Реферат: Обеззараживание и обезвреживание с иcпользованием окислителей природных, сточных вод и их осадков
Как правило, окислители разрушают органическое вещество в органолептически менее ощутимые, а также менее токсичные соединения. Но имеются и такие вещества, например некоторые фосфорорганические пестициды, при которых неполное окисление может привести к усилению запахов и привкусов и образование токсичных веществ.
Наиболее распространенным и дешевым окислителем является хлор, при котором, однако, надо учесть возможность появления в воде запаха и привкуса хлора, а также нежелательных соединений (хлорфенолы).
О3 и КМnО4- сильные окислители, они не придают воде дополнительных запахов и привкусов. Для КМnO4 необходимо принимать во внимание высокую цену и дефицитность реагента. Кроме того, требуется высокая точность дозировки, чтобы исключить опасность попадания в очищенную воду остаточного марганца (допустимая концентрация всего 0,1 мг/л). Озон, как было сказано, может в результате неполного окисления органических веществ вызвать интенсификацию бактериальной жизнедеятельности в воде после очистных сооружений.
Учитывая вышеупомянутые трудности, применение сорбентов для удаления из воды растворенных органических веществ и токсичных соединений является более предпочтительным методом. Их большое преимущество в том, что они не разрушают вещества, поэтому отпадает опасность появления нежелательных продуктов деструкции. Особенно эффективно связывать с сорбентами гидрофобные соединения, например, фенолы и другие слабые органические электролиты. Лучше сорбируются при этом вещества в молекулярном виде, хуже - ионы.
В водоподготовке в качестве сорбента применяются активные угли, получаемые путем активации углеродсодержащих материалов (каменные угли, антрацит, торф, промышленные отходы). Активация заключается в термохимической обработке дробленого и отсортированного материала, в результате чего улетучивающиеся компоненты удаляются, материал уплотняется и приобретает микро- пористую структуру. Существуют два способа сорбционной обработки -добавка активного угля в виде реагента (углевание воды) и фильтрование воды через слой гранулированного, зернистого сорбента в сорбционных фильтрах.
Для углевания воды необходимо иметь бак с механическим или гидравлическим перемешиванием, в котором происходит замачивание угля в течение 1 ч. Изготовленную угольную пульпу концентрацией 8% подают в воду перед очистными сооружениями за 10 мин до ввода коагулянта. Доза угля перед фильтрами не должна превышать 5 мг/л. Применяют в основном активные угли марки БАУ и ОУ.
Подготовка угля - сложная, трудоемкая и загрязняющая окружающую среду операция. Во избежание загрязнения очищенной воды остаточными концентрациями угля требуется большая точность дозировки.
Поэтому более целесообразно использовать сорбционные фильтры в конце технологической схемы после осветлительных фильтров. В качестве загрузки используют прежде всего активные угли АГ-З и АГ-М. Сорбционные фильтры, как правило, напорные, толщину загрузки принимают исходя из скорости фильтрования (10...15 м/ч) и времени пребывания воды в угольной загрузке (10...15 мин).
Основной технической проблемой, связанной с применением сорбционных фильтров, является вопрос восстановления сорбционной емкости фильтров. Для этого применяют химические, термические или биологические методы, требующие выгрузки материала из фильтра.
Химический метод заключается в продувке слоя угля паром с последующей обработкой щелочью; при термической регенерации адсорбированные органические вещества выжигаются в специальных печах при температуре 800...900°С; восстановление сорбционной емкости угля может также происходить с использованием микробов. До настоящего времени не существует надежного и дешевого метода регенерации углей, что увеличивает расход свежего материала и повышает себестоимость процесса.
.
Использование окислителей при обезвреживании сточных вод.
Роль окислителей в доочистке сточных вод.
Под доочисткой понимают методы и процессы, дополняющие традиционные технологические схемы двухступенчатой очистки сточных вод. Возможная степень удаления загрязнителей в процессах третичной очистки(доочистки) практически не ограничена и определяется условиями сброса очищенных сточных вод в водоемы, подачи воды на технические нужды или в систему питьевого водоснабжения. При этом должны учитываться экономические соображения.
Применение окисления при доочистке.
В качестве окислителей используют уже перечисленные вещества. Озонирование при доочистке сточных вод применяют для доокисления органических веществ, дезодорации, обесцвечивания и обеззараживания. Описание озонаторов для производства озоно-воздушной смеси и параметры процесса озонирования схожи с приведенными выше.
Теоретическая потребность хлора при окислении для снижения ХПК на 1мг/л составляяет 4,43 мг/л хлора. Хлорирование увеличивает на 20% содержание взвешенных частиц в воде за счет перехода некоторых растворимых соединений под действием хлора в суспензированное состояние. БПК5 снижается в среднем на 35%.
Обеззараживание сточных вод.
Обеззараживание производится хлором, гипохлоритом натрия, получаемым на месте в электролизерах, или прямым электролизом сточных вод. Производственные сточные воды иногда обеззараживают озоном.
Расчетная доза активного хлора принимается в зависимости от предшествующей очистки сточных вод: после механической очистки - 10 мг/л; после механической очистки при эффекте отстаивания более 70% и неполной биологической очистки - 5 мг/л; после полной биологической, физико-химической очистки - 3 мг/л.
При этом в обеззараженной воде после биологической очистки содержание кишечных палочек должно быть менее 1000 в 1 л, а уровень остаточного хлора не менее 1,5 мг/л при времени контакта 30 мин.
Комплекс сооружений для обеззараживания состоит из установки для хлорирования, склада хлора, смесителя и контактного резервуара. Хлорное хозяйство должно обеспечивать возможность увеличения расчетной дозы хлора в 1,5 раза без изменения вместимости складов для реагентов.
Установки для хлорирования аналогичны установкам, применяемым для обеззараживания природных вод. Смесители подразделяют на три типа: ершовые (при расходе сточных вод до 1400 м3/сут), типа лотка Паршаля и с механическим или пневматическим перемешиванием .
Сооружения обеззараживания должны обеспечивать снижение бактериальных загрязнений в очищенной воде до нормативных. Технологическая эффективность работы сооружений обеззараживания следует оценивать по количеству бактерий кишечной группы, оставшихся в воде после обеззараживания, а также по концентрации остаточного хлора при обеззараживании хлором или его производными. Технологически эффективно работающие сооружения обеззараживания должны уменьшить количество бактерий кишечной группы в 1 л сточной воды до 1000 шт. Количество остаточного хлора должно составлять не менее 1,5 мг/л при обязательном контакте воды с хлором не менее 30 мин.
Контактные резервуары проектируют в виде не менее 2 отстойников без скребков на время пребывания сточных вод 30 мин. При этом учитывается и время протока сточных вод к выпуске. Влажность удаляемого осадка 98 %. Количество осадка после механической очистки - 1,5 л/м3. Осадок удаляется раз в 5-7 суток перекачкой его в начало очистных сооружений.
Сооружения обеззараживания и обезвреживания осадков
Химическое обеззараживание осадков проводится известью, аммиаком, тиазоном, формальдегидом или мочевиной. Одновременно повышается удобрительная ценность осадков.
Требуемая для обеззараживания известью температура 60° С достигается при дозах извести более 30%. Для обеззараживания используется молотая известь, которая смешивается с осадком в двухвальном лопастном смесителе.
Дегельминтизация радиационным термическим нагреванием обезвоженных осадков является наиболее простым способом их обезвреживания.
Теоретическое количество теплоты, максимально потребное на дегельминтизацию 1 м3 осадка, обезвоженного до 80%-ной влажности, при нагреве осадка с 10 до 60° С составляет 560 МДж. Камеры КДГМ рекомендуются для обеззараживания осадков перед использованием их в качестве удобрения на станциях аэрации производительностью до 20...30 тыс. м3/сут сточных вод.
Биотермическая обработка (компостирование) осадков осуществляется под действием аэробных микроорганизмов с целью обеззараживания, стабилизации и подготовки их к утилизации в качестве удобрения.
Для создания пористой структуры осадка требуемой влажности и оптимального соотношения углерода и азота (20...30:1) осадки компостируют совместно с торфом, размолотой древесной корой, листьями, соломой, твердыми бытовыми отходами и т. п.
Наиболее дешевым и простым способом получения компоста как удобрения является способ приготовления его на смеси осадков сточных вод после механического обезвоживания или иловых площадок с верховым торфом в штабелях на площадках с асфальтированным покрытием. Форма штабеля трапециевидная с шириной поверху 2...30 м и высотой 1 ...З м (при естественной аэрации) и до 5 м (при принудительной аэрации). В зимнее время компост лучше разогревается при соотношении торфа к осадку как 2:1, а летом и весной -как 1,5:1. Качество компоста улучшается, если к 1 т смеси добавить 15...20 кг извести и 3 кг калия.
Компост приготовляется послойно. Вначале кладут торф слоем 50 см. Выше засыпают слой осадка толщиной, соответствующей принятому соотношению с торфом, сверху - слой торфа. Компостируемая масса покрывается безопасным в санитарном отношении материалом, например готовым компостом толщиной слоя не менее 20 см. По контуру площадки устанавливают лотки для сбора поверхностного стока.
При естественной аэрации компост созревает зимой за 3...4 месяца, в весенне-летнее время за 1,5...2 месяца.
При применении аэрируемых штабелей в основании штабеля укладывают перфорированные трубы диаметром 100...200 мм с размером отверстий 8...10 мм. Расход воздуха принимается 10... 25 м3/ч на 1 т органического вещества смеси. Воздух подается воздуходувной установкой или отсасывается вентилятором. Период созревания компоста с аэрацией воздухом составляет 3...4 недели.
На типовых сооружениях компостирования осадка с подачей воздуха от воздуходувных станций количество обезвоженного осадка по сухому веществу составляет 5 т или 7 т в сутки. Смешение и перемещение компоста осуществляются мостовым грейферным краном (5 т) и бульдозерами ДЗ-37 (Д579).
Термическая сушка осадков предназначается для обеззараживания и снижения массы и объема осадков, предварительно обезвоженных механическими методами. Это обеспечивает эффективное удаление осадков с территории очистной станции и их дальнейшую утилизацию в народном хозяйстве.
Термическая сушка производится в барабанных и пневматических сушилках, в установках со встречными струями, в агрегатах витаминной муки, в сушилках с фонтанирующим слоем и т. п.
Промышленностью выпускаются установки СВС-1,4-2,2; СВС-3,5-5; СВС-9-10 производительностью по испаряемой влаге соответственно 1,4... 2,2; 3.5...5 и 9...10 т/ч. Корпус термической обработки с двумя агрегатами СВС-3,5-5 имеет размеры в плане ЗОх12 м и высоту 14,4 м.
Термически высушенный осадок представляет собой обеззараженный сыпучий полидисперсный продукт с преобладающим размером частиц 1... 7 мм.
Дымовые газы в топке для сушки осадков в агрегате витаминной муки имеют температуру 400...600°С, на выходе 100...180°С. При частоте вращения барабана 8...15 мин-1 производительность сушилки составляет 600... 1200 кг/ч по испаряемой влаге, влажность высушенного осадка 10...20%. Расход электроэнергии составляет 0.02...0.04 кВт•ч, а дизельного топлива 0.11...0.13 кг на 1 кг испаряемой влаги.
Сжигание осадков применяется, если их утилизация невозможна или экономически нецелесообразна. Перед сжиганием необходимо стремиться к максимальному снижению влажности осадков путем их механического обезвоживания.
Горению обезвоженных осадков предшествует эндотермический процесс их тепловой подготовки, включающий прогрев материала, испарение влаги и выделение летучих компонентов. В качестве топочных устройств для сжигания осадков сточных вод применяют многоподовые печи, печи с кипящим слоем инертного носителя, а также барабанные печи, слоевые и камерные топки.
Процесс сжигания осадков в условиях псевдоожиженного слоя значительно эффективнее, чем в стационарном слое. В качестве инертного материала в кипящем слое применяют кварцевый песок с размером фракций 1 ...5 мм или фторопласт. Производительность печи по испаряемой влаге составляет 1... 2 т/ч. Температура воздуха и газов на входе в печь 600...700°С, в кипящем слое 650...750, в топочной камере над кипящим слоем 900...1000°С. Нагрузка по испаряемой влаге на 1 м3 объема печи 60...100 кг/ч. Унос золы с отходящими газами 80...100 %. Рабочая скорость воздуха, отнесенная к площади решетки, 1,2 ... 2 м/с. Удельный расход тепла 4...4.6 МДж на 1 кг испаряемой влаги, удельный расход электроэнергии 0.04...0.05 кВт•ч на 1 кг испаряемой влаги.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Родионов А. И., Клушин В. Н., Торочешников Н. С. Техника защиты окружающей среды. - Mосква: 1989.
2. Кульский Л. А., Строгач П. П. Технология очистки природных вод. - Киев: 1986.
3. Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. /Под ред. Самохина Н. В. - Москва: 1981.
