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).
Дата: 2016-10-02, просмотров: 226.