Файл: Учебное пособие Процессы и аппараты защиты окружающей среды.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 442
Скачиваний: 17
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
134 от морфологических и физиологических особенностей объек- тов.
Бактерицидное действие ультразвука связано с его спо- собностью образовывать вокруг объектов, находящихся в во- де, полости из ничтожного размера пузырьков, которые изо- лируют объекты от окружающей среды, создавая вокруг них местные давления в десятки тысяч атмосфер – явление ультра- звуковой кавитации. Резкая смена физического состояния жидкости, происходящая с частотой ультразвука, действует разрушающе на вещества, находящиеся в ультразвуковом по- ле.
Особенно чувствительны к ультразвуковым волнам гид- ры, инфузории, циклопы, моногенетические сосальщики и другие организмы. Установлено, что ультразвук уничтожает и более крупные организмы, которые наносят исключительный вред питьевому и техническому водоснабжению. К ним отно- сятся видимые невооруженным глазом личинки насекомых
(ручейников, хирономид и поденок), олигохеты, некоторые нематоды, губки, мшанки, моллюски дрейсены, пиявки и др.
Под действием ультразвука погибают также фауна и флора морского планктона.
Лабораторными опытами установлено, что этим методом в тонких слоях жидкости в течение 1-2 мин уничтожается до
95% кишечных палочек. Имеются данные о бактерицидном действии ультразвуковых волн на дизентерийные палочки, сыпнотифозный вирус и др. Молоко после действия ультра- звука становится стерильным.
Вода, обезвреженная этим методом, не изменяет ни физи- ческих, ни химических свойств. Вкусовые качества воды ос- таются неизменными. Недостатком этого метода является вы- сокая стоимость его и возможность последующего заражения воды.
135
1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 ... 17
2.3.10. ТЕРМИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ
ВОДЫ
Самым старым методом обеззараживания воды является ее кипячение. Этот метод применяется для очистки небольших количеств воды. Его используют для обеспечения обеззара- женной питьевой воды столовых, лечебных и административ- ных учреждений и т.д. Однако вследствие высокой стоимости и громоздкости необходимых установок кипячение воды не применяется для обеззараживания воды даже на малых водо- проводах. Термическим методом нельзя удалить из воды спо- ры, поэтому вода из сомнительных источников не может обез- зараживаться кипячением при обычном давлении.
2.4. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
2.4.1. НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ КИСЛОТ И ОСНОВАНИЙ
Правила спуска сточных вод в водоемы не допускают сброса кислых и щелочных стоков, так как они губят микро- флору водоемов. Необходимо производить нейтрализацию подобных сточных вод перед спуском в водоем. При расчете нейтрализационных установок учитывают только концентра- цию свободных кислот и оснований.
При нейтрализации сточных вод следует учитывать есте- ственную нейтрализующую способность водоема. Искусст- венной нейтрализации должно подвергаться лишь то количе- ство кислоты или щелочи, которое не может быть нейтрализо- вано в нем.
Нейтрализация осуществляется добавкой к сточной жид- кости соответствующих реагентов или путем фильтрования ее через нейтрализующие материалы. При нейтрализации кислых вод применяют известь, известняк, мрамор, доломит и обож- женный доломит; щелочные воды нейтрализуются различны- ми кислотами и кислыми газами, например, отходящими газа- ми, содержащими CO
2
, SO
2
, NO
х
и др. Применение кислых га- зов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и
136 одновременно производить очистку самих газов от вредных компонентов.
Для нейтрализации сточных вод прибегают к мутацион- ному фильтрованию через мел, мрамор, доломит или обож- женный доломит, известный под названием «магномасса».
Из всех перечисленных загрузок самой удобной является магномасса, а самой важной ее частью – окись магния, обла- дающая рядом преимуществ по сравнению с карбонатами и окисью кальция:
1. окись магния нерастворима в воде и поэтому не пере- ходит в раствор в отсутствии кислот;
2. при нейтрализации ею сильных кислот не происходит образования углекислого газа и, следовательно, в нейтрализо- ванной, воде не возрастает карбонатная жесткость;
3. скорость нейтрализации окисью магния больше, чем карбонатами.
Для нейтрализации можно также использовать взаимную нейтрализацию стоков. Когда в производстве имеются кислые и щелочные стоки, рационально нейтрализовать их смешива- нием. Избыточная кислотность или щелочность смеси нейтра- лизуется каким-либо одним из вышеперечисленных методов.
2.4.2. ОКИСЛЕНИЕ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ, ПЕРЕВОД
В НЕРАСТВОРИМОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Для очистки сточных вод используют следующие окисли- тели; газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, перок- сосерные кислоты, озон, пиролюзит и др.
В процессе окисления токсичные загрязнения, содержа- щиеся в сточных водах, в результате химических реакций пе- реходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.
Активность вещества как окислителя определяется вели- чиной окислительного потенциала. Первое место среди окис-
137 лителей занимает фтор, который из-за высокой агрессивности не может быть использован на практике.
Для других веществ величина окислительного потенциала равна: для озона – 2,07 В; для пероксида водорода – 1,78 В; для перманганата калия – 1,7 В; для хлора – 1,36 В.
Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являют- ся наиболее распространенными окислителями. Их использу- ют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др.
Пероксид водорода используется для окисления нитри- тов, альдегидов, фенолов, цианидов, серосодержащих отходов, активных красителей.
В разбавленных растворах процесс окисления органиче- ских веществ протекает медленно, поэтому используют ката- лизаторы – ионы металлов переменной валентности (Fe
2+
,
Cu
2+
, Mn
2+
, Cо
2+
, Cr
2+
, Ag
2+
).
Кислород воздуха используют при очистке воды от желе- за для окисления двухвалентного железа в трехвалентное с последующим отделением из сточных вод гидроксида железа.
Также окисляются сульфидные стоки целлюлозных, нефтепе- рерабатывающих и нефтехимических заводов.
Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обез- зараживание. Озон окисляет как неорганические, так и орга- нические вещества, растворенные в сточной воде.
Озонированием можно очищать сточные воды от фено- лов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка,
ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.
Процесс очистки сточных вод значительно увеличивается при совместном использовании ультразвука и озона, ультра- фиолетового облучения и озона. Ультрафиолетовое облучение ускоряет окисление в 100-1000 раз.
Методы восстановительной очистки сточных вод приме- няют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка.
138
В процессе очистки неорганические соединения ртути восстанавливают до металлической ртути, которую отделяют от воды отстаиванием, фильтрованием или флотацией. Для восстановления ртути и ее соединений применяют сульфид железа, боргидрид натрия, гидросульфит натрия, гидразин, железный порошок, сероводород, алюминиевую пудру.
Наиболее распространенным способом удаления мышья- ка из сточных вод является осаждение его в виде труднорас- творимых соединений диоксидом серы.
Метод очистки сточных вод от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на восстановлении его до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидрокси- да в щелочной среде.
В качестве восстановителей используют активный уголь, сульфат железа, бисульфат натрия, водород, диоксид серы, отходы органических веществ, пиритный огарок.
В качестве реагентов для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды натрия, различные отходы. Наибо- лее широко используется гидроксид кальция. Осаждение ме- таллов происходит в виде гидроксидов.
При обработке кислых вод оксидом кальция и гидрокси- дом натрия ионы цинка, меди, никеля, свинца, кадмия, кобаль- та, содержащиеся в стоках, связываются в труднорастворимые соединения.
Выделение катионов Zn
2+
щелочами основано на переводе их в труднорастворимый гидроксид цинка:
Zn
2+
+ 2OH
-
Zn(OH)
2
Очистка сточных вод от меди связана с осаждением ее в виде гидроксида или гидроксид-карбоната:
Cu
2+
+ 2OH
-
Cu(OH)
2
2 Cu
2+
+ 2OH
-
+ CO
2-
(CuOH)
2
CO
3
139
Несмотря на то, что в сточных водах содержаться катио- ны нескольких металлов, применение для удаления каждого из них специфического метода мало реально. Поэтому сточную воду обычно перерабатывают известковым молоком, при этом происходит одновременное осаждение катионов тяжелых ме- таллов в виде гидроксосолей, гидроксидов и карбонатов. При взаимном осаждении нескольких металлов достигается луч- шие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. Это связано с образованием смешанных кристал- лов и адсорбции ионов металлов на поверхности твердой фа- зы.
Обработка сточных вод щелочными реагентами позволяет снизить содержание тяжелых металлов в растворе до величи- ны, сопоставимых с ПДК для водоемов санитарно-бытового пользования.
Поскольку гидроксиды и сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы для интенсифика- ции процесса их осаждения в сточные воды необходимо вво- дить коагулянты и флоклянты. Недостатком такой очистки является образование большого количества труднообезврежи- ваемого шлама.
2.4.3. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ
2.4.3.1. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ХЛОРОМ И
ХЛОРСОДЕРЖАЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Сущность обеззараживающего действия хлора заключа- ется в окислительно-восстановительных процессах, происхо- дящих при взаимодействии хлора и его соединений с органи- ческими веществами микробной клетки. Полагают, что хлор- новатистая кислота вступает в реакцию с ферментами бакте- рий и тем самым нарушает обмен веществ в бактериальной клетке.
Свободный и связанный активный хлор не равнозначны по своему окислительному потенциалу, скорости реакции и
140 необходимому времени контакта. Из всех соединений хлора наиболее эффективным реагентом является хлорноватистая кислота.
Эффект действия хлора на микробы в большой степени зависит от начальной дозы хлора и продолжительности сохра- нения его в воде. Хлор расходуется на окисление примесей органического и неорганического происхождения. Перерасход хлора наблюдается при хлорировании не отстоявшейся воды.
Взвешенные вещества адсорбируют на себе хлор, а микробы, находящиеся внутри хлопьев или комочков взвеси, не подвер- гаются действию хлора.
При обеззараживании хлором происходит разрушение ор- ганических примесей воды, например, гуминовые вещества минерализуются до СО
2
, Fe (II) окисляется до Fe (III), Mn (II) до Mn (IV), устойчивые суспензии превращаются в неустой- чивые из-за разрушения защитных коллоидов. Иногда хлори- рование приводит к образованию сильно пахнущих хлорпро- изводных продуктов распада растительных и животных орга- низмов. Особенно устойчивыми и неприятными являются за- пахи, возникающие при хлорировании воды, загрязненной стоками, содержащими фенолы и другие ароматические со- единения. Привкусы и запахи возникают при содержании в воде фенолов уже при разведении 1 : 10 000 000. Со временем они усиливаются и не исчезают при нагревании. Иногда при- бегают к хлорированию большими дозами, разрушающими ароматические соединения.
Хлорирование играет также большую роль при очистке вод от мелкодисперсной взвеси и тем самым способствует обесцвечиванию их и создает благоприятные условия для ос- ветления и фильтрования. Для небольших количеств сточных вод используется хлорная известь с 25-35%-ным содержанием активного хлора. Она одновременно коагулирует коллоидные вещества сточных вод благодаря образованию гидроокиси кальция.
При выборе дезинфицирующего, вещества следует учи- тывать содержание в нем «активного» хлора. Активным назы-
141 вается количество молекулярного хлора, отвечающее окисли- тельной способности данного соединения относительно йоди- стого калия в кислой среде.
Понятие «активный» хлор определяет не истинное со- держание хлора в соединении, а окислительную способность соединения в кислой среде по йодистому калию. Например, в грамм-молекуле NaCl содержится 35,5 гхлора. Однако содер- жание активного хлора равно нулю. В грамм-молекуле NaOCl истинное содержание хлора составляет 35,5 г,а «активного» хлора –71 г.
При определении дозы хлора необходимо исходить из хлоропоглощаемости воды и некоторого избытка хлора, обес- печивающего бактерицидный эффект.
Функциональную зависимость поглощения хлора водой от его концентрации определяют экспериментально.
Обычно питьевые воды хлорируются малыми дозами, а сточные воды – большими с переходом за точку полного раз- рушения хлораминов. Если хлорирование производится после всех других процессов обработки воды и является завершаю- щим этапом очистки, то его называют постхлорированием.
Прехлорированием называется хлорирование повышен- ными дозами. Оно применяется, когда нормальное хлорирова- ние приводит к ухудшению, органолептических свойств воды.
Дозы остаточного хлора при прехлорировании устанавлива- ются в пределах 1-10 мг/л.
Для очистки охлаждающей воды на ТЭЦ широко приме- няется периодическое прехлорирование. При этом способе получается повышенное значение остаточного хлора. Продол- жительность одного периода, хлорирования от 3 до 30 мин.
Интервал между введениями доз хлора колеблется от 10 мин
(при длительности хлорирования в 3 мин)донескольких часов
(при хлорировании 30 мин). В результате такого хлорирования прекращается развитие микроорганизмов, забивающих кон- денсаторы турбин.
Однако при хлорировании воды не происходит полной стерилизации, в ней остаются единичные сохраняющие жиз-
142 неспособность особи. Для уничтожения спорообразующих бактерии и вирусов требуются повышенные дозы хлора и дли- тельный контакт.
2.4.3.2. ОЗОНИРОВАНИЕ ВОДЫ
Бактерицидные свойства, озона были установлены в кон- це XIX в., но практическое использование его для обеззаражи- вания воды относится к началу XX в.
Озон представляет собой аллотропическое видоизмене- ние кислорода, при обычных условиях газообразное вещество голубоватого цвета, в жидком состоянии – темно-синее, в твердом – почти черное; темп. пл. озона -250°С, темп. кип. -
111ºС. Во всех агрегатных состояниях озон способен взры- ваться от удара. Растворимость его в воде выше, чем раство- римость кислорода.
Малые концентрации озона в воздухе благоприятно, дей- ствуют на организм человека, особенно при заболеваниях ды- хательных путей. При относительно больших концентрациях он вреден для организма человека. Продолжительное пребы- вание человека в атмосфере с содержанием озона порядка 1 :
1 000 000 вызывает раздражительность, чувство усталости и головную боль. При более высоких концентрациях к этим симптомам добавляется тошнота, кровотечение из носа и вос- паление слизистой оболочки глаз. Хроническое отравление озоном приводит к тяжелому заболеванию. Предельно допус- тимая концентрация озона в воздухе рабочей зоны производ- ственных помещений 0,1 мг/м
3
.
Растворимость озона в воде, как и всякого газа, зависит от его парциального давления над водой, температуры воды, ре- акции среды и от количества веществ, растворенных в воде.
Например, присутствие в воде сернокислого кальция или не- значительных количеств кислот увеличивает растворимость озона, а повышенное содержание щелочей снижает его рас- творимость. Следовательно, при озонировании воды нужно