

2) Бытовые отходы

В моря и океаны через реки, непосредственно с суши, а также с судов и барж попадают жидкие и твёрдые бытовые отходы. Часть этих загрязнений оседает в прибрежной зоне, а часть под влиянием морских течений и ветра рассеивается в разных направлениях. Бытовые отходы опасны тем, что они являются переносчиками болезней человека (главным образом кишечной группы – брюшной тиф, дизентерия, холера.

3) Загрязнение нефтью и нефтепродуктами

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи.

Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, при авариях танкеров и разрывов на трубопроводах.

– все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей.

4) Загрязнение ионами тяжелых металлов

Загрязнение тяжелыми металлами. Нарушает жизнедеятельность водных организмов и человека. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу.

Свинец – типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека.

Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания.

5) Кислотные дожди

Загрязнение кислотными дождями. Приводит к закислению водоемов и гибели экосистем.

Термином “кислотные дожди” называют все виды метеорологических осадков – дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, – рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6).

6) Тепловое

Тепловое загрязнение вызывает сброс в водоемы подогретых вод ТЭС и АЭС, что приводит к массовому развитию синезеленых водорослей, так называемому цветению воды, уменьшению количества кислорода и отрицательно влияет на флору и фауну водоемов.

Последствия загрязнения

1. Проблема пресной воды, органическое загрязнение водоемов, ухудшение качества питьевой воды.

2. Гибель растений и животных.

3. Неконтролируемое развитие водорослей.

4. Гибель водных экосистем с непроточной водой.

5. Заболачивание местности.

Методы очистки сточных вод

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.

1. Механический метод

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.

2. Химический метод

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 %

3. Физико-химический метод

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные 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.

4. Биологический метод

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 (не слипающиеся 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.

Самоочищение водоемов

Факторы самоочищения водоемов: физические, химические, биологические.

Каждый водоем – это сложная система, где обитают бактерии, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов. Но этот процесс затруднен в связи с нарушением биологического равновесия, поэтому одна из природоохранных задач поддержать способность самоочищения водоемов от примесей.

Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается быстрым течением рек.

Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. В зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере – через 2 тыс.

км.

Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы.

Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу или по общему содержанию органических веществ.

Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов первого и второго видов. К первому виду относят водоемы, используемые для водоснабжения предприятий, ко второму – используемые для купания, спортивных мероприятий.

К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки.

Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Каждый моллюск отфильтровывает в сутки более 30 л воды.

Чистота водоемов немыслима без охраны их растительности. Только на основе глубокого знания экологического состояния каждого водоема, эффективного контроля за развитием, населяющих его различных живых организмов, можно достичь положительных результатов, обеспечить прозрачность и высокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ.

Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Химическое загрязнение водоемов промышленными стоками тормозит естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. То же относится и к спуску термальных сточных вод тепловыми электростанциями.

Многостадийный процесс, иногда растягивающийся на длительное время – самоочищение от нефти.

В природных условиях комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих: испарения; оседания комочков, особенно перегруженных наносами и пылью; слипание комочков, взвешенных в толще воды; всплывания комочков, образующих пленку с включениями воды и воздуха; снижения концентраций взвешенной и растворенной нефти вследствие оседания, всплывания и смешивания с чистой водой. Интенсивность этих процессов зависит от свойств конкретного вида нефти (плотность, вязкость, коэффициент теплового расширения), наличия в воде коллоидов, взвешенных частиц планктона и т.д., температура воздуха и от солнечного освещения.

3. Бессточные производства

Темпы развития индустрии сегодня настолько высоки, что одноразовое использование для производственных нужд запасов пресной воды – недопустимая роскошь.

Поэтому ученые заняты разработкой новых бессточных технологий, что практически полностью решит проблему защиты водоемов от загрязнения.

При замкнутой технологии предприятие использованную и очищенную затем воду возвращает в оборот, а из внешних источников только пополняет потери.

Охрана поверхностных вод РФ

Водное законодательство России регулирует отношения в области использования и охраны водных объектов в целях обеспечения прав граждан на чистую воду и благоприятную водную среду; поддержание оптимальных условий водопользования; качества поверхностных и подземных вод в соответствии с санитарными и экологическими требованиями; защиты водных объектов от загрязнения, засорения и истощения; сохранения биологического разнообразия водных экосистем.

Согласно Водному кодексу РФ, использование водных объектов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения является приоритетным. Для этих водоснабжений должны использоваться защищенные от загрязнения и засорения поверхностные и подземные водные объекты.

Запрещается сброс сточных и дренажных вод в водные объекты:

1. содержащие природные лечебные ресурсы;

2. отнесенные к особо охраняемым;

3. находящиеся в курортных зонах, местах отдыха населения;

4. находящиеся в местах нереста и зимовки ценных и особо охраняемых видов рыб, в местах обитания ценных и занесенных в Красную книгу видов животных и растений.

Порядок разработки и утверждения нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты устанавливается правительством РФ.

4. Мониторинг водных объектов

14 марта 1997 г. правительство РФ утвердило «Положение о введении государственного мониторинга водных объектов».

Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды ведет наблюдение за загрязнением поверхностных вод суши. Санитарно-эпидемологическая служба РФ отвечает за санитарную охрану водоемов.

Работает сеть санитарных лабораторий на предприятиях для изучения состава сточных вод и качества воды водоемов. Работа осуществляется с помощью автоматических приборов.

Электрические датчики постоянно измеряют концентрации загрязнений, что способствует быстрому принятию решений в случае неблагоприятных воздействий на источники водоснабжения.

Заключение.

Логика развития жизни на Земле определяет деятельность человека как главный фактор, причем биосфера может существовать без человека, но человек не может существовать без биосферы. Фактором существования биосферы является чистая вода. Следующие поколения не простят нам то, что мы лишили их возможности наслаждаться первозданной природой.

Сохранить гармонию человека и природы – основная задача, которая стоит перед настоящим поколением. Это требует изменения многих ранее сложившихся представлений о соизмерении человеческих ценностей.

Необходимо развитие у каждого человека «экологического сознания», которое будет определять выбор вариантов технологий, строительства предприятий и использования природных ресурсов.

Источник: https://www.bestreferat.ru/referat-237896.html

Защита гидросферы

6.4. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

Замечание 1

Любой водный объект, независимо от того, где он находится и какие имеет размеры, связан с окружающей средой и находится под многочисленным влиянием – это могут быть природные явления, условия формирования стока, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека и др.

Любое влияние имеет свои последствия и, прежде всего, привносит в водную среду новые вещества, не свойственные ей. Этими новыми веществами являются многочисленные загрязнители, ухудшающие качество воды.

Определение 1

Загрязнение водных ресурсов – это физические, химические и биологические изменения свойств воды в результате сброса в них вредных веществ разного состояния.

Сброшенные вредные вещества создают большие неудобства для использования воды и наносят вред здоровью и безопасности человека, а также наносят ущерб хозяйству страны. Все объекты, сбрасывающие вредные вещества, являются источниками загрязнения.

Выделяются следующие типы загрязнения вод:

  • Механическое загрязнение. Данный вид загрязнения, характерный для поверхностных загрязнений, повышает содержание в воде механических примесей.
  • Химическое загрязнение. В воде содержатся токсические и нетоксические вещества органического и неорганического происхождения.
  • Бактериальное и биологическое загрязнение. Вода загрязнена патогенными микроорганизмами, грибами, мелкими водорослями.
  • Радиоактивное загрязнение. Наличие в поверхностных или подземных водах радиоактивных веществ.
  • Тепловое загрязнение происходит в результате выпуска подогретой воды атомных и тепловых электростанций.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Самыми крупными и, пожалуй, основными источниками не только загрязнений, но и засорений водных объектов являются сточные воды промышленности, коммунального хозяйства, животноводческих комплексов, добывающих предприятий, сбросы транспорта и др.

Специалисты выделяют три группы сточных вод исходя из условий их образования:

  • Сточные воды бытовые. К ним относятся стоки бань, столовых, прачечных, туалетов, воды от мытья полов. органических и минеральных веществ в них соответственно составляет $58$ % и $42$ %.
  • Ливневые или атмосферные сточные воды. На промышленных предприятиях такие стоки представляют большую опасность. Ливневые стоки отличаются большой неравномерностью – один раз в году с $1$ га происходит сток $100$-$150$ л/с, а один раз в $10$ лет – $200$-$300$ л/с. Неравномерность этих стоков затрудняет как их сбор, так и очистку.
  • Сточные воды промышленные. Возникают эти сточные воды при добыче и переработке сырья.

Питьевая вода

Пресные воды планеты в настоящее время имеют низкое качество и $80$ % заболеваний по данным ВОЗ, вызваны именно этим. Страны мира вплотную столкнулись с проблемой чистой воды. В $90$-е годы $XX$ века $50$ млн.

американцев потребляли воду, загрязненную токсичными веществами. Около $900$ тыс. человек в США ежегодно заболевают по причине употребления некачественной воды.

Чтобы соблюсти стандарты здравоохранения по питьевой воде американский конгресс утвердил создание фонда для модернизации $55$ тыс. коммунальных систем водоснабжения.

Модернизация предусматривала защиту систем водоснабжения от микробиологических загрязнений, предотвращения загрязнения свинцом, нитратами и другими вредными веществами. Несмотря на то, что Россия достаточно хорошо обеспечена пресными водами, их качество оставляет желать лучшего.

Пробы российской водопроводной воды показали:

  1. Не соответствует санитарно-химическим нормам каждая $5$-я проба воды;
  2. Микробиологическим нормам не соответствует каждая $8$-я проба;
  3. Не соответствует рекомендуемым санитарным нормам, химическим и микробиологическим стандартам $90$ % питьевой воды в стране. Такой водой пользуются $70$ % городов и населенных пунктов.

Вредное воздействие антропогенных загрязнений коснулось практически всех источников на поверхности. Более всего от этого воздействия страдают Волга, Дон, Северная Двина, Уфа, Тобол, Томь, реки Сибири и Дальнего Востока.

Все большее количество рек теряют свое питьевое значение и переходят в разряд «условно чистых» и «грязных». Питьевая вода, которую потребляет $70$ % населения РФ, не соответствует ГОСТу.

Хлор, который используется для дезинфекции воды, с одной стороны убивает инфекции, а с другой стороны, обладая канцерогенным, мутагенным эффектом, медленно, но верно убивает человека.

Как показали американские исследования, люди, постоянно потребляющие хлорированную воду, на $21$ % увеличивают вероятность рака мочевого пузыря, на $38$ % рака прямой кишки и, тем не менее, $75$ % американской воды хлорируется.

Японцы очищают воду с помощью озона, но он не обладает долговременным действием соединений хлора, поэтому перед употреблением воду надо очищать. Чтобы в какой-то степени освободиться от хлора в течение от нескольких часов и до суток, воду целесообразно отстаивать. Сырая вода может потребляться только в крайних случаях.

Горячую водопроводную воду, поскольку она химически более агрессивна, использовать для приготовления пищи нежелательно.

Для очистки воды в домашних условиях используют различные бытовые фильтры, с помощью которых происходит удаление микробов, хлора и его производных, тяжелых металлов, нитратов и нитритов, пестицидов.

Но, есть вторичная опасность загрязнения воды – на самом фильтре могут оседать вредные микроорганизмы.

В Америке и Японии сейчас используются электрохимические фильтры. Это российско-английский фильтр «Изумруд». Действие фильтра основано на химической реакции, происходящей в присутствии катализатора под воздействием сильного электрического поля.

Результат впечатляет:

  1. Полное очищение воды от микроорганизмов;
  2. Очищение от органических соединений;
  3. От ионов тяжелых металлов;
  4. Снижается концентрация минеральных солей.

Замечание 2

При других способах очистки такие результаты недостижимы. К тому же эти фильтры не содержат расходуемых материалов, поэтому, как бы, вечны, но требуют электроэнергии.

Мероприятия по защите гидросферы

Чтобы защитить поверхностные воды от загрязнения, которые являются частью гидросферы, предусмотрен целый ряд мероприятий:

  1. Внедрение безотходных и безводных технологий;
  2. Создание замкнутого цикла, т.е. оборотного водоснабжения. Данный цикл заставляет сточные воды всё время находиться в обороте и попадание их в поверхностные водоёмы исключается;
  3. Качественная очистка сточных вод;
  4. Обеззараживание и очистка вод для водоснабжения.

В основном поверхностные воды загрязняются сточными водами, а это значит, что их очистка с экологической точки зрения, является очень важной.

Существуют 3 основных способа очистки сточных вод:

  1. Механическая очистка;
  2. Физико-химическая очистка;
  3. Биологическая очистка.

Механическая очистка предусматривает 4 процесса:

  1. Процеживание загрязненной воды;
  2. Отстаивание загрязненной воды;
  3. Обработка воды в поле действия центробежных сил;
  4. Фильтрование загрязненной воды.

Для того чтобы удалить из сточных вод крупные и волокнистые включения процеживание осуществляют в решетках и волокноуловителях. Ширина зазоров в них составляет $10$-$20$ мм.

При отстаивании происходит оседание примесей, плотность которых $p > p$ воды или их всплытие с $p фильтрования. Фильтры при этом могут быть $2$-х типов – зернистые и тканевые.

Физико-химическая очистка помогает удалить растворимые примеси, а иногда и взвешенные вещества из сточных вод.

Существует несколько способов этой очистки:

  1. Метод флотации. В сточную воду подаются мелкие пузырьки воздуха, которые обволакивают частицы примесей и поднимают их на поверхность, где образуется слой пены.
  2. Метод коагуляции. Суть этого физико-химического процесса заключается в укрупнении коллоидных и дисперсных частиц, что происходит под действием сил молекулярного притяжения.
  3. Реагентный метод. Сточные воды при данном методе обрабатываются реагентами, т.е. химическими веществами. Растворенные токсичные примеси вступают в химическую реакцию и образуют нетоксичные или нерастворимые осадки. Гидроксид кальция, хлорид кальция, например, применяют для очистки фторсодержащих вод. Токсичные соединения фтора, вступая в химическую реакцию, образуют плохо растворимый фторид кальция $CaF_2$, который можно удалить их воды отстаиванием.
  4. Метод нейтрализации является разновидностью реагентного метода.
  5. Метод экстракции. Примеси сточных вод перераспределяют в смеси взаимонерастворимых жидкостей. Для выделения используются фенол, жирные кислоты, цветные металлы – медь, никель, цинк, кадмий и др.
  6. Метод ионообменной очистки. Сточные воды пропускают через ионообменные смолы. Поскольку смолы содержат ионы, способные к обмену, то при прохождении через них происходит замена подвижных ионов смолы на ионы токсичных примесей соответствующего знака.
  7. Биологическая очистка. В данном случае используется способность микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические и неорганические соединения как источник питания. Данную очистку проводят в естественных условиях – поля фильтрации, например, или в специальных сооружениях искусственного типа – аэротенках – открытых резервуарах и биофильтрах. Биофильтры представляют собой специальные сооружения, которые заполняются загрузочным материалом – шлаком, щебнем, гравием и др. На поверхности этого материала из микроорганизмов происходит развитие биологической пленки.

Источник: https://spravochnick.ru/bezopasnost_zhiznedeyatelnosti/obespechenie_chistoty_okruzhayuschey_sredy_i_prirodnyh_resursov/zaschita_gidrosfery/

Технологии и средства защиты гидросферы

6.4. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

Промышленная классификация вод и систем водоснабжения

Вода, используемая промышленностью, по своему назначению подразделяется на охлаждающую, технологическую и энергетическую.

1. Охлаждающая вода применяется в контурах охлаждения оборудования в металлургии, энергетике, химии и других отраслях, а также для охлаждения промежуточных и готовых продуктов в различных операциях и переделах.

2. Технологическая вода, в свою очередь, делится на средообразующую, промывную и реакционную.

Средообразующая вода применяется для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, транспортировке продуктов и отходов производства.

Промывные воды применяют для промывки газообразных, жидких и твердых продуктов и изделий. Реакционная вода применяется для приготовления реагентов.

3.Энергетическая вода потребляется для производства пара, а также в качестве теплоносителя систем обогрева.

Системы водного хозяйства в составе предприятий строятся в виде комплекса сооружений, обеспечивающих требуемое качество и количество воды различного назначения. В этот комплекс входят: 1. сооружения по забору воды из источника водоснабжения, 2. сети подачи и отведения воды, 3. насосные станции, 4.

сооружения по водоподготовке и очистке сточных вод, 5. сооружения по обработке осадков, 6. сооружения по стабилизации воды по физико-химическому составу, 7. сооружения по извлечению полезных компонентов.

По структуре различают следующие схемы водоснабжения: прямоточную, последовательную, оборотную, бессточную, безотходную.

Для сокращения сбросов сточных вод до минимума следует переходить к бессточной системе водообеспечения. Подпитка такой системы свежей водой применяется в случае, если ощущается недостаток очищенных вод для восполнения имеющихся потерь в системе.

Для уменьшения загрязнения сточных вод намечен ряд направлений.

1. Разработка и реализация безводных технологических процессов.

2. Совершенствование существующих технологических процессов, направленное на сокращение объемов потребляемых вод, их безвозвратных потерь, на снижение количества загрязнений, поступающих в воду.

3. Разработка и реализация совершенного технологического оборудования.

4. Применение методов воздушного и водно-воздушного охлаждения.

5. Повышение эффективности использования очищенных сточных вод в системах водоснабжения предприятия.

Реализация этих решений связана с созданием экологически чистых технологий. Необходимость создания замкнутой системы водного хозяйства обусловлена дефицитом воды.

Основной объем работ по контролю качества выполняют подразделения Роскомгидромета (поверхностные воды), Минприроды (подземные воды, сточные воды предприятий), Госсанэпиднадзора (участки водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения).

Для ограничения загрязнения объектов в соответствии с требованиями санитарных правил и норм для природопользователей устанавливаются допустимые сбросы сточных вод.

Предельно допустимый сброс (ПДС) — масса вещества в сточных водах, допустимая к отведению в водный объект за единицу времени, обеспечивающая нормативное качество воды в контрольном створе. Последний принимается на расстоянии не менее одного километра выше водозабора, места рекреации.

Временно согласованный сброс (ВСС) — масса вещества в сточных водах, соответствующая достигнутому уровню очистки на водоохранных сооружениях предприятий, превышающая ПДС и временно согласованная к отведению в водный объект на период увеличения мощности и состава очистных сооружений с целью достижения нормативов ПДС по всем веществам, но не более 3 лет.

По всем веществам, сбрасываемым со сточными водами, устанавливается класс их опасности. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения подразделяют вещества на четыре класса опасности:

1-й класс — чрезвычайно опасные (тетраэтилсвинец);

2-й класс — высокоопасные (алюминий, кадмий);

3-й класс — опасные (медь, хром);

4-й класс — умеренно опасные (хлориды, сульфаты).

При сбросе нормируемых веществ в водные объекты рыбохозяйственного назначения, а также веществ 1-го и 2-го классов опасности в водные объекты хозяйственного водопользования ПДС устанавливаются с учетом совместного воздействия веществ одного и того же лимитирующего показателя вредности (ЛПВ). Определение ПДС и ВСС для водопользователей осуществляется на основе аналитических измерений и прогноза качества воды, который выполняется расчетом по аттестованной методике гидрометеорологическими службами России.

Защита гидросферы организована в России с учетом особенностей поступления в водные объекты примесей и включает регулирование:

• поверхностного стока на водосборе;

• качества сточных вод;

• качества воды в объектах.

Вынос примесей в водные объекты с площади водосбора пропорционален поступающему в них стоку воды. Поэтому уменьшение диффузных (рассредоточенных) поступлений примесей достигается реализацией мероприятий, способствующих задержанию стока на водосборе.

Это повышение степени залесенности водосборов, лиманное орошение, вспашка сельскохозяйственных полей в осенний период.

В равнинных районах с увеличением лесистости водосбора (отношение площади водосбора, покрытой лесом, к общей площади водосбора) происходит уменьше­ние поверхностного стока и уменьшение выноса веществ В степных и полупустынных регионах России определенный эффект в задержании примесей на водосборе оказывают лесозащитные полосы.

Важная роль в задержании примесей на водосборе принадлежит лиманам (пониженные или специально обвалованные участки сельскохозяйственных полей, затопляемые водой в весенний период).

Уменьшение выноса примесей с водосбора возможно также с помощью щелевания и устройства траншей, заполняемых легкофильтрующими материалами.

Однако большая трудоемкость и капиталоемкость таких сооружений не способствуют их широкому применению.

Регулирование поступления примесей с хозяйственно-бытовыми и производственными сточными водами осуществляется с помощью комплекса очистных сооружений.

Состав сооружений и технологическая схема их размещения определяются составом и расходом сточных вод, необходимой глубиной очистки и устанавливается в процессе проектирования.

Глубина очистки сточных вод очистными сооружениями и вынос примесей в водные объекты устанавливаются на основе нормативов предельно допустимых (ПДС) и временно согласованных сбросов (ВСС).

Обеспечение требуемого качества вод осуществляется процессами подготовки и очистки.

Подготовка воды включает процессы: коагулирования, предварительную очистку, фильтрацию, обеззараживание, дезодорацию и удаление токсичных веществ.

Очистка сточных вод производится деструктивными методами, основанными на разрушении примесей, и регенеративными методами, основанными на извлечении и последующей утилизации содержащихся в воде ценных компонентов.

Для очистки сточных вод используются практически все достижения современной науки и техники. Методы, базирующиеся на этих достижениях, включают: механические, биохимические, физико-химические, термохимические и термические.

Механическая очистка сточных вод. Взвешенные в воде примеси имеют широкий диапазон размеров, а их удаление требует часто нескольких ступеней очистки. Самые крупные примеси осаждаются методом процеживания воды через решетки и сита, размещаемые в коллекторах сточных вод перед отстойниками.

Биохимическая очистка сточных вод. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать многие растворенные в сточных водах органические и неорганические соединения для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки.

Первая группа методов основана на использовании организмов, для жизнедеятельности которых необходим дополнительный приток кислорода при температурах 20-40 °С. При этом методе аэробные микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке.

Анаэробные методы реализуются без доступа кислорода и используются главным образом для обезвреживания осадков.

Активный ил включает живые организмы (бактерии, простейшие, черви, плесневые грибы, дрожжи и др.), сообщество которых образует биоценоз, и твердый субстрат.

Основную роль в процессе биохимической очистки сточных вод играют микроорганизмы. Аэробные процессы биохимической очистки могут проводиться как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях.

В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах.

Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции, в которых процессы очистки идут с большей скоростью, чем в природных условиях.

Поля орошения являются специально подготовленными земельными участками, используемыми одновременно для очистки сточных вод и в агрокультурных целях. Процессы очистки идут здесь за счет действия почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и жизнедеятельности растений.

Поля фильтрации аналогичны полям орошения, но используются только для биологической очистки сточных вод.

Сточные воды на очистку подают через распределительные системы в подпочвенный слой поля орошения, что наиболее полно реализует полезные свойства сточных вод как удобрений.

Биологические пруды представляют собой каскад из 3-5 ступеней водоемов, через которые медленно протекает очищаемая вода. Пруды используют в комплексе с другими очистными сооружениями — как для биологической очистки, так и доочистки сточных вод.

Очистку в искусственных условиях проводят с помощью аэротенков или биофильтров. Аэротенк — это открытый железобетонный аэрируемый резервуар, в котором очистка идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила.

Биофильтры представляют собой корпусные сооружения с кусковой насадкой и распылительными устройствами для сточной воды и воздуха. Сточная вода фильтруется через насадку, покрытую пленкой микроорганизмов.

В процессе окисления сточной воды биопленка наращивает свою массу, отработанная биопленка смывается с насадки и выводится из биофильтра.

В качестве насадки применяют щебень, гравий, шлак, керамзит, металлические и пластмассовые сетки и др.

Физико-химическая очистка сточных вод. Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей (фенолов, ПАВ и др.) после биохимической очистки, а также если концентрация таких примесей невелика, а сами они биологически не разлагаются или сильно токсичны. Метод высокоэффективен (80—95%), позволяет очищать сточные воды, содержащие несколько веществ.

Термохимические и термические методы обезвреживания сточных вод. Особое место в технологиях очистки сточных вод занимают методы их обезвреживания от содержащихся минеральных солей Са, Mg, Na и др., а также органических соединений. Термические методы реализуются рядом способов:

• концентрированием сточных вод с последующим выделением твердых веществ;

• окислением органических примесей в присутствии катализатора;

• жидкофазным окислением органических веществ;

• огневым обезвреживанием.

Из термических методов огневой является наиболее универсальным и эффективным. Он реализуется в процессе распыления сточных вод в топочных газах, имеющих температуру 900—1000 °С. При этом вода полностью испаряется, примеси выгорают, а минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы.

Источник: https://studopedia.su/10_106014_tehnologii-i-sredstva-zashchiti-gidrosferi.html

Методы и средства защиты гидросферы от вредных сбросов

6.4. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистки промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов атмосфере разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже. Поэтому требуется глубокая очистка сточных вод, тем более, что водная экосистема очень ранима и чувствительна к загрязнениям.

Защита гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств:

· рациональным размещением источников сбросов и организацией водозабора и водоотвода;

· разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций путем организации специально организованных и рассредоточенных выпусков;

· применением средств очистки стоков.

С целью стимулирования предприятий к качественной очистке собственных стоков целесообразно организовать водозабор на технологические нужды ниже по течению реки, нежели сброс сточных вод. Если для технологических нужд требуется чистая вода, предприятие будет вынуждено осуществлять высокоэффективную очистку собственных стоков.

Рассредоточенные выпуски стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек сечения русла реки, тем самым, увеличивая интенсивность перемешивания и кратность разбавления.

Определение допустимого состава сточных вод проводят в зависимости от преобладающего вида примесей исучетом характеристик водоема, в который сбрасывают сточные воды.

Расчет допустимого состава сточных вод по концентрации взвешенных веществ. Допустимую концентрацию взвешенных веществ в очищенных сточных водах определяют по формуле

с0взв £ сввзв + nПДКвзв,

где сввзв — концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в .него сточных вод; ПДКвзв — предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в водоеме; nкратность разбавления сточных вод в воде водоема, характеризующая долю расхода воды водоема, участвующей в процессе перемешивания и разбавления сточных вод.

Расчет допустимого состава сточных вод по концентрации растворенных вредных веществ. Концентрацию каждого из растворенных вредных веществ в очищенных сточных водах определяют по формуле

сi0 £ n (сim – сiв) + сiв

где сiвконцентрация i-го вещества в воде водоема до сброса сточных вод; сimмаксимально допустимая концентрация того же вещества с учетом максимальных концентраций и ПДК всех веществ.

Методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические и биологические. Для очистки сточных вод от взвешенных частиц (механических частиц, частиц жиро-масло и нефтепродуктов) применяют процеживание отстаивание, обработку в поле центробежных сил и фильтрование, флотацию.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных включений и волокнистых включений. Процесс реализуют в вертикальных и наклонных решетках, ширина прозоров которых 15-20 мм, а также ленточных и барабанных волокноуловителях. Очистка решеток и волокноуловителей осуществляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

На рис. 17 представлена схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением сточной воды, поступающей в песколовку 2 через входной патрубок 1.

Оседающие в процессе движения воды твердые частицы скапливаются в шламосборнике 3и на дне песколовки, а очищенная сточная вода через выходной патрубок 4 направляется для дальнейшей обработки.

Удаление осадка изпесколовок осуществляют, как правило, ежесуточно.

Рис. 17 Схема горизонтальной Рис.18 Схема аэрируемой песколовки.

песколовки.

Для разделения твердых частиц по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки (рис.

18), в состав которых входят входная труба 1, воздуховод 2,воздухораспределители 3,выходная труба 4,шламосборник 5 с отверстием 6 для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются, как и в горизонтальных песколовках.

Мелкие же частицы, обволакиваясь пузырьками воздуха, всплывают наверх и с помощью скребковых механизмов удаляются с поверхности.

Ha рис. 19 представлена схема вертикального отстойника, в который очищаемая сточная вода поступает по трубопроводу 5 в кольцевую зону, образованную цилиндрической перегородкой 2 и корпусом в отстойника.

В процессе вертикального движения сточная вода встречает на своем пути отражательное кольцо 7, направляющее поток воды во внутреннюю полость перегородки 2, а твердые частицы оседают в шламосборник 8. Очищенная сточная вода поступает в кольцевой водосборник 3 и через трубопровод 1 выводится из отстойника.

Осадок, скапливающийся в шламасборнике 8, периодически удаляется из него через трубопровод 4. При заданном расходе очищаемой сточной воды геометрические размеры отстойника выбирают таким образом, чтобы скорость движения сточной воды в кольцевой зоне не превышала скорость оседания твердых частиц в воде.

Вертикальные отстойники используют для выделения окалины из сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов.

Широкое применение для очистки производственных сточных вод на больших заводах находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью. Очищаемая сточная вода (рис. 20) по входному патрубку 1 с расширяющимися диаметром сечения на выходе поступает в отстойник и движется в радиальном направлении.

Рис. 19 Схема вертикального Рис. 20 Схема радиального отстойника

отстойника

Увеличение выходного диаметра патрубка обеспечивает при заданном расходе уменьшение скорости истечения сточной воды из трубопровода и, следовательно, увеличение вероятности ламинарного осаждения твердых частиц в отстойнике. Очищенная сточная вода по отводящим трубопроводам 2 направляется для дальнейшей обработки, а шлам направляется в шламосборник 3 вращающимся скребком 5 и через канал 4 периодически удаляется из отстойника.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и конечной стадиях очистки. Наиболее часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц фильтроматериала.

В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т.п. Схема каркасно-засыпного фильтра показана на рис.21.Регенерация фильтра осуществляется обратной промывкой и продувкой сжатым воздухом.

Для улавливания фильтрами маслопродуктов применяют фильтры-сепараторы с фильтрующим слоем из пенополиуретана.

.

Рис. 21 Каркасно-засыпной фильтр

Флотация – метод заключается в адсорбировании примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены.

В зависимости от способа образования пузырьков различают флотацию, пневматическую (напорную, вакуумную), пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию.

На практике наибольшее распространение получила пневматическая, которая основывается на уменьшении растворимости газа в воде при снижении его давления.

При резком снижении давления происходит выделение из воды излишнего воздуха в виде пузырьков Если вода из под атмосферного давления направляется в камеру под вакуумом, такая флотация называется вакуумной; если из-под напору в открытую камеру – напорной. Флотация осуществляется во флотационных камерах.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из, сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей.

Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ.

Применяются разнообразные физико-химические методы, из которых наиболее распространены: электрофлотационные, коагуляционные, реагентные (разновидность реагентного метода – нейтрализация), электрохимические, электродиализные, ионообменные.

Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневматической флотаций для удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей.

Осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, между парами электродов (железных, стальных, алюминиевых).

В результате электролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. Электрофлотация осуществляется в электрофлотационных установках.

Коагуляция – это физико-химический процесс агломерации мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды.

В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, прежде всего сульфат алюминия, а также неочищенный сернокислый глинозем, алюминат натрия, хлорное железо, сульфат железа и др.

для интенсификации процесса хлопьеобразования применяют синтетические высокомолекулярные вещества-флокулянты, основным из которых является полиакриламид.

Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами в хлопьеобразующих камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием. Необходимые для коагулирования ионы алюминия или железа можно получить электрохимическим путем.

Для этого используются емкости-электролизеры (электрокоагуляторы), в которые опущены электроды из алюминия или стали, Образующиеся в процессе анодного растворения металла ионы алюминия или железа осуществляют процесс коагуляции. Т.к. электрофлотаторы и электрокоатуляторы практически одинаковы по конструкции, процессы электрофлотации и электрокоагуляции могут протекать в них одновременно.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения, которые затем могут быть удалены одним из описанных выше методов удаления взвесей и осветления воды.

Этот метод находит применения для очистки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т.д. Например, для удаления цианидов используют различные реагенты-окислители, прежде всего содержащие активный хлор: хлорная известь, гипохлориты кальция или натрия, хлорная вода.

Для очистки от шестивалентного хрома применяют применяют натриевые соли сернистой кислоты (Na2SO3,NaHSO3), гидросульфит Na2SO3. Для очистки фторсодержащих сточных вод применяют гидроокиси кальция (известковое молоко), хлорид кальция.

В результате химической реакции с токсичными соединеними фтора образуется плохо растворимый фторид кальция (СаF2), который можно удалить из воды, например отстаиванием.

Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточных вод. Согласно действующим нормативным документам сбросы сточных вод в системы канализации населенных пунктов и в водные объекты допустимы только в случаях, если они характеризуются величиной рН = 6,5-8,5.

В том случае, если рН сточных вод соответствует кислой (рН8,5) реакции, сточные воды подлежат нейтрализации, под которой понимают снижение концентрации в них свободных Н+ или ОН- ионов до установленных в указанном интервале значений рН.

Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде щелочных реагентов (оксида кальция, гидроксида натрия, кальция, магния и др.). Нейтрализация щелочных стоков – добавлением минеральных кислот – серной, соляной и др.

В процессе нейтрализации важно добавить ровно столько реагента, чтобы осуществить нейтрализацию, не изменив при этом показатель рН в противоположную сторону. Так как кислые стоки чаще всего образуются в процессах гальванообработки, то такие стоки содержат ионы железа и тяжелых металлов.

Поэтому при нейтрализации таких стоков одновременно идет процесс превращения ионов металлов в труднорастворимые гидроксиды, выпадающие в осадок. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами перемешивания.

Сущность ионообменной очистки сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые различаются на катионитовые – имеющие подвижные и способные к обмену катионы ( чаще всего водорода Н+), и анионитовые – имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаше всего гидроксильную группу ОН-).

При прохождении сточной воды подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей. Например, катион тяжелого металла заменяет катион водорода, а токсичный анион соли металла – анион ОН-. Таким образом происходит сорбирование токсичных ионов смолой.

Регенерация (восстановление сорбирующей способности при насыщении смолы токсичными ионами) осуществляется промывкой кислотой (катионитовая смола) или щелочью (анионитовая смола).

При этом токсичные ионы замещаются соответствующими катионами или ионами (Н+, ОН-), а токсичные примеси выделяются вконцентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации. Существуют различные схемы ионообменных установок очистки.

Как правило, они представляют собой колонны с катионитовыми и анионитовыми смолами, через который последовательно пропускается очищаемый сток. Перед установкой ионообменной очистки должна быть произведена хорошая очистка от взвешенных веществ, а концентрация вредных примесей не должна быть высокой. Поэтому ионообменную очистку обычно используют на финишных (заключительных) стадиях очистки для обеспечения глубокой очистки.

В электрокоагуляционных установках может быть реализован метод электрохимической очистки сточных вод. Таким методом можно очищать от ионов тяжелых металлов, цианидов.

При электролизе железный (стальной) анод растворяется с образованием двухвалентных катионов железа Fe2+ , который восстанавливает очень токсичный шести валентный хром до менее токсичного трехвалентного: Cr6++3Fe2+ = 3Fe3++Cr3+

В результате электрохимических процессов на катоде происходит также восстановление шести валентного хрома до двух валентного. Последний, также как ионы железа, реагируют с гидроксильной группой ОН- с образованием нерастворимых гидроокисей железа и хрома Сг(ОН)3 ,Fе(ОН)2, которые затем удаляются как взвеси, например, отстаиванием.

Рис. 22 Технологическая схема установки электрохимического

окисления циансодержащих сточных вод

На рис. 22 показана технологическая схема установки для электрохимического окисления сточных вод. В ее состав входят сборный резервуар 1, бак 2 для приготовления концентрированного раствора NaCl, электролизер 3 с источником постоянного напряжения 7.

очищенная от цианидов сточная вода выходит по трубопроводу 4, а при необходимости ее доочистки по трубопроводу 5 вновь направляется в сборный резервуар 1. Для интенсификации процесса окисления в электролизер 3 по трубопроводу 6 подают сжатый воздух.

Электродиализный метод очистки используют для удаления из малоконцентрированных сточных минеральных солей (в том числе солей тяжелых металлов), а также при переработке высококонцентрированных сточных вод (отработанных технологических растворов) с целью выделения из них ценных продуктов для последующего использования.

Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для очистки сточных вод используют электрохимически активные ионитовые мембраны. Наиболее распространены гетерогенные ионитовые мембраны, представляющие собой тонкие пленки, изготовленные из размельченной в порошок ионообменной смолы.

В зависимости от того, из какой смолы сделана мембрана, различают катионитовые и анионитовые мембраны. Первые способны пропускать через себе лишь катионы вредных примесей, а вторые – анионы. Суть процесса электродиализа ясна из представленной на рис. 6 схемы элекродиализного опреснения воды.

Процесс осуществляется в многокамерных аппаратах, в которых плоские мембраны расположены параллельно. Обессоливаемая вода поступает в четные камеры, а через нечетные циркулирует рассол. По действием электрического поля катионы двигаются к катоду (отрицательному электроду), а анионы – к аноду.

Из нечетных камер ни анионы, ни катионы в соседние камеры не проникают, так как на пути их движения расположены препятствия в виде не проницаемых для катионов анионитовых мембран со стороны катода и непроницаемых для анионов катионитовых мембран со стороны анода.

В результате соли переносятся током из четных камер в нечетные, вода в четных камерах опресняется, а нечетных рассольных камерах концентрируются отделяемые соли. В настоящее время распространены электродиализные установки типа ЭДУ, имеющие от 100 до 300 камер.

Краткая характеристика физико-химических методов приведена в таблице 4.

Таблица 4

Физико-химические методы очистки сточных вод

Метод Объекты воздействия Процессы Примеры
Электро-флотация Маслопродукты и мелкодис-персные взвеси Пропускание через сточную воду электрического тока, между парами электродов, в результате электролиза воды образуются пузырьки газа, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. CrO42-+4H2O+3e-=Cr(OH)3+5OH-;  
Коагуляция     Мутность физико-химический процесс агломерации мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. Cr2O72-+14H++Fe2+=2Cr3++ 7H2O+Fe3+
Реагент-ный метод Соли металлов, (хлориды, цианиды, фториды) Обработка сточных вод химическими веществами-реагентами, которые реагируют с растворенными токсичными примесями с образованием нетоксичных или нерастворимых соединений. 2ZnCL2+2Na2CO3+H2O=4NaCL+2ZnCO3. NaCN+H2O2=NaCNO+H2O; 3NaCN+2KMnO4+H2O= 3NaCNO+2MnO2+ 2KOH
Нейтра-лизация сточных вод Кислые или щелочные стоки Снижение концентрации в них свободных Н+ или ОН- ионов до установленных значений рН 6,5-8. добавлением растворимых в воде щелочных или кислотных реагентов Кислые стоки гальванических производств содержат ионы тяжелых метал-лов, превращающиеся в малорастворимые гидрооксиды: Men++nOH-=Me(ОН)n
Ионо-обменная очистка Ионы тяжелых металлов, цианиды Пропускание сточных вод через ионообменные смолы (катионитовые или анионитовые), при этом подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей. Таким образом происходит сорбирование токсичных ионов смолой.   R-OH+HCN= R-CN+H2O
Электро-химичес-кая очистка Ионы тяжелых металлов, цианиды. Пропускание через сточную воду электрического тока, между парами электродов, сопровождающееся окислением или восстановлением токсичных примесей до нетоксичных продуктов Восстановление токсичного шести валентный хром до менее токсичного трехвалентного: Cr6++3Fe2+ = 3Fe3++Cr3+
Электро-диализная очистка Малоконцен-трированные или высоко-концентриро-ванные соли (выделения ценных продуктов). Процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа.

Биологическим путем очищаются многие виды органических соединений городских и производственных сточных вод. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-коричневую или черную жидкую массу, обладающую землистым запахом.

С биологической точки зрения активный ил это скопление аэробных бактерий в виде зоогелей. Кроме микробов в иле могут присутствовать простейшие (в аэротенках), в биопленке (биофильтры) – черви, личинки насекомых, водные клещи.

При очистке многих видов сточных вод, в том числе бытовых, используют бактерии -грамоотрицательные палочки.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) или специальных сооружениях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки (рис.

6) представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды смешанные с активным илом.

Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк.

Биологический фильтр – это очистное сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроорганизмов.

Лекция № 11

Предыдущая6789101112131415161718192021Следующая

Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1385; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/4-78952.html

Роль воды

Вода играет существенную роль как в биологических процессах, так и в климатических. Вода является универсальным растворителем химических веществ. Значительная роль воды на планете обусловлена ее физическими свойствами.

Вода обладает большой теплоемкостью 4,18 Дж/г·К (теплоемкость воздуха 1,009 Дж/г·К). В природных условиях вода медленно остывает и медленно нагревается, являясь регулятором температуры на Земле.

Плотность воды максимальна при 3,98°C и составляет 1,0 г/см3. Плотность воды уменьшается как при повышении, так и при понижении температуры. Эта аномалия обусловливает возможность жизни в водоемах, замерзающих в зимнее время.

Так как лед легче воды (его плотность ниже), он располагается на поверхности и защищает лежащие ниже слои воды от промерзания.

При дальнейшем понижении температуры увеличивается толщина слоя льда, но температура воды подо льдом остается на уровне ~4°C, что позволяет водным организмам сохранять жизнь.

Основные источники загрязнения гидросферы

Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств, увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей. Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км3 сточных вод.

Основными источниками загрязнения гидросферы являются:

  • промышленные сточные воды;
  • хозяйственно-бытовые сточные воды;
  • дренажные воды с орошаемых земель;
  • сельскохозяйственные поля и крупные животноводческие комплексы;
  • водный транспорт.

Все загрязнители сточных вод подразделяются на три группы:

  1. биологические загрязнители: микроорганизмы – вирусы, бактерии; растения – водоросли; дрожжи, плесневые грибки;
  2. химические загрязнители: наиболее распространенными загрязнителями являются нефть и нефтепродукты, СПАВ, пестициды, тяжелые металлы, диоксины, фенолы, аммонийный и нитритный азот и др.;
  3. физические загрязнители: радиоактивные элементы, взвешенные твердые частицы, шлам, песок, ил, тепло и др.

Виды загрязнения воды

Химическое загрязнение может быть органическим (фенолы, пестициды), неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (ртуть, мышьяк, кадмий, свинец), нетоксичным. Эвтрофикация – явление, связанное с поступлением в водоемы большого количества биогенных элементов (соединений азота и фосфора) в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства.

В России концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК во многих водных объектах (табл. 6). При осаждении на дно водоемов вредные вещества сорбируются частицами пород, окисляются – восстанавливаются, выпадают в осадок. Однако, как правило, полного самоочищения не происходит.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов и т.д.

Физическое загрязнение может быть радиоактивным, механическим, тепловым.

Очень опасно содержание в воде радиоактивных веществ даже в малых концентрациях. Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов и т.д.

В подземные воды радиоактивные элементы попадают в результате их выпадения с осадками на поверхность земли и последующего просачивания вглубь земли, либо в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (шлам, песок, ил и др.), которые могут значительно ухудшать органолептические показатели.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры природных вод в результате их смешивания с технологическими водами. Температура сточных вод ТЭС, АЭС выше температуры окружающих водоемов на 10ºC.

При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, выделению ядовитых газов – Н2S, СН4.

Происходит цветение воды, ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны.

Экозащитные мероприятия

Для защиты поверхностных вод от загрязнения предусматриваются следующие экозащитные мероприятия.

  • Развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения – создание замкнутого цикла использования производственных и бытовых сточных вод, когда сточные воды все время находятся в обороте, и попадание их в поверхностные водоемы исключено.
  • Очистка сточных вод.
  • Очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей.

Главный загрязнитель поверхностных вод – сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод является актуальной и экологически важной задачей.

Способы очистки сточных вод

  • Механическая очистка
  • Физико-химическая очистка
  • Биологическая очистка

Механическая очистка

Используется для удаления из сточных вод взвешенных веществ (песок, глинистые частицы, волокна и т.д.). В основе механической очистки лежат четыре процесса:

  • процеживание,
  • отстаивание,
  • обработка в поле действия центробежных сил,
  • фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. Применяют для удаления из сточных вод крупных и волокнистых включений (сточные воды целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности). Ширина зазоров составляет 10–20 мм.

Отстаивание основано на свободном оседании примесей с плотностью ρ > ρ воды или всплытии примесей с ρ < ρ воды. Процесс реализуется в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размером более 250 мкм.

Отстойники используют для очистки сточных вод от более мелких взвешенных частиц или жировых веществ, нефтепродуктов.

Очистка сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляется в гидроциклонах и центрифугах. Механизм действия аналогичен механизму действия газоочистных циклонов.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. В основном используется два типа фильтров: зернистые – в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, сульфоуголь и др.; тканевые – фильтровальные перегородки изготавливаются из хлопчатобумажных материалов, шерстяных, керамических.

Физико-химические методы очистки

Применяются для удаления из сточных вод растворимых примесей, а в ряде случаев – для удаления взвешенных веществ.

Флотация заключается в обволакивании частиц примесей (маслопродуктов, мелкодисперсных взвесей) мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены. В случае электрофлотации пузырьки газа образуются в результате электролиза воды при пропускании электрического тока (водород, кислород).

Коагуляция – это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и дисперсных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В качестве коагулянтов применяют сульфат алюминия, хлорид железа. Если необходимые для коагулирования ионы алюминия или железа получают электрохимическим путем (электролизом), то такой процесс называют электрокоагуляцией.

Реагентный метод заключается в том, что обработка сточных вод проводится химическими веществами – реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые осадки.

Например, для очистки фторсодержащих вод применяют гидроксид кальция, хлорид кальция.

В результате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохо растворимый фторид кальция CaF2, который может быть удален из воды отстаиванием.

Нейтрализация – разновидность реагентного метода, предназначена для снижения концентрации свободных Н+ или ОН––ионов до установленных значений, соответствующих рН = 6,5–8,5. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых щелочей NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2, а щелочных – добавлением кислот (соляной, серной).

Экстракция основана на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей (сточной воды и органической жидкости). Используется для выделения фенолов, жирных кислот, цветных металлов – меди, никеля, цинка, кадмия и др.

Ионообменная очистка заключается в пропускании сточной воды через ионообменные смолы, которые содержат подвижные и способные к обмену ионы – катионы (чаще Н+) или анионы (чаще ОН–). При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы токсичных примесей соответствующего знака.

В последние годы активно разрабатываются новые эффективные методы очистки сточных вод:

  • озонирование,
  • мембранные процессы очистки (ультрафильтрация, электродиализ),
  • электроразрядные методы обработки воды,
  • магнитная обработка и др.

Биологическая очистка

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические и некоторые неорганические соединения (H2S, NH3, нитриты и др.

) в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа.

Биологическую очистку ведут в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) или в специальных искусственных сооружениях – аэротенках, биофильтрах.

Аэротенки – это открытые резервуары, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом.

Биофильтр – сооружение, заполненное загрузочным материалом (шлак, щебень, керамзит, гравий и т.п.), на поверхности которого развивается биологическая пленка из микроорганизмов.

Источник: https://www.edu.severodvinsk.ru/after_school/obl_www/2013/work/pestov/hydrosphere_protection.html

Book for ucheba
Добавить комментарий