Материал: Загрязнение гидросферы железнодорожным транспортом

Рис. 7. Схема септика: 1 - впускной трубопровод; 2 - корка, образующаяся из легких загрязнений; 3 - септическая часть (осадок); 4 - отстойная часть; 5 - перегородки с отверстиями; 6 - выпуск очищенной воды

Песколовка, устройство для выделения из сточных вод механических примесей минерального происхождения (главным образом песка) (рис. 8 и 9).

Рис. 8. Схема песколовки с прямолинейным и круговым течением воды: 1 - гидроэлеватор для удаления осадка; 2 - приямок; 3 - скребковый механизм; 4 - бесконечная цепь со скребками; 5 - круговой жёлоб со щелью; 6 - коническая часть осадка

Песколовку обычно устанавливают перед отстойниками очистных сооружений. Применение песколовок обусловлено тем, что при совместном выделении в отстойниках минеральных и органических примесей затруднён процесс удаления осадка из отстойников и дальнейшая его обработка. В песколовках в основном задерживается песок крупностью 0,25 мм и более. Они применяются на очистных сооружениях при производительности более 100 м3/сут и обычно всегда при наличии двухъярусных отстойников. Работают по принципу отстаивания жидкости при медленной скорости ее течения. Различают песколовки с горизонтальным (наиболее распространены), вертикальным и винтовым движением воды; последние бывают аэрируемыми (вода продувается сжатым воздухом). Горизонтальные песколовки представляют собой железобетонные резервуары прямоугольного или трапецеидального поперечного сечения, в которых вода движется со скоростью 0,15-0,3 м/сек, продолжительность пребывания воды в песколовках 30-60 сек, песок выпадает в осадок под действием силы тяжести.

Рис. 9. Очистные сооружения, песколовки

Нефтеловушки (рис. 10) применяются для задержания грубодисперсных нефтяных частиц при концентрации нефтепродуктов в сточной воде более 100 мг/л. Одновременно в них задерживаются механические примеси. Они представляют собой горизонтальные, прямоугольные отстойники, глубиной от 1 до 2 м, шириной от 3 до 6 м, оборудованные устройством для задержания и сбора нефтепродуктов. Скорость течения сточной воды в нефтеловушке не более 4 - 6 мм/c в течение около 2 часов. Нефтеловушка улавливается до 98 % нефтепродуктов.

Рис. 10. Схема нефтеловушки: 1 - проводящий трубопровод; 2 - приемная камера; 3 - распределительная перегородка; 4 - приямок для осадка с гидроэлеватором; 5 - отстойная зона; 6 - скребковое устройство для сбора легких фракций нефтепродуктов; 7 - нефтеудерживающая перегородка; 8 - выпускная камера; 9 - водоотводящий трубопровод; 10 - водосборный лоток; 11 - поворотные щелевые трубы; 12 - привод скребков

.2.4 Фильтрование

Фильтрование - движение жидкости через пористую среду. Фильтрация применяется для частичной и глубокой очистки вод от грубодисперсных частиц, дестабилизированных коллоидов и высокомолекулярных загрязнений. Фильтры представляют собой металлические емкости, изготовленные из различных материалов диаметром 1-3 м. Внутренний объем фильтра заполняется различным материалом, могут быть использованы природные материалы (песок, опилки, дробленый гравий, уголь, доменный шлак, мраморная крошка, дробленый антрацит) и искусственные (полистирол, полипропилен). По количеству используемых в одном корпусе фильтров материалов они могут быть однослойными и многослойными. По скорости фильтрования фильтры бывают медленные (V = 0,1-0,5 м/ч), полускорые (V = 0,5-3,0 м/ч), скорые (V = 3,0-20 м/ч), сверхскоростные (более 20 м/ч).

В зависимости от создаваемого напора перед фильтрованием они бывают напорные (рис. 11) и безнапорные. По виду загрузочного материала фильтры могут быть с тяжелыми загрузочными материалами и материалами средней плотности, эффект очистки 80 %.

- фильтрующая песчаная или гравийная загрузка;

- труба для подачи воды на очистку; 4 - распределительная система;

- воздухоотводящая трубка

тделение взвешенных частиц с использованием центробежных сил основано на различии физико-химических свойств компонентов смеси. К аппаратам подобного типа действия относятся напорные и безнапорные гидроциклоны, центрифуги. Эти устройства особенно эффективны, если плотность грубодисперсных частиц (песок, металлическая или каменная пыль, окалина, жиры, масла и т.д.) существенно отличается от плотности воды, при этом достигается 90 %-ный эффект очистки.

В напорные гидроциклоны (рис. 12) вода подается через тангенциально направленный патрубок в цилиндрическую часть. Далее вода, двигаясь по винтовой спирали вдоль наружной стенки аппарата, направляется в его коническую часть. Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной части аппарата. Выделяющийся в пристенной зоне осадок и наиболее насыщенная взвешенными веществами часть воды удаляются из аппарата через насадку для шлама. Поток осветленной воды в центральной зоне аппарата движется по цилиндрической спирали вверх к сливной насадке. Гидроциклоны могут работать в вертикальном, наклонном или горизонтальном положении. Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70 %.

Рис. 12. Схема напорного гидроциклона: 1 - сменная насадка-сгуститель;

- сливной патрубок с диафрагмой; 3 - входной патрубок;

- камера сбора осветленной воды; 5 - выходной патрубок

2. Химические методы очистки и необходимое оборудование

Одним из основных химических методов очистки сточных вод является - реагентный. В его основе лежат химические реакции, которые переводят вредные загрязнители в воде из раствора в нерастворимый осадок с последующим извлечением осадка из стока. Метод применяется для удаления из сточных вод растворенных неорганических веществ ионного типа (соли, кислоты, основания), растворенных органических веществ и поверхностно-активных веществ. Достигается 97-98 %-ный эффект очистки.

Метод окисления озоном, ультрафиолетом (УФ), сильными окислителями: фтором, кислородом, хлором и другими используют для доочистки сточных вод в основном от органических кислот, ПАВ. Процесс окисления осуществляется в окислительных установках (рис. 13).

Метод хлорирования используют для обеззараживания воды, при этом применяют хлорную известь, хлор и его производные. Обеззараживающее действие хлора объясняется взаимодействием хлорноватистой кислоты и гипохлорит-ионов с веществами, входящими в состав клеток бактерий, в результате которого бактерии погибают, при этом достигается 99 %-ный эффект очистки.

Рис. 13. Схема озонаторной установки: 1, 5 - пылевые фильтры; 2 - воздуходувка; 3 - холодильник; 6 - генератор озона; 7 - барботажная колонна; I - воздух; II - охлаждающая вода; III - очищенная сточная вода; IV - подача сточной воды; V - отработанный воздух

Метод нейтрализация основан на реакции обмена между кислотой и щелочными реагентами, при которой оба соединения теряют свои характерные свойства, и происходит образование солей. Выбор нейтрализующих реагентов производится с учетом их эффективности. Из кислот наиболее часто применяют серную, соляную кислоты, а из щелочных реагентов - гашеную известь, кальцинированную соду, едкий натр, известняк, доломит. Процесс осуществляется в нейтрализаторах чаще с последующим осветлением, при этом емкости снабжены перемешивающим устройством и дозатором реагентов (рис. 14).

Рис. 14. Схема нейтрализатора периодического действия: 1 - бак бисульфита натрия; 2 - бак щелочи; 3 - бак кислоты; 4 - резервуар отстойник; 5 - рН-метр; 6 - барботер; 7 - трубопровод очищенной воды; 8 - трубопровод сжатого воздуха; 9 - трубопроводы подачи кислых и щелочных стоков

.1 Физико-химические методы и оборудование

Физико-химические методы очистки предназначены для очистки сточных вод от мелкодисперсных коллоидных соединений, а также веществ в молекулярной и ионной форме. Из физико-химических способов очистки наиболее распространены флотационный и сорбционный методы, а также метод коагуляции, которые используют для очистки стоков в различных комбинациях, при этом учитывается характер сточных вод.

Процесс очистки сточных вод флотацией заключается в образовании комплексов частицы-пузырьки, всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности воды. При очистке стоков применяют компрессионный (напорный), механический и пневматический виды флотации, отличающиеся способом введения в жидкость пузырьков воздуха. Процесс флотации протекает в 8-10 раз быстрее, чем отстаивание, и заканчивается в течение 10-15 мин. Флотация осуществляется в устройствах - напорных флотаторах (рис. 15 и 16). Слипание пузырьков газа с грязевыми частицами протекает наиболее интенсивно, если загрязнениями являются гидрофобные вещества (масла, нефтепродукты, угольная пыль и др.). Эффект очистки флотационными установками достигает 60 %. Процесс флотации можно интенсифицировать магнитной обработкой воды (эффект очистки флотацией повышается на 30 %) или предварительной гидрофобизацией загрязняющих веществ с применением реагентов.

Рис. 15. Схема флотатора: 1 - трубопровод; 2 - распределительное устройство; 3 - кольцевая перегородка; 4 - зона циркуляции; 5 - флотационная зона; 6 - пена; 7 - радиальная пеносборная труба; 8 - скребок; 9, 10 - трубопроводы; 11 - скребковый механизм; 12 - привод

Сточная вода, насыщенная воздухом, по трубопроводу 1 направляется в распределительное устройство 2 работающее по принципу сегнерова колеса. В флотационной зоне 5 воздушная смесь поднимается вертикально, а затем, в отстойной зоне, ограниченной полупогружной кольцевой перегородкой 3, растекается в горизонтальном направлении. Скопившаяся пена скребком 11 сгоняется в радиальную пеносборную трубу. Очищенная вода переливается через перегородку 3 и выводится через трубопровод 9. Трубопровод 10 служит для опорожнения аппарата и вывода осадка. Скребковый механизм 11 приводится в движение через привод 12 и удаляет осевший осадок.

Рис. 37. Флотационная установка локомотивного депо

Коагуляция - процесс укрупнения коллоидных частиц и перехода их в категорию грубодисперсных частиц. При коагуляции применяют традиционные неорганические вещества (соли двух- и трехвалентного железа, алюминия). Вкачестве очистного оборудования используют осветлители (рис. 38), представляющие собой железобетонные либо металлические резервуары (рис. 18), заполненные фильтрующей загрузкой с поддерживающими гравийными слоями. Толщина загрузки - 2 м. Воду, подлежащую очистке, предварительно смешивают с коагулянтами, подают в трубчатую распределительную систему контактного осветлителя. Эффект очистки сточных вод таким способом достигает 90 %.

Процесс поглощения одного вещества другим называется сорбцией. Поглощающее вещество называется сорбентом, поглощаемое - сорбтивом (сорбатом). В зависимости от механизма сорбции различают абсорбцию (поглощение всем объемом сорбента), адсорбцию (поглощение поверхностным слоем сорбента) и др. Сорбция возникает самопроизвольно и продолжается с убывающей скоростью до достижения равновесного состояния. К преимуществам сорбционного метода очистки относятся: возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости и управления процессом. В качестве сорбентов используются различные искусственные и природные пористые материалы, имеющие развитую или специфическую поверхность: золы, коксовая мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины, пенополистирол и др. Наиболее эффектными сорбентами являются активные угли различных марок.

Рис. 17. Схема контактного осветлителя: 1 - трубчатая распределительная система для подачи сточной воды смешанной с коагулянтом; 2 - фильтрующая загрузка, в которой движется сточная вода снизу вверх; 3 - желоб, в который поступает очищенная вода; 4 - боковой карман для очищенной воды

Рис. 18. Блок осветлителя:

- осветлитель; 2 - жёлоб;

- осадкоуплотнитель

Для поглощения растворенных в воде веществ используется процесс адсорбции. Присутствующие в воде в коллоидной или ионной форме примеси, проходя через слой адсорбента, удерживаются на частицах твердого тела за счет межмолекулярного взаимодействия. При отсутствии предварительного осадочного фильтра на адсорбирующем материале будут осаждаться крупные механические примеси, поэтому желательно перед сорбционным фильтром произвести предварительное фильтрование воды осадочным фильтром. Данный метод позволяет достаточно глубоко очистить сточную воду, эффект очистки достигает 80 %, но при этом требуется большое количество сорбента. Процесс сорбции осуществляется в адсорберах различного типа (рис. 19). Они представляют собой резервуар, заполненный двухслойной сорбирующей загрузкой из активированного угля. Благодаря своей высокой адсорбционной способности активированный уголь способствует улучшению органолептических показателей воды (вкус, цвет, запах), эффективно удаляет остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения. Однако, так как накапливающаяся органика трудно выводится при обратной промывке, то возможен залповый сброс загрязнений в очищаемую среду. Для предотвращения этого засыпка из активированного угля требует периодической замены. В настоящее время во многих водоочистных системах для увеличения ресурса работы применяют активированный уголь из скорлупы кокосовых орехов, адсорбционная способность которого в 4…5 раз выше, чем угля, получаемого традиционными методами (например из древесины лиственных пород).

Рис. 19. Сорбционные фильтры

.2 Биологические методы очистки и оборудование

Биологическая очистка осуществляется в специальных сооружениях с помощью микроорганизмов. Она проводится в естественных и искусственных условиях. В сооружениях для биологической очистки воды формируется биоценоз, т. е. совокупность микроорганизмов, растений и животных, связанных между собой условиями совместной жизнедеятельности. Основную часть биологической массы составляют микробы, генерирующие необходимые ферменты. Биоценоз образуется естественным путем и при изменении внешних факторов способен к саморегулированию. Процессы биологического окисления в живой клетке представляют собой модификацию химических реакций в аэробных и анаэробных условиях.

Анаэробные процессы протекают без участия кислорода при очень высоком уровне загрязнения сточных вод. Они осуществляются в присутствии биологических катализаторов (эндоферменты), находящихся внутри бактериальных клеток - энаэробов.

Анаэробным процессом является метановая ферментация:

CxHyOzN + H2O CH4 + CO + C5H7NO2 + NH4+ + HCO3-,

где CxHyOzN - условная формула органического вещества образующегося в клетках микроорганизмов; C5H7NO2 - условная формула органического вещества загрязнителей, содержащихся в сточных водах.