2.4.5. Обеспечение безопасности гидросферы

Понятия и определения

Гидросфера – совокупность всех водных объектов, включающих в себя океаны, моря, реки, озера, водохранилища, болота, подземные воды, ледники и снежный покров.

Формирование гидросферы

Этот вопрос рассмотрим с точки зрения безопасности человека. Главный вопрос связан с водой, которую мы пьем. Примеси, которые делают воду опасной, подразделяются на три категории:

1. Неорганические химические вещества (ртуть, кадмий, нитраты).

2. Органические химические вещества (пестициды, полихлорированные дифенилы и др.).

3. Болезнетворные микроорганизмы (возбудители холеры, тифа, полиомиелита и др.).

Большое количество воды в составе гидросферы используется как в бытовом жизнепользовании, так и в промышленном и сельскохозяйственном производстве, которая загрязняется отходами жизнедеятельности.

Борьба с загрязнением воды - это комплекс мер и методов очистки сточных и др. вод до такой степени, чтобы их состав не представлял опасности для человека и других компонентов биосферы.

Таким образом, безопасность гидросферы формируется следующими путями:

1. Снижением потребления гидроресурсов.

2. Более качественная очистка воды.

3. Использование замкнутых циклов водопользование.

Средства защиты гидросферы

При выборе методов и состава технологического оборудования для очистки сточных вод необходимо учитывать, что эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются лишь в определенном диапазоне концентраций примесей и расходов сточных вод.

На предприятиях все сбросы должны быть разделены отдельные потоки стоков:

• слабозагрязненные производственные воды с одним и несколькими видами примесей;

• цианосодержащие стоки;

• хромосодержащие стоки;

• кислые стоки;

• щелочные стоки;

• сточные воды, содержащие масла, и другие нефтепродукты.

При отсутствии резко выраженных вредных загрязнителей на производстве все сточные воды усредняют, объединяя их в один поток.

Для этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор которых производится по параметрам сбрасываемых сточных вод по времени по качеству и количеству.

В настоящее время существуют следующие методы очистки сточных вод:

• механические;

• физико-химические;

• биологические.

Механическая очистка

Сущность механического метода очистки сточных вод заключается в отделении взвешенных механических частиц от жидкой фазы. Для этого используют:

• процеживание;

• отстаивание;

• обработку в поле действия центробежных сил;

• фильтрование.

Для процеживания применяют решетки и волокноуловители, при этом для удаления осадка взвешенных веществ используют ручную или механическую очистку с последующим дроблением осадка с использованием комбинированных решеток – дробилок, которые не только улавливают крупные взвешенные вещества из сточной воды, но и измельчают их до размеров 10 мм и менее.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод в целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности служат волокноуловители, для чего, например, используют перфорированные диски или движущиеся сетки.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды.

Процесс отстаивания реализуется в песколовках, отстойниках и жироуловителях.

Песколовки применяются при очистке сточных вод от частиц металла и песка размером более 0.25 мм.

Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0.1, а так же от нефтепродуктов.

В зависимости от направления движения потока сточной воды применяются горизонтальные, радиальные и комбинированные отстойники.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах.

Открытые гидроциклоны применяют для выделения из сточной воды крупных твердых примесей со скоростью осаждения более 0.02 м/с. Эти гидроциклоны имеют большую производительность и малые потери напора. Напорные гидроциклоны аналогичны по действию циклонов для очистки газов от твердых частиц.

Фильтрование сточных вод применяют для очистки от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. Фильтрование применяют как на начальной стадии очистки и после физико-химической и биологической очистки, сопровождающихся выделением в очищенную сточную воду взвешенных веществ. В этом случае применяют два типа фильтров:

• зернистые, в которых сточную воду пропускают через насадки несвязных пористых материалов;

• микрофильтры и фильтроэлементы, изготавливаемые из связных пористых материалов.

Физико-химическая очистка сточных вод

Физико-химические методы используют для очистки сточных вод от растворенных примесей, а так же частично и от взвешенных веществ. Методы физико-химической очистки требуют предварительной глубокой очистки сточных вод от взвешенных веществ для чего обычно используют метод коагуляции.

К физико-химическим методам относятся:

• флотация;

• экстракция;

• нейтрализация;

• сорбция;

• ионообменная и электрохимическая очистка;

• гиперфильтрация;

• выпаривание;

• испарение;

• кристаллизация.

Флотация – предназначена для интенсификации процесса всплытия маслопродуктов в результате обволакивания их частиц пузырьками воздуха, подаваемого через сточную воду.

Экстракция сточных вод основана на процессе перераспределения примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). При очистке сточных вод,например, от фенола применяют экстрагент бензол или бутилацетат.

Нейтрализация предназначена для выделения из них кислот, щелочей, а так же солей металлов. Процесс нейтрализации основан на объединении ионов водорода и гидроксильной группы в молекулу воды, при этом вода становится нейтральной средой рН~6,7.

Например, при нейтрализации сточных вод с кислотной применяют щелочи и наоборот.

Сорбция применяется для очистки сточных вод от растворимых примесей, например от отработанного гальванического раствора шлама применяют известь, шлак, опилки и т. п. После чего получают тестообразную массу и чистую воду (шлак и известь называются при этом сорбентами).

Ионообменная очистка – применяется для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей. Очистка здесь проводится ионитами - синтетическими ионообменными смолами, применяемыми в виде гранул 0.2...2 мм. Они изготавливаются из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих подвижный ион (катион или анион), которые вступают в реакцию обмена.

Электрохимическое окисление – осуществляют в электролизерах непрерывного или периодического действия.

Гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, поры которых размером 10 А пропускают лишь молекулы воды, задерживая ионы соли или молекулы не диссоциированных соединений.

Выпаривание реализуется обработкой паром сточных вод с содержанием летучих органических веществ, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды.

Испарение и кристаллизацию используют для очистки небольших объемов сточных вод с большим содержанием летучих веществ.

Биологическая очистка сточных вод

Она применяется для выделения из сточных вод тонкодисперсных и растворенных органических веществ и основана на способности микроорганизмов, использовать для питания, содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы).

Биологическую очистку осуществляют в природных условиях, с использованием полей фильтрации, полей орошения и биологических прудов.

В искусственных условиях применяют биологические фильтры. В качестве фильтровального материала для загрузки биофильтров используют шлак, щебень, керамзит, пластмассу, гравий. Существуют биофильтры с естественной подачей воздуха. Для очистки сильно концентрированных производственных стоков используют биофильтры с принудительной подачей воздуха, а в отдельных случаях кислорода, в среду очистки.