Обеззараживание и обезвреживание с иcпользованием окислителей природных сточных вод и их осадков
Обеззараживание и обезвреживание с иcпользованием окислителей природных, сточных вод и их осадков
Обеззараживание и обезвреживание с иcпользованием окислителей природных, сточных вод и их осадков
КУРСОВАЯ РАБОТА
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ С ИCПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКИСЛИТЕЛЕЙ ПРИРОДНЫХ, СТОЧНЫХ ВОД И ИХ ОСАДКОВ
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Способы обеззараживания воды, роль окислителей в
водоподготовке
2. Обеззараживание хлором
3. Хлорирование воды порошкообразными хлорсодер-
жащими реагентами и диоксидом хлора
4. Хлорирование воды гипохлоритом натрия
5. Хлорирование воды прямым электролизом
6. Перехлорирование и дехлорирование, с аммонизацией
7. Озонирование воды
8. Обеззараживание воды в бактерицидных установках
9. Применение окислителей и сорбентов для дезодорации
воды и удаления токсичных веществ
10. Использование окислителей при обеззараживании
сточных вод
10.1. Роль окислителей в доочистке сточных вод
10.2 Применение окислителей при доочистке
10.3 Обеззараживание сточных вод
11. Сооружения обеззараживания и обезвреживания
осадков
12. Использованная литература
Способы обеззараживания воды, роль окислителей в водоподготовке
Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся там микроорганизмов. До 98 % бактерий задерживается в процессе очистки воды. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды. При полной очистке поверхностных вод обеззараживание необходимо всегда, при использовании подземных вод только тогда, когда микробиологические свойства исходной воды этого требуют. Для профилактического обеззараживания и обработки воды в аварийных ситуациях сооружения обеззараживания необходимы на всех станциях подготовки хозяйственно-питьевых вод.
Для обеззараживания используют в основном два метода — обработку воды сильными окислителями и воздействие на воду ультрафиолетовыми лучами. Кроме названных можно необходимый эффект получить фильтрованием воды через ультрафильтры, обработкой ультразвуком, кипячением воды. Для очистки поверхностных вод почти исключительно применяют окислители — хлор, хлорсодержащие реагенты, озон; для обеззараживания подземных вод можно использовать бактерицидные установки; для обеззараживания небольших порций воды — перманганат калия, перекись водорода. Надежным средством уничтожения микробов является кипячение воды.
При подаче в воду окислителей большая часть ее израсходуется на окисление органических и некоторых минеральных веществ. В результате снижаются цветность воды, а также интенсивнось привкусов и запахов, эффективнее будет проходить процесс последующей коагуляции примесей. Скорость процесса обеззараживания растет с повышением температуры воды н переходом реагента в недиссоциированную форму. Взвешенные вещества оказывают отрицательное воздействие, поскольку препятствуют контакту микробов с реагентом.
Если окислитель используется только для обеззараживания, то он подается в воду перед резервуаром чистой воды, где обеспечивается и необходимое время контакта; если цель обработки — окисление органических веществ, то реагент подается в воду перед очистными сооружениями. Хорошие результаты дает двухступенчатая обработка, когда часть реагента-окислителя — подается до, часть — после очистных сооружений.
Обеззараживание хлором.
Хлор — ядовитый газ зеленовато-желтого цвета с резким удушливым запахом, в 2,45 раза тяжелее воздуха. Растворимость хлора в воде увеличивается с понижением температуры и повышением давления; при атмосферном давлении и температуре 20° С растворимость С12 составляет 7,29 г/л. При низкой температуре и высоком давлении (-34,6° С при атмосферном давления или 0,575 МПа при 15° С) хлор сжижается. Для предотвращения испарения жидкий хлор хранится под давлением 0.6…0.8 МПа с баллонах или в бочках (контейнерах).
Заводы поставляют хлор в баллонах массой до 100 кг и в контейнерах массой до 3000 кг, а также в железнодорожных цистернах вместимостью 48 т. При добавке в воду хлора происходит его гидролиз
Cl2 + H2O Û HClO + HCl
Часть хлорноватистой кислоты НСlO диссоциирует с образованием гипохлоритного иона OCl. При наличии в воде аммиака образуются моно- и дихлорамины
HClO + NH3 Û NH2Cl + H2O
HClO + NH2Cl Û NHCl2 + H2O
Основными обеззараживающими веществами являются Сl2, НСlO, OCl, NH2С1 и NHCl2, их называют активным хлором. При этом Cl2, HClO и OCl образуют свободный хлор, хлорамин и дихлорамин — связанный хлор. Бактерицидность хлора больше при малых значениях рН, поэтому воду хлорируют до ввода подщелачивающих реагентов.
Необходимая доза хлора определяется на основе экспериментально построенной кривой хлоропоглощаемости воды. Оптимальной считается доза, которая при заданном времени контакта обеспечит в воде требуемую концентрацию остаточного хлора — для хозяйственно-питьевых вод 0,3… 0,5 мг/л свободного хлора при времени контакта 30 мин или 0,8 … 1,2 мг/л связанного хлора при времени контакта 60 мин.
При отсутствии данных технологических изысканий дозу хлора принимают для обеззараживания поверхностных вод 2… 3 мг/л, для подземных 0,7 … 1,0 мг/л.
Хлорирование жидким хлором является наиболее широко применяемым методом обеззараживания воды на средних и крупных водоочистных станциях.
Ввиду малой растворимости жидкого хлора поступающий реагент предварительно испаряется. Затем хлор-газ растворяют в малом количестве воды, получаемую хлорную воду перемешивают с обрабатываемой водой. Дозировка хлора происходит в фазе газообразного вещества, соответствующие газодозаторы называются хлораторами. На практике применяют как напорные, так и вакуумные хлораторы. СНиП 2.04.02-84 требует использования последних, так как при вакуумных хлораторах меньше опасность попадания хлор-газа в воздух помещений. Имеются хлораторы пропорционального и постоянного расхода, а также автоматические хлораторы, поддерживающие в воде заданную концентрацию остаточного хлора.
В России наиболее широко используют вакуумные хлораторы постоянного расхода ЛОНИИ-100 производительностью до 85 кг/ч С12.
Для испарения хлора баллон или контейнер устанавливают на весы и открывают вентиль. Объем хлор-газа из одного баллона при комнатной температуре составит 0,5… 0,7 кг/ч, с одного контейнера — 3 кг/ч на 1 м2 его поверхности. Съем хлора можно значительно увеличить подогревом баллонов теплой водой или воздухом. Поэтому на крупных станциях используют специальные испарители хлора в виде бокса, куда устанавливают баллон или контейнер и подается теплая вода или подогретый воздух.
Хлор-газ поступает в промежуточный баллон, где задерживаются капли воды и прочие примеси. Более полная очистка газа происходит в фильтре, который заполнен стекловатой, замоченной в серной кислоте. Редуктор обеспечивает постоянное давление в системе; измерительное устройство в виде диафрагмы и ротаметра обеспечивает контроль и регулировку количества подаваемого хлора. Производительность хлоратора зависит от применяемого ротаметра при РС-3 до 10 кг/ч, при РТ-5 до 20 кг/ч и при РС-7 до 85 кг/ч. Приготовление хлорной воды происходит в смесителе. Необходимый вакуум создается эжектором, при помощи которого хлорная вода подается в обрабатываемую воду. Включением в схему регулирования анализатора остаточного хлора можно автоматически поддерживать заданную концентрацию хлора в очищенной воде в условиях изменения свойств поступающей воды.
Хлорное хозяйство водоочистной станции располагается в отдельном здании, где сблокированы склад хлора, испарительная н хлораторная.
Расходный склад хлора отделен от остальных помещений глухой стеной без проемов. Склад может находиться и в самостоятельном здании. В таком случае там обычно располагают также испарительную, причем хлораторная находится в основном блоке водоочистных сооружений. Емкость расходного склада хлора не должна превышать 100 т. Жидкий хлор хранится на складе в баллонах или контейнерах, при суточном расходе хлора более 1 т — в танках вместимостью до 50 т с поставкой хлора в железнодорожных цистернах.
Склад размещают в наземном или полузаглубленном здании с двумя выходами с противоположных сторон здания. В помещении склада необходимо иметь емкость с нейтрализационным раствором сульфита натрия для быстрого погружения аварийных контейнеров или баллонов.
Если трубопровод хлор-газа расположен вне здания, на выходе из испарителя требуется установка вакуумного клапана, исключающего возможность конденсации газа при низкой температуре окружающего воздуха. Трубопроводы жидкого и газообразного хлора изготовляют из стальных бесшовных труб диаметром до 80 мм, рассчитанных на рабочее давление 1,6 МПа. Внутри помещения хлоропровод размещают по стенам или эстакадам на кронштейнах, вне здания — на эстакадах, предусматривая защиту трубопровода от солнечных лучей.
В хлораторных устанавливают дозаторы хлора с необходимой арматурой и трубопроводами. Хлораторные (хлордозаторные) могут находиться в основном корпусе станции либо в здании хлорного хозяйства. Помещение хлораторной должно быть отделено от других помещений глухой стеной без проемов и иметь два выхода, причем один из них через тамбур. Все двери должны открываться наружу, в помещении должна быть принудительная вытяжная вентиляция.
Трубопроводы хлорной воды выполняются из коррозионностойких материалов. В помещении трубопровод устанавливают в каналах в валу или на кронштейнах, вне здания — в подземных каналах или футлярах из коррозионностойких труб.
Хлорирование воды порошкообразными хлорсодержащими реагентами и диоксидом хлора.
На малых станциях и водоочистных установках часто целесообразно отказаться от использования жидкого хлора и применять твердые, порошкообразные вещества — хлорную известь и гипохлорит кальция. Эти вещества менее опасны в обращении, процесс их подготовки и подачи значительно проще — практически аналогичен применению коагулянта.
Хлорную известь получают при обработке сухой, негашеной взвести хлором. При контакте с воздухом и влагой хлорная известь постепенно разлагается
2СаС12О+СО2+Н2О ® СаСО3+СаС12+2НС1О
поэтому реагент необходимо хранить в сухом, вентилируемом помещении в закрытой таре.
Гипохлорит кальция образуется при насыщении известкового молока хлором
2Са(ОН)2+2С12 ® Са(С1О)2+СаС12+2Н2О
Товарный продукт СаСl2O или Са(С1O)2 растворяют в растворном баке с механическим перемешиванием. Количество баков не менее двух. Затем раствор разбавляют в расходном баке до концентрации 0,5… 1% и подают в воду дозаторами растворов и суспензии.
Учитывая коррозионную активность раствора, баки следует изготовлять из дерева, пластмассы или железобетона, из коррозионностойких материалов (полиэтилен или винипласт) должны быть также трубопроводы и арматура.
Диоксид хлора получают непосредственно на водоочистной станции хлорированием хлорита натрия NaС1O2
2NaClO2 + С12® 2С1O2+2NаС1
Вместо хлора можно для получения ClO2 также использовать озон или сoляную кислоту
2NаС1O2 + O3 + Н2O ® 2С1O2 + 2NаОН+O2;
5NaС1O2+4НС1 ® 4С1O2 + 5NаС1+ 2Н2O,
СlO2 является ядовитым, взрывоопасным газом с интенсивным запахом, водный раствор его практически безопасен. По сравнению с Cl2 двуокись хлора имеет ряд преимуществ — более высокая бактерицидность в щелочной среде, более активно окисляет органические вещества, может разлагать фенолы, не придавая при этом воде хлорфенольного запаха, наличие в воде аммиака не снижает эффективности ClO2.
Хлорирование воды гипохлоритом натрия.
На водоочистных станциях, где суточный расход хлора не превышает 50 кг, где транспортировка, хранение и подготовка токсичного хлора связаны с трудностями, можно для хлорирования воды использовать гипохлорит натрия NаСlO. Данный реагент получают на станция в процессе электролиза раствора поваренной соли. Электролизная установка состоит из бака концентрированного раствора соли (растворного бака), электролизной ванны (электролизера), бака-накопителя раствора гипохлорита, выпрямителя и блока управления.
Растворных баков должно быть не менее двух, их суммарный объем должен обеспечить бесперебойную работу установки в течение 24 ч. При мокром хранении соли объем растворных баков принимается из расчета 1,5 м3 на 1 т соли. Допускается хранение соли на складе в сухом виде, причем толщина слоя соли не должна превышать 2 м.
В растворном баке изготовляется раствор, близкий к насыщенному -200…310 г/л. Для перемешивания применяют механические устройства н циркуляционные насосы.
Электролизеры могут быть проточного или непроточного типа. Наиболее широко используют последние. Они представляют собой ванну с установленным там пакетом пластинчатых электродов. Электроды, как правило графит, присоединяют в сеть постоянного тока.
В электролизной ванне происходит диссоциация соли, a также воды. При включении электролизера в сеть на аноде будет происходить окисление хлоридов 2Сl — 2e ® Cl2, затем их гидролиз Сl2 + Н2O ® НС1O+НC1. На катоде выделяется газ Н2, образуется едкий натр
В результате реакции NаОН с НСlO образуется гипохлорит.
В межэлектродном пространстве электролизера непроточного типа плотность электролита в результате его насыщения пузырьками газа будет меньше, чем в остальном объеме ванны, поэтому будет происходить циркуляция раствора — между электродами восходящее, в остальной ванне нисходящее течение электролита. Циркуляция продолжится до полного электролиза всего раствора поваренной соли. Затем электролизная ванна опорожняется и заполняется новой порцией раствора NaCl.
При работе электролизера необходимо свести к минимуму распад образованного NaClO. Для этого следует процесс электролиза проводить при низкой температуре и большой плотности тока на аноде, воздерживаясь от перемешивания электролита в ванне.
В СНГ серийно изготовляются электролизеры непроточного типа марки ЭВ. На станции необходимо иметь не менее трех электролизеров, которые устанавливают в сухом отапливаемом помещении. В электролизной ванне должны быть трубопроводы для водяного охлаждения, над электролизером устанавливают зонт вытяжной вентиляции.
Концентрация рабочего раствора соли в электролизной ванне принимается 100…120 г/л, высотное расположение электролизера должно обеспечить поступление раствора NаСlO в бак-накопитель самотеком. Бак-накопитель размещают в вентилируемом помещения, дозировка раствора гипохлорита в воду происходит эжектором, насос-дозатором или другим устройством для подачи растворов и суспензий.
Хлорирование воды прямым электролизом.
Для электролитического изготовления бактерицидного хлора можно использовать хлоридные ионы, имеющиеся в самой природной воде. Метод называется прямым электролизом, разработана соответствующая установка «Поток». Применение установки возможно при содержании в воде хлоридов не менее 20 мг/л н общей жесткости не более 7 мг-экв/л.
Установка «Поток» состоит из вертикального электролизера, который на фланцах присоединяется к трубопроводу обрабатываемой воды. Движение воды — снизу вверх. Кроме того имеется блок питания и замкнутая система кислоты, предназначенная для смыва с электродов карбонатной пленки. В систему входят бак и кислотостойкий насос. Размеры электролизера 940х815х1590 мм, давление в рабочей камере — не более 0,5 МПа, номинальная мощность 7,6 кВт-ч, производительность 15…150 м3/ч.
Основной проблемой является образование карбонатной пленки на поверхности электродов, что значительно снижает срок стабильной непрерывной работы установки. Для смыва пленки применяется 3%-ный раствор НС1.
Если жесткость обрабатываемой воды не более 3…4 мг-экв/л, рекомендуется направлять всю воду через электролизер; при жесткости 10…12 мг-экв/л — 10…12% воды, которая затем перемешивается с остальным потоком.
Перехлорирование и дехлорирование, с аммонизацией.
Хлорирование воды с повышенными дозами перед очистными сооружениями называют перехлорированием. Метод применяется в условиях, когда микробиологические свойства воды быстро и в больших пределах меняются, а также при высокой цветности природной воды, большом содержании в воде органических веществ и планктона. Перехлорирование используют в системах технического водоснабжения как средство против образования биологической пленки. Целесообразность применения перехлорирования в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения необходимо решить на основе технологических исследований и анализов. При этом надо особо принимать во внимание возможность образования хлорорганических соединений (тригалогенметанов). Это результат хлорирования воды, содержащей много .органических веществ. Тригалогенметаны (хлороформ и другие соединения) — канцерогенные вещества, содержание которых в питьевой воде во многих странах нормируется стандартом. В частности, Всемирная ассоциация здравоохранения рекомендует норму 30 мг/л. Для предотвращения образования хлорорганических веществ при подготовке хозяйственно-питьевых вод рекомендуется отказаться от введения хлора до очистных сооружений (первичное хлорирование), заменить С12 на ClO2 или О3, использовать окислители в комбинации c сорбентами. Например, по схеме О3 — активный уголь — вторичное хлорирование.
Для обеспечения требуемого содержания в воде остаточного хлора после перехлорировання, а также в других случаях необходимо воду дехлорировать. С этой целью применяют физические и химические способы.
При физических способах избыток активного хлора выделяется из воды сорбентами или аэрированием. Используют угольные фильтры с толщиной слоя угля 2,5 м при скорости фильтрования 20…25 м/ч. Аэрирование дает положительные результаты при рН<5 и небольшом количестве удаляемого хлора. Поскольку многие соединения хлора не улетучиваются, эффективность аэрирования низка.
При химическом дехлорировании избыточный активный хлор связывается с сульфитом натрия или двуокисью серы.
Как известно, хлорамины по сравнению с молекулярным хлором органолептически менее ощутимы, их действие более долговременное, при наличии в воде фенолов они не образуют хлорфенольных запахов. С этой целью иногда целесообразно хлорировать с аммонизацией, т. е. подать в воду дополнительно к хлору аммиак. Технология аммонизации воды аналогична хлорированию жидким хлором. Аммиак также прибывает на станцию в баллонах в сжиженном виде. При реакции NH3 с хлорноватистой кислотой в воде образуются моно- и дихлорамины. Следует учесть, что добавкой аммиака можно сэкономить до 60% хлора, израсходованного для обеззараживания. NH3 и Cl2 перемешиваются в пропорции 1 4…1 10.
Если цель аммонизации — предотвращение образования хлорфенольного запаха, аммиак добавляется в воду за 2… 3 мин до введения хлора (переаммонизация), если цель—снижение интенсивности хлорного запаха и привкуса, а также продление бактерицидного действия хлора, то аммиак добавляется после хлорирования (постаммонизация).
Озонирование воды
Озон (О3) -более сильный окислитель, чем диоксид хлора или свободный хлор. В природе озон образуется из кислорода в верхних слоях атмосферы под действием солнечной радиации. Температура испарения озона при 0,1 МПа составляет — 111,9°С, температура плавления при этом же давлении — 192.5° С. Растворимость Оз в воде при 0°С и атмосферном давлении составляет 1,09 г/л. Растворимость Оз быстро снижается с повышением температуры и при 60°С практически равняется нулю. Масса 1 л газа — 2,144 г.
Синтетическим путем озон получают при коронном (тихом) разряде, который образуется в узком слое воздуха между электродами высокого напряжения (5…29 кВ) при атмосферном давлении. Соответствующие аппараты называются генераторами озона или озонаторами. На практике применяют озонаторы двух типов с пластинчатыми электродами н цилиндрические озонаторы с трубчатыми электродами.
Коронный разряд сопровождается выделением теплоты, поэтому озонаторы должны быть оборудованы системой водяного охлаждения. Выход озона зависит от температуры воздуха, подаваемого в область коронного разряда. Поскольку с повышением температуры увеличивается распад Оз, то подаваемый воздух должен быть холодным, а также чистым и сухим. Как правило, выход озона составляет 10…20% от содержания в воздухе кислорода.
Озонаторная установка состоит из узла подготовки воздуха, озонатора, контактной камеры и трансформатора. Расход электроэнергии на получение озона, а тем самым себестоимость озонирования во многом зависит от подготовки воздуха. В процессе подготовки воздух очищается, сушится и охлаждается. В современных озонаторах на изготовление 1 кг О3 расходуется 20…30 кВт-ч электроэнергии, из которых на озонатор приходится 14…18 кВт-ч. Необходимое количество воздуха на получение 1 кг озона составляет 70…80 м3.
Осушение воздуха происходит в одну стадию при высоком давлении или в две стадии при низком давлении.
В первом случае давление воздуха составляет 0,5 … 1,0 МПа. Воздух пропускают через теплообменник с водяным охлаждением и автоматическую сушилку, представляющую собой фильтр, заполненный адсорбентом (например, активированным оксидом алюминия).
Двухстадийная сушка происходит под давлением поступающего воздуха примерно 0,07 МПа и характерна для озонаторных установок большой производительности. В данном случае между водяным теплообменником и автоматической сушилкой установлен охладитель второй ступени — фреоновая холодильная установка.
Озонирование воды заключается в ее перемешивании с озоновоздушной смесью в контактных камерах ври времени контакта 5…20 мин. О3 относится к малорастворимым газам, поэтому технология диспергирования озоновоздушной смеси в воду и конструкция контактной камеры имеют большое значение для эффективного использования и снижения потерь озона. Способы диспергирования озоновоздушной смеси можно классифицировать в три группы подача газа в контактные колонны через пористые плиты (трубы) или перфорированные трубы; использование эжекторов; применение механических турбин и прочих диспергирующих устройств механического действия. Наиболее широко применяют способы первой группы, причем контактные колонны обычно противоточного типа — обрабатываемая вода подается сверху вниз, озон снизу вверх.
Озон является универсальным реагентом, поскольку может быть использован для обеззараживания, обесцвечивания, дезодорации воды, для удаления железа и марганца. Озон разрушает соединения, не подчиняющиеся воздействию хлора (фенолы). Озон не придает воде запаха и привкуса. При этом он обладает сильными коррозионными свойствами, токсичен. Допустимое содержание О3 в воздухе помещений 0,0001 мг/л. Озон может разрушать некоторые органические вещества, не окисляя их до конца. В результате в трубопроводе озонированной воды может повышаться интенсивность бактериальной жизнедеятельности. Главный недостаток озона — кратковременность действия, отсутствие остаточного озона. Таким образом О3, первоначально использованный вместо хлора для обеззараживания воды н подаваемый в воду в конце технологической схемы, все чаще используется как вещество для очистки воды.
В таком случае озон подается в воду до основных очистных сооружений, причем обеззараживание выполняется либо только хлором, либо воду хлорируют после обеззараживания озоном для образования в воде требуемого остаточного хлора.
Эффективность озонирования зависит от количества и свойств загрязняющих воду веществ, от дозы О3, температуры и рН воды, от применяемого метода диспергирования озоновоздушной смеси в воду.
Доза озона и оптимальная схема озонирования определяются на основе предварительных технологических исследований. При отсутствии соответствующих данных СНиП рекомендует для озонирования подземных вод принимать дозу О3 0.75…1.0 мг/л, для озонирования профильтрованных вод — 1… 2 мг/л.
Озонирование используется и для доочистки сточных вод. При этом расчетная доза О3 принимается 2 … 4 мг на 1 мг загрязнителя (нефтепродуктов, фенолов, ПАВ).
При доочистке биологически очищенных городских сточных вод с дозой озона 20 мг/л ХПК снижается на 40%, БПК5 на 60…70%, ПАВ на 90%, окраска воды на 60%. Одновременно происходит обеззараживание воды.
В мировой практике наибольшую известность и распространение получили французские озонаторы фирмы «Трейлигаз».
Обеззараживание воды в бактерицидных установках.
Ультрафиолетовые лучи длиной волн 220-280 им действуют на бактерии губительно, причем максимум бактерицидного действия соответствует длине волн 260 нм. Данное обстоятельство используется в бактерицидных установках, предназначенных для обеззараживания в основном подземных вод. Источником ультрафиолетовых лучей является ртутно-аргонная или ртутно-кварцевая лампа, устанавливаемая в кварцевом чехле в центре металлического корпуса. Чехол защищает лампу от контакта с водой, но свободно пропускает ультрафиолетовые лучи.
Обеззараживание происходит во время протекания воды в пространстве между корпусом и чехлом при непосредственном воздействии ультрафиолетовых лучей на микробов. Поэтому наличие в воде взвешенных веществ, поглощающих световое излучение, а снижает эффективность обеззараживания. Необходима также постоянная чистка наружной поверхности кварцевого чехла от осаждающегося осадка. Для этого имеются продольные щетки, которые приводятся во вращение турбиной.
Ультрафиолетовое излучение действует мгновенно, поэтому контактные бассейны не нужны. В то же время излучение не придает воде остаточных бактерицидных свойств, а также запаха или привкусов. Бактерицидная установка не нуждается в реагентах, она компактна, управление ее работой можно легко автоматизировать.
В СНГ серийно выпускаются бактерицидные установки ОВ-1П, ОВ-50 и ОВ-150. Установки состоят из камеры облучения, пускового устройства и электрической сигнализационно-контрольной системы.
Бактерицидная установка ОВ-1П крепится в вертикальном положении на стене, ОВ-50 и ОВ-150 устанавливаются на полу в горизонтальном положении. В установке ОВ-1П пускатель прикреплен к корпусу, турбина отсутствует, чистка кварцевого чехла производится периодическим возвратно-поступатель- ным движением рукоятки.
Для увеличения пропускной способности допускается параллельное вклю- чение до пяти установок при одной установке в резерве.
Для запуска установки камеру заполняют водой и включают лампу. Через 10-15 мин открывают задвижки на трубопроводах обработанной и поступающей воды. Работа лампы проверяется визуально через смотровой глаз, для большей надежности эксплуатации целесообразно использовать систему световой или звуковой сигнализации, выведенной в помещение дежурной службы.
Применение окислитилей и сорбентов для дезодорации воды и удаления токсичных веществ
По мере общего ухудшения качества природных вод все больше приходится заниматься удалением веществ, придающих воде привкусы и запахи, а также токсичных веществ.
Как известно, мутность воды обусловлена содержанием нерастворенных, прежде всего грубодисперсных минеральных примесей; цветность -содержанием минеральных и органических соединений, причем главную роль играют коллоиды органического происхождения, планктон и другие вещества. Появление в воде привкусов и запахов вызывают минеральные растворенные и коллоидные вещества (сероводород, хлор, железо), а также органические соединения. К последним (относятся продукты биологических процессов, происходящих в самих водоемах, вещества, поступающие в водоемы в результате смыва почв и со сточными водами. В результате смыва с полей ядохимикатов и размыва промышленно загрязненных почв, а также со сточными водами в водоемы попадают токсичные вещества.
Выбор метода дезодорации воды зависит от происхождения запахов и привкусов. Если причиной являются минеральные растворенные и коллоидные вещества, проблема решается деминерализацней, обезжелезиванием, дегазацией воды. Однако основной вопрос дезодорации — вопрос удаления из воды растворенных органических веществ. Это требует специальной обработки воды. С данной проблемой тесно связана проблема удаления из воды токсичных веществ, находящихся там, как правило, в микроконцентрациях.
В настоящее время находят применение в основном методы окисления и сорбции, причем хорошие результаты дает их комбинирование (окислительно-сорбционный метод).
Из окислителей широко используют хлор и хлорсодержащие реагенты, озон, перманганат калия. Выбор реагента, его дозы и схемы реагентной обработки следует решить на основе технологических исследований. Ориентировочно можно дозу окислителя определить исходя из перманганатной окисляемости воды.
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.