Методы очистки сточных вод

Источники загрязнения водоемов

Загрязнение воды – изменение  физических, химических и биологических свойств воды, а также увеличение содержания в ней загрязняющих веществ различного происхождения, после чего вода становится не пригодной к употреблению. В любом случае загрязняющие вещества, поступающие в воду, меняют либо ее физические характеристики, либо химический состав. Загрязняющие вещества разделяются на две группы: вещества, изменяющиеся  в воде свои свойства с течением времени, и вещества, которые не меняют своих свойств. В основнеом в первую группу входят промышленные и бытовые стоки, состоящие из органических компонентов, к примеру, отходы целлюлозно-бумажных предприятий; во вторую группу входят неорганические вещества, такие как хлориды, сульфаты карбонаты и другие соли.

Загрязнение вод бывает следующих видов:

химическое - содержание в воде токсичных и нетоксичных веществ органического и неорганического происхожения;

механическое – повышенное содержание мехпримесей,  что свойственно поверхностному виду загрязнений;

тепловое  - попадание в водную среду горячей и подогретой воды от ТЭС и АЭС;

радиоактивное - попадание радиоактивных веществ в поверхностные или подземные воды;

биологическое (бактериальное) - присутствие в водах разных патогенных микроорганизмов, например грибки и водоросли.

Главным источником загрязнений и засорений водоема является неочищенная или недостаточно очищенная сточная вода промышленных и бытовых предприятий. Другими источниками загрязнений являются сточные воды животноводческого хозяйства, различные отходы при добыче и производстве руд, нефти, газа, каменного угля и других полезных ископаемых.

В настоящее время основные загрязняющие вещества рек, озер, морей и океанов – это нефть и ее нефтепродуктынних водоемов, вод и морей. При концентрации всего 12 г нефти на тонну воды она становится уже непригодной для употребления.

Радиоактивные отходы атомных электростанций также загрязняют водоемы. Сточные воды атомных электростанций обладают повышенной радиоактивностью (более 100 кюри на 1л воды).

Горячие и теплые сточные воды тепловых электростанций и других предприятий  наносят “тепловые загрязнения”, которые угрожают весьма серьезными последствиями: содержание кислорода в теплой воде уменьшается, из-за чего происходит резкое изменение термического режима, что пагубно влияет на флору и фауну водной среды.

      1.3 Влияние загрязнения

Уменьшение содержания кислорода. В сточной воде содержится некоторое количество органических веществ.. По нормативным документам в проекте муниципального очистного сооружения для нейтрализации органических веществ, которые содержатся в одном литре коммунальных сточных вод при средней температуре 20°С, потребуется приблизительно 250 мг активного кислорода в течении пяти дней. При концентрации кислорода меньше определенной нормы, начинает гибнуть рыба и прочие обитатели водоёмов, в связи с этим увеличиваются объемы разложения.

Образования газов. Аммиак - основной продукт биологического разложения животных белков и выделений.  При отсутствии кислорода аммиак не может окисляться, поэтому его концентрация в воде остается неизменной. Со временем в таком водоеме образуется зарастание, и он превращается в болото.

Влияние теплового загрязнения. Вода, используемая в тепловой электростанции при охлаждении пара, сильно нагревается в среднем на 5 - 12°С, а иногда на 20°С. Показатели плотности и вязкости горячей и теплой воды отличаются от показателей воды с температурой принимающего водоема, из-за чего они смешиваются постепенно.

Накопление токсичных органических веществ. У уникальных химических структур пестицидов наблюдается стойкость к процессам химических и биологических разложений. Эти химикаты, растворенные в дождевой воде и поглощенные частицами почвы, вымываются и затем попадают в грунтовые воды, в реки, в которых происходит также дренирование сельскохозяйственных угодий, после чего накапливаются в рыбе и других организмах водоемов.

Влияние радиоактивных загрязнений. В живых организмах и в их пищевых цепях может аккумулироваться ряд радиоактивных изотопов, или радионуклидов (радиоактивных форм химических элементов), виду своей устойчивости по своей природе.

Влияние токсичных металлов. Токсичность металлов, таких как ртуть, мышьяк, кадмий и свинец обусловлена их кумулятивным эффектом. Ртуть, которая содержится в промышленной сточной воде, осаждается в донном илистом отложении в реках и озерах.

Методы очистки сточных вод

Очистка сточных вод – это переработка сточной воды, в процессе которой разрушаются или удаляются из нее вредные вещества. Очистка сточной воды бывает нескольких методов: химической, механической, физико-химической и биологической.

Механический метод заключается в том, что из сточной воды с помощью физических процессов отстаивания и фильтрации из воды удаляются механические примеси. Грубые дисперсные частицы в зависимости от размера могут улавливаться следующими механическими аппаратами: решета, сита, песколовки, септики, навозоуловители разных конструкций. Поверхностные загрязнения (мелкие дисперсные частицы) улавливаются с помощью нефтеловушек, бензомаслоуловителей, отстойников и др. При механической очистке удается выделить из бытовых сточных вод до 65-80% нерастворимых примесей, а из промышленных сточных вод до 95%.

Химический метод очищения заключается в добавлении в сточные воды различных химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязнителями и осаждающих их в виде нерастворимых или плохо растворимых осадков. При химической очистке удается уменьшить содержание нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

Физико-химический метод обработки из сточной воды заключается в удалении тонко дисперсных и растворенных неорганических примесей и разрушении органических и плохо окисляемых веществ. Основными процессами физико-химического метода очистки являются коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Загрязненная сточная вода очищается также при помощи ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления. Большое распространение получила очистка с помощью хлорирования.

Биологический метод заключается в использовании закономерности биохимической и физиологической самоочистки рек и прочих водоемов. Очистку сточной воды проводят в биологических устройствах: биофильтре, биологических прудах и аэротенках.

Аэротенк - огромный резервуар из железобетона, где очищение происходит за счет активного ила из бактерий и микроскопических организмов. При оптимальных условиях все эти микроорганизмы будут бурно развиваться в аэротенке. Под оптимальными условиями подразумевают большое содержание органических веществ сточной воды и избыток кислорода, который поступает в аэротенк с помощью потока подаваемого воздуха. Микроорганизмы, склеиваясь в хлопьевидные образования, выделяют ряд ферментов, минерализуя и тем самым собирая в хлопья большинство органических загрязнений. Ил с хлопьями под силой тяжести начинает оседать и отделяться от очищаемой воды.

     2 Экспериментальная часть

В процессе изучения литературы о методах очистки воды, нами было выявлено, что существующие методы обладают существенными недостатками, главный из которых большое количество потребляемой электроэнергии. При очистке воды электрическими методами, значительная часть электрической энергии расходуется на нагрев воды и только некоторая часть производит очистку. Поскольку известно, что тепловое действие тока определяется квадратом величины тока, то нам представилось интересным исследовать возможность очистки воды при помощи электрических методов, используя токи значительной величины и высокого напряжения. Для уменьшения потребления электроэнергии предполагается электрическое воздействие производить не постоянно, а импульсно со скважностью 10 и более. Для проведения данных экспериментов нами был разработан источник высокого напряжения.