Учебно-методический комплекс дисциплины
Скачать 2.9 Mb.
|
Примеры решения задач №1. В водотоке с расходом Q=35м3/с после очистных сооружений сбрасываются очищенные сточные воды с расходом q=0,6м3/с. Концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей на очистные сооружения составляет 250мг/л, в воде водного объекта до места сброса – 3мг/л. Участок водного объекта, куда сбрасываются сточные воды, относится к первой категории рыбохозяйственного водопользования. Коэффициент смешения равен 0,71. Определить допустимую концентрацию взвешенных веществ в сточной воде, сбрасываемых в водный объект. Для решения можно использовать выражение:  Допустимое увеличение содержания взвешенных веществ для объектов рыбохозяйственного назначения первой категории составляет 0,25мг/л.  ; ; мг/л.№2. Определить допустимое значение БПКполн сточной воды, разрешенной к сбросу, в водный объект культурно-бытового водопользования при следующих условиях:
Извилистость водотока слабо выражена, сброс сточных вод производится через береговой выпуск. Для решения можно использовать выражение:  ;.Коэффициент смешения можно рассчитать по методу Фролова-Радзиллера:  , гдеα – коэффициент, учитывающий гидрологические условия и рассчитывается по формуле  , гдеφ – коэффициент извилистости, равный отношению расстояния между местом выпуска и контрольным створом по фарватеру к расстоянию между пунктами по прямой (в задаче равен 1); ξ – коэффициент, зависящий от местоположения выпуска (у берега – 1, в стрежень – 1,5); D – коэффициент турбулентной диффузии, который можно рассчитать по формуле Потапова (для равнинных рек)  , гдеVср, Hср – средняя скорость и глубина реки.  ;  ; ; ; сут; .МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКАПРОИЗВОДСТВЕННЫХСТОЧНЫХВОД Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. Обычно механическая очистка предшествует биологическому, физико-химическому или другому методу глубокой очистки. Чаще всего механическая очистка является предварительным, реже – окончательным этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ до 90-95 % и снижение органических загрязнений (по показателю БПКполн) до 20-25 %. Стандартная схема очистки на современных очистных станциях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. В ряде случаев возможно применение и других устройств, таких, как осветлители, нефтеловушки и смолоотстойники, гидроциклоны. Для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнений применяют осадительные центрифуги и жидкостные сепараторы. С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод рекомендуется применять не менее двух рабочих единиц основного технологического оборудования – решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров. ХИМИЧЕСКИЕМЕТОДЫ ОЧИСТКИСТОЧНЫХВОД К химическим методам очистки сточных вод относят следующие: нейтрализация, окисление, восстановление, реагентные методы выделения загрязняющих веществ в виде малорастворимых и нерастворимых соединений. Химическая очистка сточных вод производится перед их подачей в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или городскую канализационную сеть. Кроме того, указанный метод применяется для предварительной очистки сточных вод перед биологической или физико-химической очисткой, а также в системах локальной очистки производственных сточных вод. Химическая обработка находит применение и как метод глубокой очистки сточных вод с целью их дезинфекции или обесцвечивания. Нейтрализация Производственные сточные воды, содержащие кислоты и щелочи, должны быть нейтрализованы перед сбросом их в водоемы или перед дальнейшим использованием в технологических процессах. Чаще всего сточные воды загрязнены следующими минеральными кислотами: серной H2S04, соляной HCI, азотной HNO3, а также их смесями. Кроме того, сточные воды могут содержать в своем составе такие кислоты, как фосфорную Н3РО4, сернистую H2SO3, сероводородную H2S, плавиковую HF, хромовую Н2СrO4, уксусную СНзСООН, пикриновую НОС6Н2(N02)3, угольную Н2СО3, салициловую С6Н4(ОН)2 и др. Обычно концентрация кислот в сточных водах не превышает 3%, но встречаются и более концентрированные смеси. Различают следующие способы нейтрализации сточных вод.
В последнее время для нейтрализации щелочных сточных вод предложено использовать дымовые газы, содержащие в своем составе СО2, SO2, NO2, N2O3 и др. При этом одновременно нейтрализуют сточные воды и происходит достаточно эффективная очистка отходящих газов от вредных компонентов. Окислительныйметодочистки сточныхвод Этот метод очистки используют для обезвреживания производственных сточных вод от цианидов, сероводорода, сульфидов и других веществ. Сточные воды, включающие перечисленные соединения, встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горно-добывающей (обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности. Наиболее часто в практике очистки сточных вод пользуют следующие окислители: хлор, гипохлорит кальция, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха. Реже используются пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия.
Указанный метод используется для обезвреживания циансодержащих стоков различных объемов и концентраций, а также от таких органических и неорганических соединений, как сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и т. д. Следует указать, что сточные воды, содержащие цианиды, образуются при нанесении медных, цинковых и кадмиевых покрытий из цианистых электролитов. Кроме того, циансодержащие стоки образуются при термической закалке стальных изделий в расплавах цианистых солей, а на металлургических предприятиях цианиды попадают в сточные воды из доменных газов (при их промывке и охлаждении). Концентрация простых цианидов (KCN, NaCN) в промывных водах обычно не превышает 200 мг/л. В этих водах также содержатся в небольших количествах комплексные цианиды меди, цинка, кадмия, железа и других веществ. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты по реакции С12 + Н20 = НОС1 + НС1 (1) Далее НОС1 диссоциирует, причем степень ее диссоциации зависит от рH. В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево. При рН > 4 молекулярный хлор в воде практически отсутствует:  (2)Очистка сточных вод от цианидов основана на их окислении в менее токсичные (приблизительно в 1000 раз) цианат-ионы с их последующим гидролизом в нейтральной среде до  по следующим реакциям: Образующиеся цианаты можно окислить до элементарного азота и диоксида углерода: 
Кислород используется для очистки сточных вод целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Окисление гидросульфидной и сульфидной серы протекает через ряд последовательных стадий:  (6)Рассмотрим основные химические реакции, протекающие при очистке серосодержащих сточных вод с использованием кислорода воздуха на примере обезвреживания сточных вод выпарной станции целлюлозного завода. Процесс ведут при рН = 7-7,5. При этом протекают следующие реакции: 
Процессы озонирования применяют для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, ароматических углеводородов, пестицидов и др. Одновременно с очисткой обеспечивается обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Озон подают в сточную воду в виде озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси. Концентрация озона в смеси приблизительно составляет 3%. Рассмотрим типичные реакции, протекающие при очистке сточных вод озонированием. Окисление сероводорода протекает следующим образом: 
Перманганат калия может быть использован для очистки сточных вод от катионов двухвалентного железа и марганца. Окисление двухвалентного железа протекает в соответствии со следующим уравнением:  При этом ионы железа сточных вод в виде труднорастворимого соединения Fe(OH)3. Очисткавосстановлением При содержании в сточных водах легко восстанавливаемых соединений меди, хрома, мышьяка, ртути применяют методы восстановительной очистки. Катионы меди, содержащиеся в кислых сточных водах, могут быть выделены цементацией на железном скрапе или никелевом песке. При этом протекают следующие реакции восстановления:  Медь выделяется на железе илиникеле в виде металла, и вместо нее в раствор переходят катионы железа или никеля. Метод цементации применяют для грубой, предварительной очистки достаточно концентрированных по меди сточных вод. Очищенная цементацией вода затем нейтрализуется до  при одновременной доочистке ее от оставшихся катионов меди и перешедших в раствор катионов железа или никеля.В качестве реагентов-восстановителей наибольшее распространение получили натриевые соли сернистой кислоты – сульфит (Na2S03), бисульфит (NaHS03, диоксид серы (SO2), гидразин (N2H4) и др. Реагентныеметодывыделения загрязняющихвеществввиде малорастворимыхинерастворимых соединений Для очистки производственных сточных вод от соединений тяжелых цветных металлов и в первую очередь от соединений Сu, Ni, Co, Zn, Pb, Cd, Hg их осаждают в виде соответствующих гидрооксидов, сульфатов либо карбонатов. Растворимость вышеуказанных соединений может быть охарактеризована также произведением растворимости. Для выделения из кислых сточных вод тяжелых цветных металлов и железа используются те же реагенты, что и при нейтрализации. При этом протекают следующие реакции:  (16) (17)Следует указать, что ионы тяжелых цветных металлов могут осаждаться не только в виде гидроксидов, но и гидроксид-карбонатов (в случае использования для осаждения реагентов, содержащих в своем составе карбонатные ионы). Кроме того, возможно образование и труднорастворимых карбонатов тяжелых цветных металлов. В том случае когда требуется более глубокая степень очистки, тяжелые металлы рекомендуется выделять в виде сульфидов. Обычно в виде сульфидов выделяют Сu, Со, Ni, Fe, Sn, Mo, As, Sb, Hg, Ag, Zn, Cd, Pb. В качестве осадителя обычно используют Na2S (реже – (NH4)2S). ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. К ним относятся следующие: коагуляция и флокуляция, сорбция, ионный обмен, экстракция, различные электрохимические методы, мембранные методы (обратный осмос, ультрафильтрация) и др. Эти методы используют как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и химическими методами очистки. В настоящее время область применения физико-химических методов очистки расширяется. Наиболее эффективное применение физико-химических методов достигается в локальных системах очистки сточных вод промышленных предприятий. Коагуляция Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты. Мелкие (первичные) частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия. Вещества, способные вызвать коагуляцию частиц называют коагулянтами или гидролизующимися коагулянтами. Последние не только вызывают коагуляцию частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья. Рассмотрим в качестве примера строение мицеллы гидроксида железа (рис. 1). Основу коллоидной частицы составляют микрокристаллы труднорастворимого Fe(OH)3называемые агрегатами. В результате избирательной адсорбции на поверхности агрегата образуется положительно заряженный слой, состоящий из nионов водорода (потенциалообразующие ионы, сокращенно). Агрегат вместе с потенциалообразующими ионами образует ядро. Под действием электростатических сил притяжения у ядра формируются слой ионов противоположного знака – противоионов, компенсирующих частично заряд ядра. В рассмотренном примере их роль выполняют ионы Сl-. Частицу с окружающим ее плотным слоем ионов называют гранулой.  Гранула характеризуется двойным электрическим слоем, который образуется из потенциалообразующих ионов и противоионов. Следует указать, что часть противоионов (n-x), наиболее близко расположенных к ядру, находится в слое жидкости, смачивающем поверхность твердого ядра, и испытывает действие не только электростатических, но и ван-дер-ваальсовых сил ядра, поэтому прочно удерживается около него и образует так называемый адсорбционный слой противоионов (плотный слой). Остальные хпротивоионов слабее связаны с ядром (только электростатически) и под влиянием теплового движения располагаются в жидкой фазе диффузно и называются диффузионным слоем. Потенциал, характеризующий двойной слой ионов, называется электрокинетическим или ζ-потенциалом (дзета-потенциалом). Он представляет собой электрический потенциал в двойном слое на границе между частицей, способной к движению в электрическом поле и окружающей жидкостью. При очистке производственных сточных вод основное применение нашел процесс гетерокоагуляции, который можно определить, как взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов. Наиболее часто в практике очистки сточных вод используют соли алюминия и железа, которые гидролизуются в соответствии со следующими реакциями: Al2(S04)3 + 6Н20=2А1(ОН)3 + 3H2S04 (1) FeCl3 + 3H20=Fe(OH)3 + 3HC1 (2) FeS04 + 2H20=Fe(OH)2 + H2S04 (3) В результате протекания указанных реакций образуются малорастворимые гидроксиды алюминия и железа, обладающие развитой хлопьевидной поверхностью, на которой сорбируются мелкодисперсные и коллоидные примеси, оседающие затем на дно отстойника и образующие осадок. Образующиеся по приведенным реакциям кислоты (HCl, H2S04) нейтрализуют щелочными реагентами. Возможна также нейтрализация указанных кислот за счет взаимодействия с бикарбонатионами, присутствующими в сточных водах. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... | | Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... | | Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... | | Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |  | Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |