Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод - файл n1.doc

приобрести
Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод
скачать (12651.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc12652kb.19.09.2012 18:34скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Глава IV.8

УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ ЖЕЛЕЗА, МАРГАНЦА И КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ

§ 1. УДАЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА

Выбор методов обезжелезивания воды зависит от ряда условии: формы, в которой железо находится в воде, сопутствующих примесей, необходимой степени очистки, технико-экономических показателей.

Рациональный метод удаления железа из воды данного состава вы­является пробным обезжелезиванием, проводимым непосредственно возле источника водоснабжения. При этом используются следующие способы: упрощенная аэрация (или аэрация) и фильтрование; хлори­рование и фильтрование; коагулирование, отстаивание и фильтрова­ние; подщелачивание и фильтрование.

Обезжелезивание воды поверхностных источников проводят обыч­но одновременно с ее осветлением и обесцвечиванием при использова­нии в качестве коагулянтов сульфата алюминия, железного либо сме­шанного коагулянта. Иногда применяется предварительное хлориро­вание обезжелезиваемой воды с целью разрушения органических соединений железа или защитных коллоидов, стабилизирующих кол­лоиды железа. Применение железных коагулянтов обеспечивает бо­лее полное удаление железа из воды в результате интенсивной ад­сорбции ионов железа на хлопьях Fe(OH)3. Оптимум адсорбции ионов















Метод катионного обмена дает возможность полностью освободить воду от солей железа. Метод прост и удобен в эксплуатации, однако он не всегда экономичен из-за того, что наряду с ионами железа за­держиваются катионы Са2+ и Mg2+. Поэтому применение метода це­лесообразно при необходимости одновременного умягчения воды, а также когда вода достаточно прозрачна и расход ее невелик.

Наиболее часто используется Н или Nа-катионитовая схема с при­менением любых катионитовых материалов; если умягчение не требу­ется, можно применять Са-катионит. Для эффективной работы фильт-













загрузки фильтра. Отмирая, они образуют на зернах песка пористую массу, содержащую большое количество оксида марганца (II), ко­торая служит катализатором процесса окисления марганца.

§ 3. УДАЛЕНИЕ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ

В настоящее время для обескремнивания воды используют сле­дующие методы: обработку известью, солями железа и алюминия, магнезиальное обескремнивание методом осаждения или фильтрова­ния, метод обмена ионов и другие методы. Применение того или ино­го метода зависит от требуемой глубины очистки, а также от содер­жания кремниевой кислоты в исходной воде.

Обескремнивание при известковании основано на относительно малой растворимости силиката кальция. Глубина обескремнивания, достигаемая этим методом, невелика: при наличии в исходной воде 10—12 мг/л кремниевой кислоты остаточное содержание ее в обра­ботанной воде составляет 6—8 мг/л.

Обескремнивание воды с использованием в качестве реагента со­лей железа и алюминия основано на способности хлопьев гидроксида алюминия или железа сорбировать молекулярно-дисперсную и кол­лоидную кремниевую кислоту. Применение FeSO4, FeCl3 или A12(SO4)3 снижает содержание кремниевой кислоты до 3—5 мг/л при расходе реагентов 15 мг на 1 мг удаляемой SiO32-. При необходимо­сти добавляется также известь, доза которой должна обеспечить по­вышение рН воды после введения коагулянта до 7,8—8,3. При ис­пользовании алюмината натрия концентрация остаточной кремниевой кислоты составляет от 0,5 до 2 мг/л, расход алюмината—150— 200 мг/л. Рассмотренные методы имеют ряд недостатков: большой рас­ход и значительная стоимость реагентов, увеличение сухого остатка декремнезированной воды.

Магнезиальный метод обескремнивания воды основан на способ­ности магнезиальных реагентов (оксид магния, обожженный доло­мит, каустический магнезит и др.) сорбировать из водных растворов коллоидную и молекулярно-дисперсную кремниевую кислоту, причем остаточное содержание SiO2 в очищенной воде не превышает 1,0— 1,5 мг/л.

Для снижения расхода магнезиальных реагентов (в 3—4 раза) применяют высокий подогрев и рециркуляцию шлама из отстойников в камеру реакции. Так, при нагревании воды до температуры 35— 45 °С остаточное содержание кремниевой кислоты при обработке оксидом магния не превышает 2 мг/л, при повышении температуры воды до 86—105 °С эта величина достигает 0,5 мг/л. Расход MgO при этом составляет 5—7 мг на I мг SiO2.

Ввиду дефицитности и высокой стоимости оксида магния в каче­стве магнезиальных реагентов часто применяют обожженный декар-бонизированный доломит и полуобожженный каустический доломит. Обожженный доломит замачивают в течение 1,5—2 ч и затем дози­руют в воду в виде молока 5 %-й концентрации (по сумме СаО+ +MgO).

В осветлителе образуется осадок из карбоната кальция и оксида магния, сорбирующих кремниевую кислоту.































Из-за незначительной разницы между дозой, применяющейся для фторирования воды (1 мг/л), и дозой, вызывающей флюороз, точ­ности дозирования должно уделяться особое внимание. Отклонение от оптимальной дозы не должно превышать ±5 % или ±0,05 мг/л.

Глава IV.10

ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДЕЗАКТИВАЦИИ ВОДЫ

Степень радиоактивности воды, содержащей радиоактивные ве­щества естественного происхождения, как правило, невелика. В то же время сточные воды предприятий атомной промышленности, атомных энергетических установок, научно-исследовательских, медицинских учреждений и ряда отраслей промышленности, использующих радио­активные изотопы, часто являются серьезной причиной загрязнения природных вод искусственными радиоактивными элементами. Эти факты, а также возможность преднамеренного загрязнения водоис­точников требуют большого внимания к разработке методов дезакти­вации воды.

Наибольшей гарантией эффективности принятых методов дезак­тивации может служить проверка работы очистных сооружений во­допровода в специфических условиях. Поэтому излагаемые ниже сведения, заимствованные из зарубежной и советской периодической литературы, должны рассматриваться лишь как ориентировочные. Дезактивация воды имеет свои особенности. Это и необходимость высокой степени очистки, ограниченность допустимых методов и не- обходимость обезвреживания или захоронения выделенных из воды радиоактивных веществ.

По международному стандарту качества питьевой воды предель­но допустимый уровень суммарной радиоактивности установлен для а-излучателеи 37 Б к/л, а для р-излучателей — 370 Бк'л

Обычно принимаются все необходимые меры для охраны источ­ников водоснабжения от загрязнения радиоактивными отходами. По­этому в невоенных условиях загрязнение водоемов радиоактивными веществами возможно лишь как следствие чрезвычайных обстоя­тельств и носит временный характер (например, при авариях, непо­ладках в работе сооружений по обезвреживанию сточных вод пред­приятий атомной промышленности и т. д.). В перечисленных случаях использование водоемов, загрязненных радиоактивными веществами, временно прекращается, и водоснабжение происходит за счет других источников. Лишь при отсутствии таких источников может возник­нуть необходимость дезактивации воды, для чего желательно в пер­вую очередь использовать имеющиеся очистные сооружения водопро­вода.

Попытки использовать существующие методы очистки наталкива­ются, однако, на ряд трудностей, так как концентрации подлежащих удалению радиоактивных веществ гораздо ниже разрешающей спо­собности обычно используемых методов водообработки. В связи с



этим достижение необходимой степени дезактивации возможно толь­ко при внесении в технологию обработки воды ряда дополнений.

Практически никакими доступными методами нельзя ускорить или замедлить распад радиоактивных веществ, находящихся в воде. Поэтому дезактивировать воду можно только двумя способами: 1) выдерживанием ее перед подачей потребителю в течение опреде­ленного промежутка времени; 2) удалением из нее взвешенных или растворенных радиоактивных веществ. Первый способ применим лишь в тех случаях, когда вода загрязнена короткоживущими изото­пами или жидкими радиоактивными отходами низкой активности. 'Такие отходы при значительном разбавлении неактивными стоками можно сбрасывать в канализационную сеть.

Решение проблемы дезактивации воды осложняется большим раз­нообразием химических свойств радиоизотопов, а также тем, что ра­диоизотопы, попадая в водоемы и водотоки, не производят доступно­го визуальному наблюдению изменения воды. Поэтому чрезвычайно важно наличие эффективного радиометрического контроля.

Для удаления радиоактивных веществ из воды можно применять отстаивание, коагулирование, фильтрование, флотацию, ионный об­мен, адсорбцию, дистилляцию, электродиализ, а также различные сочетания перечисленных методов. В табл. IV.6 приведены сравни­тельные данные по удалению радиоактивных веществ из воды раз­личными методами. Выбор методов дезактивации воды зависит от степени дисперсности находящихся в воде радиоактивных веществ, лериода их полураспада и химических свойств, степени загрязнения воды, количества дезактивируемой воды и других факторов.

В результате дезактивации получают очищенную воду и отходы радиоактивных веществ (шлам, промывные воды), которые в свою очередь подлежат обезвреживанию или захоронению.

§ 2. МЕТОДЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ ВОДЫ

Отстаивание воды. В качестве самостоятельного метода дезакти­вации отстаивание применяется в тех случаях, когда радиоактивные вещества взвешены в воде или представляют собой короткоживущие

изотопы. Нужная степень дезактивации воды обычно достигается, если длительность отстаивания равна 10—20 периодам полураспада радиоактивного вещества.

По данным американских авторов, радиоактивные изотопы, обра­зующиеся в воде, охлаждающей атомные реакторы (из-за облучения нейтронами минеральных солей воды), отличаются коротким перио­дом полураспада и за несколько часов пребывания в отстойнике сни­жают свою активность на 95 %. Однако в большинстве случаев от­стаивание следует применять в комплексе с другими методами.

Коагулирование. Проводимое на очистных станциях водопроводов с целью осветления и обесцвечивания воды, коагулирование дает зна­чительный и стабильный дезактивирующий эффект, если радиоактив­ные вещества находятся в коллоидном состоянии или адсорбированы на природных грубодисперсных примесях, обусловливающих мут­ность воды. Если же радиоактивные вещества находятся в раство­ренном состоянии, то дезактивация воды с помощью коагулянтов, как правило, мало эффективна. При дезактивации коагулированием имеет место образование и осаждение нерастворимых соединений в результате взаимодействия реагентов с радиоактивными элементами, а также извлечение радиоизотопов из воды хлопьями в результате адсорбции и ионного обмена. Поэтому дезактивирующий эффект коа­гулирования зависит от химических свойств радиоактивных изото­пов, их концентрации, применяемых коагулянтов и т. п. Для дезактивации применяются сульфат алюминия, сульфат и хлорид железа, фосфаты (Na3PO4 и КН2РО4), известь с активированным силикатом натрия, полиэлектролиты и другие реагенты. В некоторых случаях эффективным является одновременное подщелачивание воды или добавление глины. Некоторым исследователям удалось увеличить глубину дезактивации путем последовательного коагули­рования двумя разными коагулянтами или добавлением некоторого количества соответствующего нерадиоактивного изотопа.

В каждом конкретном случае необходим экспериментальный под­бор коагулянта и оптимальных условий проведения процесса.

Фильтрование. Обычное фильтрование через песчаные фильтры не является эффективным средством удаления радиоактивных ве­ществ, так как чистый кварцевый песок обладает ничтожной адсорб­ционной способностью. В основном дезактивирующее действие филь­тров состоит в удалении радиоизотопов, захваченных хлопьями, об­разующимися при введении в воду коагулянтов. Кроме того, хлопья, глина, органические вещества и микроорганизмы, отложившиеся в песке фильтра, дополнительно адсорбируют радиоактивные вещества из фильтруемой воды. Поэтому на скорых фильтрах только 91Y и 95Zr—95Nb удаляются на 99 %, так как находятся в воде в коллоид­ном состоянии.

Эффективность удаления радиоактивных смесей различными фильтрующими материалами составляет, %:



При использовании медленных фильтров большое значение имеет поглощение радиоактивных веществ планктоном и микроорганизма­ми биологической пленки, которые концентрируют в своем теле ра­диоактивные вещества.

Совместное применение коагулирования и фильтрования. Обычно на водопроводах применяются последовательно коагулирование, от­стаивание и фильтрование. Поскольку каждый из этих процессов сни­жает радиоактивность воды, то на водопроводных сооружениях эф­фект дезактивации должен суммироваться.

Д. Херш установил, что в среднем на очистных станциях город­ских водопроводов США задерживается около 42 % радия, содержа­щегося в воде до обработки. Наблюдения, проведенные американ­скими авторами на ряде городских водопроводов США после экспе­риментальных взрывов атомных бомб, показали, что обычно применяемые методы очистки на городских водопроводах могут на 50—70 % снизить радиоактивность воды. Этот эффект дезактивации может быть значительно повышен применением больших доз реаген­тов, выбором более эффективных коагулянтов, добавлением извести или соды.

Флотация. Применение флотации гидроксидов металлов, образу­ющихся при дезактивации воды методом коагулирования, значитель­но снижает объем осадков, что облегчает задачу удаления и захоро­нения радиоактивных отходов. Использование в качестве флоторе-гентов нефтяных бензосульфокислот и сульфатного мыла для удаления из воды 90Sr, 90Y, 95Nb дало возможность при одинаковой степени очистки получить меньший объем осадка гидроксида и сокра­тить время отделения его от воды по сравнению с отстаиванием (пос­ле коагулирования).

Большего концентрирования выделенных радиоактивных соедине­ний можно достичь применением метода пенной флотации. Объем ак­тивной пены после разрушения составляет всего 0,01—0,1 % исход­ного объема воды. Эффективность и высокая селективность действия флотореагентов, простота операций делают этот метод одним из наи­более перспективных при дезактивации больших объемов воды, осо­бенно с малым содержанием солей.

Реагентное умягчение. Этот метод может быть использован при наличии в схеме водоочистки сооружений для проведения известко-во-содового умягчения или комплекса сооружений, который связан с обработкой воды коагулянтами и может быть переоборудован для осуществления процесса умягчения.

Эксперименты по удалению радиоактивного стронция показали, что он может соосаждаться с карбонатом кальция при многократных добавках хлорида кальция и рециркуляции образовавшегося осадка. Считают, что стронций удаляется в результате образования смешан­ных кристаллов кальцита-стронцианита (без подогрева) или араго­нита-стронцианита (при подогреве). При однократном прохождении через известково-содовый водоумягчитель концентрация радиоактив­ного стронция снижается на 50 %, при повторном — до 90 %.

Метод многоступенчатого осаждения известью и содой является эффективным средством удаления 89Sr, а также 140Ва—U0La, 1I5Cd.

Обычное известково-содовое умягчение дает хорошие результаты лишь при больших избытках реагентов.

Ионный обмен. Согласно литературным данным, ионный обмен относится к наиболее эффективным методам дезактивации воды. Особенно большой эффект дает совместное Н—ОН-ионирование.

Методом ионного обмена можно снизить радиоактивность воды до уровня в 100 раз меньше, чем предельно допустимая радиоактивность воды при употреблении ее в течение 7—10 дней.

Однако отсутствие ионообменных материалов, осуществляющих избирательную адсорбцию радиоактивных изотопов, приводит к то­му, что практически ионный обмен можно использовать лишь для вод с небольшим солесодержанием. Кроме того, высокая стоимость ионитов, трудность их регенерации, большое количество радиоактив­ных отходов тормозит их применение на крупных водопроводах. По­этому ионный обмен может быть использован на небольших водо­очистных станциях, передвижных и индивидуальных установках, а также как заключительный этап дезактивации после обработки воды другими методами, в частности, после освобождения ее от взвешен­ных и коллоидных примесей коагуляцией с последующим отстаива­нием.

Адсорбция. В качестве адсорбентов для дезактивации воды пред­лагаются глины, активный уголь, мелкораздробленная пемза, порош­кообразные металлы и другие материалы.

Механизм дезактивации воды глиной состоит в том, что взвешен­ные глинистые частички в результате адсорбции и ионного обмена извлекают из воды радиоактивные элементы, с которыми осаждают­ся на дно отстойника. Этим, по всей вероятности, объясняется то, что при прочих равных условиях эффективность дезактивации воды по­средством коагулянтов улучшается с увеличением мутности воды.

Дезактивирующее действие глины во многом зависит от ее об­менной способности (например, бентонит лучше очищает воду, чем каолинит, обладающий меньшей обменной способностью). При обра­ботке воды глиной эффект очистки улучшается при повышении рН воды до 11.

Комбинированная обработка воды коагулянтом и глиной дает больший эффект, чем каждый из этих способов в отдельности. При комбинированной обработке можно значительно уменьшить дозу глины.

Добавление порошкообразного активного угля при коагулировании также может усилить эффект дезактивации, в частности, повышает­ся процент извлечения из воды радиоактивного иода, который плохо удаляется при обработке воды одними коагулянтами.

Обработку воды порошкообразными металлами рекомендуется применять лишь в комбинации с другими методами. Из порошкооб­разных металлов для дезактивации питьевой воды применяется толь­ко железо.

В зарубежной литературе есть сведения о том, что в комплексе с другими методами для дезактивации можно применять фильтрова­ние воды через слои металлической ваты (тонкая металлическая стружка) толщиной 0,5—0,8 м.

Дистилляция. Метод применяется для удаления из воды нелету­чих радиоактивных веществ. Если вода содержит летучие радиоак­тивные вещества, то их необходимо перед дистилляцией осадить или связать. Поскольку при дистилляции активность конденсата умень­шается по сравнению с исходной водой на 4—5 порядков, очень за­грязненную воду приходится перегонять два раза.

Дистилляция является одним из наиболее надежных методов де­зактивации воды. Однако ввиду высокой стоимости и относительно малой производительности дистилляционной аппаратуры этот метод применим преимущественно для очистки сравнительно небольших количеств воды.

Электродиализ используется для извлечения из воды раствори­мых форм радиоактивных элементов. При электродиализе можно до­стигнуть высокой степени дезактивации при содержании в воде 137Cs, 89Sr, 131I, 95Zr, 95Nb и смеси продуктов деления. Эффективность элект­родиализа повышается, если между мембранами поместить смесь ка-тионита и анионита.

Основной недостаток электродиализа заключается в необходи­мости предварительного удаления коллоидных и псевдоколлоидных форм радиоактивных изотопов

(Приведенные данные не являются исчерпывающими для разра­ботки рационального и экономически выгодного технологического ме­тода дезактивации хозяйственно-питьевых вод.

Остается также неразрешенной проблема хранения выделенных из воды изотопов, так как рекомендуемое в настоящее время хране­ние в контейнерах для снижения их активности, закапывание в зем­лю или опускание в море нельзя считать целесообразным. В связи с этим развитие исследований в направлении разработки новых мето­дов дезактивации и хранения выделенных радиоизотопов является одной из важнейших научно-исследовательских задач ближайшего времени.

раздел V ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ИХ ОЧИСТКЕ

Глава V.1 КРАТКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД

В СССР с каждым годом возрастает потребление воды на нужды населения и народного хозяйства. За период с 1940 по 1970 годы во-допотребление в основных отраслях народного хозяйства выросло более чем в 4 раза.

Рост водопотребления приводит к увеличению количества сточных вод. К сточным водам относят воды, загрязненные в процессе исполь­зования их человеком для бытовых и производственных нужд, а так­же ливневые и талые воды. В настоящее время объем сбрасываемых в водотоки сточных вод значителен и составляет около 2 % от их среднегодового стока.

Сброс сточных вод является основной причиной загрязнения во­доемов, приводящей к резкому ухудшению их гидрохимического ре­жима, а следовательно, и условий жизнедеятельности водных орга­низмов (гидробионтов). Поступление сточных вод в водоемы приво­дит к засорению их нерастворимыми веществами, ухудшению физико-химических свойств воды и кислородного режима, изменению рН воды, повышению минерализации и содержания органических ве­ществ, отравлению водных обитателей токсичными веществами. По­следнее ведет к нарушению процесса самоочищения водоемов, а так­же к потере ценных продуктов.

Ухудшение качества воды водоемов затрудняет ее использование в народном хозяйстве и резко повышает стоимость подготовки воды для бытовых и производственных нужд. Кроме того, со сточными во­дами теряются ценные вещества, утилизация которых дала бы зна­чительную экономическую выгоду.

Бытовые воды — это воды после мытья продуктов и посу­ды, стирки, купания, а также образующиеся в результате физиологи­ческих отправлений человека (фекальные воды). Они загрязнены большим количеством органических и неорганических примесей. Весьма значительно в них и бактериальное загрязнение, в том числе и патогенными бактериями.

По сравнению с фекальными водами, стоки бань и прачечных со­держат значительное количество СПАВ, имеют более высокую вели­чину рН и меньшую концентрацию всех других химических и бакте­риальных компонентов, что не исключает их опасность в санитарно-эпидемиологическом отношении.

Известно, например, что каждый купающийся вносит в воду в среднем свыше 3 млрд. бактерий-метатрофов и до 20 млн. кишечных

палочек. Кроме того, поскольку температура вод прачечных значи­тельно выше температуры хозяйственно-фекальных вод, патогенные микробы, попадая в них, встречают условия, близкие к термостат­ным. Из стоков бань неоднократно удавалось выделить патогенные микробы — возбудители дизентерии, брюшного тифа, паратифов.

Ливневые и талые воды — это сточные воды, образующие­ся в период дождей и таяния снега и содержащие загрязнения, смы­ваемые с территории населенных пунктов и производственных пред­приятий. Преобладающими примесями являются неорганические ве­щества (песок, глина и т.д.), а также нефтепродукты. Патогенные микробы в ливневых водах, как правило, не встречаются, но по ин­тенсивности загрязнения ливневые воды иногда близки к бытовым стокам.

Производственные сточные воды образуются в ре­зультате использования воды в производственном процессе (при до­быче и переработке органического и неорганического сырья в про­мышленную продукцию, а также в процессе изготовления товаров широкого потребления).

В индустриально развитых странах суммарный объем производ­ственных сточных вод примерно в десять раз превышает объем бы­товых стоков. Особенно значительный вред наносят водоемам стоки основных потребителей воды: химической, горной, металлургической, нефтеперерабатывающей, угольной, целлюлозно-бумажной промыш­ленности.

В качестве примера приводим расход воды на обработку и полу­чение различных продуктов, м3/т:



По количеству загрязнений производственные сточные воды де­лятся на три основные группы: относительно чистые (условно чис­тые), малозагрязненные и концентрированные сточные воды.

На большинстве промышленных предприятий встречаются все типы сточных вод. Относительно чистые и малозагрязненные воды могут использоваться в качестве оборотной воды, а также для раз­бавления концентрированных сточных вод.

Концентрированные воды, как правило, подвергаются очист­ке перед спуском их в водоемы или городскую канализационную сеть.

Количественная и качественная характеристики сточных вод яв­ляются отправным пунктом при решении вопросов их очистки, по­вторного использования, выпуска в водоемы и ряда других задач.

Количественная характеристика заключает сведения не только о суточном объеме сточных вод, но и о режиме их притока, который может быть равномерным или неравномерным, непрерывным или залповым и даже сезонным.

Производственные сточные воды отличаются большим разнообра­зием загрязнений, даже в условиях одного предприятия. Иногда от одних и тех же операций в разное время поступает вода различного качества. Сточные воды по характеру загрязнений разделяются на три категории: первая охватывает стоки с загрязнениями в основном минерального происхождения, вторая — стоки с загрязнениями пре­имущественно органического происхождения, третья — с загрязнени­ями минерального и органического происхождения. Примеси сточных вод могут быть жидкими, твердыми и газообразными веществами и находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии.

Под влиянием температуры, давления, кислорода и реагентов примеси могут подвергаться химическим или физико-химическим из­менениям (окислению, восстановлению, сбраживанию, коагуляции, осаждению, нейтрализации и т.п.), в них возможны биологические процессы и в результате жизнедеятельности микроорганизмов — разложение. Все эти свойства примесей сточных вод необходимо учитывать при выборе метода их очистки.

Многие вещества, загрязняющие производственные сточные воды, являются ценными продуктами (фенол, эфир, бензин, волокно, шерсть и др.). Извлечением и утилизацией таких примесей достига­ется снижение степени загрязненности сточных вод, что облегчает и удешевляет их последующую очистку; регенерация данных веществ повышает рентабельность предприятия и обеспечивает максимальную экономию сырья.

Несоблюдение установленных норм очистки сточных вод может привести к ухудшению санитарных условий водопользования и нару­шению самоочищающей способности водоемов, которая, как извест­но, основана на биологических, химических и физико-химических процессах.

Недостаточная очистка сточных вод нередко приводит к образо­ванию шлама, который пагубно отражается на жизни водоемов. Не­растворимые вещества сточной жидкости, особенно в спокойных или стоячих водах, могут вызвать образование донных отложений ила. Если осаждающиеся вещества органического происхождения, то вы­деление газов при разложении ила влечет за собой частичное или полное исчезновение кислорода, необходимого для процессов само­очищения, что может привести к гибели рыб. Кроме того, некоторые органические вещества способствуют появлению и развитию в водо­емах грибов, приводящих к помутнению и образованию ила. Раство­ренные неорганические вещества (кислоты, щелочи, сероводород, из­весть, сульфиды, соли тяжелых металлов) в результате химических реакций изменяют рН воды, концентрацию веществ, что влечет за собой осаждение их в виде вредного для водоема шлама.

При недостаточном содержании в воде водоемов кислорода раз­ложение органических веществ сточных вод происходит в анаэроб­ных условиях: протекают реакции восстановления нитратов, сульфа­тов и кислородсодержащих органических веществ с образованием аммиака, азота, сероводорода или сульфидов, угольной кислоты и т. д.

Спуск сточных вод, содержащих жиры или масла, может привес­ти к образованию пленок, прекращению доступа к воде воздуха, ухудшению санитарного состояния водоема, а иногда вызвать отрав­ление гидробионтов.

Большое количество легкорастворимых щелочных и щелочнозе­мельных солей в производственных сточных водах может вызвать засолонение водоемов и повысить жесткость воды.

Кроме общих видов загрязнений производственные сточные воды содержат специфические, часто токсические вещества, которые при попадании в водоем способны погубить в нем все живое. Наиболее токсичны органические вещества, относящиеся к детергентам, наф­тенам, производным ароматических углеводородов. Многие из них вызывают гибель гидробионтов в концентрациях менее 1 мг/л. Из минеральных веществ наиболее токсичны цианиды, соединения мышьяка, свинца и меди. Для предотвращения поступления в водоем нежелательных соединений Министерством здравоохранения СССР разработан перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воде водоемов, который непрерывно пополняется.

Советское законодательство предусматривает защиту водоемов от возможного загрязнения. Так, в статье 10 «Основ водного законо­дательства Союза ССР и союзных республик» сказано: «Запрещает­ся ввод в эксплуатацию новых и реконструированных предприятий, цехов, агрегатов, коммунальных и других объектов, не обеспеченных устройствами, предотвращающими загрязнение и засорение вод или их вредное воздействие».

Одним из самых крупных потребителей пресной воды является сельскохозяйственное производство. В течение десятой пятилетки введено в эксплуатацию 4 млн. гектаров орошаемых земель.

Вода, поступающая в оросительную систему, большей частью впи­тывается почвой и испаряется, однако меньшая часть воды возвра­щается в водоем. Такие воды содержат значительные количества взвешенных веществ, в них присутствуют различные соединения, вы­мываемые из почвы. Кроме того, они нередко содержат различные пестициды (гербициды, используемые для борьбы с сорной расти­тельностью, инсектициды — для борьбы с насекомыми и др.). По­скольку оросительные каналы вследствие небольшой глубины теряют значительную часть воды на испарение, это приводит к концентриро­ванию минеральных солей в воде. Все вышеперечисленное показыва­ет, что мелиоративные сточные воды нередко являются источниками значительного загрязнения водоемов.

Методы очистки бытовых сточных вод разработаны довольно де­тально, в то время как очистка производственных сточных вод оста­ется важнейшей современной проблемой. Это связано с большим раз­нообразием веществ, присутствующих в производственных стоках,

состав и количество которых постоянно меняется в результате появ­ления новых производств и изменения технологии существующих.

Следует также остановиться на такой разновидности сточных вод, как городские сточные воды, представляющие собой смесь ряда рас­смотренных выше видов стоков. В зависимости от системы канали­зации компонентами городских сточных вод являются бытовые, лив­невые, талые и производственные сточные воды (общесплавная сис­тема) или же только бытовые и производственные (раздельная сис­тема).

Городские сточные воды имеют очень сложный и непостоянный состав, хотя эти различия менее выражены, чем у производственных сточных вод. Поскольку санитарному инженеру приходится проек­тировать станции биологической очистки и, следовательно, учитывать специфику каждого стока, знание основных факторов, влияющих на состав городских сточных вод, имеет важное значение.

Расход водопроводной воды. Водопроводная вода населенного пункта — это фон сточных вод, до некоторой степени определяющий не только качество, но и последующую очистку городских сточных вод. Это обусловлено прежде всего количеством водопроводной во­ды, подаваемой населению. От количества водопроводной воды за­висит разбавление тех загрязнений, которые сбрасываются в город­скую канализацию.

Температура городских сточных вод во многом зависит от систе­мы горячего водоснабжения города, а также от климатических усло­вий, времени года, вида источника водоснабжения (открытый водо­ем, подземные воды).

Растворенный кислород. От содержания в водопроводной воде растворенного кислорода в определенной мере зависит характер и интенсивность окислительно-восстановительных процессов, протекаю­щих в сточных водах.

Содержание нитритов, нитратов, сульфатов. Все эти соли в ана­эробных условиях восстанавливаются под влиянием соответствую­щих микроорганизмов: нитраты—до нитритов, нитриты—до аммо­нийных соединений, сульфаты — до сероводорода. Освобождающий­ся в результате этого процесса кислород также оказывает влияние на окислительно-восстановительный потенциал сточных вод. Подземные источники водоснабжения в большинстве случаев более минерали­зованы, чем поверхностные. Поэтому, хотя в них растворенного кис­лорода и немного, но за счет солей суммарная концентрация кисло­рода может быть значительной и оказывать влияние на ход началь­ного окисления органических веществ в сточной жидкости.

Техническая вода. Некоторые промышленные предприятия, при­соединенные к городской канализации, часто используют для произ­водственных целей техническую воду. Если сточную воду предприя­тий сбрасывают в городскую канализацию, то качество технической воды оказывает влияние на состав городских сточных вод и процес­сы их очистки.

Длина городского коллектора. Расстояние, которое проходит го­родская сточная жидкость до станции очистки, также оказывает влияние на ее состав и последующую очистку. Городской коллек-













(БПК5, БПКполн), частичная окисляемость (по КМnО4), химическое потребление кислорода (ХПК).

Для характеристики производственных сточных вод кроме того определяют специфические виды примесей: нефтепродукты, цианиды, железо, хром, медь, кобальт, цинк, кадмий, никель, ртуть, сульфаты, сульфиты, фенолы, СПАВ и т. п.

Абсолютно полную характеристику состава сточной воды полу­чить практически невозможно, к тому же в этом нет необходимости. Обязательными являются такие анализы, которые обеспечивают тех­нологическую характеристику сточных вод, т. е. дают информацию, необходимую для проектирования очистных сооружений, контроля процессов очистки и управления ими, оценки санитарно-эпидемиоло­гического состояния воды. Например, такие показатели, как прозрач­ность, окраска, запах дают возможность быстро произвести общую оценку поступающего стока. Резкое повышение этих показателей, как правило, свидетельствует о залповых сбросах производственных сточных вод. Для проектирования сооружений механической очистки (в частности, первичных отстойников) наибольшее значение имеют два показателя — содержание взвешенных и оседающих веществ.

Для проектирования и оценки работы сооружений биологической очистки основное значение имеют показатели, характеризующие со­держание органических веществ и их свойства, наличие биогенных элементов, а также реакция среды, температура. Комплексное содер­жание органических веществ в воде оценивается величинами перман-ганатной окисляемости, БПК и ХПК. Эти показатели являются кис­лородными эквивалентами содержания органических веществ. Они характеризуют не количество органического вещества, а количество кислорода, потребляемого на окисление этих веществ. При этом, как правило, пренебрегают содержанием окисляемых неорганических ве­ществ, обычно незначительным.

Многие из перечисленных показателей, характеризующих состав и свойства сточных вод, определяются аналогично таким же показа­телям качества природных вод (например, рН, прозрачность по шрифту, сухой остаток и др). Здесь будут рассмотрены некоторые специфические показатели.

Биохимическое потребление кислорода (БПК). БПК сточных вод определяется количеством кислорода в миллиграммах на литр, не­обходимого для окисления содержащихся в сточных водах органичес­ких веществ биохимическим путем. Очень часто такое определение проводят за период 5 суток. В этом случае БПК называется БПК5-Различают также полное БПК (БПКполн) — количество кислорода, расходуемого на биохимические процессы до наступления реакции нитрификации. Биохимические процессы связаны с жизнедеятельнос­тью микроорганизмов, которые расходуют кислород на получение энергии для поддержания жизненных процессов и прирост биомассы.

Методика определения БПК заключается в том, что в две одина­ковые склянки наливают равные объемы исследуемой жидкости; за­тем в склянки доливают равные объемы воды, насыщенной кислоро­дом воздуха. Рекомендуется подготавливать пробу таким образом, чтобы она перед инкубацией содержала 8,8 мг/л кислорода (при t=



Как видим, для исследованной пробы бытовых сточных вод за 5 суток потребление кислорода составило 68 °/о . Для бытовых сточ­ных вод многих городов величина БПК5 составляет 70—80 % вели­чины полного биохимического потребления растворенного кислорода.

Встречаются такие органические соединения, полное биохимичес­кое окисление которых завершается уже через 2 суток, для других оно затягивается до 25—30 суток.

В настоящее время ВПК нормируется по БПКполн, которое более полно характеризует степень загрязнения сточных вод и, что особен­но важно, придает большую обоснованность расчетам в отношении специфических органических веществ сточных вод предприятий ор­ганической химии, возможное влияние которых на кислородный ре­жим водоема БПК5 не определяет.

Химическое потребление кислорода (ХПК). Химическим потреб­лением кислорода называют такое его количество, которое необходи­мо для полного окисления органических веществ: углеродсодержа-щих — до угольной кислоты, серусодержащих — до сульфатов, азот­содержащих — до аммиака, фосфорсодержащих — до фосфата, водорода — до воды (за вычетом количества, пошедшего на образо­вание аммиака). При определении ХПК исследуемую сточную жид­кость кипятят с концентрированной серной кислотой и иодатом ка-



Чем больше стойкость сточной воды, тем меньше опасность ее за­гнивания и, следовательно, вред, который она может принести во­доему.

Соединения азота. К соединениям азота относят общий азот, ам­монийный азот, азот нитратов, азот нитритов. Определения эти за­нимают важное место при аналитическом исследовании городских сточных вод. Аммонийный азот образуется в результате аммонифи­кации мочевины, мочевой кислоты, гиппуровой кислоты, хитина, дез-аминирования аминокислот — все эти вещества встречаются в город­ских сточных водах. Нитриты и особенно нитраты, образующиеся в результате нитрификации, являются показателем окончания процес­са окисления (минерализации) органических веществ и характери­зуют совершенную работу сооружений биологической очистки.

Определение общего азота необходимо для проведения баланса содержания азота при решении вопроса о наличии процесса денит-рификации.

Бактериологический анализ. Для бактериологического анализа пробы городских сточных вод необходимо немедленно доставить в ла­бораторию и приступить к исследованию, потому что при хранении в ней начинается быстрое размножение микроорганизмов и истинная картина качества воды будет искажена. Общее количество бактерий-метатрофов характеризует наличие гнилостной микрофлоры: при вы­ращивании их при t=+37 °С — это гнилостная микрофлора кишеч­ника человека; при выращивании при t = +20 °С — гнилостная мик­рофлора, разлагающая органические вещества в природных усло­виях.

Концентрация бактерий группы кишечной палочки — важнейший бактериологический показатель, характеризующий санитарную опас­ность воды, поскольку определение на присутствие патогенной мик­рофлоры весьма сложно и производится лишь при эпидемиологичес­ком неблагополучии. Отмирание бактерий группы кишечной палочки на отдельных этапах очистки сточных вод свидетельствует об отми­рании патогенной микрофлоры, которая менее устойчива к условиям внешней среды, чем бактерии группы кишечной палочки. Определе­ние отношения концентрации бактерий-метатрофов к концентрации бактерий группы кишечной палочки на отдельных этапах очистки указывает на эффективность процессов обеззараживания; при удов­летворительной очистке процент кишечной палочки должен на по­следних каскадах очистных сооружений уменьшаться.

Радиоактивные примеси. Наличие радиоактивных примесей в го­родских сточных водах целесообразно определять не только в сред­несуточной пробе, но эпизодически и в разовых, почасовых пробах. Делается это для того, чтобы не пропустить какого-либо случайного или залпового сброса радиоактивных примесей.

В обычных условиях, при отсутствии аварийных сбросов, радио­активность городских сточных вод не превышает величину, установ­ленную санитарными правилами. При этом следует иметь в виду, что суммарная радиоактивность бытовых сточных вод (по ?- и ?-из-лучателям) даже без всякой примеси производственных сточных вод обычно превышает радиоактивность питьевых вод за счет 40К, посту­пающего с выделениями человека.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Глава IV.8 УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ ЖЕЛЕЗА, МАРГАНЦА И КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации