Дипломная работа - Методы очистки производственных сточных вод

Подождите немного. Документ загружается.

Гидроциклоны применяют для осветления сточных вод и сгущения

осадка. Они бывают открытые и напорные. Открытые гидроциклоны приме-

няются для выделения из сточных вод структурных оседающих и грубодис-

персных всплывающих примесей. Напорные гидроциклоны служат для выде-

ления из сточных вод только оседающих агрегатоустойчивых грубодисперс-

ных структурных примесей. Открытые гидроциклоны бывают без внутренних

устройств, с диафрагмой и цилиндрической перегородкой и многоярусные.

Последние применяют для выделения тяжелых неслеживающихся грубодис-

персных примесей и нефтепродуктов.

1.6.2. Физико-химическая очистка ПСВ

К физико-химическим методам очистки относятся: а) экстракция; б)

сорбция; в) эвапорация; г) кристаллизация; д) флотация.

А) Экстракция. Сущность экстракционного метода очистки производ-

ственных сточных вод состоит в следующем. При смешивании взаимонерас-

творенных жидкостей загрязняющие вещества, содержащиеся в них, распре-

деляются в этих жидкостях соответственно своей растворимости.

Если в сточной воде содержится фенол, то для его выделения воду

можно смешать с бензолом (растворителем), в котором фенол растворяется в

значительно большей степени. Таким образом, последовательно действуя

бензолом на воду, можно добиться почти полного удаления фенола из воды.

В качестве растворителей обычно применяют различные органические

вещества: бензол, четыреххлористый углерод и т.д.

Экстракцию проводят в металлических резервуарах-экстракторах,

имеющих форму колонн с насадками. Снизу подается растворитель, удель-

ный вес которого меньше удельного веса воды, вследствие чего растворитель

поднимается вверх. Загрязненная сточная вода подводится сверху. Слои

воды, встречая на своем пути растворитель, постепенно отдают загрязняющие

воду вещества. Очищенная от загрязнений вода отводится снизу. Таким

приемом, в частности, можно очищать ПСВ, содержащие фенол.

Б) Сорбция. Этот процесс заключается в том, что загрязнения из сточ-

ной жидкости поглощаются телом твердого вещества (адсорбция), осажда-

ются на его активно развитой поверхности (адсорбция) или вступают в хими-

ческое взаимодействие с ним (хемосорбция). Для очистки ПСВ чаще всего

пользуются адсорбцией. В этом случае к очищаемой сточной жидкости до-

бавляют сорбент (твердое тело) в размельченном виде и перемешивают со

сточной водой. Затем сорбент, насыщенный загрязнениями, отделяют от воды

отстаиванием или фильтрованием. Чаще очищаемую сточную воду пропус-

кают непрерывно через фильтр, загруженный сорбентом. В качестве сорбен-

тов применяют: активированный уголь, коксовую мелочь, торф, каолин,

опилки, золу и т. д. Лучшее, но наиболее дорогое вещество – активированный

уголь.

Метод сорбции можно использовать, например, для очистки ПСВ от га-

зогенераторных станций, содержащих фенол, а также ПСВ, содержащих

мышьяк, сероводород и т.д.

В) Эвапорация. Эвапорацией называется отгонка с водяным паром ле-

тучих веществ, загрязняющих сточную воду. Отгоняют либо в периодически

действующем аппарате, либо в непрерывно действующих дистилляционных

колоннах.

Г) Кристаллизация. Этот метод очистки можно использовать только

при значительной концентрации загрязнений в ПСВ и способности их обра-

зовывать кристаллы. Обычно предварительный процесс – выпаривание сточ-

ной воды, чтобы создать повышенную концентрацию загрязнений, при кото-

рой возможна их кристаллизация. Для ускорения процесса кристаллизации

загрязнений сточная вода охлаждается и перемешивается. Выпаривание и

кристаллизация сточной воды осуществляются обычно в естественных пру-

дах и водоёмах. Этот способ очистки ПСВ неэкономичен, поэтому широкого

применения не получил.

Д) Флотация. Процесс основан на всплывании дисперсных частиц вме-

сте с пузырьками воздуха. Его успешно применяют в ряде отраслей техники и

для очистки ПСВ. Процесс флотации состоит в том, что молекулы нераство-

римых частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе на по-

верхность. Успех флотации в значительной степени зависит от величины по-

верхности пузырьков воздуха и от площади контакта их с твердыми части-

цами. Для повышения эффекта флотации в воду вводят реагенты.

1.6.3 Химические методы очистки ПСВ

К химическим методам очистки ПСВ относятся: коагулирование; ней-

трализация и окисление.

Коагулирование. Сущность процесса коагулирования состоит в том,

что к сточной воде добавляют реагент (коагулянт), способствующий быст-

рому выделению из нее мелких взвешенных и эмульгированных веществ, ко-

торые при простом отстаивании не осаждаются. Реагент добавляют обычно

до направления сточной воды в отстойники. Взвеси вместе с коагулянтом

осаждаются в отстойных бассейнах.

Этим способом обычно очищают сточные воды, содержащие мелкие

взвеси, например: воды текстильных предприятий (красильные и отбельные

отделения) и т.д.

В качестве коагулянтов применяют известь CaO, железный купорос

FeSO

, глинозем AL

(SO

)

и т.д.; иногда добавляют смесь этих реагентов.

Для интенсификации процесса смешивания, хлопьеобразования и освет-

ления за рубежом применяют осветлители со «взвешенным фильтром» и ос-

ветлители с «хлопьевидной суспензией и циркуляцией».

Первый осветлитель работает по следующему принципу, сточная жид-

кость подается в центральную камеру осветлителя через распределительное

кольцо. Сюда же подается коагулянт. В центральной камере происходит

процесс хлопьеобразования. Здесь сточная жидкость перемешивается мешал-

ками, а затем направляется в периферийную часть, где создается определен-

ная скорость потока и образуется «взвешенный фильтр». Этот фильтр состоит

из хлопьев коагулянта и способствует задержанию взвешенных частиц.

Нейтрализация. Сточные воды нейтрализуются при их химическом

взаимодействии с веществами. ПСВ многих предприятий, которые содержат

повышенное количество кислот и щёлочей, спускать в канализационную сеть,

на очистные станции и в водоёмы нельзя без предварительного доведения

концентрации этих загрязнений до допустимых значений.

Существует несколько способов нейтрализации ПСВ: а) непосредствен-

ное смешение кислых стоков со щёлочными перед спуском их в канализаци-

онные сети; б) использование активной щёлочи городских сточных вод или

водоёма; в) добавление реагента в пропорциях, необходимых для нейтрализа-

ции; г) фильтрация загрязненных вод через нейтрализующие материалы.

Окисление. Это метод применяют, когда другие методы очистки, в

том числе и биохимический, не позволяют разрушить или удалить вредные

вещества, содержащиеся в ПСВ.

Комплекс сооружений для очистки сточных вод этим методом представ-

ляет собою реагентное хозяйство, которое состоит из склада реагентов, рас-

творных баков и дозаторов, камеры реакции и отстойников.

1.6.4. Биологическая очистка ПСВ

Для биологической очистки ПСВ может быть использован любой из су-

ществующих способов биологической очистки бытовых сточных вод: очистка

на полях орошения или полях фильтрации, на биофильтрах или аэротенках.

Однако это возможно при соблюдении основных требований: 1) из ПСВ

должны быть удалены жировые и смолистые вещества; 2) концентрация ядо-

витых веществ (циан, фенол, пикриновая кислота, древесный спирт) и солей

тяжелых металлов (меди, цинка, висмута, хрома, ртути и т.д.) не должна пре-

вышать допустимых для биологического процесса пределов; 3) реакция сточ-

ных вод должна находится в пределах pH=6,5 – 8,5; 4) если сточные воды со-

держат крупные нерастворенные или волокнистые вещества, они должны

быть удалены из стоков при помощи специальных устройств (сит, волокно-

уловитель и т.д.); 5) до биологической очистки сточные воды должны быть

подвергнуты предварительному отстаиванию.

Поля орошения и поля фильтрации.

Полями орошения называются специально подготовленные земельные

участки, предназначенные для очистки сточных вод и используемые одно-

временно для агрикультурных целей.

Если поля предназначены только для биологической, без выращивания

на них сельскохозяйственных (с/х) культур, то они носят название полей

фильтрации.

Различают следующие типы полей орошения: коммунальные поля, ко-

торые в первую очередь используются для очистки сточных вод, а во вторую

– для с/х; земледельческие поля орошения, предназначенные для полной био-

логической очистки сточных вод с одновременным использованием их для

увлажнения и удобрения с/х земель.

2. Практическая часть

2.1 Теоретические основы методов контроля качества очистки ПСВ

Для контроля качества очистки ПСВ необходимо создание специальных

лабораторий, например, лаборатория промышленной санитарии.

Так как состав ПСВ довольно разнообразен, необходимо постоянное

наблюдение за качеством очистки этих вод.

Государственным стандартом разработаны методики по определению

содержания различных ингредиентов.

Рассмотрим некоторые из этих методик:

1. Методика определения азота аммонийного с реактивом Несслера.

2. Методика определения нитритов с реактивом Грисса.

3. Методика аргентометрического определения хлоридов.

4. Методика турбидиметрического определения сульфатов.

5. Методика определения железа с роданидом.

6. Методика определения хрома с дифенилкарбазидом.

7. Методика определения щёлочности титрометрическим методом.

2.1.1 Методика определения азота аммонийного с реактивом Несслера

Предельно допустимая концентрация (ПДК) аммиака и ионов аммония в

воде водоёмов 2 мг/л по азоту (или 2,6 мг/л в виде иона аммония).

Принцип метода

Метод основан на способности аммиака (свободный аммиак и ионы ам-

мония) образовывать с щёлочным раствором йодида одновалентной ртути

окрашенные в желтый цвет соединения йодида меркураммония. При низкой

концентрации аммиака и ионов аммония получают коллоидный раствор, при-

годный к колориметрированию. При большом содержании (>3 мг/л) выпадает

бурый осадок, в этом случае определение необходимо проводить после раз-

бавления пробы безаммиачной водой.

Предел обнаружения ионов аммония 0,05 мг/л. Диапазон измеряемых

количеств аммонийных ионов в пробе 0,005 – 0,150 мг.

Этим методом находят свободный аммиак, ионы аммония и аммиак,

входящий в некоторые белковые соединения (например, альбуминоидный

аммиак).

Проведению анализа мешают амины, хлорамины, ацетон, альдегиды,

спирты и другие органические соединения, реагирующие с реактивом Несс-

лера. В их присутствии обнаруживают после предварительной отгонки. Ме-

шающие влияние жесткости воды устраняют, добавляя в раствор сегнетовой

соли. Большое количество железа, сульфиды и муть удаляют осветлением

пробы воды цинковой солью. К 100 мл пробы прибавляют 1 мл сульфата

цинка (100 г сульфата цинка растворяют в безаммиачной воде, разбавляют до

1 л) и смесь тщательно перемешивают. Затем pH смеси доводят до 10,5, при-

бавляя 25% раствор гидроксида калия или натрия, проверяя рН стеклянным

электродом или по индикаторной бумаге. После образования хлопьев осадок

отделяют центрифугированием или фильтрованием через стеклянный фильтр.

Можно также коагулировать цветные и мутные воды гидроксидом алюминия:

0,5 г сухого препарата или 2 мл суспензии добавляют к 300 мл воды, после 2-

часового отстаивания верхний прозрачный слой осторожно сливают сифо-

ном. Мешающее влияние хлора устраняют добавлением тиосульфата или ар-

сенита натрия (растворяют в безаммиачной воде 3,5 г тиосульфата натрия или

1 г арсенита натрия Na3AsO3 и доводят до 1 л).

Реактивы

1. Безаммиачная вода. Устраняют следы аммиака фильтрованием дис-

тиллированной воды через активированный уголь. Проверяют на наличие

аммиака реактивом Несслера. Безаммиачную воду применяют для приготов-

ления реактивов и разбавления пробы.

2. Реактив Несслера.

3. Тартрат калия-натрия (сегнетова соль), 50% раствор. В безаммиачной

воде при нагревании растворяют 50 г сегнетовой соли, доводят объем до 100

мл и фильтруют. Прибавляют 6 мг реактива Несслера. После осветления и

проверки на полное осаждение аммиака реактив готов к употреблению.

4. Гидроксид алюминия, суспензия для коагуляции.

5. Фосфатный буферный раствор, рН 7,4. В безаммиачной воде раство-

ряют 14,3 г дигидроортофосфата калия и 90,15 г гидроортофосфата калия.

После растворения солей объем доводят до 1 л.

6. Стандартные растворы хлорида аммония.

1) Основной раствор. Хлорид аммония высушивают до постоянной

массы при температуре 100 – 105 градусов по Цельсию. Растворяют 2,965 г

хлорида аммония в дистиллированной безаммиачной воде в мерной колбе

вместимостью 1 л и доводят объем до метки той же водой, добавляют 2 мл

хлороформа.

2) Рабочий раствор. Разбавляют 5 мл основного раствора в мерной колбе

вместимостью 100 мл безаммиачной водой до метки. Применяют свежепри-

готовленным.

Ход определения. Прямое количественное определение.

В колбу помещают 50 мл исследуемой ил разбавленной пробы, прили-

вают 1 мл 50% сегнетовой соли и 1 мл реактива Несслера, перемешивают.

Через 10 минут фотоколориметрируют в кюветах с толщиной оптического

слоя 2 см с фиолетовым светофильтром (длина волны – 425 нм) по отноше-

нию к безаммиачной воде, в которую добавлены соответствующие реактивы.

Окраска устойчива 1 час.

Содержание ионов аммония (мг) находят по калибровочному графику

или визуально сравнивая интенсивность окраски пробы и шкалы стандартных

растворов, приготовленных одновременно.

Калибровочный график

В ряд мерных колб вместимостью 50 мл вносят 0 – 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 –

1,5 – 2 – 3 мл рабочего стандартного раствора, что соответствует содержанию

0 – 0,005 – 0,01 – 0,025 – 0,05 – 0,075 – 0,1 – 0,15 мг ионов аммония. Доводят

до метки безаммиачной водой и прибавляют реактивы, как при анализе. Фо-

тометрируют через 10 минут после добавления реактивы Несслера. Калибро-

вочный график строят в координатах оптическая плотность – содержание ио-

нов аммония (мг) (см. приложение №1).

Концентрацию ионов аммония рассчитывают по формуле:

X=A 1000/V , где А – содержание ионов аммония, найденное по калиб-

ровочному графику или шкале стандартных растворов, мг; V – объем пробы,

взятой для анализа, мл.

Например:

опыт №1: D=0,31 С=0,1045·20=2,09

опыт №2: D=0,314 C=0,104·20=2,08

опыт №3: D=0,316 C=0,105·20=2.1

среднее значение: D=0,31 C=0,1045·20=2,09

2.1.2 Методика определения нитритов с реактивом Грисса

ПДК нитритов в воде водоёмов 3,3 мг/л.

Принцип метода

Метод основан на способности нитритных ионов давать интенсивно ок-

рашенные диазосоединения с первичными ароматическими аминами. При

определении используется реакция с сульфаниловой кислотой и альфа-наф-

тиламином (реактив Грисса) с образованием розовой окраски, интенсивность

которой пропорциональна содержанию нитритов в воде.

Предел обнаружения 0,002 мг/л. Диапазон измеряемых количеств нит-

ритов в пробе 0,1 – 15 мкг.

Определению мешают взвешенные вещества, мутность, окраска воды, а

также сильные окислители и восстановители. Обычно мутность и цветность

удаляют фильтрованием и коагулированием.

Реактивы

1. Реактив Грисса, сухой препарат или 10% раствор в 12% уксусной ки-

слоте. Если нет готового сухого препарата, то его готовят следующим обра-

зом. Растворяют 0,1 г альфа-нафтиламина в 100 мл дистиллированной воды

при кипячении в течение 15 минут, охлаждают, добавляют 5 мл ледяной ук-

сусной кислоты и 100 мл 1% сульфаниловой кислоты. Смесь хранят в склянке

из темного стекла. Реактив должен быть бесцветным.

2. Уксусная кислота, 12% раствор. Дистиллированной водой разбавляют

25 мл ледяной уксусной кислоты до 200 мл (125 мл на 1 л).

3. Гидроксид алюминия, суспензия для коагулирования.

4. Стандартные растворы нитрита натрия.

1) Основной раствор. В мерной колбе вместимостью 1 л в бидистилли-

рованной воде растворяют 1,497 г высушенного при температуре 105 граду-

сов по Цельсию нитрита натрия и доводят до метки. Раствор консервируют,

прибавляя 1 – 2 мл хлороформа.

2) Рабочий раствор. Его готовят разбавлением основного раствора биди-

стиллированной водой в мерной колбе сначала в 100 раз, а затем полученный

раствор еще в 10 раз. Применяют свежеприготовленным.

Ход определения. Количественное определение.

В колбу или в стаканчик помещают 100 мл исследуемой воды, добав-

ляют 5 мл 10% реактива Грисса и перемешивают. Окраска появляется через