Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите про биологическую очистку сточных вод, её назначение и применимость.

2. Какие факторы влияют на качество биологической очистки сточных вод?

3. Дайте понятия анаэробного и аэробного процессов.

4. Охарактеризуйте сооружения, применяемые для биохимической очистки.

5. Расскажите про три стадии биологической очистки сточных вод.

6. Какие применяются методы утилизации осадков сточных вод и активного ила?

Практическая работа 8 обеззараживание сточных вод

Цель работы: изучить методы обеззараживания сточных вод и факторы, влияющие на качество процессов, рассмотреть применимость хлорирования и озонирования в природоохранной практике, достоинства и недостатки этих способов.

Теоретические сведения

Дезинфекция (обеззараживание) сточных вод производится для уничтожения содержащихся в них патогенных микробов и устранения опасности заражения водоёма этими микробами при спуске в него очищенных сточных вод.

Действующие «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» требуют, чтобы сточная вода не содержала возбудителей заболеваний.

Обеззараживание сточных вод может производиться различными способами, но наибольшее распространение получили методы хлорирования и озонирования.

Хлорирование

Хлор, как окислитель, в зависимости от значений рН раствора, может находиться в виде различных соединений.

В сильнокислой среде возможно присутствие только молекулярного хлора. По мере уменьшения кислотности появляется хлорноватистая кислота (HOCl), а при щелочном значении рН – гипохлориты.

Сущность обеззараживающего действия хлора заключается в окислении и инактивации ферментов, входящих в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего последние гибнут. Бактерицидный эффект хлора в значительной степени зависит от начальной его дозы и продолжительности контакта с водой. Количество активного хлора, вводимого при дезинфекции на единицу объема сточных вод, называют дозой хлора, выражаемой в мг\л или г\м3 воды.

Взаимодействие газообразного хлора с водой является обратимым процессом и протекает по уравнению:

Cl₂ + H₂O ↔ HCl + HOCl

При этом образуются соляная HCl и хлорноватистая HOCl кислоты. Хлорноватистая кислота неустойчива и легко распадается, образуя соляную кислоту и выделяя атом кислорода, который окисляет бактерии.

Кроме того, при хлорировании сточной воды собственно хлор непосредственно действует на бактериальную клетку, соединятся с веществами, входящими в ее протоплазму, и вызывает гибель патогенных бактерий.

Хлорирование загрязнённой примесями сточной воды не даёт надёжных результатов, т.к. крупные частицы взвешенных веществ препятствуют дезинфицирующему действию хлора на бактерии, находящиеся внутри этих частиц. Поэтому эффективно дезинфицировать можно только сточные воды, предварительно освобождённые от взвешенных веществ.

Высокая окислительная способность хлора и некоторых хлорсодержащих агентов, например, диоксида хлора, гипохлоритов, позволяет применять их для очистки сточных вод от некоторых органических и неорганических примесей, например, таких как тетраэтилсвинец (ТЭС).

При введении хлора или хлорсодержащих агентов в сточную воду протекают реакции взаимодействия их с водой и органическими и неорганическими соединениями.

ТЭС является сильнотоксичным веществом, которое преимущественно содержится в сточных водах нефтехимических производств. Высокая токсичность тетраэтилсвинца, исключающая его сброс в водоемы и нежелательное содержание в оборотных водах, обуславливает необходимость его обязательного обезвреживания.

Хлорирование – один из распространённых методов обеззараживания сточных вод. Однако, недостаточная глубина окисления некоторых примесей; образование вторичных продуктов реакции, часто более токсичных, чем исходное вещество (например, хлорфенол); высокая токсичность самого хлора и многих хлорсодержащих агентов позволяют рекомендовать этот метод лишь для доочистки сточных вод определённого состава, не требующих значительных расходов активного хлора.

В настоящее время из-за токсичности хлора широко применяются такие методы обеззараживания, как озонирование, воздействие ультразвуком, обработка УФ-лучами. Например, на Ачинском НПЗ в 2002 году была введена в эксплуатацию установка УФ-обеззараживания НПО «Лит», а хлораторная станция законсервирована.

Озонирование

Озон – газ синего цвета, плотность которого при атмосферном давлении 2,14 г/л, температура кипения - 112 °С. В условиях атмосферного давления (100 кПа) в чистой воде при 0 °С растворяется 1,42 г/л; при 10 °С – 1,04 г/л; при 30 °С – 0,45 г/л озона. На растворимость озона в воде оказывают влияние примеси и значения pH. При наличии кислот и солей она увеличивается, а в щелочных растворах уменьшается. Озон самопроизвольно распадается на воздухе и в водных растворах, превращаясь в молекулу и атом кислорода. Скорость распада возрастает с увеличением солесодержания, pH и температуры воды. Существенным преимуществом озонирования является то, что в воде не увеличивается солесодержание, а сам процесс легко поддается полной автоматизации. При озонировании наряду с окислением органических веществ происходит обесцвечивание, дезодорация и обеззараживание воды, а также насыщение её кислородом. Процесс окисления с озоном идет в 15–20 раз быстрее, чем с хлором; в сточные и оборотные воды не вносится никаких дополнительных примесей.

Исследования показали, что для уничтожения вредных и болезнетворных микроорганизмов требуются примерно одинаковые дозы хлора и озона. При сильном бактериальном загрязнении сточных вод большие дозы озона не вызывают неприятного запаха и вкуса, а в то время как массовое применение хлора и его соединений придает воде неприятный запах. Кроме того, озон может использоваться для обесцвечивания и дезодорации воды, очистки её от таких вредных примесей как: ПАВ, фенолы, пестициды, тетраэтилсвинец и др., а также для окисления токсичных веществ до более простых и менее вредных соединений. Также при озонировании вода обогащается кислородом, что полезно при сбросе очищенных вод в естественные водоемы.

Основным способом получения озона является воздействие электрического разряда на кислород воздуха в промышленных аппаратах, называемых озонаторами. Препятствием для широкого применения метода озонирования является высокая стоимость получения реагента, связанная с большим расходом электроэнергии. Расход электроэнергии на получение 1кг озона из хорошо осушенного воздуха для озонаторов колеблется от 13 до 29 кВт/ч, а из неосушенного – от 43 до 57 кВт/ч. Расход электроэнергии на осушение воздуха и его сжатие для получения одного килограмма озона составляет 6–10 кВт/ч.

Кроме того, озон и его водные растворы обладают высокими коррозионными свойствами по отношению к углеродистой стали, чугуну, меди, резине и другим материалам. Озон также токсичен, его предельно допустимое содержание в воздухе помещений 0,1 мг/м³.

Обязательным условием успешного озонирования является предварительное освобождение сточных вод от механических примесей.

В последние годы в практике очистки сточных и оборотных вод всё чаще стали применять методы жидкофазного окисления органических соединений кислородом воздуха при аэрировании. При таком окислении возможно снижение химического потребления кислорода (ХПК) сточной воды на 80–85 % при исходной величине 160–200г О₂/м³ и полное обесцвечивание сточной и оборотной воды. С целью интенсификации процесса аэрацию проводят в присутствии катализаторов или инициаторов окисления. В качестве инициаторов могут использоваться стальные шары, алюминиевые цилиндры, горелая порода. В результате такой обработки ХПК воды в ряде случаев снижается на 90 %.

В качестве катализаторов окисления трудноокисляемых органических соединений могут быть использованы гранулированные высокопористые сорбенты с высокоразвитой удельной поверхностью и, в частности, активированные угли или ионообменные смолы.