Нормирование загрязняющих веществ в воде

Нормирование качества воды устанавливает пределы, в которых могут меняться ее состав и свойства. Практически для каждого загрязняющего вещества (ЗВ) в воде установлены различные нормы.

Для ПДК водоемов различают (хозяйственно-питьевого водопользования) и (рыбохозяйственного водопользования). Единица измерения ПДК - мг/л или мг/д .

Индекс загрязненности для -го ЗВ в воде ( ), которое вода не содержит, рассчитывают по формуле:

Концентрация -го ЗВ, в воде, находится в пределах допустимой нормы, если индекс загрязненности воды ( ) рассчитанный по формуле окажется не больше 1.

Если содержится несколько ЗВ однонаправленного действия, то расчет проводят по формуле:

При допустимом содержании смеси ЗВ в воде суммарный индекс загрязненности воды ( ) не должен превышать 1.

Если -ое, ЗВ в концентрации отличной от 0 присутствует в воде, то используют ПДС — предельно допустимый сброс, создающий в воде концентрацию -го ЗВ равную , которая в сумме с фоновой концентраций того же ЗВ не превысит этого ЗВ. В этом случае расчет проводят по формуле:

Уровни ПДК в каждом государстве свои. В табл. 8.2 приведены значения ПДК, установленные в РФ для некоторых ЗВ в воде, из которой видно, что ПДК изменяются в широких пределах и определяются природой ЗВ.

Таблица 8.2 ПДК, ХПК и БПК некоторых загрязняющих веществ в воде

Загрязняющее вещество	ПДК, мг/л	ХПК, мг мг	/мг
Нефть	0,3	3,58	0,43
Бензин	0,1	3,54	0,11
Фенол	0,001	2,3	1,18

Качественные характеристики воды

Качество воды определяет ее состав и свойства. Помимо ЗВ в воде нормируются цвет, запах, вкус, прозрачность, , сухой остаток, жесткость, содержание солей, химическое потребление кислорода (ХПК), биологическое потребление кислорода (БПК) и другие.

Рассмотрим некоторые показатели.

Химическое потребление кислорода (ХПК) водой характеризует наличие в ней органических веществ, а также неорганических соединений, содержащих ионы , , , и способных окисляться бихроматом калия ( ).

ХПК воды численно равно количеству мг кислорода бихромата калия, которое в течение 2 ч расходуется на окисление ЗВ, содержащихся в 1 л воды. Единицей измерения ХПК является мг . ХПК индивидуальных соединений определяется количеством мг кислорода , которое израсходовано на 1 мг соединения [мг ].

Биологическое потребление кислорода (БПК) характеризует содержание в воде органических веществ, способных к ассимиляции и/или разложению аэробными микроорганизмами в присутствии кислорода. БПК воды численно равно количеству мг , которое за определенный промежуток времени пошло на окисление ЗВ, содержащихся в 1 л воды. Единица измерения БПК - мг . БПК определяют по истечении 5 суток ( ), 7 суток ( ) или 21-35 суток ( ). Значения ХПК и нефти, бензина и фенола приведены в табл. 8.3., из которой видно, что для всех веществ ХПК > .

Правила очистки сточных вод

Источниками стоков и ЗВ в гидросфере являются: энергетика, промышленность, сельское и коммунально-бытовое хозяйство.

Правило 1. Сохранение экологии гидросферы Земли - необходимое условие жизни и устойчивого развития человека.

Правило 2. Полностью очистить сточные воды технически возможно, но экономически не эффективно.

Правило 3. Очистку сточных вод проводят, исходя из паритета экологических и экономических ценностей.

Можно сформулировать следующие общие требования, предъявляемые к стокам:

- стоки, сбрасываемые в водоемы, не должны нарушать природную систему самоочищения воды и изменять температуру, , прозрачность, цвет, запах, содержание взвешенных частиц;

- стоки не должны проявлять токсичность в отношении флоры и фауны водоемов и удовлетворять эколого-токсикологическим и санитарно- гигиеническим требованиям.

8.3. Водоподготовка и водоочистка

Водоподготовка и водоочистка - это близкие понятия, поскольку оба определяют технологические схемы очистки воды с конкретным набором разнообразных методов. Различие принципиальных схем водоподготовки и водоочистки состоит в следующем (рис.8.2):

- при водоподготовке воду из внешнего источника (например, из реки) очищают до использования в технологическом процессе;

- при водоочистке очищают сточную воду после использования в технологическом процессе.

На объектах ТЭК процессы водоподготовки и водоочистки чередуются и базируются на следующих методах очистки воды.

Применяемые водоочистные сооружения на предприятиях ТЭК включают сбор, очистку, контроль качества, возврат очищенной воды в водооборотный цикл и сброс отходов на переработку. В энергетических установках, как правило, используется вода специально очищенная. Существуют разнообразные технологии водоочистки.

Водоподготовка

Водоочистка

Рис. 8.2. Принципиальные схемы водоподготовки и водоочистки

В зависимости от вида ЗВ методы очистки воды подразделяют:

1. для очистки от нефти, нефтепродуктов, органических веществ, продуктов нефте- и газохимии, в том числе высокомолекулярных соединений и синтетических поверхностно-активных веществ, используют экстракцию, абсорбцию, адсорбцию, окисление, озонирование, хлорирование, термическое разложение, аэробные и анаэробные методы;

2. для удаления дисперсных и взвешенных частиц, механических примесей используют отстаивание, флотацию, фильтрацию, центрифугирование, коагуляцию;

3. для очистки от кислот, щелочей, солей, неорганических веществ, металлов используют нейтрализацию, ионный обмен, охлаждение, выпаривание, дистилляцию, реагентное осаждение, умягчение;

4. для очистки от газов и паров используют нагрев, отдув, вакуумирование.

Основные методы очистки воды приведены на рис. 8.3

Характеристика методов очистки сточных вод

Флотация- физико-химический процесс, заключающийся в создании комплекса частица-пузырек воздуха или газа (пены), всплытия его и удаления пенного слоя.

Озонирование - очистка стоков озоном ( ), в результате которой органические ЗВ, растворенные в воде, окисляются и превращаются в менее токсичные. Озонирование сопровождается обесцвечиванием воды, дезодорированием

Рис. 8.3. Классификация методов очистки воды

(устранением запаха), обезвреживанием и стерилизацией (озон вызывает гибель микрофлоры и микрофауны). Поскольку озон является токсичным веществом, то вместо него для окислительной очистки воды все чаще используют перекись водорода ( ).

Хлорирование - очистка стоков хлором ( ), в результате которой органические ЗВ, растворенные в воде, хлорируются и окисляются с образованием часто более токсичных хлорсодержащих органических соединений (например, диоксинов). Хлорированию сопутствует обесцвечивание воды, обезвреживание и стерилизация (озон вызывает гибель микрофлоры и микрофауны). Хлорированная вода в отличие от озонированной, приобретает специфический запах, хорошо известный городским жителям по запаху водопроводной воды весной. В основе обеззараживающего действия хлора лежит реакция образования хлорноватистой кислоты ( ):

В случае присутствия в воде аммиака непосредственно в процессе очистки наблюдается образование хлорамина ( ) - стерилизующего и обеззараживающего вещества:

Коагуляция - процесс агрегации дисперсных частиц, присутствующих в воде, продуктами гидролиза коагулянта. В качестве коагулянта используют сульфат алюминия - хлорид железа - .

При добавлении к сточной воде коагулянта в результате его гидролиза происходит образование хлопьев гидроксида алюминия , обладающих развитой поверхностью, которые адсорбируя дисперсные частицы ЗВ, агрегируются и осаждаются:

Флокуляция - процесс агрегации дисперсных частиц, присутствующих в воде, флокулянтами. В качестве флокулянтов используют высокомолекулярные соединения: поликремневую кислоту ( ), полиакриламид При добавлении к сточной воде флокулянта его макромолекулы, адсорбируя дисперсные частицы ЗВ, осаждаются.

Наибольшая степень очистки сточной воды достигается при использовании смеси коагулянта и флокулянта.

Осветление воды относится к комплексным методам ее очистки и включает реагентные методы, с помощью которых примеси из воды удаляются в виде осадков. Осветление воды проводят следующими методами: флокуляция, коагуляция, известкование (обработка суспензией известкового молока - , обработка для удаления . В результате проведения осветления воды уменьшается ее жесткость и солесодержание, резко снижается концентрация ионов и и кремневой кислоты. Эти процессы стараются технологически проводить в одном аппарате, называемом осветлителем. Завершается процесс осветления стадией отделения осадка фильтрованием.

Умягчение воды - комплексная очистка от соединений кальция и магния, определяющих жесткость воды. Процесс умягчения проводят последовательной обработкой суспензией известкового молока.

1. - для устранения временной жесткости, удаления ионов железа и связывания :

2. - для устранения постоянной жесткости:

3. обработка для количественного осаждения ионов и

Ионный обмен проводят с использованием катионитов и анионитов. Катиониты — твердые не растворимые в воде вещества, имеющие в своем составе ионы и/или способные обмениваться на другие катионы, присутствующие в воде. В качестве катионитов используют сульфоуголь, КУ-2 (сульфированный сополимер стирола и дивинилбензола).

Аниониты - твердые не растворимые в воде вещества, имеющие в своем составе ионы , способные обмениваться на анионы, присутствующие в воде. В качестве анионитов, достаточно часто используют АВ-17 - аминометилированный сополимер стирола и дивинилбензола.

Обмен ионов на или по реакции, например, с катионитом КУ-2 в или формах можно представить соответственно следующими уравнениями:

Обмен ионов или на по реакции с анионитом АВ-17 в форме можно представить следующими уравнениями соответственно:

для КУ-2

для АБ-17

Основной способ удаления из воды растворенных газов - вакуумирование. Процесс ведется в вакуумных деаэраторах при давлении 0,07- 0,5 атм. (0,007-0,05 МПа).