МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
ЖИТОМИРСКИЙИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедраэкологии
Контрольнаяработа
Покурсу: «Основы экологии»
Работувыполнила: Колупаева Н.В.
Работупроверил: Литвак П.В.
Житомир
1999
План
1. Глобальныепроблемы охраны природы
2. Влияниеурбанизации на природу и человека
3. Схемыбезнапорного и напорного гидроциклонов и описание процесса очистки сточных вод
1. Глобальные проблемыохраны природы
Глобальные проблемыделятся на три сферы действия. К первой относятся проблемы, которыевозникают в сфере взаимодействия природы и общества. Среди них: надежноеобеспечение человечества сырьем, энергией, продовольствием и тому подобное,сохранение окружающей среды, освоение ресурсов Мирового океана, овладениекосмическим пространством. Истоки этих проблем заложены в тенденциях изакономерностях развития мировых продуктивных сил, которые оказывают содействиекак расширению возможностей удовлетворения потребностей человека в способахсуществования, так и возрастанию старых потребностей и возникновению новых.Особенность перерастания этих проблем в глобальные состоит в том, что сегодня,как никогда ранее, потребление восстанавливающихся и невосстанавливающихсяресурсов, достигло огромных масштабов и характеризуется тенденцией кдальнейшему возрастанию. Возникла ситуация, когда с самой большой остротойощущается разногласие между потребностями человеческого общества в природныхисточниках существования и возможностями природы удовлетворить эти потребности.Относительная ограниченность природных ресурсов делает необходимым поискрадикальных решений проблемы, которая сложилась, в мировом масштабе.
К второй сфереотносятся проблемы общественных взаимоотношений, а именно: отношений междугосударствами различных экономических устройств, преодоление экономическойотсталости многих стран мира, локальные, региональные и международные кризисы итому подобное.
Третья сфера — развитиечеловека, обеспечение ее будущего. Она охватывает, прежде всего, проблемыприспособления современного человека к условиям природной и социальной среды,которая изменяется под влиянием научно-технического прогресса, вопроссовременной урбанизации, борьбы с эпидемиями и тяжелыми заболеваниями(сердечно-сосудистыми, раком, СПИДом). Проблему человека и его будущего ученыерассматривают как такую глобальную проблему, в которой концентрируются имногократно увеличиваются всё новые проблемы человеческого сожительства.
Классификация глобальныхпроблем за сферами действия не означает, что они отделены одна от одной.Границы между сферами часто имеют условный характер, а отдельные глобальныепроблемы обусловлены процессами, которые являются результатом взаимодействия,скажем, не только природы и общества, а и взаимоотношений между государствами.
Каждая глобальнаяпроблема является объективной по своему характеру и имеет материальную основу.Процессы интернационализации хозяйственной жизни, науки, культуры и политикиопределяют рост взаимосвязи отдельных звеньев мирового хозяйства,взаимозависимости государств и представляют одну и ту же основу для возможностиглобализации отдельных проблем человеческой цивилизации. При наличииразногласия между мировым экономическим развитием и социальным прогрессомчеловечества возникают объективные причины для преобразования возможностиглобализации на ее реальность, то есть появления глобальных проблем. Например,решив ряд больших проблем в области функциональных и прикладных исследований,техники и технологии, НТП вместе с тем обусловил появление комплекса новыхпотребностей, поставил новые задачи, которые в условиях высокой степениинтернационализации хозяйственной жизни приобрели глобальный характер. Сразвитием НТР остро стала проблема охраны окружающей среды, неотложного решениятребует проблема сырьевых источников и прочие.
Влияют на проявление иобострение глобальных проблем и реальные конкретно-исторические условия. Безучета социальных факторов, специфики общественного строя отдельных государствневозможно до конца выяснить суть и источники этих проблем.
Следовательно, прианализе глобальных проблем стоит учитывать общие закономерности историческогопроцесса; общие тенденции развития продуктивных сил, влияния на них НТР;социальные факторы. При этих условиях оптимальное решение глобальных проблемтребует объединение научно-технических и социально-политических факторов в единыймеханизм, основу которого будут представлять коллективные действия всехгосударств. Координация усилий сторон, которые принимают участие в решенииглобальных проблем, основывается на определении посильного взноса каждой изстран и условий участия независимо от социального ее строя.
Нефть и нефтепродукты. Нефтьи нефтепродукты являются более всего распространенными загрязняющими веществамив Мировом океане. К началу 80-х лет в океан ежегодно поступало около 16 млн. т.нефти, которая составляла 0,23% мировой добычи. Самая большая потеря нефтисвязанная с транспортированием ее с районов добычи. Аварийные ситуации, слив заборт танкерами промывных и балластовых вод, — все это предопределяетприсутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских дорог. В период за1962-79 года в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т.нефти. За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 буровыхскважин в Мировом океане, из них только в Южном море 1000 и 350 промышленныхбуровых скважин оборудовано. Из-за незначительных отплывов ежегодно теряется0,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми иливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн. т. нефти. Попадаяв морскую среду, нефть на первых порах растекается в виде пленки, создавая слоиразнообразной мощности.
Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивностьпроникновения в воду света. Пропуск света тонкими пленками сирой нефтисоставляет 11-10% (280 нм), 60-70% (400 нм). Пленка толщиной 30-40 мкмполностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образуетэмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода внефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5мкм, менее стойкие и характерные для нефти, которая содержитповерхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образуетгустые эмульсии, которые могут храниться на поверхности, переноситься течением,выбрасываться на берег и оседать на дно.
Пестициды. Пестицидысоставляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы свредителями и болезнями растений.
Установлено, чтопестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам иподрывают здоровья биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже бытует проблемаперехода от химических (загрязняющих среду) к биологических (экологическичистых) методам борьбы с вредителями. В данное время больше 5 млн. т.пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1, 5 млн. т. этих веществ ужевошло в состав наземных и морских экосистем осадочным и водным путем.Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большогоколичества побочных продуктов, которые загрязняют сточные воды. В водной средечаще других встречаются представители инсектицидов, фунгецидов и гербицидов. Вводной среде часто встречаются полихлорбифенилы — производные ДДТ безалифатичной части. За последние 40 лет использовано больше 1,2 млн. т.полихлорбифенолов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов,конденсаторов. Полихлорбифенолы (ПХБ) попадают в окружающую среду в результатесброса промышленных сточных вод и сжигания твердых отходов на мусорниках.Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосфернымиосадками выпадают во всех районах земной поверхности.
Синтетическиеповерхностно-активные вещества. Детергенты относятся к большой группе веществ,которые понижают поверхностное натяжение воды. Они входят в составсинтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности.Вместе со сточными водами СПАВ поступают в воды материка и морскую среду. СМСсодержат полифосфаты натрия, в которых раскрыты детергенты, а также ряддополнительных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующиевещества, отбеливающие реагенты, кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза,силикаты натрия. Самыми распространенными среди СПАВ являются анионоактивныевещества. На их часть приходится больше 50% всех выработанных в мире СПАВ.Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их втаких процессах, как флотационное обогащение руд, разделка продуктов химическихтехнологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовыхбуровых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВприменяется в составе пестицидов.
Составы с канцерогеннымисвойствами. Канцерогенные вещества — это химически однородные составы, которыетрансформируются, и способные вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушениепроцессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. Взависимости от условий влияния они могут приводить к ингибованому росту,ускорение старения, нарушение индивидуального развития и изменения генофонда организмов.К веществам, которые обладают канцерогенными свойствами, относятсяхлорированные алифатические углеводные, винилхлорид, и в особенности,полициклические ароматические углеводные (ПАВ). Максимальное количество ПАВ всовременных осадках Мирового океана (больше 100 мкг/км массы сухого вещества)обнаружен в тентонически активных зонах. Основные антропогенные источники ПАВ вокружающей среде — это пиролиз органических веществ при сжигании разнообразныхматериалов, древесины и топлива.
Тяжелые металлы. Тяжелыеметаллы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числураспространенных и очень токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяютсяв разнообразных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительныемероприятия, содержание составов трудных металлов в промышленных сточных водахдостаточно высокое. Большие массы этих составов поступают в океан черезатмосферу. Для морских биоценозов более всего опасны ртуть, свинец и кадмий.Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. Привыветривании осадочных и изверженых пород ежегодно выделяется 3,5 тыс. т.ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 121 тыс. т. ртути, причемзначительная часть — антропогенного происхождения. Около половины годового промышленногопроизводства этого металла (910 тыс. т./год) разнообразными путями попадает вокеан. В районах, которые загрязняются промышленными водами, концентрация ртутив растворе и суспензиях сильно повышается. При этом некоторые бактериипереводят хлориды в високотоксическую метил-ртуть. Заражение морепродуктовнеоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. До 1977года насчитывалось 28000 жертв болезни Миномата, причиной которой послужилиотходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, для которых, каккатализатор, использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточныеводы предприятий поступали в залив Минамата. Свинец — типичный рассеянныйэлемент, что находится во всех компонентах окружающей среды: в горных породах,грунтах, природных водах, атмосфере, живых организмах. В конце концов, свинецактивно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельностичеловека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пыльюпромышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания.Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речнымистоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает(20-30)*103 т. свинца в год.
Сброс отходов в море с целюпогребения (дампинг). Много стран, которые имеют выход к морю, практикуютморское погребение разнообразных материалов и веществ, в частности грунта,вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности,строительного сора, твердых отходов, взрывных и химических веществ,радиоактивных отходов. Объем погребений составляет около 10% от всей массызагрязняющих веществ, которые поступают в Мировой океан. Основанием длядампинга в море служит способность морской среды к переработке большогоколичества органических и неорганических веществ без особого загрязнения воды.Тем не менее, эта состоятельность не безгранична. Поэтому дампинграссматривается как вынужденное мероприятие, временная дань обществанесовершенству технологий. В шлаках промышленных производств присутствуютразнообразные органические вещества и составы тяжелых металлов. Бытовой мусор всреднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40% органических веществ; 0,56%азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0, 085% свинца; 0,001% ртути; 0, 001%кадмия. Во время сброса прохождение материала сквозь столб воды, частьзагрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая — адсорбируется частями суспензии и переходит в донные отложения. Синхронноповышается мутность воды. Наличие органических веществ чисто приводит к быстройзатрате кислорода в воде и не редко к его полному исчезновению, растворениюсуспензий, накоплению металлов в раскрытой форме, появлению сероводорода.Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах стойкуювосстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, которыесодержат сероводород, аммиак, ионы металлов. В случае образования поверхностныхпленок, которые содержат нефтяные углеводные и СПАВ, нарушается газообмен награнице воздуха — вода. Загрязняющие вещества, которые поступают в раствор,могут аккумулироваться в тканях и органах гидробиантов и токсически влиять наних. Сброс материалов дампинга на дно и продолжительная повышенная мутностьводы приводит к гибели от удушья малоподвижной формы биоценоза. У рыбы, котораявыжила, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшенияусловий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данногосообщества. При организации системы контроля за сбросами отходов в моререшающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамикизагрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемоввыбросов в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составематериальных выбросов.
Тепловое загрязнение.Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторийвозникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями инекоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаяхобусловливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия.Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км.Более стойкая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностными донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление еговозрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробныхбактерий, которые расщепляют органические вещества. Усиливает видовоеразнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей. Можно сделать вывод, чтоэффекты антропогенного влияния на водную среду оказываются на индивидуальном ипопуляционо-биоценотическом уровнях, и продолжительное действие загрязняющихвеществ приводит к упрощению экосистемы.
2. Влияние урбанизации наприроду и человека
Урбанизацией (от латинского urbs — город) называется рост городов,повышение удельного веса городского населения в стране, регионе, мире,возникновение и развитие всё более сложных сетей и систем городов.Следовательно, урбанизация представляет исторический процесс повышения ролигородов в жизни общества, постепенное преобразование его в преимущественногородское по характеру труда, образу жизни и культуры населения, особенностямразмещения производства.
Урбанизация — одна изсамых важных составных частей социально-экономического развития.
Общие черты урбанизации,характерные для большинства стран:
1). Быстрые темпы ростагородского населения, особенно в менее развитых странах, где происходятстихийные, не поддающиеся контролю миграции из села в город. В мире с 1950 г.население городов увеличилось в 4.37 раза.
2). Концентрациянаселения и хозяйства в основном в больших городах, т.к. города имеют множествофункций, особенно в непроизводственной сфере, они полнее удовлетворяют запросылюдей, имеют развитую инфраструктуру и обеспечивают доступ к хранилищаминформации.
Половина населения мираживёт в городах. Более 30 городов мира имеют население более 5 млн. человек.
3). " Расползание" городов, расширение их территории. Это происходит тогда, когда вокруг крупныхгородов (столиц, промышленных и портовых центров) возникают пояса городов — спутников. Такие образования называются городскими агломерациями. Ихнеуправляемый рост очень беспокоит учёных, занимающихся этой проблемой.
Крупнейшие городскиеагломерации сложились вокруг Мехико, Сан-Паулу, Токио и Нью-Йорка.
Условные уровниурбанизации:
Низкий уровеньурбанизации — менее 20%;
Средний уровеньурбанизации — от 20% до 50%;
Высокий уровеньурбанизации — от 50% до 72%;
Очень высокий уровень урбанизации- свыше 72%.
Слабоурбанизированныестраны — Западная и Восточная Африка, Мадагаскар и некоторые страны Азии.
Среднеурбанизированныестраны — Боливия, Африка, Азия.
Высокоурбанизированныестраны — СНГ, Европа, Северная Америка, ЮАР, Австралия, Южная Америка.
Темпы урбанизации зависятот уровня экономического развития страны. В большинстве экономически развитыхстранах, где урбанизация достигла достаточно высокого уровня, процесс взят подконтроль, и доля городского населения не увеличивается, а даже немногоуменьшается. Но урбанизация продолжает расти вглубь, приобретая новые формы.
В развивающихся странахурбанизация продолжает расти вширь, а городское население быстро увеличивается.Это явление получило название городского взрыва и продолжает оставатьсянеконтролируемым. Однако рост населения городов в этих регионах намногоопережает их реальное развитие.
В ряде международныхдокументов (в частности, в резолюции Международного банка Реконструкции иРазвития) говорится о кризисе урбанизации в развивающихся странах. Но онапродолжает оставаться в основном стихийной и неупорядоченной.
Для стабилизации процессаурбанизации необходимо, чтобы происходил частичный отток населения из города всельские районы, что приведёт к разгрузке городов и увеличению товарооборотамежду деревней и городом.
Вероятно, Вы знаете о такназываемой «проблеме больших городов», которые занимают значительнуюплощадь земли. В качестве одного из путей решения этой проблемы строятся ипроектируются сверхвысокие здания. Выдвигаются также полуфантастические проектысооружения подземных городов, плавучих городов, подводных городов,городов-конусов, городов-деревьев, городов-башен, городов-воронок,городов-мостов и т. д.
Другой метод разгрузкикрупных городов предлагают аргентинские учёные. Ещё недавно широко обсуждалсяпроект переноса столицы Аргентины из Буэнос-Айреса во Вьедму. В пользу этогоприводились несколько факторов.
Во-первых, будетразгружен Буэнос-Айрес, т.к. в трёхмиллионной агломерации БольшогоБуэнос-Айреса сосредоточена почти 1/10 часть всего населения страны; это нетолько административная, но и промышленная столица страны, а также крупнейшийпорт.
Во-вторых, развитиенового центра способствовало бы освоению Патагонии, а как следствие, оттокунаселения из Буэнос-Айреса в провинцию, более равномерному распределениюнаселения по территории страны, что приведёт к снижению уровня урбанизации иконтролированию её процесса.
В наши дни урбанизациястала одним из основных факторов загрязнения окружающей среды. Именно с ней связаноболее 75% общего объёма загрязнения. Большие города существенно влияют наэкологическую обстановку данного региона. Жители называют их "смогополисами ".
По данным химическихисследований, проведённых обществом «Greenpeace», шлейф загрязняющегои теплового воздействия крупных городов прослеживается на расстояние до 50 км,охватывая площадь в 800 — 1000 квадратных километров.
В последнее времяофициальные органы и общественность экономически развитых стран принимаютразличные меры по охране и улучшению городской среды. Однако развивающиесястраны в условиях крайнего недостатка средств не могут обеспечить не толькопереход к малоотходным технологиям, но и строительство перерабатывающихвторсырьё комбинатов.
В экономически развитых странах предпринимаются большие усилия порегулированию процесса урбанизации, управлению им. В этой работе, котораянередко осуществляется методом проб и ошибок, принимают участие демографы,экологи, географы, экономисты, социологи, в общем, все, кому небезразличнабудущность всего человечества.
3. Схемы безнапорного и напорного гидроциклонов и описание процессаочистки сточных вод
Схема безнапорного инапорного гидроциклонов
Аппараты дляклассификации подразделяют обычно на немеханические, механические игидравлические. Классификаторы первых двух указанных групп отличаются друг отдруга только способом удаления песков. В гидравлических классификаторахразделение связано с явлением несвободного оседания, обусловленного действиемводы. Эффективность этого разделения в значительной мере определяется различиемскоростей осаждения грубых и тонких (или тяжелых и легких) частиц в жидкости.Скорости осаждения можно регулировать в определенных границах посредствомслабого перемешивания (при наличии несвободного оседания) или действием центробежнойсилы (в центробежных аппаратах).
Из основных положенийтеории классификации необходимо отметить следующие:
1) грубые частицы имеютбольшую скорость осаждения, чем тонкие частицы той же плотности;
2) тяжелые частицы имеютбольшую скорость осаждения, чем легкие частицы того же размера;
3) скорость осаждениятвердых частиц снижается при увеличении вязкости и плотности жидкой среды.
Существует точка,соответствующая такому состоянию (разбавлению), когда понижение плотности иливязкости при добавлении большего количества жидкости создает скоростной эффект,т. е. увеличивает нормальную скорость осаждения при классификации, чтосопровождается более грубым разделением. В этой точке меньшее количествожидкости изменяет вязкость и подъемную силу настолько, что ухудшает разделение.
К основнымтехнологическим задачам, которые приходится решать средствами мокройклассификации, можно отнести следующие:
1) концентрированно малыхпо размеру, но тяжелых частиц в продукте, содержащем более крупные легкиечастицы;
2) простое разделениепеска и шлама с получением двух продуктов;
3) промывка с последующимобезвоживанием, репульпированием в более слабом растворе и еще однимобезвоживанием;
4) сортировка твердых телна части, каждая из которых имеет небольшой предел размеров по ситу;
5) контроль замкнутогоцикла мельниц.
Классификацию используютпреимущественно при обработке сырья, поступающего в дальнейшем на химическуюпереработку.
Немеханическиеклассификаторы
Конусный классификатор,(рис. 1). Классификаторы конусного типа — одни из старейших и недорогихаппаратов, которые все еще применяются для сравнительно грубого разделения. Ониимеют большую высоту (наклон сторон равен 60°), но настолько просты, что ихможно изготовить на месте. Такие классификаторы не подходят для пульп, твердыечастицы которых склонны к зависанию или образованию шлама. Эксплуатация этихаппаратов часто более сложна, чем некоторых классификаторов механического типа.Гидроциклон (рис. 2). Аппараты такого типа получили очень быстроераспространение.
К достоинствам их следуетотнести низкую стоимость, возможность обеспечения особо тонкого разделения иразделения при высоком содержании твердого вещества в сливе.
Гидроциклон работает поддавлением, создаваемым «посредством статического напора или насоса. Исходнаясмесь (питание) поступает в цилиндрическую часть аппарата тангенциально. Этообусловливает создание в гидроциклоне центрифугирующего эффекта и завихрений.Через крышку аппарата проходит труба, предназначенная для удаления верхнегопродукта (слива). Крупные твердые частицы движутся в направлении постепенносужающегося конуса и удаляются из него в истинно обезвоженном виде.
/>
Рис.1. Конусныйклассификатор
Известно много различныхпо конструкции и размерам гидроциклонов. Например, пластмассовые гидроциклоны«Дорр Клоун» имеют размер карандаша диаметром ~ 10 мм. Изготавливаютсятакже гидроциклоны диаметром до 1200 мм из мягкой стали, защищеннойрезиной, или из нержавеющей стали.
/>
Рис. 2 Гидроциклон.
Широкое применениенаходят фарфоровые аппараты диаметром от до 100 мм. В пищевойпромышленности США введены стандарты на специальные типы гидроциклоновдиаметром 6 дюймов (152 мм) из нейлона. Небольшие аппараты для тонкогоразделения, соединенные с помощью труб, обычно работают параллельно (до 480циклонов диаметром 10 мм). Большие аппараты можно использовать поотдельности или при необходимости соединять их наружным трубопроводом.
/>
Рис. 3 Схема гидроциклонадля очистки воды от тяжелых механических примесей.
При измельчении сзамкнутым циклом (особенно для процессов с повторным дроблением и тонкимразделением) гидроциклон может заменить более дорогие чановые классификаторы.Можно его использовать также для разделения, соответствующего 0,2—0,3 ммпри размоле с замкнутым циклом.
Гидроциклоны получилиширокое применение в химической промышленности, например, при полученииизвесткового молока, удалении углеродсодержащего материала в производствефосфорной кислоты, при промывании тонких урановых пульп в открытом цикле, приклассификации кристаллов в магме и т. п Стоимость таких аппаратов колеблется отнескольких долларов для одиночных аппаратов диаметром 10 мм донескольких тысяч долларов для батарейных установок в закрытых корпусах. Приотсутствии в аппарате статического напора к стоимости циклона следует добавитьстоимость насосной установки.
Описание процесса очисткисточных вод
Сточные воды различныхотраслей промышленности содержат переменные количества разнообразных примесей.Некоторые свойства этих примесей могут служить причиной недопустимости спускасточных вод в естественные водоемы; с другой стороны, отдельные примесипредставляют некоторую ценность, экономически оправдывающую их извлечение.Поэтому методы очистки промышленных сточных вод можно разбить на две категории:1) деструктивные, предусматривающие разрушение примесей или перевод их вбезвредные для водоема соединения; 2) регенеративные, имеющие целью извлечениеи утилизацию примесей.
Находящиеся в водезагрязнения подразделяются на газообразные, жидкие и твердые и находятся в волево взвешенном, коллоидном или растворенном состоянии.
В зависимости от природыи физического состояния загрязнений при очистке сточных вод применяютсяразличные способы их обработки. Первые из них основаны на отделении примесеймеханическим или физическим путем (отстаивание, фильтрование, кристаллизация,испарение), вторые—на извлечении примесей физико-химическим путем, главнымобразом диффузионными процессами (аэрация, экстракция, адсорбция, отгонка сводяным паром), третьи—на изменении состава сточной жидкости вследствиепроцессов окисления, нейтрализации или других химических реакций.
Выбор того или иногометода очистки обусловливается количественной и качественной характеристикойсточных вод, а также суммой местных условий.
Ниже рассмотрены принципыосновных методов, технологические схемы обработки и теория расчета процессов исооружений.
Усреднение сточных вод
Для усреднения(выравнивания) концентрации сточных вод их взаимодействием применяют пруды испециальные резервуары-усреднители.
Резервуары-усреднителиимеют относительно большую емкость; усреднение сточной жидкости достигаютперемешиванием вновь поступающих ее порций с водой пруда. Эффективностьусреднения, зависящая от струйности потока воды в пруде, ветровых течений,колебания температуры воды и т. п., недостаточно высока.
Усреднение вразервуарах-усреднителях достигают принудительным перемешиванием вновьпоступающей сточной жидкости с содержанием резервуара. Перемешивание происходитиз-за усиленной струйности потока, создаваемой путем устройства перегородок врезервуаре или механизированными мешалками (рис. 1); вместо мешалок нередкоиспользуется сжатый воздух.
Полной автоматичностьюработы и отсутствием механизмов для перемешивания отличаются усреднители,действующие по принципу дифференцирования потока.
/>
Рис. 1. Механизированная мешалка
1—подача сточной воды; 2— выпуск сточной 3 — выпуск осадка
Усреднители проектируют прямоугольнойили круглой формы.
Емкость и размерыусреднителей определяют на основании данных о колебании концентрацииусредняемого стока и требуемой степени усреднения.
/>
Рис. 2. Круглыйусреднитель концентраций сточных вод
1 — подача сточной воды; 2— распределительный лоток; 3 — глухая перегородка; 4 — продольныеили кольцевые перегородки; 5 — сборные желоба; 6 — отвод сточной воды
Изменение концентрациипроизводственных сточных вод имеет цикличный характер или являетсянезакономерным. В первом случае средняя концентрация стока за один циклсоответствует средней концентрации его за сутки, а расчетная продолжительностьусреднения равна продолжительности одного цикла.
При отсутствиицикличности в изменении концентрации усредняемого стока расчет ведут понаиболее неблагоприятному участку графика изменения концентрации.
В практических условияхчаще всего приходится исходить не из средней концентрации сточных вод закакой-то период времени, а из максимально допустимой ее величины, обусловленнойтеми или иными требованиями. Роль усреднителя в этих случаях сводится ксглаживанию «пик» концентрации; его емкость получается значительно меньше, чемв случаях необходимости обеспечивать среднюю концентрацию сточных вод.
При усреднении сточныхвод, содержащих значительные количества взвешенных веществ, и недопустимостивыпадения их в усреднителе расчетные скорости в коридорах должны быть не меньшескорости в подводящем сточную воду канале. При отсутствии возможностиобеспечить такие скорости следует предусматривать меры по взмучиванию осадка(например, подачу сжатого воздуха).
Для обеспеченияравномерного распределения сточной жидкости по всей глубине усреднителейнеобходимо предусматривать специальные распределительные устройства.Строительный материал для усреднителей выбирают с учетом химического составасточных вод.
Механическая очистка
А. Отстаивание
Исходными материалами длярасчета отстойников служат данные о расходе сточной жидкости, скоростиосаждения (гидравлической крупности) или всплывания содержащихся в неймеханических примесей, удельном весе механических примесей, а также данные» плотности воды.
Основная масса воды вотстойниках с подвижными водораспределительными и водосборными устройстваминаходится в покое, поэтому осаждение взвешенных веществ в них происходит с тойже скоростью, что и в лабораторных условиях.
Подача воды в отстойник иотвод осветленной воды производятся при помощи свободно вращающегося лотка,разделенного продольной перегородкой на две части.
Щелевое днище выполнено ввиде жалюзийной решетки, сквозь щели которой проваливаются тяжелые, влекомые подну частицы.
Струенаправляющие лопаткиводораспределительной решетки имеют обтекаемую форму и могут быть повернуты налюбой угол; размещаются они таким образом, чтобы продолжительность пребыванияотдельных струй в отстойнике практически была одинаковой; допускаетсяравномерное размещение лопаток.
Водосбросный лоток имеетводонепроницаемые стенки и днище. Из лотка вода отсасывается сифоном в отводнойнаружный желоб. Сифон снабжен регулятором расхода (дроссельным клапаном),связанным системой рычагов с поплавком.
Этот вариант отводаотстоянной воды может быть применен при реконструкции существующих радиальныхотстойников. Для вновь строящихся сооружений более рационально отводитьосветленную жидкость по лотку в центр отстойника, оттуда — трубой под днище идалее дюкером за пределы сооружения.
Б. Осаждение взвешенных веществ в гидроциклонах
Сточные воды могут бытьочищены от грубых тяжелых примесей в гидроциклонах.
В настоящее времяприменяют циклоны диаметром до 0,35 м и производительностью от 90 до 130м2/ч по воде.
В. Флотация
Флотация в ряде случаевможет заменить отстаивание.
Диспергирование воздуха вобрабатываемой жидкости может быть осуществлено при помощи пористых пластин,подачей воздуха во всасывающую трубу насосов созданием пересыщенного растворавоздуха (напорная флотация), при помощи механических импеллерных машин и путемподачи воздуха через сопла малого диаметра (пневматическая флотация).
Пористые пластины, какправило, необратимо засоряются, что приводит к повышению давления передпластинами и их разрушению.
Подача воздуха вовсасывающую трубу насоса производится от компрессора или при помощи эжектораОбразовавшаяся в насосе смесь воды и воздуха подается в открытую емкость(горизонтальный отстойник) где пузырьки воздуха, всплывая на поверхность,флотируют из воды механические примеси; очищенная вода и пена с извлеченными изводы примесями удаляются раздельно.
Недостатком этого методафлотации является трудность точного регулирования подачи воздуха. Небольшое(~10%) его превышение против расчетного нарушает нормальную работу насоса;заниженное количество воздуха ухудшает эффект флотации.
Колесо насосадиспергирует воздух в основном на относительно крупные пузырьки; это делаетприведенный метод недостаточно эффективным, особенно при флотации мелкихчастиц.
Схема флотационнойустановки по этому методу показана на рис. 3
/>
Рис. 3. Схемафлотационной установки при подаче воздуха во всасывающую трубу насоса.
1 — трубопровод сточнойводы; 2 — приемный холодей; 3 — всасывающая труба; 4 —воздухопровод; 5 — насос; б—открытая емкость; 7—труба для сбора пены;^—трубопровод очищенной воды
Флотация пузырькамивоздуха, выделяющимися из его пересыщенного раствора, является болееэффективной. Пересыщенный раствор воздуха создают либо выдерживанием смеси водыс воздухом под давлением (рис. 4), либо под достаточно глубоким вакуумом.
/>
Рис. 4. Схемафлотационной установки с выделением воздуха из раствора
1 — трубопровод сточнойводы: 2 — приемный колодец; 3—всасывающая труба насоса; 4—воздухопровод;5 — насос; 6 и 8 — напорные трубопроводы; 7 — напорный резервуар;9—открытая емкость; 10—труба для сбора пены; 11 — трубопроводочищенной воды.
Первый способ созданияпересыщенного раствора воздуха имеет преимущества перед вторым, так как онпозволяет регулировать степень пересыщения, подбирая ее в соответствии стребуемым эффектом флотации.
Как и по приведенномувыше методу флотации, пересыщенная воздухом вода подается в открытыйрезервуар-отстойник, где вследствие снижения давления до атмосферногопроисходят бурное воздухоотделение и флотация нерастворимых примесей.
Растворимость газа в водезависит от температуры. давления и продолжительности насыщения. Температурапоступающих на флотационные установки сточных вод практически не поддаетсярегулированию, давлении же и продолжительность насыщения могут быть изменяемы вжелаемых пределах.
Г. Фильтрование
Фильтрование применяютпри очистке воды от содержащихся в ней грубодисперсных примесей, а также масели смол. В качестве фильтрующего материала применяют пористые и сыпучиематериалы (песок, антрацитовую крошку, кокс, бурый уголь, торф и др.), а такжеметаллические сетки и различные ткани (в том числе ткани из искусственноговолокна). В практике различают следующие способы фильтрования: безнапорное,напорное и фильтрование под вакуумом.
Наиболеераспространенными являются сетчатые и тканевые фильтры; их применяют дляудаления из воды взвешенных веществ, а также для обезвоживания осадка. Этифильтры, преимущественно вакуумные, получили распространение на предприятияхцеллюлозно-бумажной промышленности (фильтры Вако, Кинцле).
Фильтры из пористыхматериалов применяют в основном для задержания масел, смол и мелкихнерастворенных примесей.
Химическая очисткапроизводится несколькими способами:
— Нейтрализация сточных вод (3 способа):
1. Фильтрационныйспособ (при помощи вертикальных или горизонтальных фильтров)
2. Реагентныйспособ (нейтрализуют сточную воду реагентами)
3. Способиспользования нейтрализующей способности водоема.
- Обезвреживаниесточных вод, содержащих токсичные компоненты
1. Извлечениехрома и кадмия
2. Извлечениемеди
3. Извлечениесвинца
4. Извлечениефтора
5. Удалениецианитов.
Существует несколькофизико-химических методов очистки сточных вод:
1. Экстракция.Экстракционный метод очистки сточных вод основан на том, что при тщательномперемешивании двух взаимно нерастворимых жидкостей (например воды и бензола)всякое иное вещество, находящееся в растворе, распределиться между нимисоответственно своей растворимости в этих жидкостях.
2. Эвапорация.Выпаривание применяют при очистке сточных вод от летучих с водяным пароморганических веществ в периодически действующих аппаратах или непрерывнодействующих дистилляционных колоннах.
3. Аэрация.Физико-химическая сущность очистки сточных вод методом аэрации заключается вокислении содержащихся в них примесей кислородом воздуха, а также в переходерастворенных летучих веществ в газовую фазу.
4. Выпаривание.Выпаривание сточных вод применяют для увеличения концентрации содержащихся вней солей и ускорения последующей кристаллизации.
5. Кристаллизация.Очистка сточных вод методом кристаллизации основана на выделении из сточнойжидкости кристаллов загрязняющего ее вещества, образующихся при естественномили искусственном ускорении испарения жидкости.
6. Адсорбция.Очистка сточных вод методом адсорбции осуществляется двумя путями: 1) введениемв очищаемую сточную жидкость определенных количеств сорбента с последующимперемешиванием и отстаиванием; 2) фильтрование воды через слой сорбента.
Биологическая очистка, ачаще доочистка сточных вод производится на локальных или общегородских очистныхсооружениях.
Список использованнойлитературы
1. Дитячаенциклопедія В.У Тесль. «На перехрестях екології». М.: Думка, 1985.
2. КэррингтонР.; Біологія моря; Ленінград; 1966 рік
3. АКБубнов А.Ю., Михайлов М.К. «Управляем ли мы процессом урбанизации?», М. 1995
4. Справочникпроектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий, Подред. Г.М. Федоровского, М. – 1963.
5. Справочникинженера-химика. В 2-х томах. Том второй. Под.ред Н.М. Жаворонкова, Л. «Химия»,- 1969.