по дисциплине «Экология» Тема: «Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта» (стр. 8 из 9)

Железо в природных водах находится в виде двух- и трехвалентных ионов, взвесей и коллоидных частиц, содержащих Fе(ОН)₃, Fе, Fе(ОН)₂, и комплексных соединений с гуминовыми и фульво кис лотами. Устойчивость соединений в воде зависит от окислительно-восстановительного потенциала среды, на которую влияет величина рН. Коллоидный гидрооксид железа образуется при рН > 3, а осадок — при рН > 4,5. В природных водах значение рН обычно колеблется в пределах 6,2—7,5, поэтому в них не может содержаться трехвалентного железа. В поверхностных водах железо обычно встречается в виде органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей.

Двухвалентное железо образует соли практически со всеми устойчивыми анионами. Карбонат FеСО₃, дигидроксид Fе(ОН)₂ и сульфид железа Ре5 выпадают в осадок из природных вод и водных растворов солей железа при определенных условиях. При длительном контакте с воздухом осажденный гидроксид железа полностью превращается в Fе₂Оз-Н₂О. Окисление двухвалентного железа в трехвалентное ускоряется в присутствии окислителей - - перман-ганата калия, озона, гипохлорит-Иона, а также молекулярного кислорода.

Для удаления железа из водных растворов используются два основных метода: реагснтный и безреагентный (физический). Для обезжелезивания поверхностных сточных вод применяют рсагентные методы, а для удаления железа из подземных вод безреагентныс, в частности, метод глубокой аэрации.

Из рсагентных методов наиболее распространенным является метод коагулирования сульфатом алюминия с предварительным хлорированием, (иногда — с известкованием) и последующем отстаиванием или обработкой воды в слое взвешенного осадка и фильтрованием.

Для выбора метода обезжелезивания необходимо предварительно произвести полный химический анализ воды в источнике водоснабжения, а затем по полученным результатам, в зависимости от характера соединений, находящихся в воде, определить наиболее рациональный метод.

2.5. Методы удаления поверхностно-активных веществ и фенолов.

Предприятиями железнодорожного транспорта ежегодно выбрасывается в водоемы более 100 тыс. т ПАВ. В поверхности воды, содержащей ПАВ, образуется устойчивая пена, которая препятствует поступлению кислорода из воздуха в загрязненные бассейны и, тем самым, ухудшает процессы самоочищения и наносит большой вред как растительному, так и животному миру. Кроме того, некоторые из них придают воде неприятный запах и привкус.

Поверхностно-активные вещества являются, как правило, органическими высокомолекулярными соединениями. Молекулы их полярные и состоят из гидрофобной и гидрофильной частей. Гидрофильной частью являются карбоксильная, сульфатная или сульфонатная группы, а также группы, содержащие азот и фосфор. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы, ПАВ делятся на классы: анионактивные, катионактивные, амфотерные и неионогенные. Принадлежность ПАВ к одному из перечисленных классов определяется зарядом ионизированной гидрофобной части молекулы. Если органический ион заряжен отрицательно, то это будет анионактивное вещество, если положительно — катионактивное. Амфотерные ПАВ в кислом растворе проявляют катионные свойства, а в щелочном — анионные. Неионогенные ПАВ в воде не образуют типичных ионов.

Из всех ПАВ неионогенные (к ним относятся ОП-4, ОП-7, ОП-10 и др.) имеют самую низкую стоимость, выпускаются в больших количествах и используются в разнообразных областях техники. Они входят в состав технических моющих средств, используемых на железнодорожном транспорте при подготовке к ремонту деталей подвижного состава.

Для очистка сточных вод от ПАВ применяют биохимическое окисление, сорбцию, пенное фракционирование, коагуляцию, выпаривание, ультрафильтрацию, озонирование и др. Выбор метода очистки зависит от концентрации ПАВ в сточных водах, химической природы ПАВ, от наличия в стоках органических и неорганических примесей, стоимости и необходимой степени очистки.

Для очистки сточных вод до норм ПДК обычно используется комплекс методов, конечной стадией которого является биологическая очистка. По своим физико-химическим свойствам ПАВ подразделяются на легко окисляющиеся «биологически мягкие» и трудно окисляющиеся «биологически жесткие». Поэтому биохимический метод применяется только для первой группы ПАВ, к которой относятся алкилсульфаты, легко окисляющиеся микроорганизмами, а также арилсульфонаты — бензол-, додецилбензол- и этилбензолсульфоиат натрия и др., поддающиеся окислению при адаптации микроорганизмов. Ко второй группе относятся соединения, которые практически не окисляются микроорганизмами, например, амилбензолсульфонат натрия, некаль, ОП-7, ОП-10, соли нефтяных сульфокислот и др.

В очистных сооружениях стремятся поддерживать высокую рабочую дозу активного ила. Для этого рекомендуется использовать механическую аэрацию и аэротенки с децентрализованным впуском сточной воды. При таком технологическом режиме обеспечивается выравнивание скоростей потребления кислорода. Очистку сточных вод от анион-активных и неионогснных ПАВ целесообразно проводить совместно с хозяйственно-бытовыми стоками.

Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100—200 мг/л) применяется адсорбционная очистка на активированных углях. Наиболее широко применяются угли АГ-5 и БАУ (адсорбционная емкость по ОП-10 для них 15 вес. %). Кроме того, для адсорбции ПАВ можно использовать природные сорбенты (торф, бурые угли), а также шлак, золу и осадки гидроксидов алюминия и железа, сульфида меди и фосфата кальция. Процесс очистки проводят в фильтрационных колоннах с неподвижным слоем активированного угля, пропуская воду снизу вверх со скоростью 2—6 м³/ч. Эффективному удалению ПАВ из сточных вод способствует совместное использование коагуляции и адсорбции пылевидным углем. Наибольшая эффективность достигается, когда в качестве коагулянтов используют соли цинка.

Получить воду требуемого качества и повторно использовать ПАВ после регенерации позволяет применение ионообменных смол. Технологические схемы для очистки стоков от ПАВ имеют большое число ионитовых фильтров. Скорость фильтрации сточных вод поддерживают в этих системах в пределах 3—5 М³/ч. В качестве регенсрационного используют водный раствор шелочи для слабоосновного и раствор хлорида натрия и щелочи для сильноосновного анионита. Однако эти реагенты не обеспечивают полного восстановления обменной емкости анионита. Сохранить емкость ионитов практически неизменной позволяет применение водноорганических растворов.

Для очистки воды от ПАВ используют также метод пенного сепарирования. Сущность его заключается в адсорбции ПАВ на границе раздела фаз сточная вода — воздух при непрерывном снятии поверхностного слоя. Для этой цели через сточную воду барботируют воздух, что создает стабильную пену, состоящую из пузырьков газа различного размера. Схема процесса показана на рис. 5.22. Воздух в сточную воду подастся через перфорированные трубы или мелкопористые материалы при помощи импеллера, а также из перенасыщенных растворов при снижении давления над жидкостью (при напорной флотации и электрофлотации).

Наибольшая степень удаления ПАВ из сточной воды до> стигается при диспергировании воздуха через пористые пластины. Процесс разрушения пенного слоя происходит медленно. Для ускорения разрушения пены используют пено-гасители, в качестве которых применяются кремний- и гер-манийорганические соединения. Однако использование их приводит к дополнительному загрязнению псноконденсата. Поэтому чаще применяют термические, электрические и механические способы гашения пены.

Сточные воды шпалопропиточных заводов содержат фенолы. Для их очистки применяется метод озонирования, которым можно очищать стоки, содержащие фенолы в концентрации до 1 г/л. Механизм окисления фенола озоном как в кислых, так и в щелочных растворах одинаков, хотя скорости реакций в этих условиях различны. С возрастанием рН значение константы скорости распада фенола увеличивается более чем вдвое. Конечными продуктами окисления фенола являются углекислый газ и вода. С увеличением температуры скорость и полнота окисления фенольных соединений значительно возрастают. Фснолсодержащие сточные воды дополнительно очищаются на биологических очистных сооружениях. Доочистка производится в аэротенках и на биофильтрах по одно- и двухступенчатым схемам. Степень биологической очистки воды от фенолов достигает 99,9%.

3. Замкнутые системы водоиспользования на предприятиях.

железнодорожного транспорта.

Внедрение замкнутых оборотных технологических систем водоиспользования на предприятиях железнодорожного транспорта является основным направлением как при решении вопросов рационального использования водных ресурсов, так и защиты окружающей среды и водоемов от загрязнения.

Образование сточных вод на отдельных предприятиях составляет 200—4000 м³/сут. Эти воды характеризуются высоким содержанием нефтепродуктов, щелочей, кислот, ПАВ, фенолов, солей тяжелых металлов и других вредных веществ, включая ядохимикаты. Внедрение технологических процессов повторного и оборотного использования воды позволяет сократить расход ее не менее, чем на 20%. Кроме того, качество воды в оборотных системах может быть значительно ниже, чем при ее сбросе в водоемы. Воду после флотационной очистки с содержанием нефтепродуктов до 20 мг/л можно использовать почти во всех технологических процессах, но нельзя сбрасывать в водоемы без очистки до сотых долей мг/л по нефтепродуктам, что резко увеличивает стоимость строительства очистных сооружений и расходы на их эксплуатацию в 3—5 раз, поскольку такая доочистка связана со значительным усложнением их состава. После флотатора в технологический процесс очистки должны быть включены фильтры с активированным углем или озонаторные установки. Целесообразность устройства бессточных систем в каждом конкретном случае должна подтверждаться технико-экономическим обоснованием.