Лекция ¹ 10 Доц. Жданов в.И. Средства защиты гидросферы. Физико-химические методы очистки. Биологическая очистка. Защита земель. Промышленные отходы. Мусоросжигательные è перерабатывающие заводы.

Рис. 10.18. Схема координированного

Гидроциклона.

ной воды и от твердых частиц, и от маслопродуктов. Сточная вода через установленным тангенциально по отношению к корпусу гидроциклона входной трубопровод 1 поступает в гидроциклон.Вследствие закручивания потока сточной воды твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и стекают в шламосборник 7, откуда они периодически удаляются. Сточная вода с содержащимися в ней маслопродуктами движется вверх. При этом вследствие меньшей плотности маслопродуктов они концентрируются в ядре закрученного потока,который поступает в приемную камеру 3,и через трубопровод 5 маслопродукты выводятся из гидроциклона для последующей утилизации. Сточная вода, очищенная от твердых частиц и маслопродуктов,скапливается в камере 2, откуда через трубопровод 6 отводится для дальнейшей очистки. Трубопровод 4с регулируемым проходным сечением предназначен для выпуска воздуха, концентрирующегося в ядре закрученного потока очищаемой сточной воды.

Фильтрование применяют для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. Его используют как на начальной стадии очистки сточных вод, так и после некоторых методов физико-химической или биологической очистки. Для очистки сточных вод фильтрованием применяют в основном два типа фильтров: зернистые, в которых очищаемую сточную воду пропускают через насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры,фильтроэлементы которых изготовляют из связанных пористых материалов (сеток, натуральных и синтетических тканей, спеченных металлических порошков и т. п.).

Для очистки больших расходов сточных вод от мелкодисперсных твердых примесей применяют зернистые фильтры (рис. 10.19). Сточная вода по трубопроводу 4 поступает в корпус 1 фильтра и проходит через фильтровальную загрузку 3 из частиц мраморной крошки, шун-

гизита и т. п., расположенную между пористыми перегородками 2 è5. Очищенная от твердых частиц сточная вода скапливается в объеме, ограниченном пористой перегородкой 5, и выводится из фильтра через трубопровод 8. По мере осаждения твердых частиц в фильтровальном материале перепад давлений на фильтре увеличивается и прм достижении предельного значения перекрывается входной трубопровод 4 и по трубопроводу 9 подается сжатый воздух. Он вытесняет из фильтровального слоя 3 воду и твердые частицы в желоб б, которые затем по трубопроводу 7выводятся из фильтра. Достоинством конструкции фильтра является развитая поверхность фильтрования, а также простота конструкции и высокая эффективность.

Физико-химические методы очистки. Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная и электрохимическая очистка, гиперфильтрация, эвапорация, выпаривание, испарение и кристаллизация.

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса имеет место молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодис- пергированного в воде газа. Образование агрегатов «частица — пузырьки газа» зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, из­быточного давления газа в сточной воде и т. п.

В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др.

Нейтрализация сточных иод предназначена для выделения из них кислот, щелочей, а также солей металлов на основе кислоти щелочей. Процесс нейтрализации основан на объединении ионов водорода и гидроксильной группы в молекулу воды, в результате чего сточная вода приобретает значение рН « 6,7 (нейтральная среда). Нейтрализацию кислот и их солей осуществляют щелочами или солями сильных щелочей: едким натром, едким кали, известью, известняком, доломитом, мрамором, мелом, магнезитом, содой, отходами щелочей и т. п.

Методы обеззараживания âîäû. Наиболее распространенным методом является обработка воды хлором (хлорирование воды). Хлор обшает широким спектром антимикробного действия. Для хлорирова- Ю1Я применяют либо газообразный хлор, который подается в обеззара- шваемую воду, либо твердые хлорсодержащие вещества, например тпохлорит натрия. Хотя хлорирование воды наиболее распространенный и дешевый способ ее обеззараживания, он обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, хлор — сильное вещество и его ранение в больших количествах в газообразном или сжиженном !иде на станциях подготовки питьевой воды представляет серьезную опасность и требует особых мер обеспечения безопасности. Во-вторых, избыточный хлор, введенный в воду, в свободном состоянии сам представляет серьезную опасность для человека. Он также может вступать в реакцию с оставшимися в воде микропримесями органи­ческих соединений с образованием крайне токсичных веществ, например хлороформа, который обладает канцерогенным действием. Подобные реакции ускоряют при нагреве и кипячении воды, поэтому перехлорирование воды представляет опасность, для уменьшения которой необходимо перед кипячением отстаивать воду в приоткрытой емкости для удаления растворенного в ней избыточного хлора.

Другим, более распространенным и прогрессивным методом обез­зараживания воды является озонирование. Применение озона в каче­стве дезинфеканта воды лишено недостатков, связанных с использованием хлора. Кроме обеззараживания, озон устраняет запахи, обесцвечивает воду и улучшает ее вкусовые качества. Введение озона вводу не изменяет ее минеральный состав, щелочность, содержание свободной углекислоты. Такое действие озона связано с его исключительно высоким окислительным потенциалом. Переозонирование воды, в отличие от перехлорирования, не представляет опасности, гак как озон нестабилен и быстро распадается с образованием кислорода, повышенное содержание которого в воде полезно. Однако в последние годы отмечены недостатки озонирования, связанные с тем, что при содержании в воде ионов брома он может окисляться озоном с образованием окислов брома (бромат-ионов), которые токсичны. Поэтому в настоящее время для избежания образования броматов вводят более жесткие технологические режимы озонирования. Озонирование — более дорогой метод обеззараживания воды, но более эффективный.

Наряду с указанными выше реагентными методами все большее распространение получают безреагентные методы, например, обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением. Бактерицидным действием обладает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200—295 нм, которое приводит к уничтожению бактерий, вирусов,водорослей и других микроорганизмов, присутствующих в воде. В отличие от хлорирования и озонирования ультрафиолетовое излучение не обладает побочными вредными эффектами, связанными с возможным изменением химического состава и появлением токсичных веществ. Основное требование при УФ-обработке — прозрачность воды, которая не является существенным ограничением в системе водоподготовки, так как устранение мутности воды обычно достигается в предварительных ступенях ее обработки.

К безреагентным методам относят термическую обработку (5-10-минутное кипячение, широко используемое в быту), обработку ионизирующими облучениями (рентгеновское облучение), токами высокой частоты.

Сорбционная очистка питьевой воды. Сорбционная очистка улавливание загрязнений поверхностью высокопорнстого твердого материала. Наиболее распространенным адсорбентом являются активированные угли или активированные древесные угли (АУ). Кроме улавливания вредных примесей, с высокой эффективностью АУ дехлорируют воду.

Опреснение è обессоливание âîäû применяют для удаления из воды солей, например, при опреснении морской воды. Наиболее распространенными методами являются дистилляция, обратный осмос,электродиализ и ионный обмен, описанный выше.

Дистилляция основана на нагреве воды, ее испарении и последующей конденсации паров. В образующемся конденсате практически отсутствуют растворенные соли.

Обратный осмос — процесс обратный прямому осмосу — заключается в том, что если разделить закрытый сосуд полупроницаемой мембраной из специального материала (например, ацетатцеллюлозы) на две части, в одной из которой будут находиться растворы солей с различной концентрацией, то начинается процесс выравнивания концентрации, заключающийся в диффузии растворителя через мембрану менее концентрированного раствора в более концентрированный. При этом повышается давление в части сосуда с более концентрированным раствором. Процесс диффузии продолжается до тех

вор, пока давление не компенсирует диффузионный напор. Такое давление называют осмотическим давлением. Например, для сочетаяня морская вода и дистиллированная вода осмотическое давление может достигать 25 • 10⁵ Па. Если в части сосуда с более высокой концентрацией соли создать давление, превышающее осмотическое, то начинается процесс диффузии растворителя из концентрированного раствора в чистый (явление обратного осмоса). При этом чистая вода проникает через мембрану, а соли остаются в растворе в концентрированном виде. На этом процессе основаны аппараты обратного ос- моса.

Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для очистки воды используют электрохимически активные ионитовые мембраны. Наиболее распространены гетерогенные ионитовые мембраны, представляющие собой тонкие пленки, изготовленные из размельченной в порошок ионообменной смолы. В зависимости оттого,из какой смолы сделана мембрана, различают катионитовые и анионитовые мембраны.