Захист водних об'єктів від забруднення стічними водами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Захист водних об'єктів від забруднення стічними водами

Зміст

Вступ

1. Класифікація домішок у стічних водах

2. Методи очищення стічних вод

3. Переваги та недоліки методів очистки стічних вод

3.1 Гігієнічні та екологічні аспекти

3.2 Експлуатаційні особливості

3.3 Економічна ефективність

4. Переваги використання комбінованих методів очистки

Висновки

Список літератури

Додаток 1

Вступ

Забруднення навколишнього середовища - одна з найгостріших світових проблем сьогодення, яка вимагає загальної уваги, всеохоплюючого контролю та ефективних методів її вирішення. Під забрудненням навколишнього середовища розуміємо: всі чинники і фактори, що привнесли в екологічну систему не властивих їй живих або неживих компонентів, фізичних або структурних змін, в результаті яких припиняються або порушуються процеси круговороту і обміну речовин, унаслідок чого знижується продуктивність або руйнується екосистема. Екологічна безпека - це такий стан навколишнього природного середовища, при якому забезпечується попередження погіршення екологічної обстановки та виникнення небезпеки для здоров'я людей.

Природній воді властиві різні забруднення. Але викликає тривогу неприродні забруднення, їх об'єм та склад, що зараз потрапляють у річки, озера та моря. Вони називаються "антропогенними" (від грецької "антропос" - людина). Такі забруднення, від яких суттєво страждають природні води, в тій чи іншій степені викликані діяльністю людини. Аналізуючи характер забруднення та ті наслідки, які відбиваються на стані водних ресурсів, можна виділити два основних типи забруднення - прямі та непрямі. Прямі забруднення виникають при безпосередньому потраплянні у річки та озера стічних вод. Це можуть бути надходження, обумовлені природними процесами, наприклад, талі води, дощові води. Можуть бути спеціально зібрані та викинуті стічні води міст, селищ, окремих підприємств тощо. Прямі забруднення завдають найбільших збитків, але джерела їх надходжень виявляються не одразу. Стічні трубі "організованих" викидів нерідко знаходяться далеко від міст, опущені до водойми, розподілені по значній території. Непрямі забруднення більш помітні. Прикладом може слугувати вирубування лісу на берегах річок, в результаті чого прибережна зона вже не в змозі відігравати роль природного фільтру та водорегулятора. При цьому порушується режим багатьох річкових припливів. Висихають джерела, скорочується поставка чистих вод, в результаті чого вітром переноситься до водойми пил та сміття а дощі породжують потужні грязьові селі.

На екологічну ситуацію водних ресурсів впливають як природні, так і суспільні чинники. Перші пов'язані з характером природних ресурсів, з природним зв'язком усіх компонентів водного середовища та ін. Другі, зумовлені протиріччям у визначенні різних методів, цілей природокористування держав.

Серед основних екологічних проблем можна виділити такі:

1. Експлуатаційне забруднення океану.

2. Забруднення моря на морських нафтопромислах.

3. Скидання у глибини океану шкідливих відходів

4. Захаращення морів і прибережних частин сміттям.

5. Небезпечні вантажі.

6. Видобування визначених видів біологічних ресурсів.

7. Експлуатація мінеральних ресурсів у шельфі

8. Вплив гідробудівництва на річки, що впадають в море, океан

9. Вплив інтенсивного судноплавства.

10. Розвиток рекреаційних комплексів.

11. Екологічні проблеми, пов'язані із війнами і впливом військового промислового комплексу.

Саме тому проблема утилізації промислових стічних вод і їх очищення є однією з найважливіших проблем сьогодення в екології.

1. Класифікація домішок у стічних водах

Сучасне очищення стічних вод - це повне або максимально можливе видалення забруднень, домішок та шкідливих речовин. Склад відпрацьованої води дуже складний, тому неможливо чітко систематизувати домішки, враховуючи джерела їх виникнення та подальше використання очищеної води та осаду з неї. Для класифікації домішок використовують метод, запропонований Л.А. Кульским, який оснований на фазовому стані речовини в розчині.

Виходячи із аналізу закономірностей, яким підкорюються процеси очищення води, усі домішки та забруднення були згруповані по ознаці їх фізико - хімічного стані у воді, який в значній мірі визначається дисперсністю. Таке положення дало можливість об'єднати різноманітні по фізичним та хімічним характеристикам домішки природних та стічних вод у групи та класифікувати забруднення, що дозволило відмовитися від пошуку спеціальних методів видалення кожної речовини окремо.

Характер поводження окремих домішок у водному середовищі та їх відношення до реагентів, доданих у воду, визначається на стільки їх хімічними особливостями, скільки розмірами частинок, а в особливості - властивістю утворювати з водою однорідну або неоднорідну систему.(гомогенну або гетерогенну). Врахування всіх цих "зовнішніх" властивостей дозволило створити фазо - дисперсну характеристику домішок води.

При всьому різноманітті домішок за основу приймається їх відношення до дисперсного середовища, тобто до води. За цією ознакою всі речовини поділяються на чотири групи: дві гетерогенні, в яких частинки домішок не повністю змішуються з водою, і дві гомогенні, що дають з водою так звані істинні розчини. До перших відносяться речовини, присутні у воді у вигляді суспензій, колоїдів і високомолекулярних сполук, до других - речовини, що знаходяться у воді у вигляді молекулярних і іонних розчинів.

Згідно з цією класифікацією всі домішки поділяються на чотири групи:

1. тонкодисперсна суспензія та емульсія;

2. колоїди та високомолекулярні сполуки;

3. гази та органічні сполуки;

4. солі, кислоти, основи.

Середній розмір частинок домішок, починаючи від найбільш низькодисперсних суспензій, що належать до першої групи, при переході до кожної наступної групи (тобто до більш високодисперсної) зменшується приблизно в 10 разів.

Зіставлення методів, використовуваних на практиці для очищення води від різних забруднень, показало, що кожному фазо - дісперсному стану домішок відповідають певні технологічні прийоми і метод и їх вилучення.

2. Методи очищення стічних вод

Вибір оптимальних технологічних схем очищення води - досить складна задача, що обумовлена різноманіттям домішок та високим вимогами, що висуваються до якості води, а саме: при викиді до водойми - гранично допустимі викиди та гранично допустимі концентрації речовин.

Домішки кожної групи мають специфічні особливості, тому для їх видалення потрібні певні технологічні прийоми водоочищення та контролю, незалежно від їх кількості та ступеня вивченості.

В залежності від кількості стічних вод та складу забруднення можуть використовуватися різні методи їх очищення. Класифікація методів очищення представлена на рис.2.1:

Рис.2.1 Класифікація методів очищення стічних вод

У першу групу входять нерозчинні у воді домішки, величина частинок яких 10^(-4) см і більше, що утворюють у воді так суспензії. Суспензії обумовлюють мутність води, а в деяких випадках і її забарвлення. Сюди відносяться глинисті речовини, карбонатні породи (крейда, гіпс), мул, дрібний пісок, малорозчинні гідроксиди металів, деякі органічні речовини, планктон і т.д. Серед часток можуть бути присутні бактерії (в тому числі хвороботворні) і віруси. На поверхні часток можуть перебувати радіоактивні речовини, і самі суспензії іноді бувають токсичними з'єднаннями. Повнота видалення цих домішок з води залежить від ступеня її освітлення.

Системи, утворені домішками першої групи, кінетично нестійкі: нерозчинні речовини утримуються в такому стані динамічними силами потоку води. Вони потрапляють у водойми у внаслідок розмивання навколишніх порід і змиву ґрунтів. Інтенсивність осідання домішок залежить від властивостей системи.

У стані спокою вони осідають, утворюючи осади різної щільності.

Для видалення домішок цієї групи використовують фізико-хімічні процеси, які передбачають виведення з води речовин, починаючи від тонких суспензій і закінчуючи великими частками. Це процеси адгезії (прилипання домішок до поверхні сорбентів і зернистих інертних матеріалів), агрегації і седиментації (укрупнення частинок за допомогою спеціальних реагентів з подальшим осадженням), флотації (спливання на поверхню води в результаті утворення насичених газами згустків). З цією метою застосовують механічні способи - відстоювання, мікропроціджування, фільтрування і ін.

Друга група об'єднує домішки, що перебувають в колоїдному стані і у вигляді високомолекулярних сполук. Це кристалічні або аморфні речовини. Високомолекулярні речовини представлені лінійними, спіральними і розгалуженими макромолекулами різного ступеня гнучкості. Розмір часток таких домішок (ступінь дисперсності) становить 10^(-5) - 10^(-6) см. До домішок, що утворюють другу групу, відносяться мінеральні та органо-мінеральні частинки ґрунтів, різні форми гумусових речовин, які надають воді забарвлення. Гумус вимивається з лісових, болотистих і торф'яних ґрунтів у природні водойми або утворюється в самих водоймах у результаті життєдіяльності водних рослин.

У нейтральних і слабокислих середовищах окремі молекули гумусових кислот укрупнюються завдяки міжмолекулярному координуванню їх полярних груп і утворюють колоїдні системи.

До цієї ж групи можна віднести віруси та інші мікроорганізми, в тому числі хвороботворні (патогенні) бактерії, які за своїми розмірами наближаються до колоїдних частинок, видалення їх з води є надзвичайно важливим.

Домішки, що входять у другу групу, характеризуються особливими молекулярно-кінетичними властивостями, а внаслідок більш дрібних розмірів їх осідання вкрай важке. Щоб прискорити цей процес, у воду додають спеціальні речовини - коагулянти. За сприяння останніх домішки втрачають свою стійкість в розчині, злипаються, укрупнюються і випадають в осад. Після цього їх можна видалити з води. Попереднє використання великих доз хлору, озону або інших окислювачів, підвищує якість обробленої води, так як при цьому усуваються речовини, що додають їй кольоровість, гинуть мікроорганізми і, що особливо важливо, поліпшується перебіг процесів укрупнення частинок і їх осідання.

У третю групу входять розчинені у воді гази та органічні сполуки - як біологічного походження (наприклад, гумінові кислоти і вульвокіслоти), так і ті, що вносяться зі стоками промислових підприємств та населених пунктів (різні продукти життєдіяльності та відмирання цвілевих грибів , бактерій, водоростей, а також феноли та інші органічні з'єднання). Речовини третьої групи надають воді найрізноманітніші присмаки і запахи, а іноді і забарвлення. Розміри цих речовин - 10^(-6) - 10^(-7) см. У процесі очищення води вони поводяться як молекулярнорозчинні, хоча багато з них при інших умовах легко утворюють колоїдні системи і навіть суспензії. Домішки, пов'язані з третьою групою, являються гомогенними системами. Деякі з них, що вносяться стічними водами, токсичні.

Нерідко буває так, що у воді розчинені гази, які не вступають з нею в хімічні реакції, наприклад кисень, азот, метан, благородні гази і ін. Тоді їх поведінка підкоряється загальним фізичним закономірностям, наприклад, зменшується розчинність з ростом температури води і т.д. Інші гази утворюють з водою хімічні сполуки. Аміак (гідроксид амонію) - з'єднання лугового характеру. Сірководень і оксид вуглецю (IV) надають воді кислотні властивості. Таким чином, властивості кожної конкретної системи, що відноситься до цієї групи, залежать певною мірою від хімічних особливостей компонентів, що в неї входять.

Домішки третьої групи найбільш ефективно виключаються з води за допомогою аерування, окислення, адсорбції.

Розчинені у воді гази і летючі органні речовини (легкі бензини, певні органічні сірчані з'єднання, низькомолекулярні ефіри, карбонільні з'єднання та ін.) видаляються аеруванням води - продуванням крізь неї дрібних бульбашок повітря.

Розчинені у воді одно- і багатоатомні феноли, більшість продуктів органічного синтезу, гумінові кислоти і вульвокіслоти руйнуються під дією сильних окислювачів.

Багато речовин, що входять до цієї групи, виводяться з води за допомогою активованого вугілля. Застосування останніх засноване на тому, що молекули розчинних у воді домішок вступають у взаємодію з високопористою поверхнею вугілля і більш - менш міцно на ній закріплюються.

Четверта група об'єднує речовини, що дисоціюють у воді на іони. Це переважно солі неорганічних кислот - дуже поширені, майже обов'язкові компоненти домішок всіх природних вод. Ступінь їх дисперсності становить 10^(-7) - 10^(-8) см. При виборі методу видалення небажаних іонів слід враховувати, що реакції між іонами практично незворотні, якщо в результаті їх взаємодії утворюється речовина у вигляді газу, осаду або малодисоційованого з'єднання.

Техніка очищення води від домішок, що входять у четверту групу, зводиться до того, щоб зв'язати іони, які підлягають видаленню, в малорозчинні або слабодисоційовані з'єднання.

Така система розташування груп за принципом підвищується дисперсності домішок доцільна з точки зору технологій, бо очищення води зазвичай починають з видалення грубодисперсних домішок і колоїдно-дисперсних речовин. Методи видалення цих забруднень є загальноприйнятними: вони широко застосовуються на очисних спорудах промислових і комунальних водопроводах, в цехах очистки промислових стоків. Способи видалення з води молекулярних і іонних домішок відносяться до спеціальних методів її очистки і використовуються як додаткові до основного технологічного комплексу очищення води, вони використовуються в комплексі з основними методами - комбіновані методи.

Класифікація забруднюючих речовин у стічних водах наведена в таблиці 2.1.

На сьогоднішній день існує велике розмаїття сучасних промислових водоочисних технологій. Критеріям їх ефективності є поєднання продуктивності, високого рівня очищення та низької собівартості.

3. Переваги та недоліки методів очистки стічних вод

В попередньому параграфі було описано п'ять основних методів очищення стічних вод: механічний, хімічний, фізико-хімічний, фізичний та біологічний. стічний вода екологічний домішка

Недоліки цих методів відносяться:

1. Механічний метод - низький рівень очищення, неможливо очистити воду від органічних сполук.

2. Хімічний метод - низька фільтрація стічних вод, висока собівартість використовуваних реагентів.

Фізико - хімічний метод відзначається знезаражувальною властивістю; біологічний - вважається одним з найбільш ефективних: домішки, що містяться у складі стічних вод, розкладаються на нешкідливі для здоров'я людини компоненти, при використанні даного методу практично відсутнє загнивання води.

Розглянемо більш детально деякі з цих методів.

3.1 Гігієнічні та екологічні аспекти

З-поміж відомих методів знезараження води багато з них перебуває поки на стадії суто наукових розробок. До них відносяться, наприклад, пропускання постійного, змінного або імпульсного струму, анодне розкладання, радіаційне опромінення рентгеном, гамма-квантами або прискореними електронами. Інші способи, такі як обробка перекисом водню, перманганатом калію, іонами важких металів, йодування, бромування, в силу ряду причин є технологіями малих витрат та спеціальних схем обробки води.

Реальними практичними технологіями, що пройшли перевірку на діючих великомасштабних водоочисних спорудах, є хлорування, озонування і ультрафіолетове (УФ) опромінення, що використовуються для видалення другої групи домішок. Кожна з цих технологій володіє перевагами і недоліками по відношенню до використання в технологічному процесі, характеру впливу на воду і його наслідків, економічної ефективності та можливостей, витрат на впровадження технології в існуючі системи водоочищення. Вибір конкретної технології повинен ґрунтуватися на комплексному аналізі цих переваг і недоліків з гігієнічної, техніко-експлуатаційної та економічної точок зору.

Хлорування є найменш ефективним по відношенню до вірусів. Для забезпечення знезараження ентеровірусів необхідна концентрація вільного хлору 1-2,7 мг / л після контакту на протязі 30хв.-4 год. Проведені останнім часом дослідження довели, що традиційні схеми хлорування в багатьох випадках не є бар'єром на шляху проникнення вірусів у питну воду.

Озон і ультрафіолет мають досить високу віруцидну дію: озон 0,5-0,8 мг / л при контакті 12 хв, ультрафіолет при дозі 16-40 мДж/см2.

По відношенню до циста патогенних найпростіших, високу ступінь очищення не забезпечує ні один з методів знезараження. Для видалення цих мікроорганізмів рекомендується поєднувати процеси знезараження з процесами зниження мутності води (коагуляцією, відстоюванням, фільтрацією).

Важливим моментом при визначенні схеми очищення є можливість повторного росту мікроорганізмів після процесу дезінфекції. Хлорування забезпечує консервацію води після знезараження, проте залишковий хлор у дозах 0,3-0,5 мг / л не є бар'єром при вторинному забрудненні питної води.

Ще гостріша ця проблема для озонування. У цілому ряді досліджень, виконаних в останні роки, було встановлено, що в результаті дії озону на органічні сполуки останні переходять з біологічно стійких форм у біологічні форми, що розкладаються, які потім легко засвоюються мікроорганізмами. Після озонування часто спостерігається значний ріст бактерій, в той час як в хлорованій воді таке зростання не відзначається. Повторний ріст мікроорганізмів змусив в ряді випадків або відмовитися взагалі від озонування, або ввести додаткове залишкове хлорування. Однак застосування хлорування слідом за озонуванням також має свої проблеми. Утворені в результаті озонування кислоти та альдегіди можуть бути ініціаторами утворення хлорорганічних з'єднань при подальшому хлоруванні.

У разі УФ - знезараження повторний ріст бактерій спостерігається при недостатній дозі опромінення, коли оброблена вода тривалий час знаходиться під впливом сонячного світла (ефект фотореактивації). Якщо технологічна доза опромінення обрана правильно - фотореактивації не спостерігається, що дозволяє застосовувати УФ - знезараження без подальшого введення консервуючих доз хлору, як для артезіанській, так і для поверхневої води. Ультрафіолетове опромінення, на відміну від окисних технологій, не змінює хімічний склад води. Численні дослідження показали відсутність шкідливих ефектів після опромінення води навіть при дозах, набагато вищих, ніж практично необхідні.

Важливо підкреслити, що при використанні будь-якого з методів знезараження води надійним гарантом попередження вторинного забруднення і бактеріального забруднення питної води може служити лише належний санітарно-технічний стан водопровідної мережі та пов'язаного з нею обладнання.

3.2 Експлуатаційні особливості

Технологічна простота процесу хлорування, відсутність дефіциту хлору обумовлюють його широке впровадження в практику водопостачання. Однак хлор (рідкий і газоподібний) є сильнодіючою отруйною речовиною і при його транспортуванні, зберіганні і використанні необхідно дотримання спеціальних заходів із забезпечення безпеки обслуговуючого персоналу і населення.

Концентрація запасів рідкого хлору на складах хлораторних комунальних систем водопостачання, на майданчиках очисних і інших водопровідних споруд, розміщених, як правило, в межах забудови населених місць, представляє потенційну небезпеку через виникнення надзвичайних аварійних ситуацій.

Однак, виконання комплексу додаткових заходів вимагає реконструкції діючих хлораторних і, як наслідок, необхідності капітальних вкладень і додаткових експлуатаційних витрат на обслуговування.

Використання для знезараження інших реагентів (хлорного вапна, гипохлоріта натрію і кальцію) менш небезпечно в обслуговуванні і не потребує складних технологічних рішень. Однак застосування цих реагентів - більш громіздке у зв'язку з необхідністю зберігання великих кількостей речовин (в 3-5 разів більше, ніж при використанні чистого хлору)

Експлуатація ускладнюється також здатністю хлоровмісних реагентів швидко втрачати активність і, як наслідок, неминучою необхідністю збільшення витрат на транспортування.

Організація процесів хлорування за допомогою хлоровмісних реагентів здійснюється спеціальним обслуговуючим персоналом. Розчини цих реагентів корозійноактивні і для роботи з ними використовується обладнання і трубопроводи з нержавіючих матеріалів або з антикорозійними покриттями.

Метод озонування на відміну від хлорування технічно складний і для його реалізації необхідно виконання ряду послідовних технологічних операцій: очищення повітря, його охолодження і сушка, синтез озону, змішання суміші озону і повітря з оброблюваною водою, відведення та деструкція залишкової озонової суміші, відведення її в атмосферу.

Крім того, потрібно багато допоміжних процесів і обладнання.

Процес синтезу озону здійснюється при високій напрузі (10-15 кВ). Озон більш токсичний, ніж хлор, викликає подразнення слизових оболонок очей і вражає органи дихання. Гранично допустимий вміст озону в повітрі виробничих приміщень 0,1 гр/м3. Існує небезпека вибуху озонової суміші з повітрям.

Підвищена увага приділяють якісної деструкції залишкової озонової суміші, відсмоктується з контактної камери, забезпечуючи тим самим виключення можливості негативного впливу на навколишнє середовище і необхідну екологічну безпеку.

Озон викликає активну корозію обладнання і трубопроводів та вимагає використання нержавіючих матеріалів.

Технологія знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням є найбільш простою як в реалізації, так і при обслуговуванні УФ - обладнання. При використанні цієї технології не вимагається забезпечення спеціальних заходів безпеки та залучення спеціального обслуговуючого персоналу. Максимальна робоча напруга, що використовується при експлуатації УФ - обладнання, - 380 В. Також відсутня небезпека передозування на відміну від технологій хлорування і озонування.

3.3 Економічна ефективність

Сумарні капітал-вкладення на будівництво озонових комплексів із застосуванням сорбуючих методів становлять 40-60% вартості традиційних очисних споруд.

Значні експлуатаційні витрати при роботі станції озонування визначаються високою енергоємністю процесу синтезу озону (12-22 кВтГ/кг виробленого озону), використанням допоміжного обладнання (сумарне споживання електроенергії станцією досягає 30-40 кВтГ/кг озону і більше), а також витратами на утримання обслуговуючого персоналу та забезпечення будівель тепловою енергією. Інші методи знезараження - хлорування та ультрафіолетове випромінювання, значно перевершуючи метод озонування за техніко-економічним і експлуатаційним показниками.

Організація процесу знезараження хлоруванням вимагає менше капітальних вкладень, ніж впровадження УФ - обладнання, незважаючи на необхідність дооснащення, діючих і спроектованих хлораторних комплексів - технічними заходами з підвищення умов безпечної та безаварійної експлуатації хлорних господарств.

Однак, незважаючи на високу вартість УФ - обладнання, метод знезараження УФ - випромінюванням має наступні переваги:

1. структура капіталовкладень є найбільш сприятливою для її втілення у зв'язку з мінімальним обсягом будівельно-монтажних робіт;

2. незначні обсяги будівельно-монтажних робіт пояснюються компактністю УФ - установок, що дозволяє забезпечити їх впровадження в існуючі приміщення очисних споруд і насосних станцій, або розміщувати їх у знову споруджуваних будинках мінімальних розмірів, а також простотою в обслуговуванні; ці фактори обумовлюють відсутність вимог по влаштуванню спеціального вантажопідйомного устаткування і, як наслідок, малу висоту приміщень.

Для знезараження води методом УФ - випромінювання характерні більш низькі, ніж при хлоруванні і, тим більше, озонуванні, експлуатаційні витрати. Це пов'язано з наступними факторами:

1. з незначними витратами електроенергії (в 3-5 разів меншими, ніж при озонуванні);

2. з відсутністю потреби в дорогих реагентах: рідкому хлорі, гіпохлориті натрію або кальцію;

3. з простотою експлуатації і відсутністю необхідності в спеціальному обслуговуючому персоналі і, як наслідок, у витратах на його утримання;

4. з відсутністю вимог щодо організації спеціальних заходів безпеки.

4. Переваги використання комбінованих методів очистки

На сьогоднішній день існує широке розмаїття сучасних промислових водоочисних технологій. Серед них достатньо ефективних, які поєднували б у собі значну продуктивність та високий ступінь очищення із низькою собівартістю процесу не створено. Частково вирішення проблеми покращення якості очищення стічної води від різноманітних забруднень полягає у якісному її очищенні від органічних сполук, оскільки цей різновид забруднень є не тільки одним із найрозповсюдженіших, а і вартісних та енергомістких при здійсненні очисних операцій. Найефективнішим шляхом очищення водних розчинів від органічних сполук є їх окиснення, однак створюваний окисний ефект, а відповідно, і обумовлена цим очисна здатність, є недостатніми.

Тому досі залишаються актуальними наукові дослідження, направлені на вдосконалення існуючих та створення нових високоефективних водоочисних технологій і устаткування, зорієнтованих на підвищення якості та інтенсифікації процесу очищення стічних вод повним окисненням домішок органічних сполук при ініціюванні сучасними фізичними методами дії на речовину.

Сучасні технології найбільш часто ґрунтуються на реалізації гетерогенних процесів, що протікають між двома або кількома неоднорідними середовищами в системах рідина - рідина та рідина - тверде тіло. Це процеси масообміну, процеси диспергування, поділу рідин і суспензій, кристалізації, запобігання формування накипу на поверхнях теплообмінних апаратів і трубопроводів, полімеризації і деполімеризації і т.д., а також різні хімічні і електрохімічні реакції. Швидкість протікання більшості гетерогенних процесів в звичайних умовах дуже мала і визначається величиною поверхні зіткнення реагуючих компонентів.

УЗ коливання забезпечують надтонке диспергування (не реалізується іншими способами), збільшуючи міжфазну поверхню реагуючих елементів. Таким є один з механізмів інтенсифікації процесів в рідких середовищах. Виникла під дією коливань в рідині кавітація і супроводжуючі її найпотужніші мікропотоки, звуковий тиск і звуковий вітер, впливають на прикордонний шар і "змивають" його. Таким чином, усувається опір переносу реагуючих речовин і інтенсифікується технологічний процес.

Найбільш цікавими з гетерогенних процесів є процеси УЗ емульгування (диспергування рідин у рідинах) і диспергування (отримання тонкодисперсних суспензій). Ці процеси пов'язані зі збільшенням поверхні взаємодії і тому лежать в основі інтенсифікації безлічі інших процесів.

Висока ефективність ультразвукових технологій в рідких середовищах обумовлена наступними умовами:

1. Умови введення УЗ коливань з коливальних систем за допомогою металевих робочих інструментів в рідині найбільш сприятливі, в порівнянні з введенням УЗ коливань, наприклад, в газові середовища. Обумовлено це тим, що питомий хвильовий опір рідких середовищ значно (для води в 3500 разів) більше, ніж у газів і тому, велика потужність випромінюється з коливальної системи в рідину при однаковій амплітуді коливань інструмента коливальної системи.

2. У рідких середовищах виникає і протікає специфічний фізичний процес - ультразвукова кавітація, що забезпечує максимальні енергетичні впливи, як на самі рідини, так і на тверді тіла в рідинах. Аналогічного за ефективністю впливу фізичного процесу немає в твердих тілах і газових середовищах.

3. Ультразвукова кавітація породжує велику кількість ефектів другого порядку, які, у свою чергу, також забезпечують інтенсифікацію протікання технологічних процесів.

В залежності від параметрів ультразвукової обробки, кількісного та якісного складу середовища, конструкції приладу, що використовується, вплив ультразвукових коливань на технологічні процеси у рідинних середовищах - дозволяє змінити їх швидкість протікання. До цих процесів відноситься: розчин, очищення, знежирення, дегазація, фарбування, подрібнення, просочення, емульгування, коагулювання, диспергування, екстрагування, кристалізації, полімеризацію, хімічні і електрохімічні реакції та ін.

Використання ультразвукової обробки стічних вод у поєднанні з біологічним сприяє підвищенню ефективності очищення. Стимуляція мікроорганізмів ультразвуком низької інтенсивності в басейнах біологічної очистки сприяє їх більш активному обміну речовин, збільшує швидкість біосинтезу біологічно активних сполук, пришвидшує адаптацію клітин до нових умов. Так, стимуляція ультразвуком клітин цвілі (Aspergilus niger) що грають важливу роль в процесі очищення води, у півтора рази прискорює їх розвиток, збільшує швидкість утилізації речовин у стічних водах, наприклад, рибопереробних комбінатів. Цвіль, що розвивається в басейнах, виділяє потужні ферменти - целюлозу і целлобіазу, які руйнують клітковину. Глюкоза, що виділяється при цьому, повністю використовується клітинами цвілі, які перетворюють її на вуглекислий газ і воду. Паралельно посилюється перетворення сірководню та сірки в нешкідливі сульфати. У процесі життєдіяльності клітинами цвілі Aspergilus niger виділяються лимонна кислота і деякі інші органічні кислоти, що створюють несприятливу для розвитку бактеріальних клітин середу. Посилюється і вироблення антибіотиків, які разом з органічними кислотами швидко знижують в стічній воді кількість бактерій, у тому числі хвороботворних. Клітини тієї ж цвілі після обробки ультразвуком активно концентрують і собі сполуки важких металів.

Ультразвук великої потужності (частотою 20 000 - 60 000 Гц та інтенсивністю більш ніж 0,1 Вт/кв.см) використовується для пришвидшення окислювальних процесів, гомогенізації тощо.

При ультразвуковій обробці збільшується чутливість мікроорганізмів до дезінфікуючих засобів, тому концентрації антисептиків та консервантів можуть бути зменшені в десятки та сотні разів.

В процесах, що пов'язані із захистом оточуючого середовища, потужний ультразвук також може бути використаний в інших технологіях:

1. Ультразвукові методи рекуперації водозабірних свердловин, підготовку питної води;

2. Потужний ультразвук в процесах очищення забруднених ґрунтів;

3. Ультразвукові методи стимуляції процесів переробки вторинної сировини.

Висновки

Сьогодні різко зростає інтерес до використання в процесах очищення стічних вод та підготовки питної води додаткових стимулюючих впливів, таких як озонування, ультрафіолетове випромінювання, ультразвукова обробка, накладення електричних і магнітних полів. З перерахованих методів по комплексності та екологічній безпеки на особливу увагу заслуговують ультразвукові коливання, накладення яких викликає зміну властивостей середовища, відносних швидкостей руху фаз, ініціює додаткові флотаційні і коагуляційні ефекти, активізує тепло-і масообмінні процеси.

На сьогоднішній день, збільшується попит на використання у процесах очищення стічних вод та підготовці питної води, додаткових стимулюючих чинників, таких як озонування, ультрафіолетове опромінення, накладення електричних та магнітних полів та ультразвукова обробка. Так, наприклад, у останні роки при будівництві та реконструкції станцій нейтралізації та очисних споруд, широкого використання набув гальванокоагуляціонний метод очищення стічних вод від важких металів, нафтопродуктів та інших органічних забруднень. Експериментально виявлено суттєве збільшення ефективності метода при ультразвуковій обробці, що дозволило розробити нову технологію очищення великих об'ємів забрудненої води у спеціальних реакційних апаратах. Ефективність нової технології була використана в розробці промислового зразка автономного сонохімічного комплексу очищення, який дозволяє повторно використовувати очищену воду, що сприяє зниженню у 6 - 8 разів загальне споживання.

Незважаючи на велику кількість різних методів, проблема підбору оптимального та ефективного способу очищення стічних вод підприємств сфери послуг, більшості водоємних виробництв легкої промисловості, а також виробничих процесів, що включають СПАР в якості змочувачів, емульгаторів і стабілізаторів, залишається невирішеною.

Сьогодні для видалення СПАР, домішок органічних сполук та інших хвороботворних речовин у стічних водах доводиться застосовувати цілий ланцюжок технологічних прийомів, що включають різні фізико-хімічні методи очищення, кожен з яких має ряд недоліків і обмежень, які виявлятимуть необхідність використання додаткових стимулюючих впливів.

Застосовувані схеми очищення також повинні забезпечувати максимальне використання очищених стічних вод в основних технологічних процесах і мінімальний їх скидання у відкриті водойми.

Список літератури

1. Кульский Л.А., Даль В.В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная. - Информационное Издание. - 1999. - 54.

2. Качество воды и проблема охраны здоровья населения /А. А. Мо-н псов, А. И. Рогоисп, Ю. А. Paxмапии, Р. И. Мпхаилова // Второй международный конгресс "Вода: экология и технология": Тез. докл.- М., 1996.

3. Сличенко А. В., Кульскпп Л. А., Мацксвнч Е. С. Современное состояние методов окисления примесей воды и перспективы хлорирования // Химия и технология воды. 1990. Т. 12. № 4.

4. Русанова Н. А. К вопросу о повышении эпндбезопасностп питьевой воды в отношении энтсровирусон и цист лямблий // Второй международный конгресс "Вода: экология и технология": Тез. докл. - М., 1996.

5. Новые нормативные документы по контролю качества питьевой воды / Ю. А. Рахманпп, Р. И. Михайлова, А. И. Рогове ц, А. Б. Чески с // Водоснабжение и сап. техника. 1995. №2.

6. Драгииски В. Л., Алексеева Л. П. Применение озона в технологии подготовки воды: Информ. материалы. - М.: Информ. центр "Озон". 1996. Вып. 2.

7. Апельцина Е. И.. Алексеева Л. П., Черская Н. О. Проблемы озонирования при подготовке питьевой воды // Водоснабжение и сан. техника. 1992. №4.

8. Методические рекомендации по применению озонирования и сорбцион-ных методов в технологии очистки воды от загрязнений природного и антропогенного происхождения. - М., 1995.

9. Хмелев В.Н., Сливин А.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н., Шалунов А.В. Применение ультразвука в промышленности [Электронный ресурс]: статья. - Режим доступа: http://u-sonic.ru/book/export/html/891

Додаток 1

Класифікація забруднюючих речовин у стічних водах

Таблиця 2.1

Размещено на Allbest.ru