Шпаргкалка по "Экологии"

3. Виды сточных вод. Классификация производственных сточных вод. Сточные воды машиностроительных предприятий. Общая характеристика методов очистки сточных вод.

Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделены на 3 вида:

-     производственные (использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руд и т.п.))

-     бытовые (от санитарных узлов корпусов и зданий, от душевых установок на территории промышленных предприятий)

-     атмосферные (дождевые и от таяния снега)

Производственные сточные воды (ст в) делятся на загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на 3 группы:

1. загрязнённые преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, угледобывающей промышленности, заводы по пр-ву кислот, минеральных удобрений)

2. загрязнённые преимущественно органическими примесями (предприятия рыбной, мясной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химич промышленности)

3. загрязнённые минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, лёгкой промышленности, заводы по пр-ву консервов, сахара, витаминов)

По концентрации загрязненных веществ производственные ст в делятся на 4 группы: 1-500, 500–5000, 5000–30000, >30000 мг/л.

Производственные ст в могут различаться по физическим св-вам загрязняющий их органических продуктов (нп по температуре кипения).

По степени агрессивности пр ст в: слабоагрессивные (слабокислые pH=6-6.5 и слабощелочные 8-9), сильноагрессивные (сильнокисл pH<6 и сильнощел >9), неагрессвные (pH=6,5-8).

Машиностроительные заводы характеризуются наличием ряда водоёмких производственных процессов, а следовательно, и образованием значительного количества производственных сточных вод, которые в основном загрязняются отходами травильных и гальванических цехов и нефтепродуктами.

В гальванических цехах детали из металлов и сплавов подвергаются различным видам химической или электрохимической обработки. В начале поверхность изделий подвергается предварительной обработке: обезжириванию и травлению с применением различных растворов кислот, щелочей, солей металлов. Отработанные растворы травильных ванн образуют кислые и щелочные сточные воды. В каждом травильном отделение существует 2 вида сточных вод: концентрированные (отходы травильных ванн) и разбавленные (промывные воды).

В соответствии с составом загрязнений из гальванических отделений сливают 3 отдельных потока сточных вод: цианистые, хромовые и разные. С первичными цианистыми сточными водами смешиваются преимущественно сточные воды после обезжиривания в щелочных ваннах. С первичными хромистыми ст в обычно смешивают кислые ст воды после травления.

Методы очистки сточных вод: механические, химич, физ-хим, биологич, термические. Ввиду множества примесей и их сложного состава методы очистки ст в применяют комплексно. Существуют также рекуперационные (извлечение из ст в и дальнейшая переработка ценных в-в) и деструктивные (в-ва, загрязняющие воду, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления) методы очистки ст в.

Механические методы – приемы очистки от крупнодисперсных взвесей, применяются как первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Подготавливают производственные ст в к другим методам более глубокой очистки. Выбор механического метода очистки осуществляется с учётом размера взвешенных частиц. Механическая методы:

1.          процеживание через решётки

2.          пескоулавливания

3.          отстаивание

4.          фильтрование

5.          центрифугирование

Химические методы обработки сточных вод основаны на применении химических реакций, в результате которых загрязнения превращаются в соединения, безопасные для потребителя, или легко выделяются в виде осадков. В особую группу химических методов следует выделить хлорирование и озонирование сточных вод, содержащих органические примеси, а также цианиды и другие пахнущие не органические вещества. Хлорирование и озонирование наиболее часто применяют для доочистки и обезвреживания питьевой воды на городских водопроводных станциях.

1.          осаждение

2.          окисление-востановление

Физико-химические методы применяются как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, хим и биол методами. Позволяют полностью автоматизировать процесс очистки. В большинстве случаев использование физико-химических методов выделения загрязняющих веществ из сточных вод позволяет в дальнейшем рекуперацию.

1.          флотация (процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела 2х фаз, обычно газа и жид-ти)

2.          коагуляция (очистка стоков от мелкодисперсных и коллоидных примесей с помощью коагулянтов и флокулянтов)

3.          ионный обмен (процесс обмена ионами, находящимися в р-ре, и ионами, присутствующими на пов-ти твердой фазы – ионита)

4.          сорбция (процесс поглощения вещества из окружающей среды телом или жид-тью)

5.          электрохимические методы (электрохим окисление или восстановление. Электрофлорация, электрофорез, электродиализ, электрокоагуляция)

6.          магнитная обработка

7.          экстракция

Биологическая очистка – метод, позволяющий очистить ст в от многих органических примесей. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов, связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза, антагонизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.

1. аэробный

2. анаэробный

При термической очистке сжигают жидки отходы нефтепродуктов и других горючих веществ в печах и горелках.

1. огневое концентрирование

2. огневое обезвреживание

8. Электрохимическая очистка сточных вод

Для очистки ст в применяют электрохимическое окисление или восстановление, электрофлотацию, электрофорез, электродиализ и электрокоагуляцию. Общим для всех методов явл-ся осуществление электролиза ст вод, при котором имеет место направленное движение ионов и заряженных дисперсных частиц и протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде.

Электрохимическим окислением можно удалить фенолы, цианид-ионы и др. Электрохимическим восстановлением на катоде можно удалить из ст вод металлы с положительным значением электродного потенциала (нп Hg2+, Ni2+), можно восстановить непредельные органические соединения, осуществить восстановление соединений Cr6+ до Cr3+ и др.

Процесс электрохим восста-я и окисления в значительной степени определяется составом электролита и величиной pH ст вод, условиями проведения электролиза.

При электрофлотации на катоде и аноде образуются пузырьки водорода и кислорода, которые оказывают флотационное действие. Прилипая к частицами дисперсной фазы, поднимают их на поверхность. Катод  2H2O + 2e  H2 + 2OH-.   OH- ионы движутся в аноду, где отдают свой заряд с выделением O2. 4OH- – 4e  2H2O + O2.

По сравнению с обычной флотацией пузырьки по размерам на 1 – 2 порядка меньше. Пузырьки – однородны и выделяются в больших количествах.  

Очистка ст вод электрофорезом и электродиализом основана на исп-ии направленного движения ионов и заряженных частиц в процессе электролиза. Осуществляют такую очистку с пом селективных ионообменных мембран (электродиализ) или фильтрующих материалов (электрофорез).

Электрокоагуляция. В процессе анодного растворения образуются коагулянты – гидроксиды металлов, которые снижают поверхностный заряд частиц под воздействием электрического поля. В электролитах, содержащих активирующие ионы, стальной электрод при наложении Эл полня ионизируется по реакции:

Fe0 – e + H2O  Fe(OH)адс + H+;   

Fe(OH)адс – e + H2O  Fe(OH)2 адс + H+.

Гидроксид Fe(OH)2 образуется в виде коллоидного р-ра.

9. Биологическая очистка сточных вод

Биологическая очистка – метод очистки производственных ст вод, позволяющий очистить их от многих органических примесей. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов (водорослей, грибов и т.д.), связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям. Число видов бактерий может достигать нескольких десятков и даже сотен. Если в составе ТВ вод присутствует лишь один или неск-ко близких по составу источников органического углерода, то возможно развитие монокультуры бактерий.

(1. аэробный и 2. анаэробный виды)

Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями в том случае, если очистку проводят в анаэробных усл-ях или при слишком неблагоприятном уровне питания. Если очистку проводят в аэробных усл-ях (в присутствии растворенного кислорода), то при благоприятной обстановке в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие, представленные числом видов от 1 до 15-30.

Механизм биологического окисления в аэробных усл-х м.б. представлен следующей схемой: Органические вещества + O2 + N + P (микроорганизмы) + CO2  + H2О   + биологически неокисляемые растворимые вещества.

Эффективность процессов биологической очистки зависит от многих факторов: концентрация водородных ионов (pH), достаточная концентрация всех основных элементов питания – органического углерода, азота, фосфора. Большое влияние на биологическое окисление оказывает кислородный режим и наличие токсичных веществ в среде. Токсичное действие на биологические процессы могут оказывать органические и неорганические вещества. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), так и в специальных сооружениях (аэратенки, метантенки).

10. Нейтрализация кислых и щелочных сточных вод.

Кислые и щелочные воды перед выпуском в водоём или подачей в биологические очистные сооружения должны быть нейтрализованы. Нейтрализация сточных вод достигается добавкой в сточные воды таких веществ, под влиянием которых наступает нейтрализация содержащихся в них кислот или щелочей и выделение в виде осадка других загрязнений, в основном ионов тяжёлых металлов. Применяют следующие способы нейтрализации:

1.          взаимную нейтрализацию кислых и щелочных сточных вод

2.          нейтрализацию реагентами

3.          фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, магнезит, доломит и обожженный магнезит MgO)

Кислые сточные воды травильных отделений нейтрализуются известковым молоком до pH = 8 – 9.

Реакции, иллюстрирующие влияние оксида кальция на различные составляющие травильной ванны:

H2SO4 + CaO + H2O -> CaSO4 + 2H2O

FeCl2 + CaO + H2O -> CaCl2 + Fe(OH)2

Для нейтрализации любых щелочей применимы серная, соленная, азотная, фосфорная и другие кислоты. Для нейтрализации щелочных сточных вод можно использовать углекислый газ. Для этой цели можно использовать CO2 дымовых газов. Общее уравнение реакции углекислого газа с растворами гидроокисей:

CO2 + OH- => CO32- + H2O

11. Очистка хромовых сточных вод (химическая и электрохимическая).

Реагентная (химическая) очистка заключается в том, сто сначала Cr6+ восстанавливается до  Cr3+, который затем осаждают в виде Cr(OH)3.  Для восстановления Cr6+  используют широко распространенные восстановители: сернистый газ SO2, бисульфит и сульфит натрия Na2SO3, железный купорос FeSO4.  Осаждение трехвалентного хрома проводят известковым молоком, щелочью, углекислым натрием при pH = 9 – 8. Восстановление протекает по уравнениям:

K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O (и еще есть 2 ур-я…)

Затем в щелочной среде выпадает осадок в виде:

Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3↓

Электрохимическая очистка: в процессе электрокоагуляции на аноде из железа или стали происходит анодное растворение с образованием Fe(OH)2. Восстановление Cr6+ до Cr3+ протекает в кислой среде по реакции:

Cr2O72-  + 6Fe2+  +14H+  2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

Восстановление Cr2O72-  может происходить и у катода: Cr2O72- + 14H+ + 6e  Cr3+ + 7H2O

2H+ + 2e  H2   В результате этих реакций повышается pH и ионы Fe3+, Cr3+ осаждаются в виде гидроксидов.

Процесс очистки ст в от шестивалентного хрома м.б. осуществлен при использовании анодов из свинца; восстановление бихромат-ионов происходит из катода, а свинцовый электрод не растворяется.

Широко распространен гальванокоагуляционный метод: восстановление бихромата ионами двухвалентного железа в кислой среде. На аноде образуются ионы железа по реакции: Fe0  Fe2+ + 2e

Затем протекает реакция:

6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+  6Fe3+  +  2Cr3+ + 7H2O

14. Твердые отходы машиностроения и их утилизация.

Основные производства машиностроительных комплексов: литейное, сварочное, прокатное, кузнечно-прессовое, электрохимическая и механическая обработка металлов.

Твердые отходы литейного производства:

Наиболее крупные источники пылегазовыделения – вагранки, электродуговые и индукционные печи в литейном производстве. Выбросы электродуговых печей: Fe2O3, Mn2O5, Al2O3, SiO2, CaO, MgO и хлориды, оксиды Cr и Р.

Вагранки: SiO2, CaO, Al2O3, MgО, Fe2O3, К, Р2О5. Ваграночная пыль обладает широким интервалом дисперсности – 1-150  мкм, но основу составляют высокодисперсные частицы.

Прокатно-кузнечное производство. Основа отходов - окалина, составляет 2-4% от массы материала. Большое выделение пыли, туманов кислот, масел.

Сварка. Для удаления оксидной пленки с поверхности металла используют сварочные флюсы в которые входят: SiO2, B2O3, TiO2 и др.

Для удаления вредных веществ используют различные химические реакции (для удаления Р из сварочной ванны – его окисление).

В цехах механической обработки образуются стружка, пыль, туманы масел и эмульсий. В процессах шлифования и полирования выделяется большое кол-во тонкодисперсной пыли. Вредные выбросы цехов механической обработки древесины состоят в основном из опилок, стружки и древесной пыли.

Т.о., при использовании различных методов сварки, литья, проката и механической обработки металлов образуется большое кол-во отходов в виде остатков флюса, шлаков, металлической  стружки и т.д. и поэтому возникает проблема сбора, переработки и дальнейшего их использования.

Утилизация.

Твердые отходы в машиностроении образуются в процессе производства в виде амортизационного лома (модернизация оборудования, оснастки, инструмента), стружки и опилок (металлов, древесины, пластмасс и т.п.); шлаков и золы; шламов, осадков и пыли (отходы систем очистки воздуха) и др.