Файл: Учебное пособие Процессы и аппараты защиты окружающей среды.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 443
Скачиваний: 17
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
143 следить за реакцией среды, она должна быть близка к ней- тральной.
Бактерицидное действие озона связано с его высоким окислительным потенциалом и легкостью его диффузии через клеточные оболочки микробов. Он окисляет органические ве- щества микробной клетки и приводит ее к гибели.
Благодаря высокому окислительному потенциалу (2,07 В) озон обладает более сильным бактерицидным действием, чем хлор (1,36 В). Озон действует на бактерии быстрее хлора и расход его значительно меньше. Озон оказывает губительное действие на жизнедеятельность гидробионтов.
Наряду с обеззараживанием, озонирование приводит к улучшению вкуса, к снижению цветности, уничтожению запа- хов воды в результате окисления и минерализации органиче- ских примесей. Например, гуминовые вещества разрушаются озоном до углекислого газа и воды.
Озонирование воды имеет ряд преимуществ по сравне- нию с хлорированием ее:
1. озон улучшает органолептичёские свойства воды и не загрязняет ее дополнительно химическими веществами;
2. озонирование не требует дополнительных операций для удаления из очищенной воды избытка бактерицида, как дехлорирование при хлоре; это позволяет также пользоваться повышенными дозами озона;
3. озон вырабатывается на месте; для его получения тре- буется лишь электроэнергия, из химических реактивов поль- зуются только силикагелем в качестве адсорбента влаги (для подсушивания атмосферного воздуха).
В технике озон получают в озонаторах. Очищенный и су- хой воздух, пропускаемый через озонатор под постоянным давлением, подвергается действию тихого разряда (электриче- ского разряда без искр). Образующаяся при этом озоно- воздушная смесь смешивается с водой в специальных смеси- телях. В современных установках для этого применяют барбо- тирование.
144
Широкому использованию метода озонирования мешает сложность получения озона, связанная с затратой больших количеств электроэнергии высокой частоты и высокого на- пряжения.
2.4.3.3. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ИОНАМИ СЕРЕБРА
Бактерицидное действие серебра было отмечено еще в глубокой древности. Вода и вино, хранившиеся в серебряной посуде, длительное время не загнивали.
Для объяснения механизма бактерицидного действия се- ребра выдвинут ряд гипотез. По одной из них ионы серебра взаимодействуют с ферментами бактерий, нарушают обмен бактериальной клетки с окружающей средой и этим приводят ее к гибели. По другой гипотезе ионы серебра проникают внутрь микробной клетки, соединяются с ее протоплазмой и разрушают ее. Считают также, что, ионы серебра, адсорбиру- ясь на микробной клетке, играют роль катализаторов в про- цессе окисления плазмы кислородом воздуха.
Весьма вероятно, что все перечисленные факторы имеют место при обеззараживании воды серебром. Во всяком случае, достоверно, что при обеззараживании воды серебром значи- тельную роль играют химические процессы. Доказательством этого может служить то, что процесс очистки воды этим мето- дом протекает тем лучше, чем выше концентрация ионов се- ребра и выше температураобеззараживаемой воды.
Воду можно обеззараживать металлическим серебром, так как она оказывается достаточно стерилизованной уже той ничтожной концентрацией иона Ag
+
, которая в ней создается при соприкосновении с металлическим серебром. Накаплива- ние ионов серебра в воде происходит тем быстрее, чем больше ее соприкосновение с металлом. Поэтому для максимального увеличения, поверхности с наименьшей затратой металла при- бегают к осаждению серебра тонким слоем на материал с раз- витой поверхностью – песок, кольца, бусы и т. д., через кото- рый фильтруют обеззараживаемую воду.
145
В технике очистки воды пользуются другим методом до- зировки серебра – путем его электролитического растворения
(анодное растворение серебра). Этот метод позволяет с помо- щью электроизмерительных приборов установить точную до- зировку и регулировать процесс обеззараживания.
Электролитически приготовленная серебряная вода, по данным Л.А. Кульского, по своей бактерицидности обладает большей силой, чем применяемый в практике дезинфицирова- ния хлор. При введении серебра в количестве 1 мг/л в природ- ную воду, искусственно зараженную большими дозами раз- личных бактерий, оказалось, что полное обеззараживание на- ступает через 2 ч. По устойчивости к действию серебряной воды исследованные бактерии можно расположить в убываю- щий ряд: стафилококки>стрептококки>бактерии брюшного типа>бактерии дизентерии>бактерии коли.
Самыми устойчивыми по отношению действия ионов се- ребра являются бактерии коли (кишечная палочка), которые могут служить индикаторами на чистоту обеззараживания во- ды. Если после очистки в воде не будет содержаться кишечная палочка, то все вышеперечисленные здесь бактерии тем более в ней должны отсутствовать.
На бактерицидное действие серебра могут оказывать су- щественное влияние различные примеси, присутствующие в природных водах. Примеси могут связывать ионы серебра в комплексы, адсорбировать их на взвеси и тем самым ухудшать условия контакта. Например, повышенное содержание ионов хлора может снизить растворимость труднорастворимой соли
AgCl. Это обстоятельство затрудняет применение метода обез- зараживания серебром к водам с большим содержанием хлора.
Дозировка серебра в воду осуществляется в специальных аппаратах – ионаторах. «Серебряную воду» приготовляют от- дельно и затем автоматически добавляют се определенными дозами в очищаемую воду. Этим методом обеззараживается вода в санаториях, больницах, на кораблях и т. д. Она может применяться для консервирования продуктов питания, для об-
146 работки артезианских скважин, колодцев, труб и для лечебных целей.
Кроме серебра также обладает олигодинамическим дей- ствием и медь. В некоторых случаях при разрастании водорос- лей в водоемах применяются ионы меди в виде растворимой соли CuSO
4
. Кроме того, для обработки технических вод мож- но применять метод электролитического растворения меди.
1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 ... 17
2.5. БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Биохимические методы применяют для очистки хозяйст- венно-бытовых и промышленных сточных вод от многих рас- творенных органических и некоторых неорганических (серо- водорода, сульфидов, аммиака, нитритов) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использо- вать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности, так как органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.
Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризующуюся величиной БПК и ХПК. БПК – это био- химическая потребность в кислороде, т.е. количество кислоро- да, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ (не включая процесса нитрификации) за определенный промежуток времени (2, 5, 8, 10, 20 суток), в мг
О
2
на 1 мг вещества. Например, БПК5 – биохимическая по- требность в кислороде за 5 сут, БПК
полн
– полная БПК до нача- ла процесса нитрификации. ХПК – химическая потребность в кислороде, т.е. количество кислорода, эквивалентное количе- ству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде. ХПК также вы- ражают в мг О
2
на 1 мг вещества.
Биохимической активностью микроорганизмов называют биохимическую деятельность, связанную с разрушением орга- нических загрязнений сточных вод. Возможность биохимиче- ского окисления (биоразлагаемость сточных вод) характеризу- ется через биохимический показатель, т.е. отношением
147
БПК
полн
/ХПК. Его значение колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод: промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05-0,3), бы- товые сточные воды – свыше 0,5.
При отношении (БПК/ХПК) 0,5-1,0 вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и примесей со- лей тяжелых металлов. Биохимический показатель необходим для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточных вод.
Контактируя с органическими веществами, микроорга- низмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование биомассы. Разрушение органических ве- ществ называют биохимическим окислением.
Основными факторами, определяющими возможность биологической очистки сточных вод, являются:
1. способность органических веществ сточных вод био- химически окисляться;
2. наличие необходимых питательных веществ (азот, фосфор, калий, углерод, витамины, и микроэлементы);
3. концентрация загрязненных веществ не должна пре- вышать установленную норму;
4. реакция среды должна быть близкой к нейтральной;
5. концентрация биологически токсических веществ не должна превышать норм, чтобы не мешать процессу;
6. в сточных водах должны отсутствовать поверхностно- активные вещества, мешающие доступу кислорода на очист- ное сооружение.
Большинство видов промышленных сточных вод в той или иной мере не соответствуют требованиям биологической очистки и нуждаются в специальной предварительной подго- товке. При очистке сточных вод, как правило, предварительно отделяют твердую фазу от жидкой.
148
При аэробных процессах создается активный ил, активная пленка, а при анаэробных – септический ил или сброженный осадок.
В обоих случаях скорость процесса минерализации зави- сит от массы или, точнее, от поверхности участвующих мик- робов, от их контакта с загрязняющим воду веществом.
На всех очистных сооружениях, работающих в аэробных и анаэробных условиях, механизм очистки сточных вод сво- дится к двум процессам:
1. адсорбция загрязняющего воду вещества на активном компоненте (активном иле, биологической пленке или на сеп- тическом иле и т. д.);
2. ферментативная десорбция адсорбированного вещест- ва.
Первый процесс протекает быстро (за 10-15 мин), а вто- рой затягивается на длительное время. Продолжительность десорбции зависит от условий работы сооружения, от темпе- ратуры, интенсивности перемешивания «свежего» материала с агентами-минерализаторами, подачи кислорода и многих дру- гих факторов.
Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использо- вании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и темпера- тура 20-40°С. Анаэробные методы очистки протекают без дос- тупа кислорода; их используют в основном для обезврежива- ния осадков.
2.5.1. АЭРОБНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ
ВОД
Жидкую фазу сточной воды очищают в аэробных услови- ях. Для этой цели строят следующие сооружения: а) аэротен- ки; б) биофильтры различных конструкций; в) очистительные пруды.
149
Сооружения эти по своему техническому оформлению и оборудованию различны, но все они рассчитаны на использо- вание окислительного аэробного процесса, который протекает за счет кислорода воздуха, поступающего на активный суб- страт.
Аэротенком (рис. 2.30) называется проточный резервуар с искусственной аэрацией, содержащий активный ил.
Аэрация осуществляется через пористые пластинки, уло- женные на дне, барботажем воздуха с помощью мешалок или созданием турбулентного течения в неглубоком потоке жид- кости.
Активный ил в азротенках образуется за счет суспензии сточной жидкости, адсорбции коллоидов и размножения на этом субстрате микроорганизмов. Микробиологические ис- следования показали, что активный ил состоит из коллоидной массы, обильно заселенной микроорганизмами. На 1 г актив- ного ила приходится 1
10 12
бактерий с суммарной поверхно- стью 1200 м
2
. Бактерии представлены α- и β-мезосапробными группами. Разнообразие видов очень велико. В состав актив- ного ила входит весь комплекс микробов сточной жидкости, в том числе и патогенная флора человека. Они адсорбируются на активном иле и в зависимости от их физиологических осо- бенностей приспосабливаются к окружающей среде, входя в комплекс минерализаторов. Часть флоры, не приспособившая- ся к внешним условиям, отмирает и служит питательным ве- ществом для микробов минерализаторов.
В
оздух
Активный ил из отстойника
Сточная-
жидкость
Очищенная
жидкость
Рис.2.30. Аэротенк
150
Биоценоз активного ила развивается в условиях ярко вы- раженных окислительных аэробных процессов, поэтому наря- ду с другими микробами в большом количестве содержатся в нем бактерии-нитрификаторы (до 3·10 7
на 1 г активного ила).
Кроме бактерий на активном иле развиваются простейшие корненожки, инфузории, споровики и различные представите- ли червей.
В воде, прошедшей, через аэротенк, наблюдается резкое снижение, количества бактерий, например снижение кишеч- ной палочки по сравнению с исходной водой достигает 98%
(от начального количества). Снижение количества бактерий происходит за счет адсорбции их активным илом, уничтоже- ния фауной и растворения бактериофагом.
Но следует помнить, что аэротенк не может гарантиро- вать полную очистку воды от патогенных микроорганизмов, поэтому перед спуском в водоем ее нужно подвергать обезза- раживанию.
При работе аэротенка отстоянная сточная жидкость сме- шивается в нем с активным илом. Практикой установлено, что количество насыщенных водой хлопьев активного ила должно составлять не менее 25% от объема жидкости. Эта смесь уси- ленно аэрируется воздухом, и как показано на рис.2.30, непре- рывно удаляется из аэротенка в отстойник, где происходит отделение ила от жидкости. Осветленная жидкость поступает в обеззараживающую установку, а затем опускается в канали- зацию. Ил после регенерации во вторичном отстойнике посту- пает снова в аэротенк и смешивается с вновь поступающей на очистку сточной жидкостью.
Процесс восстановления ее происходит за счет жизнедея- тельности микроорганизмов, заселяющих активный ил. Этот процесс называется ферментативной десорбцией, а в технике – регенерацией ила, которую осуществляют в самом аэротенке или во вторичном отстойнике в условиях строгого аэробиоза.
Избыточный активный ил, мешающий процессу очистки, удаляют из аэротенка и подвергают его сбраживанию в метан- тенке. Аэротенк может работать круглый год, так как измене-
151 ния температуры от 8 до 25°С мало отражаются на процессах окисления. Но все же в зимнее время процессы нитрификации в нем замедляются.
Биофильтрами (рис.2.31) называются очистные сооруже- ния, состоящие из шлака, щебня и других материалов, оро- шаемые сточной жидкостью, прошедшей первичный отстой- ник. В пусковой период сооружения на кусках фильтрующей, загрузки выращивается биологическая пленка. Основным агентом, биологической пленки является микробное населе- ние, которое окисляет органические вещества.
Рис.2.31. Биофильтр:
1 – механический фильтр, 2 - аэратор, 3 - биофильтрующий элемент,
4 - отделение с растениями
Биоценозы активной пленки чрезвычайно сложны и зави- сят от участка фильтра. В самом верхнем слое (от 0 до 10 см)
на орошаемых участках шлака развиваются инфузории, жгу- тиковые, коловратки, личинки насекомых и гифы грибов. На неорошаемых участках шлака разрастаются водоросли
:
(зеле- ные, сине-зеленые, диатомовые). На глубине от 10 до 16 см начинается «зона червей». Все представители животного и растительного миров принимают деятельное участие в очистке сточных вод.
Бактерии минерализуют органические вещества, про- стейшие (инфузории, корненожки) питаются бактериями, а водоросли продуцируют кислород и фитонциды (вещества,