Содержание
Сточные воды, образуются в процессе жизнедеятельности человека, поступая в водоемы, становятся одним из наиболее серьезных источников загрязнений, негативно влияющих на здоровье человека. Для сокращения загрязненности водоемов, применяется комплекс мероприятий по очистке сточных вод – удалению из них загрязнений. Стоки, в зависимости от их происхождения, подразделяются на следующие виды:
- Бытовые или хозяйственно-фекальные, к которым относятся поступления от жилой застройки и общественных зданий;
- Производственные – образующиеся в технологических процессах и отводимые с территорий промышленных предприятий;
- Дождевые, собираемые при выпадении дождей, таянии снега и мойки территорий.
Для сокращения загрязненности водоемов, применяется комплекс мероприятий по очистке сточных вод – удалению из них загрязнений
Виды загрязнений
Стоки различного происхождения, содержат разнообразные загрязняющие вещества.
Бытовые загрязнены всевозможными органическими примесями, в том числе остатками пищи, и несут в себе огромное количество бактерий, как нейтральных, так и болезнетворных. Основная задача обработки таких стоков – извлечение крупных и мелких включений, окисление содержащейся в них органики, с целью снижения нагрузки на окружающую среду и дезинфекция.
Производственные стоки, также в зависимости от характера их образования, могут содержать разнообразные органические ингредиенты, например сток молокозаводов, минеральные включения и другие, вредные для жизни соединения. Жидкие отходы, образующиеся на предприятиях металлообработки, имеют в своем составе металлы, в том числе тяжелые, которые при попадании в организм человека могут оказать негативное влияние на его здоровье.
Дождевые стоки смывают с территорий органические примеси, взвешенные частицы (песок, глина и т.д.) и нефтепродукты.
Для очистки применяют различные способы, которые зависят от природы образования жидкостей, их состава и количества. Рассмотрим методы обработки хозяйственно-бытовых вод, т.к. они составляют наибольшую часть стоков.
Методы очистки хозбытовых сточных вод
Сточные воды, поступая на очистные сооружения, проходят несколько ступеней переработки:
- механическая;
- биологическая;
- обеззараживание.
Механическая очистка
Для механической стадии применяют следующее оборудование: решетки, песколовки, отстойники, фильтры. Первое сооружение, на которое попадают стоки – решетки. Представляют собой набор стержней, установленных вертикально или с наклоном на которые крупные включения задерживаются. Рекомендованный прозор между прутьями – 16 мм. Задержанный мусор с решеток удаляется вручную (для малых станций) или с помощью механических граблей. Собранный мусор собирается в специальный контейнер, затем вывозится на свалку.
Следующий этап – отстаивание в песколовках, которые представляют собой прямоугольные или круглые в плане сооружения. При поступлении в песколовку, скорость движения снижается, и оседают тяжелые ингредиенты, в основном минерального происхождения (песок). Эти частицы несут на себе все загрязняющие вещества. Песок оседает на дно песколовки, перемещается скребками или смывается в пониженную часть в приямок, затем насосами или водоструйными аппаратами удаляется на песковую площадку. После подсушивания песок должен быть обеззаражен и может применяться, в том числе для планировочных работ.
После предварительной очистки вода поступает в первичные отстойники, которые в зависимости от направления движения в них, подразделяются на горизонтальные, радиальные и вертикальные. Выбор определяется производительностью сооружений. При небольшой производительности, могут применяться вертикальные, при средней – горизонтальные, для больших станций используют радиальные. Принцип действия отстойников одинаков – при снижении скорости движения выделяются примеси различной крупности. Скорость движения в отстойных сооружениях определяется нормативными документами. Примеси оседают на дно, затем скребками, струями жидкости или под действием собственного веса перемещаются к приямкам, затем перекачиваются для дальнейшей переработки. Существуют разнообразные методы интенсификации отстаивания, в первую очередь это реагентная обработка, когда добавляют химические вещества, способствующие укрупнению взвешенных частиц. Более крупные частицы оседают быстрее. Другой способ – тонкослойное отстаивание, когда в отстойник помещают набор полок и процесс идет быстрее, за счет уменьшения высоты оседания.
Вторичные отстойники относятся к конструкциям мехочистки, но располагаются после стадии биологической очистки, которую рассмотрим в следующем разделе. Вторичные, так же как и первичные подразделяются на горизонтальные, радиальные и вертикальные, но выделяются в них не взвешенные вещества, а активный ил, который образуется в аэротенках или биофильтрах.
Следующий этап – отстаивание в песколовках, которые представляют собой прямоугольные или круглые в плане сооружения.
Для глубокой доочистки от загрязнений применяют фильтрование. Процесс этот завершает технологическую схему и используются в случаях жестких требований к качеству стока, сбрасываемого в водные объекты. Доочистку выполняют на фильтрах разных конструкций, выбор которых зависит от производительности сооружений и загрязнений. Фильтрование осуществляется через различные загрузки, преимущественно природные материалы различной крупности, наиболее популярный из которых – кварцевый песок.
Биологическая очистка
Отстоянные стоки поступают в аэротенки – установки биологической окисления. В аэротенках воды смешиваются с активным илом – хлопьевидными соединениями бактерий, сюда же подается воздух в виде мелких пузырей. Бактерии в присутствии воздуха активно поглощают органические ингредиенты, происходит их окисление и увеличение количества активного ила. Смесь перетекает во вторичный отстойник, где ил оседает, затем часть ила отводится на обработку, часть возвращается в аэротенк. При небольшой производительности вместо аэротенков применяются биофильтры – конструкции башенного типа, заполненные специальной загрузкой и вентилируемых снизу. Бактерии поселяются на загрузке. Жидкость, двигаясь сверху вниз через загрузку, контактирует с бактериями в присутствии воздуха и интенсивно очищается.
Обеззараживание
Очищенные жидкости содержат большое количество бактерий, в том числе патогенных, поэтому перед сбросом в водоем они должны быть обеззаражены. Для дезинфекции применяются:
- санобработка хлорсодержашими реагентами;
- озонирование;
- ультра-фиолетовое облучение.
Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки. Хлорирование подразумевает применение хлора – токсичного вещества, поэтому работа с ним требует особой осторожности. Жидкость после хлорирования должна быть выдержана не менее получаса для удаления хлорных соединений. Для этого применяют контактные резервуары.
Очищенные жидкости содержат большое количество бактерий, в том числе патогенных, поэтому перед сбросом в водоем они должны быть обеззаражены
Такие резервуары при большой производительности, занимают значительные площади. Озонирование – дорогостоящая энергоемкая процедура и осуществляется в герметичных конструкциях. УФ обеззараживание ограниченно по производительности.
Обработка осадков
В процессе переработки хозбытовых стоков, в первичных отстойниках происходит выделение первичного осадка, после аэротенков, во вторичных отстойниках выделяется активный ил.
Переработка и последующая утилизация образующихся осадков – одна из наиболее серьезных задач канализации. Сложность задачи определяется их большим объемом и свойствами. Ка кправило, осадки – это труднофильтруемые суспензии органического происхождения. Объем их, в зависимости от состава и технологической схемы, составляет 0,5 – 10 % от расхода поступающего на очистные комплексы. Их влажность составляет 90 – 99 %, большая часть влаги находится в связанном состоянии. Содержащиеся в них бактерии и гельминты требуют проведения серьезного обеззараживания перед дальнейшим использованием.
Переработка и последующая утилизация образующихся осадков – одна из наиболее серьезных задач канализации.
Для перевода основной части органики в минеральную форму, используют метановое сбраживание и аэробную стабилизацию. Метановое сбраживание производится в метантенках, где под действием высокой температуры происходит минерализация осадка, при этом выделяется газ – метан, который также можно использовать на очистных сооружениях для собственных нужд. Сложность заключается в загрязненности газа примесями. При сбраживании, кроме минерализации, решается вопрос обеззараживание.
Аэробная стабилизация применяется для минерализации активного или. Процесс представляет собой активную аэрацию ила в сооружениях аналогичных аэротенкам. Следующим этапом переработки осадков является их обезвоживание. Для обезвоживания используют естественные методы (подсушивание на иловых площадках) и механические (на ленточных или камерных фильтр-прессах, центрифугах, вакуум-фильтрах). Перед обезвоживанием, для перевода влаги из связанной формы в свободную, обрабатывают реагентами или флокулянтами. Обезвоженный осадок влажностью 70 – 80 % (зависит от способа обезвоживания), подается на дальнейшую переработку – обеззараживание – в основном термическими методами.
После дезинфекции осадок пригоден к использованию в качестве ценного удобрения.
Станция для очистки сточных вод
В производстве суспензионного поливинилхлорида образуются следующие виды сточных вод:
технические, образующиеся в процессе получения поливинилхлорида из обессоленной воды, входящей в состав водной фазы полимеризации (маточник);
промывные воды, образующиеся в результате промывки обессоленной водой оборудования и смыва полов;
затворные воды, отходящие от уплотнения насосов;
воды от охлаждения оборудования, не содержащие загрязняющих веществ.
Все сточные воды, загрязненные примесью винилхлорида, подвергаются очистке от винилхлорида путем дегазации суспензии и сточных вод.
Очищенные сточные воды из корпуса поступают на доочистку на БОС.
Мероприятия по охране водных ресурсов и воздушного бассейна
В производстве поливинилхлорид основными продуктами, влияющими на загрязнение окружающей природной среды являются винилхлорид и поливинилхлорид. В соответствии с проектом технологической схемы в производстве ПВХ реализованы меры, позволяющие снизить выбросы винилхлорида в атмосферу и водоемы, исключить не утилизируемые отходы ПВХ, сократить количество вредных веществ, сбрасываемых со сточными водами на биологические очистные сооружения.
Мероприятия по охране атмосферного воздуха
В дипломной работе предусмотрены следующие мероприятия по охране воздушного бассейна.
Глубокая дегазация суспензии ПВХ
Дегазация суспензии ПВХ проводится в две стадии, что позволяет сократить выброс винилхлорида с сушильным воздухом и обеспечить содержание винилхлорида в готовом продукте на уровне требований ГОСТ 14332-78 “Поливинилхлорид суспензионный”. Одновременно с этим, дегазация суспензии сокращает выброс винилхлорида с маточником в систему водного хозяйства (биологические очистные сооружения, водоем).
Дегазация сточной воды
Проводится с целью извлечения из воды растворенного в ней винилхлорида и сокращения выделения его из воды в атмосферу при обработке ее на биологических очистных сооружениях (БОС).
Мероприятия по рациональному использованию и охране поверхностных вод от загрязнения
Для предупреждения вредного воздействия химических продуктов на окружающую природную среду при остановке оборудования на ремонт, а также при возникновении аварийных ситуаций, емкостное и насосное оборудование во всех корпусах производства имеет дренажи для опорожнения в приямки с откачкой жидкости в свободные емкости.
Предусмотренная технологической схемой дегазация суспензии наряду с повышением товарных свойств смолы ПВХ и сокращением выбросов винилхлорида в атмосферу обеспечивает снижение содержания винилхлорида в маточнике, образовавшемся при выделении смолы на центрифугах, до уровня, позволяющего использовать около 50% его повторно взамен свежей обессоленной воды, а остальную часть сбрасывать вместе со сточной водой на биологические очистные сооружения после очистки.
Разработка лабораторного контроля процесса
Одной из важнейших стадий технологического процесса является лабораторный контроль.
Лабораторный контроль обеспечивает следующие задачи: нормальную работу установки в течении всего рабочего цикла, выпуск продукции заданного качества, безаварийную работу.
Для оценки качества исходных компонентов используется контроль за ходом технологического процесса.
Лабораторный контроль процесса полимеризации винилхлорида осуществляется газохроматографическим методом (ГХ); газожидкостной хроматографией (ГЖХ); атомноадсорбционная спектрофотометрия (ААСФМ) для определения содержания металлов в промышленной воде технологического процесса.
Разделение компонентов в газовой хроматографии происходит в результате процессов адсорбции — десорбции на поверхности твёрдого носителя — адсорбента при прохождении газовой подвижной фазы.
Процесс разделения заключается в следующем. Газовой смесью, состоящей из нескольких компонентов, насыщают верхний слой адсорбента, помещённого в хроматографическую колонку. Затем через колонку пропускают инертный газ — носитель. Вследствие повторения актов адсорбции и десорбции происходит разделение смеси на компоненты. При выходе из колонки вещества идентифицируют и определяют количественно.
Лабораторный контроль технологического процесса полимеризации винилхлорида приведён в таблице 7.1.
Заключение
В дипломной работе для достижения поставленной цели:
1. Определены оптимальные условия реакции полимеризации винилхлорида, соотношение исходных продуктов. Технологический процесс получения суспензионного поливинилхлорида состоит из трех стадий: стадии полимеризации винилхлорида, стадии дегазации суспензии в емкостных дегазаторах и стадии сушки и рассева поливинилхлорида.
2. Произведён расчёт материального баланса процесса полимеризации винилхлорида. Показано, что для производства 100 тыс. т/год готового продукта — поливинилхлорида требуется 47850 т/год винилхлорида и 59895 т/год обессоленной воды. Отходы производства вместе с незаполимеризовавшимся винилхлоридом составляют 9548,484 т/год (8,788% полученных в результате полимеризации винилхлорида продуктов), а потери — 1088,955 т/год (1% полученных в результате полимеризации винилхлорида продуктов).
3. Спроектирована система контрольно-измерительных приборов и аппаратуры для данного технологического процесса.
4. Исследовано качество сырья и конечного продукта. Показано, что в процессе производства суспензионного поливинилхлорида образуются газообразные, жидкие и твердые отходы.
5. Определены методы лабораторного контроля процесса полимеризации винилхлорида.
6. Разработаны мероприятия по обеспечению безопасности труда на производстве и охраны окружающей среды.
Выделяют следующие виды водоохранных мероприятий:
- 1. Мероприятия, направленные на совершенствование самой технологии использования воды. Это сокращение потребления воды на единицу произведенной продукции, применение оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, борьба с потерями воды на производстве и т.д. Оборотное водоснабжение — это относительно быстрое повторное поступление использованной воды в технологические циклы после ее очистки. При повторно-последовательном водоснабжении вся отработанная вода направляется для вторичного использования в другом производстве без промежуточной очистки. В США одна и та же вода в среднем используется девять раз перед сбросом. В Японии процент оборотного водоснабжения вырос до 74%.
- 2. Мероприятия по очистке сточных вод.
- 3. Мероприятия, осуществляемые непосредственно на водоемах. К ним относится очистка водной поверхности от нефтяной пленки и плавающих предметов, удаление загрязненного грунта, периодическая уборка макрофитов. В Великобритании разработан метод очистки воды от нефти с помощью специального вещества, которое почти не оказывает влияния на морскую фауну. Нефть, обработанная таким веществом, быстро коагулируется в комки, которые оседают на дно, смешиваются с илом и разлагаются бактериями.
- 4. Мероприятия, проводимые на водосборе. Это создание водоохранных зон и лесозащитных полос, проведение противоэрозионных мероприятий, строительство прудов, организация безопасной технологии складирования, использования минеральных удобрений, ядохимикатов и др.
В водоохранную зону включается пойма реки, склоны надпойменной террасы, прибрежная овражно-балочная сеть. Минимальная ее ширина устанавливается в зависимости от длины реки. При расстоянии от истока реки до 10 км, ширина — 15м, 10-50 км — 100 м, 50-100 км — 200 м, > 100 км — 300 м. Ширина водоохранной зоны для озер и водохранилищ с площадью акватории до 2 км принимается в 300 м, с большей площадью — 500 м. Внутри водоохранной зоны выделяют прибрежную водоохранную полосу — это территория строгого ограничения хозяйственной деятельности. Она используется под сенокосы и для лесных полос. В водоохранной зоне запрещается содержание гаражей, складов, прудов-накопителей, размещение животноводческих комплексов и ферм, строительство новых предприятий, стоянок автомашин. Не разрешается размещать склады удобрений, ядохимикатов, свалки.
Очистка сточных вод осуществляется механическими, химическими, физико-химическими, биологическими методами. Наиболее дешевая — механическая очистка сточных вод применяется для выделения взвесей. Основными формами очистки являются процеживание, отстаивание, фильтрование. Методы механической очистки применяются во всех отраслях народного хозяйства в качестве предварительного этапа. Этот способ очистки является основным в металлургии, горнорудной и горно-химической промышленности Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 2/3 нерастворимых примесей, а из промышленных — более 9/10.
Химическая очистка сточных вод применяется для выделения неорганических примесей. При обработке сточных вод реагентами происходит их нейтрализация, выделение растворенных соединений, обесцвечивание и обеззараживание стоков. Химические методы позволяют очищать сточные воды со значительными колебаниями в них концентраций загрязняющих веществ. Определенным недостатком метода является накопление в процессе очистки значительного количества осадков.
Физико-химическая очистка применяется для очистки сточных вод от грубо- и мелкодисперсионных частиц, коллоидных примесей, растворенных соединений. Это высокопроизводительный способ очистки, но отличается высокой стоимостью. К физико-химическим методам относится флотация, экстракция, адсорбция, ионный обмен и др.
Флотация ускоряет осветление промышленных сточных вод и удаляет из них взвешенные вещества, нефть, нефтепродукты, жиры, поверхностно-активные вещества. Сущность этого процесса состоит в насыщении стоков воздухом, к пузырькам которого прилипают частицы твердых веществ, всплывающие на поверхность.
Адсорбцию применяют при невысоком содержании органических веществ в сточных водах. В качестве адсорбента используется активированный уголь и органические, синтетические сорбенты. При ионообменном способе очистки легкие ионы водорода или ионы щелочных металлов замещаются на ионы цветных и тяжелых металлов. При этом удаляемое вещество концентрируется, а не разрушается. Для этого способа применяют синтетические ионообменные смолы.
Окисление — один из перспективных методов очистки сточных вод. Используется озон, хлор, диоксид хлора, перманганат калия и другие окислители, позволяющие окислять остаточные растворенные в воде, устойчивые к биологическому разрушению органические вещества. При эвапорации сточные воды нагревают до кипения. Насыщенный водяной пар извлекает из воды примеси. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задерживаются.
Биологический метод очистки сточных вод применяется для удаления растворенных органических соединений. Метод основан на способности микроорганизмов разлагать растворенные органические соединения. Биологическая очистка осуществляется как в очистных сооружениях, так и в естественных условиях. К недостаткам метода относится способность активного ила увеличиваться в размерах при перегрузке очистных сооружений и выносить в водоемы после очистки соединения азота и фосфора. Имеется несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.
В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биохимического окисления.
В биологических прудах в очистке сточных вод участвуют все организмы, населяющие водоем. Заросли камыша наряду с бактериями и водорослями выполняют роль живых фильтров, поглощающих многие загрязняющие вещества, уничтожают своими выделениями болезнетворные бактерии. Густые заросли тростника на площади 1 га поглощают из воды и почвы и аккумулируют в своих тканях до 5-6 т различных солей. За сутки с 1га водной поверхности гиацинтом извлекается 44 кг N, 44 кг К, 34 кг Nа, 22 кг Са, 4 кг Mn.
Аэротенки — огромные резервуары из железобетона, заполненные активным илом из бактерии и микроскопических животных. Эти живые организмы быстро развиваются. Из-за значительного количества органических веществ в сточных водах и избытка подаваемого кислорода, бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты. Ферменты минерализуют органические соединения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, амебы и другие животные используют в пищу бактерии, не слипающиеся в хлопья.
Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее химической или физико-химической. Биологический метод дает хороший результат при очистке коммунально-бытовых стоков. Его применяют для очистки сточных вод нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, химической промышленности.
Применяемые методы очистки позволяют снизить уровень загрязнения воды лишь на 80%, в более совершенных сооружениях — до 95%. Даже в высокоразвитых странах мира очищают не все сточные воды. В Германии очищают 64% бытовых стоков, в Швеции — 10% стоков остаются неочищенными, 15% подвергают механической очистке. Стоимость очистных сооружений часто достигает 10-20% стоимости строительства предприятий. В отдельных отраслях промышленности, например, в целлюлозно-бумажной и нефтехимической, затраты на очистку достигают 25% всех производственных затрат. С повышением степени очистки до 98-99% стоимость очистных сооружений увеличивается в несколько раз.
Только очистными сооружениями полностью предотвратить загрязнение водоемов не удается. В комплексной охране водных ресурсов важное значение придается экономии чистой воды. В этих целях сокращают нормы потребления ее на технологические процессы, ведут борьбу с утечкой, водяное охлаждение заменяют воздушным и т.д. Большое внимание уделяется сохранению растительности, имеющей водоохранное значение. В промышленности значительное количество воды экономится при внедрении прогрессивных технологических процессов. На старых нефтехимических заводах для переработки 1 т нефти расходуется 18-22 м3 воды, на современных заводах с оборотным водоснабжением и системами воздушного охлаждения — 0,12 м3/год.
Важной задачей рационального использования водных ресурсов является сокращение потребления водопроводной воды на технические нужды. В Москве, например, на долю промышленности приходится около четверти подаваемой водопроводной воды. Необходимо расширить сеть технических водопроводов.
