Видалення, переробка і утилізація зважених часток із води

Курсова робота

" Видалення, переробка і утилізація зважених часток із води"

Реферат

Тема: «Видалення, переробка і утилізація зважених часток із води»: 50 ст.; 5 таб., 20 рис.

Об'єкт дослідження — забруднена зваженими частками вода.

Мета роботи — дослідити методи методи очищення води.

Метод дослідження — теоретичний огляд механізму очищення води.

ФІЛЬТРУВАННЯ, ФЛОТАЦІЯ, АДСОРБЦІЯ, ЕКСТРАГУВАННЯ, ЗВОРОТНІЙ ОСМОС, УЛЬТРАФІЛЬТРАЦІЯ, ДЕЗОДОРАЦІЯ.

Зміст

Вступ

1. Характеристика води

1.1 Фізичні і хімічні властивості води

1.2 Характеристика забрудненості та класифікація стічних вод

1.3 Вимоги до якості води, що скидається в централізовані біологічні очисні споруди та природні водойми

1.4 Класифікація шкідливих домішок у стічних водах та класифікація основних методів знешкодження стічних вод

2. Видалення зважених часток із води

2.1 Прояснення стічних вод відстоюванням

2.2 Фільтрування

2.3 Прояснення води під дією центробіжних сил

2.4 Фізико-хімічні методи очищення води

2.4.1 Флотація

2.4.2 Адсорбція

2.4.3 Іонообмінне очищення

2.4.4 Екстрагування

2.4.5 Зворотній осмос і ультрафільтрація

2.4.6 Десорбція летких домішок. Методи дезодорації

Висновки

вода очисний фільтрування адсорбція

Вступ

У світі велику увагу приділяють проблемі впровадження водоощадних технологій і заходів у побутовому й комунальному водоспоживанні, де за рахунок витоків у водопровідній мережі та арматурі втрачається в середньому до 25%, у зовнішній мережі - понад 7% питної води, а для побутових гігієнічних процедур, миття посуду тощо даремно витрачається до 80% води. У Києві, наприклад, втраченої у комунальній системі і побуті води вистачило б для водопостачання ще 800−900 тис. чоловік. Ось чому, незважаючи на уявний малий масштаб водоощадних нововведень у побуті (наприклад, система видалення туалетних відходів за допомогою стисненого повітря і великої кількості води, автоматичні фотоелементні вимикачі подавання води в кранах умивальників тощо), вони здатні, разом із заходами щодо ліквідації витоків у комунальних мережах, істотно зменшити споживання води в окремих країнах і в світі загалом.

1.Характеристика води

1.1 Фізичні і хімічні властивості води

Аналізом звичайної води встановлено, що насправді це суміш декількох різновидів води, які є сполуками нуклідів Оксигену і Гідрогену. Крім звичайного Гідрогену Н у природі трапляється Гідроген з масовим числом 2 (дейтерій D) і ще важчий — з масовим числом 3 (тритій Т). В Оксигені, крім звичайного, з відносною атомною масою 16, виявлено ще два важчих нукліди з відносними атомними масами 17 і 18

Теоретично може існувати 42 ізотопних різновиди води, з яких лише 7 є стійкими, тобто нерадіоактивними. Однак поки що в природі виявлено далеко не всі з них. На 99,73% гідросфера складається із звичайної води. Решта води - важка, до складу молекул якої входять важкі ізотопи Оксигену і Гідрогену.

За властивостями важка вода істотно відрізняється від звичайної (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 Деякі константи звичайної Н₂О і важкої D₂O води

Важка вода гірше розчиняє солі, ніж звичайна. Лід з важкої води плавиться за температури 3,813 ^оС, хімічні реакції у ній відбуваються значно повільніше. Важка вода випаровується теж повільніше, ніж звичайна, тому, мабуть, деякі замкнені водойми збагачуються важкою водою. Експериментально підтверджено, що вона пригнічує рослини, у великих дозах спричинює навіть їх загибель і взагалі чинить сильний негативний біологічний вплив на деякі організми. Однак у загальній масі природної води вплив ізотопних інгредієнтів на її фізичні властивості не дуже відчутний або поки що недостатньо досліджений.

У хімічному плані вода — досить активний реагент за рахунок наявності двох неподілених пар електронів на атомі Оксигену та полярності молекул. Її можна розглядати як продукт взаємодії іонів Н⁺ і ОН^- (вода — амфоліт, оскільки утворює ці йони у процесі дисоціації), які є носіями кислотних і основних властивостей водних розчинів. Тому чиста вода має нейтральну реакцію середовища (рН=7; йоний добуток води 10^-14).

За рахунок здатності води утворювати донорно-акцепторні і водневі зв’язки існують численні міжмолекулярні та комплексні сполуки: гідрати (H₂SO₄ ^. n H₂O; NH₃ ^. n H₂O), кристалогідрати (KAl (SO₄)₂ ^. 12H₂O, Cu SO₄ ^. 5H₂O, Na₂CO₃ ^. 10H₂O), аквакомплекси ([Cu (H₂O)₆] SO₄, [Zn (H₂O)₄Cl₂). За участю полярних молекул води відбуваються процеси електролітичної дисоціації електролітів, гідролізу, гідратації, реакції обміну та розкладання різних органічних і неорганічних сполук.

Вода виявляє слабкі окислювальні властивості за рахунок атома Гідрогену у вищому ступені окислення йона Н⁺. За високих температур і наявності каталізаторів вода окислює вуглець, метан, оксид карбону (ІІ), залізо, фосфор, за звичайних умов - лужні і лужноземельні метали, гідриди металів.

Вода має також слабкі відновні властивості за рахунок наявності в її молекулі атома Оксигену в нижчому ступені окислення (йона О^2-). Під дією сильних окисників - атомарного кисню, фтору - вода окислюється.

1.2 Характеристика забрудненості та класифікація стічних вод

Стічні води, що утворюються на підприємствах, можна віднести до трьох категорій: промислові, побутові та атмосферні.

Промислові стічні води, в свою чергу, поділяються на три основні групи:

1) промислові води, що утворюються в наслідок безпосереднього використання води саме в технологічних операціях; вони забруднені усіма речовинами, які використовуються в технологічних процесах даного виробництва. Частина цих вод, які отримують при завершальній обробці готового продукту, іноді слабко забруднена, і такі води відносять до практично умовно чистих;

2) води від допоміжних операцій та процесів, які утворюються під час поверхневого охолодження технологічної апаратури та енергетичних агрегатів; головною відмінністю таки вод є, як правило, підвищена температура;

3) води від допоміжних цехів і цехів обслуговування (сховищ сировини та готової продукції, транспортування сировини і палива, котельних тощо); ці води забруднені різноманітними речовинами.

Промислові стічні води залежно від виду та концентрації забруднювальних речовин, а також від кількості стічних вод та місць їх утворення відводять або одним загальним потоком, або кількома самостійними потоками.

Так, самостійні потоки об'єднують:

слабко забруднені промислові стічні води, які містять один або кілька видів забруднення;

промислові стічні води, які містять токсичні сполуки;

кислі або лужні стічні води;

виробничі стічні води з неприємним запахом;

дуже мінералізовані води;

промислові стічні води, що містять масла, жири, нафтопродукти тощо.

У разі відсутності чітко визначених видів забруднювачів усі промислові стічні води об'єднують в один потік. Практично чисті води від допоміжних операцій, як правило, відводять окремим потоком або транспортують разом із зливовими (дощовими) водами.

Побутові стічні води, які утворюються на території підприємства, відводять та очищують окремо, якщо промислові стічні води за характером їх забруднення не потребують біохімічного очищення. Сумісне відведення побутових і промислових стічних вод доцільне, якщо останні забруднені органічними речовинами, що піддаються біохімічній деструкції, та якщо концентрація токсичних забруднень у загальному потоці, що надходить у споруди біологічного очищення, не перевищує гранично допустимі концентрації (ГДК) для біологічного очищення.

За типом забруднень промислові стічні води можна розподілити на три групи:

1) води, забруднені переважно мінеральними домішками (стічні води підприємств, що виробляють мінеральні добрива, кислоти, будівельні вироби та матеріали, нафтопродукти, вуглевидобувних підприємств тощо);

2) води, забруднені переважно органічними домішками (стічні води підприємств хімічної та нафтохімічної, переробної промисловості, виробництва полімерних плівок, матеріалів, каучуку тощо);

3) стічні води, забруднені мінеральними та органічними домішками (нафтопереробна, нафтодобувна, нафтохімічна, легка, харчова промисловість, органічний синтез).

За ступенем мінералізації стічні води також поділяються на три групи.

Першу групу складають стічні води з мінералізацією до 3 кг/м³, їх можна знесолювати методами йонного обміну.

До другої групи відносять стічні води з мінералізацією від 3 до 10−15 кг/м³. Для знесолення таких вод доцільно використовувати мембранні методи.

До третьої групи слід віднести стічні води з мінералізацією понад 15 кг/м³, знесолення яких доцільно здійснювати лише термічними методами.

За концентрацією органічних домішок промислові стічні води поділяють на чотири категорії: І - до 500 мг/л; ІІ - 500−5000; ІІІ - 5000−30 000; ІV - понад 30 000 мг/л, а за ступенем агресивності - на неагресивні (рН 6,5−8,0), слабко агресивні (рН 6,0−6,5 та рН 8−9) і сильно агресивні (рН<6 та рН>9).

1.3 Вимоги до якості води, що скидається в централізовані біологічні очисні споруди та природні водойми

Здебільшого воду, що використовується в технологічних процесах і містить невеликі кількості органічних і неорганічних забруднювачів, об'єднують з побутовими стічними водами і направляють у споруди централізованого біологічного очищення міста. Системи очищення великих хімічних комбінатів часто використовують і для очищення стічних вод населених пунктів, розташованих поблизу. Для того щоб не порушувалась робота каналізаційних споруд і не погіршувалися умови їх експлуатації, стічні води, які скидаються в міську каналізацію, повинні задовольняти певним вимогам. Основні з них такі.

Виробничі стічні води не повинні бути агресивними щодо матеріалів каналізаційних споруд та їх обладнання. Вони не повинні містити домішки такого розміру і такої щільності, які могли б засмічувати каналізаційну мережу міста або відкладатися на дні та на стінках труд і каналів. У виробничих стічних водах не повинно бути горючих домішок (бензину, нафтопродуктів, ефіру тощо), а також розчинених газоподібних речовин у таких кількостях, які можуть утворювати вибухонебезпечні суміші в трубах і каналах каналізаційної мережі, в приймальних резервуарах насосних станцій і очисних спорудах. Температура суміші міських і виробничих стічних вод у місці їх надходження не повинна перевищувати 40^оС.

Таблиця 1.3.1. Загальні вимоги до виробничих стічних вод, що приймаються в міську каналізацію Києва

Загальні вимоги до виробничих стічних вод, що скидаються в централізовані біологічні очисні споруди, встановлюються для кожного міста окремо з урахуванням потужності очисних споруд, співвідношення обсягів побутових і промислових стічних вод, профілю промислових підприємств, кількісного та якісного складу їх стічних вод тощо. Приймає рішення і дає дозвіл на відведення у міську каналізацію промислових стічних вод діючих підприємств або тих, які реконструюються чи споруджуються, організація, що експлуатує водопровідно-каналізаційне господарство. Так, для Києва це державне комунальне об'єднання водопровідно-каналізаційного господарства «Київводоканал». Загальні вимоги до виробничих стічних вод, що приймаються в міську каналізацію Києва, наведені в табл. 5.4. Крім загальних вимог встановлюється перелік граничних норм (ГН) на приймання забруднювальних речовин, що зазнають біологічного розкладання, та гранично допустимих концентрацій (ГДК) речовин, що не піддаються біологічному розкладанню, з урахуванням місцевих умов. Якщо в переліку речовин, що зазнають біологічного розкладання, немає якихось речовин, що їх скидає підприємство, то граничні норми для них приймаються на рівні ГДК чи ОДР на скидання у водойми. Скидання в каналізацію речовин, для яких не розроблені ГДК, забороняється.

Вимоги до скидання виробничих стічних вод у водойми зумовлені Законом України «Про охорону навколишнього природного середовища» і регламентуються «Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами» та «Правилами санітарної охорони прибережних районів морів». Згідно з цими правилами, встановлені нормативи якості води для водойм за двома категоріями водокористування. До першої відносять ділянки водойм, що використовуються як джерело централізованого чи децентралізованого господарсько-питного водопостачання, а також для водопостачання підприємств харчової промисловості. До другої категорії належать ділянки водойм, що використовуються для купання, занять спортом і відпочинку населення, а також ті, що знаходяться в межах населених пунктів. Крім того, встановлені більш жорсткі нормативи якості стічних вод, що скидаються у водойми, які використовують з рибогосподарською метою.

Загальні показники якості промислових вод, що скидаються у відкриті водойми господарсько-питного і культурно-побутового призначення, наведено нижче.

Розчинений кисень. У воді водойми після змішування з нею стічних вод кількість розчиненого кисню не повинна становити менш як 4 мг/л у будь-який період року в пробі, відібраній до 12 години дня.

Біохімічне споживання кисню (БСК). Повна потреба води в кисні при біохімічному окисленні домішок за 20 хв. не повинна перевищувати 3 мг/л для водойм першої і другої категорії, а також для морів.

Завислі речовини. Вміст завислих речовин у воді водойми після скидання стічних вод не повинен зростати, більш ніж на 0,25 і 0,75 мг/л для водойм відповідно першої і другої категорій. Для водойм, які містять понад 30мг/л природних мінеральних речовин, допускається збільшення концентрації завислих речовин у воді не більш ніж на 5%. Стічні води, які містять завислі речовини зі швидкістю осідання понад 0,4 мм/с для проточних водойм і понад 0,2 мм/с для водосховищ, скидати забороняється.

Запахи, присмаки. Вода не повинна мати запахів і присмаків інтенсивністю понад 3 бали для морів і 2 бали для водойм першої категорії, якщо ці показники розпізнаються безпосередньо або після хлорування води. Для водойм другої категорії ці показники не повинні розпізнаватися безпосередньо. Вода не повинна надавати сторонніх запахів і присмаків рибі.

Кольоровість не повинна виявлятися в стовпчику води, яку скидають, заввишки 20 см для водойм першої категорії і 10 см - для водойм другої категорії та морів.

Водневий показник (значення рН) після змішування води водойми зі стічними водами повинен бути в межах 6,5< рН< 8,5.

Спливаючі речовини. Стічні води не повинні містити мінеральних масел та інших спливаючих речовин у таких кількостях, які здатні утворювати на поверхні водойми плівку, плями і нагромадження.

Мінеральний склад. Вміст неорганічних речовин для водойм першої категорії не повинен перевищувати за сухим залишком 1000 мг/л, у тім числі хлоридів - 350 мг/л і сульфатів - 500 мг/л; для водойм другої категорії мінеральний склад нормується за показником «Присмаки».

Збудники захворювань не повинні міститись у воді. Стічні води зі збудниками захворювань треба знезаражувати після попереднього очищення. Методи знезараження біологічно очищених стічних вод повинні забезпечувати колі-індекс не більше 1000 при вмісті залишкового хлору не менш як 1,5 мг/л.

Температура води у водоймі внаслідок скидання в неї стічних вод не повинна підвищуватися влітку більше ніж на 3⁰С порівняно із середньомісячною температурою найтеплішого місяця року за останні 10 років.

Отруйні речовини неповинні міститися в стічних водах у концентраціях, які можуть чинити прямий чи опосередкований шкідливий вплив на здоров'я населення.

В Україні прийнята система нормування шкідливих забруднювачів у стічних водах на підставі гранично допустимих концентрацій. ГДК деяких шкідливих речовин, що можуть надходити у водойми з промисловими стічними водами, наведені в табл. 1.3.1 Практично у складі промислових стічних вод у водойми можуть потрапляти десятки видів різних забруднювачів, що призводить до комплексної їх дії на якість води у водоймі. Точно оцінити комплексну дію таких речовин неможливо, тому застосовують метод оцінки сумарного ефекту впливу на санітарний стан водойми кількох шкідливих речовин за формулою:

С₁/С_{1, ГДК} + С₂/С_{2, ГДК} + … + С_і/С_{і, ГДК} = 1, (1.4.)

де С₁, С₂, С_і - концентрації шкідливих речовин у воді водойми;

С_{1, ГДК}, С_{2, ГДК}, С_{і, ГДК} - їх гранично допустимі концентрації.

Якщо ця умова при скиданні стічних вод не дотримується, то санітарний стан водойми не відповідає нормативним вимогам, і слід вживати заходів щодо підвищення ефективності очищення промислових стічних вод.

Таблиця 1.3.2 Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин

у воді водойм господарсько-питного та культурно-побутового призначення

1.4 Класифікація шкідливих домішок у стічних водах та класифікація основних методів знешкодження стічних вод

Велика кількість домішок, які забруднюють природні та стічні води, потребує класифікаційного методу підходу для їх визначення та вилучення з води. Така науково обґрунтована класифікація була запропонована академіком Національної академії наук України Л. А. Кульським і покладена в основу розробки різноманітних ефективних способів очищення природних і стічних вод.

Класифікація базується на ідеї виявлення спільності фізико-хімічної поведінки домішок у воді, тобто на їх здатності утворювати гомогенні водні системи. Така класифікація забруднень передбачає, що вибір методів очищення води визначається насамперед фізичним станом домішок, а в разі гетерогенних систем - і їх дисперсністю. Специфіка такої класифікації полягає в тому, що враховуються не індивідуальні властивості забруднювачів води, а їх поведінка під час взаємодії з дисперсійним середовищем - водою, що дає змогу характеризувати властивості системи в цілому. Всі домішки природних і стічних вод незалежно від їх властивостей і концентрації поділяють на чотири групи (табл. 1.4.1). Між групами існують ще й проміжні стани, що зумовлено динамічним зв'язком між наведеними системами. Так, молекулярні розчини можуть бути частково дисоційованими, поверхнево-активні речовини до критичної концентрації міцелоутворення являють собою істинні розчини. Проміжний стан між колоїдними та молекулярними системами займають і високомолекулярні сполуки. Вони можуть містити йоногенні групи, які здатні обмінювати свої дисоційовані йони на йони, що знаходяться в розчині.

Таблиця 1.4.1 Систематизація домішок води за їх фазово-дисперсним станом

* Ступінь дисперсності системи D характеризує ступінь подрібненості дисперсної фази і визначається як величина, обернена розміру (діаметру) а дисперсної часточки: D = 1/а (см^-1).