Методы консультантов / Экологическая часть / Лекции по Промэкологии ППП

Засорение вод это поступление в водоем посторонних нерастворимых в воде предметов, не изменяющих качество воды, но влияющих на качественное состояние русел водоемов и водотоков.

В зависимости от условий образования сточные воды делятся на бытовые, атмосферные, промышленные и сельскохозяйственные.

Загрязнения вод можно разделить на 4 группы, которые образуют с водой гетерогенные и гомогенные системы.

Таблица 7 Классификация примесей промышленных сточных вод по их фазовому и

дисперсному состоянию

Эта классификация позволяет определить способ очистки сточных вод. Регулирование водопользования, водопотребления, охраны водных

объектов в России осуществляется на основе принятого в 1995 году “Водного кодекса”. Законодательство на этом кодексе не замыкается. В настоящее время на федеральном и региональном уровне разработано достаточно много законов, регулирующих водохозяйственную деятельность, в том числе с 1999 года за пользование водой из естественных источников введена плата за воду.

Но, за что платить? Ведь, то, за что мы платим, становится товаром. А товар должен обладать определенным качеством.

Качество воды - это характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования. Критерий качества воды - признак, по которому производится оценка качества воды по видам водопользования.

Показатели качества воды

Органолептические - определяются с помощью органов чувств человека (запах, вкус, цветность, мутность)

Физические - температура, вязкость, плотность, концентрация, электрическая проводимость и т.д.

Химические - активная реакция (рН), окисляемость, растворимость газов, сухой остаток, жесткость, концентрация химических веществ, и др. Сюда же можно отнести:

Химическое потребление кислорода (ХПК), мг/л: количество кислорода, необходимое для химического окисления содержащихся в воде органических веществ (ХПК 20 мгО2 /л - чистая)

Биологическая потребность в кислороде (БПК), мг/л - количество кислорода, необходимое для биологического разложения органики за определенный отрезок времени (1, 2, 5, 20 суток) (БПК - 2 мгО2/л - чистая).

Бактериологические показатели: колииндекс - количество кишечных палочек в 1 л воды; колититр - количество миллилитров воды, в которых обнаружена 1 кишечная палочка.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения, культурно-бытовых нужд населения и рыбохозяйственных целей используются реки, водохранилища, озера, искусственные каналы. Пригодность состава и свойств поверхностных вод, используемых для этих целей, определяется соответствующими требованиями и нормативами, изложенными в “Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами”. Согласно им в водные объекты запрещается сбрасывать сточные воды:

1.которые могут быть устранены путем усовершенствования технологий, максимального использования в системах оборотного водоснабжения или устройства бессточного производства

2.содержащие ценные отходы, которые могут быть утилизированы на данном или других предприятиях

3.содержащие производственное сырье, реагенты, полупродукты и конечные продукты производства в количествах, превышающих установленные нормативы технологических потерь

4.содержащие вещества, на которые не установлены ПДК

5.которые с учетом местных условий могут быть использованы для орошения в сельском хозяйстве при соблюдении санитарных требований

6.в виде кубовых остатков и технологических отходов.

Согласно “Правил”, все водные объекты подразделяются на 2 типа: 1) хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, 2) используемые для рыбохозяйственных целей. В свою очередь первый тип подразделяется на две категории: 1) объекты, используемые для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и снабжения пищевых предприятий, 2) объекты, используемые для купания, спорта, отдыха и водоемы в черте населенных пунктов.

Второй тип водных объектов имеет тоже две категории: 1) объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду, 2) объекты используемые для всех других видов рыбохозяйственной деятельности. Но у

нас, конечно, как всегда, природоохранные органы перегнули палку и перевели почти все водоемы в разряд рыбохозяйственных водоемов и водотоков.

Для оценки санитарного состояния водной среды применяются следующие показатели:

- предельно допустимая концентрация химических веществ в воде

(ПДК);

-временная допустимая концентрация (ориентировочный безопасный уровень воздействия) химических веществ (ВДК);

-предельно допустимый сброс загрязняющих веществ в водный объект

(ПДС).

Причем необходимо отметить, что ПДК является основным условием очистки сточных вод.

Но эти показатели нами были рассмотрены на предыдущих лекциях, поэтому сейчас на них останавливаться не будем.

Вторым видом типизации вод является классификация их по целевому назначению (рис. 10).

ВОДА

Хозяйственно-питьевая Техническая Поливная

Подпиточная Оборотная Средообразующая Промывающая Реакционная

(добавочная)

Рис. 10. Классификация вод по целевому назначению

Как видно из рас. 10 вода расходуется на хозяйственно-питьевые цели, на полив и на технические цели.

А теперь о воде, которая используется в промышленности и на транспорте, что естественно должно вас интересовать прежде всего.

Воду, используемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую, технологическую и энергетическую.

Энергетическая вода может находиться как в системе водопользования при получении электроэнергии на ГЭС, так и системе водопотребления. В системе водопотребления эта вода служит средой для подачи тепла в системах централизованного теплоснабжения. Извините за тавтологию.

Охлаждающая вода служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. При этом она практически не соприкасается с минеральными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается, служа в дальнейшем источником теплового загрязнения

окружающей среды. В промышленности на нужды теплообмена расходуется 65-80% всего водопотребления. На крупных химических предприятиях потребление охлаждающей воды достигает 440 млн. м3/год. Суммарное количество воды, заключенное в системах охлаждения на предприятиях химической отрасли, составляет 20 млрд. м3/год.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную.

Средообразующую воду используют для растворения и образования производственных суспензий (пульп), при обогащении и переработке руд, для нужд гидротранспорта и в пищевой промышленности.

Промывающая вода служит для промывки газообразных, жидких и твердых материалов, а также мытья машин и аппаратов. В железнодорожном транспорте на промывку используют до 30% всей используемой в системе МПС воды.

Реакционная вода служит для использования в качестве химического или физико-химического реагента.

Согласно требованиям «Водного кодекса», система водообеспечения промышленных предприятий должна быть, как правило, с оборотом воды для всего предприятия или в виде замкнутых циклов для отдельных цехов. При этом необходимо предусматривать очистку отработанной воды. Последовательная или прямоточная система подачи воды на производственные нужды со сбросом очищенных сточных вод в водоем допускается только при невозможности или нецелесообразности применения оборотного водоснабжения. Принципиальные схемы оборотного водоснабжения приведены на рис. 11.

Таким образом, наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды, а значит и количества стоков - это создание оборотных систем водоснабжения. Использование оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление свежей воды. В отдельных отраслях ее доля составляет в настоящее время 75-90%.

Рис. 11. Принципиальные технологические схемы оборотного водоснабжения:

а) –с охлаждением воды; б) – с очисткой воды; в) – с очисткой и охлаждением воды:

П – производство; НС – насосная станция; ОХ – охлаждение воды; ОС – очистка воды

ОЧИСТКА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

Требования к качеству очищенных вод диктуется условиями их дальнейшего применения. Если они возвращаются в производственный цикл, то степень их очистки определяется технологическими требованиями самого производства. (Например, для производства радиодеталей, печатных плат, спиртных напитков, пива, хороших газированных вод и т.д. требуется очистка природных вод, т.к. они для этого считаются грязными). Если же очищенные воды сбрасываются в окружающую среду, то необходимая степень их очистки определяется нормативами ПДК, ПДВ и экологическими требованиями.

Выбор методов очистки зависит от состава сточных вод. Загрязнители сточных вод делятся на физические, биологические и химические. В свою очередь химические загрязнители делятся на:

-биологически нестойкие органические соединения;

-малотоксичные неорганические соли;

-нефтепродукты;

-биогенные соединения;

-вещества со специфическими токсичными свойствами, в том числе

тяжелые металлы и биологически жесткие неразлагающиеся органические вещества.

Очистка сточных вод осуществляется: механическими, физикохимическими, химическими и биологическими методами.

Механическая очистка применяется для выделения из сточной воды нерастворенных минеральных и органических примесей. Назначение механической очистки в основном заключается в подготовке производственных сточных вод к биологической, физико-химической и другой более тонкой очистке. Как правило, механическая очистка обеспечивает выделение взвешенных веществ из вод до 90-95% и снижение органических загрязнений на 20-25%.

Продукт, который получается при удалении взвешенных веществ из сточных вод, называется осадок.

Основные методы удаления взвешенных веществ: процеживание, отстаивание, фильтрация, центрифугирование.

Процеживание. Основными аппаратами для процеживания являются решетки. Решетки устанавливают на очистных станциях при поступлении на них сточных вод самотеком. Не применять решетки на очистных станциях допускается в случае подачи вод насосами с установленными перед ними решетками с прозорами 16 мм или менее. Решетки делятся:

1)с ручной или механизированной выгрузкой осадка

2)вертикальные и наклонные

3)решетки-дробилки

Здесь необходимо отметить, что решетки ставятся для извлечения из сточных вод крупных частиц размером более 10 мм. Все более мелкие частицы движутся со сточной водой на предварительное отстаивание.

Отстаивание. Метод отстаивания подразделяется на 2 группы:

1)осветление в поле гравитационных сил

2)осветление в поле центробежных сил.

Для осветления в поле гравитационных сил используют песколовки и отстойники.

Песколовки обычно используют для отделения из сточных вод минеральных частиц крупностью более 200 мкм. Их устанавливают при пропускной способности станции очистки сточных вод более 100 м3/сут. Песколовки задерживают 40-50% взвешенных веществ. Эффективность очистки определяется гидравлической крупностью. Гидравлической крупностью называется скорость оседания взвешенных частиц в поле гравитационных сил. Гидравлическая крупность (U) измеряется в мм/сек и определяется по формуле:

h

где Н – глубина проточной части песколовки или отстойника; τ – продолжительность отстаивания частиц в цилиндре с высотой столба

воды h = 500 мм при температуре 20оС;

n – показатель степени, определяемый по специальным таблицам. Он еще называется коэффициентом гравитационной коагуляции. При обычных условиях без добавки коагулянтов он изменяется от 0,5 до 2. При использовании коагулянтов он уменьшается до 0,35-0,75.

Исходя из этих показателей, можно рассчитать рабочую продолжительность протока сточной воды:

где w – вертикальная составляющая турбулентного потока, мм/с:

где v – скорость потока, м/с.

Расчетная длина сооружения определяется по формуле

К основным типам песколовок относятся: горизонтальные с прямолинейным или круговым движением воды, вертикальные, аэрируемые, тангенциальные со шнековым пескопромывателем.

Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной воды предназначены для удаления песка из производственных сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию. Они рассчитаны на

производительность 1400-70000 м3/сут. Широкое применение находят горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды (рис. 3.4), в состав которой входят входной патрубок 1, выпускной коллектор 4 и песковый приямок (шламосборник) 3.

Рис. 3.4. Схема горизонтальной песколовки:

1 – входной патрубок; 2 – корпус песколовки; 3 – шламосборник (песковый приямок); 4 – выпускной коллектор

Горизонтальные песколовки этого типа обладают пропускной способностью 70-280 тыс.м3/сут. Скорость движения сточных вод составляет 0,15-0,3 м/сек, продолжительность пребывания в рабочей зоне около 1 мин.

Вертикальные песколовки (рис. 3.5) состоят из входной трубы 1, перегородки 2 для изменения направления движения очищаемой воды, шламосборника 3 и выходной трубы 5. В шламосборнике предусмотрено отверстие 4 для удаления шлама. Вертикальные песколовки имеют линейную скорость 0,03-0,04 м/сек, продолжительность пребывания потока в рабочей зоне 2-2,5 мин, а гидравлическая крупность – до 25 мм/сек.

Для разделения механических загрязнений по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки (рис. 3.6), в состав которых входят входная труба 2, воздуховод, воздухораспределители 3, выходная труба 4, шламосборник 5 с отверстием 6 для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются, как и в горизонтальных песколовках. Мелкие же частицы, обволакиваются пузырьками воздуха, всплывают наверх и с помощью скребковых механизмов удаляются с поверхности. Длина таких песколовок определяется по формуле

Рис. 3.5. Схема вертикальной песколовки:

1 – входная труба; 2 – перегородка; 3 – шламосборник; 4 – отверстие для удаления шлама; 5 – выходная труба

Рис. 3.6. Схема аэрируемой песколовки:

1 – входная труба; 2 – воздуховод; 3 – воздухораспределители; 4 – выходная труба; 5 – шламосборник; 6 – отверстие для удаления шлама

Аэрируемые песколовки применяются для выделения из сточной воды минеральных частиц гидравлической крупностью 13-18 мм/сек. Скорость движения сточных вод составляет 0,08-0,12 м/сек.

Усреднители применяют для регулирования состава и расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения, что позволяет повысить эффективность и надежность устройств механической, биологической и физико-химической очистки. Экономический эффект достигается за счет выравнивания пиковых концентраций и расходов сточных вод, поступающих на очистку.

Конструктивно усреднители представляют собой прямоугольные резервуары, изготовленные из железобетона. В отечественной практике применяют усреднители, действующие по принципу дифференцирования потока, и усреднители с перемешиванием поступающей сточной воды.

Схема усреднителя с дифференцированием потока сточных вод представлена на рис. 3.7. Принцип работы этого усреднителя заключается в следующем: сточная вода после очистки на решетках и песколовках попадает в распределительный колодец 8, из которого по желобам направляется в коридоры усреднителя 3 и собирается затем в диагональные лотки 4, из них сточная вода поступает в выпускную камеру 5. Эффективность усреднения по концентрации достигается за счет разного времени добегания отдельных порций сточной воды к сборному лотку. Типовой усреднитель состоит из 4-6 параллельно расположенных коридоров.

Рис. 3.7. Схема усреднителя прямоугольной формы с дифференцированием потока сточных вод:

1 – входной патрубок с шибером; 2 – диагональная перегородка; 3 – коридоры; 4 – сборные лотки; 5 – выпускная камера; 6 – выходной патрубок; 7 – желоб для подачи сточных вод; 8 – распределительный колодец

Кроме того, при очистке производственных сточных вод применяют усреднители барботажного типа суммарной вместимостью 600, 900, 1200, 1800 м3, а также радиальные отстойники-усреднители, в которых совмещены процессы отстаивания и усреднения. Разработаны также конструкции усреднителей, обеспечивающих поддержание расчетной величины усредненного расхода выпускаемой воды.

Отстойники. Как правило, в отстойниках отделяются частицы меньших размеров, чем в песколовках, что определяет большее разнообразие отстойников перед песколовками. Некоторые из конструкций этих аппаратов показаны на рис. 3.8.

Все аппараты отстойники делятся на 2 типа: периодического и непрерывного действия.

Типы аппаратов отстойников непрерывного действия: вертикальные, горизонтальные, радиальные.

Рис. 3.8. Отстойники:

а – горизонтальный: 1 – входной лоток; 2 – отстойная камера; 3 – выходной лоток;

4– приямок;

б– вертикальный: 1 – цилиндрическая часть; 2 – центральная труба; 3 – желоб,

4– коническая часть;

в– радиальный: 1 – корпус; 2 – желоб; 3 – распределительное устройство; 4 –

успокоительная камера; 5 – скребковый механизм;

г– трубчатый;

д– с наклонными пластинами: 1 – корпус; 2 – пластины; 3 – шламоприемник