Загрузил Татьяна Иваненко

Лекция 1

реклама
Теоретические основы
технологии очистки
природных и сточных вод
Природные воды и их характеристика
Природная вода – это сложная многокомпонентная система, в состав которой входят
минеральные вещества, газы, коллоидные и крупнодисперсные частицы, а также
микроорганизмы. Природные воды по величине минерализации бывают следующие:
- ультрапресные – до 0,2 г/л;
- пресные – 0,2-0,5 г/л;
- слабоминерализованные – 0,5-1,0 г/л;
- солёные – 3-10 г/л;
- с повышенной солёностью – 10-35 г/л;
- переходные к рассолам – 35-50 г/л;
- рассолы – более 50 г/л.
К макрокомпонентам природной воды относят
Ca, Mg, Na, K, Fe, Si, C, S, N. Редкие и рудные
элементы, например, B, Li, Rb, Cu, Zn, Bi, Be, W, U, Br, I, и др. относятся к
микрокомпонентам природной воды. Основные газы, содержащиеся в природной воде и
характерные как для поверхностных, так и для глубинных условий – это CО2, О2, N2.
Более типичны для подземных вод и для вод вулканически активных областей СН4, СО,
Н.
В зависимости от назначения потребляемая вода условно подразделяется на
промышленную и питьевую и в каждой содержание примесей должно соответствовать
ГОСТу.
Водные ресурсы
Общие запасы воды на Земле примерно 1,5 млрд. км3, но 96,5% водных ресурсов
планеты приходится на соленые воды Мирового океана и 1% — на соленые
подземные воды.
Пресная вода составляет всего 2,5%
общего объема гидросферы, в которые
включены практически не используемые
полярные льды.
Значит, в распоряжении человечества
остается лишь 0,3% общего количества
воды на земле.
Главный источник пресной воды - это реки,
чьи годовые ресурсы составляют 47 тыс. км3, а реально использовать можно менее
половины этого количества.
Главным потребителем воды в мире
является сельское хозяйство (69%), затем
идут промышленность (21%), коммунальное
хозяйство (6%) и водохранилища.
Считается, что именно недостаток воды, а не
обрабатываемых земель, является причиной
нехватки продуктов питания во многих
развивающихся странах. В засушливых
регионах живут более 1 млрд людей.
Городское
водопотребление
в среднем
Оценивается
в 450 л/сутки
на одного
человека,
из которых 50%
идет
на хозяйственнопитьевые, 20% на
коммунальнобытовые и 30% на
производственные
нужды.
Классификация природных вод
Качество воды - это сочетание химического и биологического состава и
физических свойств воды, определяющее ее пригодность для конкретных видов
водопользования, в зависимости от назначения воды и особенностей технологического
процесса.
К питьевой относят воду, в которой бактериологические,
органолептические показатели и показатели токсичных
химических веществ находятся в пределах норм
питьевого водоснабжения, регулируемых
соответствующим стандартом.
Классификации природных вод по химическому
составу основываются на самых различных
признаках: концентрации преобладающего компонента или их групп, соотношении между
концентрациями разных ионов, наличии повышенных концентраций каких-либо
специфических компонентов, минерализации.
По преобладающему аниону природные воды делятся на три класса:
1) гидрокарбонатные и карбонатные; 2) сульфатные; 3) хлоридные.
Антропогенное загрязнение природных вод
Гидросфера Земли загрязняется и этот процесс происходит с нарастающей скоростью.
При прохождении через гидрологический цикл вода загрязняется взвешенными и
растворенными веществами, причем как природными компонентами, так и отходами
человеческой деятельности. Источники загрязнения вод делятся на четыре большие
группы.
1. Производственные или промышленные
сточные воды, использованные в технологическом
процессе производства или получающиеся при
добыче полезных ископаемых.
2. Городские сточные воды, включающие
преимущественно бытовые стоки.
3. Атмосферные воды - дождевые и от таяния
снега, несущие массы вымываемых из воздуха загрязнителей промышленного
происхождения.
4. Сточные воды сельскохозяйственных предприятий, включающие канализационные
воды и смывы с полей удобрений и пестицидов.
Количество загрязненных сточных вод во всем мире достигает 250 - 300 млрд. м3 в год.
Четкая классификация промышленных стоков затруднена из-за разнообразия
загрязнений в них. Две основные группы сточных вод - это содержащие органические
вещества и содержащие неорганические примеси.
К первой группе относятся сточные воды
нефтеперерабатывающих и нефтехимических
заводов, предприятий органического синтеза
и синтетического каучука, коксохимических,
газосланцевых и др. Они содержат нефть и
нефтепродукты, углеводороды, спирты, альдегиды,
кетоны, поверхностно-активные вещества, фенолы,
смолы, аммиак, сероводород и др.
Ко второй группе относятся сточные воды содовых,
сернокислотных, обогатительных фабрик свинцовых,
цинковых,
никелевых
руд,
шахт,
рудников,
металлургических
предприятий,
гальванических
производств и др. Они содержат кислоты, щелочи, соли,
сернистые соединения, ионы тяжелых металлов,
взвешенные минеральные вещества и проч.
Промышленные сточные воды классифицируют также по дисперсионному составу
загрязняющего вещества. В соответствии с этой классификацией выделяют четыре
группы сточных вод:
- содержащие нерастворимые в воде примеси с величиной частиц более 10-5 - 10-4 м;
- представляющие собой коллоидные растворы;
- содержащие растворенные газы и молекулярно-растворимые вещества;
- содержащие вещества, диссоциирующие на ионы.
Для каждой группы предлагаются определенные методы очистки сточных вод.
Поступающие в реки, озера,
водохранилища и моря загрязняющие
вещества вносят значительные
изменения в установившийся режим и
нарушают равновесное
состояние водных экологических
систем.
Водоемы способны к самоочищению
путем биохимического распада
органических веществ под действием
микроорганизмов. Самоочищающая
способность также зависит от запаса
растворенного кислорода,
гидродинамических и биохимических
процессов, солнечной радиации,
жизнедеятельности растительных и
животных организмов и др. Эти
процессы интенсифицируются летом, замедляются зимой и зависят от кратности
разбавления сточных вод.
Большой вред приносят смываемые с полей, орошаемых массивов, лесных почв
пестициды, которые не поддаются биологическому распаду и сохраняются на
протяжении многих лет в пресной и морской воде. Они вызывают гибель обитателей
водоемов на ранних стадиях развития, различные мутации и вырождение особей.
Особенно опасны хлорорганические пестициды.
Сточные воды металлургических, химических, машиностроительных и других
предприятий загрязняют водоемы солями тяжелых металлов, травильными растворами,
железом, цинком и другими неорганическими веществами, многие из которых
являются сильнейшими ядами. Тяжелые металлы (Pb, Hg, Zn, Cu, Cd, Ni, Co, Sn, Cr) и
другие токсичные вещества прогрессивно накапливаются в пищевых цепях, конечным
звеном которых является человек.
Большую опасность представляют загрязнения
вод радиоактивными веществами.
Особым видом загрязнения водоемов является
«тепловое» загрязнение, вызываемое сбросом в
них подогретой
воды, используемой
для охлаждения турбин
ТЭЦ и других целей. Вследствие этого температура у
мест
сброса на большой площади повышается на
несколько градусов, что приводит к гибели растительного
и животного мира.
Серьезную угрозу для гидросферы таит
в себе все возрастающее загрязнение
Мирового океана нефтью. Каждая тонна
нефти покрывает тонкой пленкой примерно
12
квадратных
километров
водной
поверхности и загрязняет до миллиона тонн
морской воды между атмосферой и
гидросферой.
Загрязнение
нефтью
вызывает массовую гибель птиц и морских
млекопитающих (каланов, морских котиков
и др.). Влияние на экосистемы выражается
в изменении видового состава сообщества,
снижении численности водных организмов,
гибели растительности.
Длительность
загрязнения
нефтью
береговой зоны зависит от геологических
особенностей строения берега и может
сохраняться более 10 лет.
Кроме нефти и вредных веществ, приносимых в Мировой океан загрязненными
реками, большое количество их поступает из атмосферы. Ежегодно выпадает до 200
тысяч тонн свинца, 1 миллионов тонн углеводородов, 5 тысяч тонн ртути. Около
половины пестицидов попадает в океан из атмосферы.
На качество поверхностных вод
сильно влияют климатические и
геологические факторы. Основной
климатический фактор – частота,
количество осадков, экологическая
загрязненность региона. В осадках
содержится определенное количество
нерастворенных частиц – частички
пыль, пепел, пыльца, бактерии, споры
различных
организмов,
микроорганизмы.
Человечество уже достаточно давно столкнулось с необходимостью очистки и
обезвреживания воды. Вначале речь шла только о питьевой воде, позднее, с развитием
промышленности, стало ясно, что нельзя дальше безнаказанно сбрасывать в водоемы
сточные воды.
В зависимости от объекта применения все методы
обработки воды можно разделить на две большие группы:
очистка природных вод и очистка сточных вод.
Тем не менее, и та, и другая группа включает в себя методы, основанные на одних и
тех же принципах: фильтрование, коагуляцию, реагентные, ионнобменные,
мембранные методы и т.п. Поэтому более обоснованным представляется деление на
три большие группы в зависимости от принципа очистки: механические, физикохимические и биологические методы.
Оптимальным решением для
промышленных сточных вод является
создание системы замкнутого
водооборота, однако, к сожалению,
на данном этапе развития науки и
техники, это не всегда возможно.
Скачать