Teise vaheeksami küsimuste vastused vene keeles (0)

Вопросы для повторения по технологии и защите окружающей среды.
1. Основные загрязнители атмосферы и их свойства

• Оксид углерода
  
• Оксиды азота
  
• Диоксид серы
  
• Углеводороды
  
• Альдегиды
  
• Тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr)
  
• Аммиак
  
• Атмосферная пыль
  
• Радиоактивные изотопы
  

Окись углерода (СО) — бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также под названием «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре. При этом 65 % от всех выбросов приходится на транспорт, 21 % — на мелких потребителей и бытовой сектор, а 14 % — на промышленность[источник не указан 563 дня]. При вдыхании угарный газ за счёт имеющейся в его молекуле двойной связи образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь.
Двуокись углерода (СО2) — или углекислый газ, — бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.
Диоксид серы (SO2) (диоксид серы, сернистый ангидрид) — бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он, в первую очередь, участвует в формировании кислотных дождей. Общемировой выброс SO2 оценивается в 190 млн тонн в год. Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит вначале к потере вкусовых ощущений, стесненному дыханию, а затем — к воспалению или отеку лёгких, перебоям в сердечной деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания.
Оксиды азота (оксид и диоксид азота) — газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO2 объединяются одной общей формулой NOх . При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55 %, на энергетику — 28 %, на промышленные предприятия — 14 %, на мелких потребителей и бытовой сектор — 3 %.
Озон (О3) — газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений.
Углеводороды — химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, прoмышленных растворителях и т. д.
Свинец (Pb) — серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства красок, боеприпасов, типографского сплава и т. п. Около 60 % мировой добычи свинца ежегодно расходуется для производства кислотных аккумуляторов. Однако основным источником (около 80 %) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин.
Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяются на следующие 4 класса:

• механическая пыль — образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса;
  
• возгоны — образуются в результате объёмной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат;
  
• летучая зола — содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении;
  
• промышленная сажа — входящий в состав промышленного выброса твёрдый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.
  

Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь. Сжигание каменного угля, производство цементаи выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн тонн в год [2].
2. Улавливание пыли
Вертикальная скорость осаждения частички аэрозоля формируется под действием силы тяжести и силы сопротивления движению.
Старейшими гравитационными аппаратами являются пылеосадительные камеры.
Они подходят для удаления частиц диаметром 50-500 μm и более. Для нормальной работы такого аппарата время пребывания газового потока в камере должно быть равно или больше времени осаждения улавливаемой частицы. В настоящее время пылеосадительные камеры используют для предварительной очистки газов, так как степень очистки в них, как правило, не превышает 30-40 %.
Жалюзийные аппараты имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты. Частицы пыли вследствие инерции стремятся сохранить первоначальное направление, что приводит к отделению крупных частиц от потока, тому же способствуют их удары о наклонные плоскости решетки. Обычно жалюзийные аппараты применяют для улавливания пыли с размером частиц больше 20 μm.
Недостатком их являются большие энергозатраты и износ пластин; преимуществом – малые габариты и относительно низкая стоимость аппаратов.
В промышленности наиболее распространены циклонные аппараты или циклоны. В них частички аэрозолей осаждаются под действием центробежной силы.
Расчет циклона производят исходя из:
- расхода и физических свойств газа
- содержания пыли и ее фракционного состава
- необходимой степени очистки.
Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Степень очистки зависит от величины центробежной силы и возрастает с ее увеличением. Для частиц пыли размером 30-40 μm средняя степень очистки 98%, для 10 μm 80 % и 4-5 μm 60 %. Частички с размером менее 4-5 μm циклон практически не отделяет.
Достаточно высокую эффективность очистки от пыли можно достигнуть с использованием фильтров.
Очищаемый газ фильтруется через пористый материал, где:
- частички задерживаются пористой перегородкой
- действуют также силы тяжести и электростатическая сила
- действуют оба эффекта.
Материалы фильтров бывают:
- эластичные природные, синтетические материалы, ткани из
металлических волокон
- стекловолокно, металлические стружки, металлокерамика,
керамика, пористое стекло
- насыпной материал
- мокрые фильтры, где материал увлажнен водой или
маслом.
Фильтры разделяются на:
- промышленные фильтры - для очистки газов с содержанием пыли до 60 g/m3);
- воздушные фильтры (менее 50 mg/m3) - используются в системе вентиляции;
- абсолютные фильтры - для улавливания бактерий, радиоактивной пыли и т.п. (менее 1 mg/m3); эффективность>99%.
Крупную пыль улавливают в фильтрах, заполненных коксом, керамзитом, песком или щебнем.
Для очистки от мелкой пыли подходят тканевые фильтры, которым придают форму мешка (рукава).
Длина рукавов 2-9 m диаметр 100-300 mm. Пыль оседает на внутренней поверхности рукавов и в порах ткани. Преимуществом рукавных фильтров является их высокая эффективность (около 90 %) при улавливании частиц практически любого размера.
Новые возможности для очистки газов появились с развитием порошковой металлургии, которая предоставляет для этого новые материалы – керметы – очень прочные материалы, состоящие из карбидов, оксидов, нитритов и т.п. Пыль оседает на поверхности керметных труб, откуда ее удаляют при помощи сжатого воздуха. Новейшие керметы выдерживают температуру
до 1100 градусов Цельсия и удаляют 99,99 % пыли.
Современным методом очистки газов от пыли и туманов является электроочистка. Работа электрофильтра основывается на явлении ионизации газа, который при этом образует
положительно и отрицательно заряженные ионы.
Электрофильтры разделяются на сухие (где удаляют сухую пыль) и мокрые (где удаляют пыль, на которой сконденсировалась влага, а также капли и частички тумана). Электрофильтры бывают чаще всего с пластинчатыми или трубчатыми осадительным электродами. В мокрых электрофильтрах, как правило, используют трубчатые, в сухих - пластинчатые осадительные электроды. Средняя степень очистки в электрофильтрах 99 %; для них характерны относительно низкие затраты энергии, возможность очищать горячие и химически агрессивные газы и высокая эффективность улавливания мелких (менее 0,1 μm) частичек пыли. Мокрую очистку используют для удаления сажи, летучей золы, пыли глины и известняка и т.п. аэрозолей.
Для улавливания очень мелкой пыли (1-2 μm) или туманов используют скруббер Вентури . Запыленный газ подается в аппарат со скоростью 60-150 m/s. Через боковую трубу-распылитель под давлением подается вода (водный раствор), который под действием потока газа распыляется. Скруббер Вентури позволяет удалять мелкую пыль и туманы с эффективностью до 99 %, но в силу высокого гидравлического сопротивления потребляет много энергии.
Сильно запыленные газы очищают в барботажных аппаратах (пенные газопромыватели), в которых жидкость вспенивается при контакте с газовым потоком. Поверхность контакта в этом случае большая и степень очистки высокая (95-96 %).
3. Очистка от газообразных загрязняющих веществ методом абсорбции
Абсорбция является в химической технологии весьма известным
процессом и представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Наиболее распространенным абсорбентом является вода, которая интенсивно поглощает неорганические кислые газы - HCI, HF,SiF4, а также умеренно кислые газы - SO2, Cl2, H2S.
Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде.
4. Очистка от газообразных загрязняющих веществ методом адсорбции
Адсорбционный метод основан на поглощении газообразных загрязняющих веществ и паров с помощью твердых сорбентов (активированных углей, силикагелей, цеолитов и других).
В качестве адсорбента используют активированный уголь,
силикагель, алюмогель, цеолиты, диатомит, синтетические
микропористый смолы и селективные молекулярные сита.
Этот метод применяется главным образом для улавливания и возвращения в производство паров органических растворителей (рекуперация).
В этом случае используются физические свойства некоторых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, которая делает их способными выборочно извлекать газы из воздушной смеси и удерживать их на своей поверхности.
5. Очистка от газообразных загрязняющих веществ термическими методами
Термический метод или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода.
Если выбрасываемые газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавительных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СхНу) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.
Если температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают природный или другой высококалорийный газ.
Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 18). Обезвреживаемые выбросы в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки и коллектора.
Рис. 18. Установка огневого обезвреживания:
1 - входной патрубок; 2 - теплообменник-подогреватель;
3 - V-образная полость коллектора горелки; 4 - камера смешения;
5 - выходной патрубок
В термических нейтрализаторах сжигаются такие газы, как углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства. Эффективность этих систем очистки достигает 0,9-0,99, температура в зоне горения составляет 500-750 0С.
6. Улавливание двуокиси серы и окислов азота
Мокрые электрофильтры применяют, в частности, для удаления тумана, который образуется при производстве серной кислоты.
Промышленные отходящие газы часто содержат кроме пыли также вредные газообразные примеси, которые в пылеуловителях не улавливаются. К таким примесям относятся двуокись серы (SO2), окислы азота (NOx), сероводород (H2S), хлористый водород (HCl), фтористый водород (HF) и др. Для их удаления используют физико-химические методы, которыеможно сгруппировать следующим образом:
- абсорбция (хемосорбция),
- адсорбция,
- сжигание и каталитическая обработка.
Для улавливания таких компонентов и используют абсорбцию. Например, для
улавливания NH3, HCI ja HF целесообразно в качестве абсорбента использовать воду. Для улавливания SO2 или Cl2 расход воды окажется неоправданно большим, так как растворимость этих газов составляет только доли г на 1 кг воды. Поэтому для улавливания таких примесей используют водные растворы или суспензии. Например, известковое молоко или суспензию известняка для улавливания SO2.
Процесс, при котором между абсорбируемым газовымкомпонентом и абсорбентом происходит химическая реакция, называется хемосорбцией. Например, при взаимодействиикислых серосодержащих газов SO2 и SO3 с известковым молоком:
SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O
SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O
Используя технологию сжигания в кипящем слое можно уменьшить эмиссии двуокиси серы SO2 и окислов азота NOx. Образующаяся при сжигании SO2 связывается в топке частицами известняка, при термическом разложении которого образуется оксид кальция (CaO). В результате реакции образуется сульфат кальция (гипс). Снижение эмиссии NOx в топке с кипящим слоем происходит из-за более низкой температуры сжигания (800-900oC). Образовавшийся сульфат кальция удаляется из топки вместе с летучей золой.
Технологии улавливания SO2, которые можно разделить на три
группы:
- мокрая очистка,
- полусухая очистка,
- сухая очистка.
При мокрых, полусухих и сухих методах находящаяся в очищаемом газе SO2 реагирует с соединениями кальция с образованием сульфита кальция, который окисляется в дальнейшем (частично) до сульфата кальция. В случае мокрой очистки газы контактируют со щелочным раствором в абсорбере. Чаще всего используют суспензию известняка (CaCO3) или раствор, содержащий гидроокись кальция (Ca(OH)2). Находящийся в очищаемом газе SO2 переходит в жидкость, где реагирует со щелочными компонентами с образованием сульфита (CaSO3), а также частично сульфата кальция (CaSO4). Учитывая, что карбонатная часть сланца содержит 53,5 % оксида кальция (CaO), перспективной технологией для Эстонии является улавливание SO2 суспензией сланцевой летучей золы или щелочной водой, образующейся на сланцевых электростанциях при золоудалении.
Полусухие методы аналогичны мокрым. Газ направляется в абсорбер, в который распыляется известковое молоко (Ca(OH)2). Двуокись серы реагирует в капельках известкового молока с образованием сульфита кальция
В случае сухого метода происходит адсорбция SO2 известью или летучей золой прямо в газовых каналах до пылеуловителей. На электростанциях, работающих на сланце, такая очистка является
дешевой альтернативой мокрой очистке.
7. Состав и свойства сточных вод
Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека.
В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории:
Бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий);
Производственные (воды, использованные в технологических процессах, не
отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды ,откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных
ископаемых);
Атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от
полива улиц, от фонтанов и дренажей).
Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие
примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в
нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии.
Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой
примесей в единицу объема мг/л или г/куб.м.
Состав сточных вод регулярно анализируется.
Проводятся санитарно-химические
анализы по определению:
величины ХПК (общая концентрация органических веществ);
БПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем);
концентрация взвешенных веществ;
активной реакции среды;
интенсивности окраски;
степени минерализации;
концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др.
8. Предварительная очистка сточных вод
Когда стоки промышленного предприятия содержат крупные частицы взвешенных веществ либо волокна (как в производстве керамических и силикатных материалов), а также нефтепродукты, требуется тщательная предварительная очистка сточных вод, включающая в себя:

• Отстаивание сточных вод с использованием либо без использования химических реагентов в зависимости от состава стоков,
  
• Фильтрация через решетки или сетчатые фильтры,
  
• Подача стоков на гравийные фильтры (грубая очистка),
  
• Коагуляция (дозирование растворов солей железа либо алюминия),
  
• Извлечение из сточных вод вредных веществ специальными методами,
  
• Применение нефтеловушек для очистки сточных вод от нефти и масла.
  

9. Химические методы очистки сточных вод
Химические методы связаны с расходом различных реагентов и потому достаточно дороги. Их применяют для удаления растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения, а иногда для дополнительной очистки сточных вод до или после биологической очистки. С помощью химической очистки наиболее часто удаляют ионы тяжелых металлов.
К основным методам химической очистки относят нейтрализацию и окисление.
Нейтрализация - обработка воды щелочами или кислотами, известью, содой, аммиаком и т.п. с целью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Применяется во многих отраслях промышленности. Самый простой возможный способ нейтрализации сточных вод - смешение кислых и щелочных стоков на предприятии. На практике также применяются такие способы, как нейтрализация сточных вод реагентами (растворы кислот, негашеная известь, гашеная известь, кальцинированная сода, аммиак и др.), а также фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, доломит, магнезит, мел и др.). Наиболее дешевым и доступным реагентом является Са (ОН)2.
Окисление - метод очистки стоков, основанный на применении различных окислителей: газообразного и сжиженного хлора, диоксида хлора, гипохлората кальция и натрия, хлорной извести, кислорода воздуха и технического кислорода. Метод используется для обезвреживания стоков, содержащих токсичные соединения (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод или очищать другими методами: стоки участков гальванических покрытий в машиностроении и приборостроении, стоки производств свинцово-цинковых и медных руд в горнодобывающей промышленности, стоки цехов варки целлюлозы в целлюлозобумажной промышленности и т.д.
В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций становятся менее токсичными и затем удаляются из воды. Очистка окислителями связана с большим расходом реагентов, поэтому ее применяют только тогда, когда загрязняющие вещества, например цианиды, растворенные соединения мышьяка и др., нецелесообразно или нельзя извлечь другими способами.
Окисление активным хлором - один из наиболее распространенных способов очистки стоков от ядовитых цианидов, сероводорода, гидросульфида, метилмеркаптана (рис.21). Окисление цианидов активным хлором до цианатов происходит за счет атомарного кислорода по схеме:
СN­ - +ОСl- → СNО- + Сl- (2.4)
Образовавшиеся цианаты легко гидрализуются до карбонатов:
СNО- + 2 Н2О → СО32- + N­ Н4+ (2.5 )
Товарный хлорат кальция содержит до 33% «активного» хлора, а гипохлорит кальция - до 60%.
Рис.21. Схема установки для очистки сточных вод активным хлором:
1 - баллон с хлором, 2 - фильтр, 3 - редуктор, 4 - ротаметр, 5 и 6 - манометры,
7 - предохранительный клапан, 8 - смеситель, 9 - эжектор, 10 - контактный аппарат.
Окисление кислородом воздуха наиболее часто используют для очистки воды от двухвалентного железа путем аэрирования воздуха через сточную воду. Реакция протекает по схеме:
4 Fe2+ + О2 + 2 Н2 О = 4 Fe3 + + 4 ОН- ,
Fe3 + +3 Н2О = Fe (ОН)3 + 3 Н+ (2.6)
Образовавшийся гидроксид железа отстаивают в контактном резервуаре, а затем отфильтровывают.
Озонирование основано на высокой окислительной способности озона, который при нормальной температуре разрушает многие органические компоненты сточных вод. При этом одновременно происходят обесцвечивание и обеззараживание сточной воды, а также насыщение ее кислородом (рис. 22).
Длительность процесса очистки сточных вод значительно сокращается при совместном использовании ультразвука и озона или ультрафиолетового облучения и озона.
Рис. 22. Схема установки для очистки сточных вод методом озонирования:
1 - смеситель, 2 - насос, 3 - барботажный адсорбер, 4 - сборник,
5 - озонаторная установка, 6 - аппарат для очистки отходящих газов.
Очистку восстановлением используют тогда, когда сточные воды содержат легко восстанавливаемые вещества. Эти методы широко употребительны для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка. Так, для восстановления ртути и ее соединений предложено применять сульфид железа, боргидрид и гидросульфит натрия, гидразин, железный порошок, алюминиевую пудру и другие.
10. Биологическое окисление сточных вод (процесс с активным илом)
Очистка в аэротенках (процесс с активным илом) является в биоочистке самым распространенным.
Предварительно очищенная и часто также прошедшая процесс отстаивания вода поступает в аэрационную камеру (аэротенк). Здесь вода контактирует с активным илом, точнее с состоящей из
микроорганизмов биомассой. В аэротенк постоянно подается воздух (происходит аэрация), чтобы обеспечить условия для роста аэробных организмов. С помощью аэрации активный ил находится в постоянном движении; его оседание на дно резервуара недопустимо. Микроорганизмы используют органику для жизнедеятельности и синтеза новых клеток.
Из аэротенка вода поступает во вторичный отстойник, где ил оседает. Часть осевшего ила направляют обратно в аэротенк, чтобы обеспечить в нем достаточно высокую концентрациюактивного ила. Поскольку постоянно образуется новая биомасса (ил), то часть активного ила необходимо из системы откачивать. Избыточный ил направляют на дальнейшую обработку. Чаще всего избыточный активный ил смешивают с отстоем из первичного отстойника.
При использовании процесса с активным илом первичное отстаивание не всегда необходимо, но использование первичного отстаивания позволяет снизить нагрузку на аэротенк.
По нагрузке на активный ил аэротенки разделяются на высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые. Низконагружаемые называют еще аэротенками с продленной аэрацией; в этом случае вода находится в аэротенке значительно дольше, чем при других вариантах.
Находящаяся в воде органика распределяется при нормальной нагрузке примерно таким образом:
- минерализуется до CO2 и воды 30 - 50%
- удаляется с избыточным илом 40 - 45%
- выходит с очищенной водой 10%.
Важнейшими технологическими параметрами процесса с активным илом являются нагрузка на ил, возраст ила, потребление кислорода и иловый индекс.
Нагрузка на активный ил – это отношение входящего в аэротенк растворенного питательного вещества к количеству сухого органического вещества в сутки. В зависимости от нагрузки на активный ил аэротенки делятся на высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые.
Возраст ила – это время пребывания ила в биоочистке в сутках.
Для высоконагружаемого ила возраст 1 - 3 суток, обычного 3 - 7 суток, низконагружаемые 7 -15 суток.
Иловый индекс
Способность ила осаждаться оценивают при помощи илового индекса, т.е. соотношением объема ила к содержанию в нем сухого твердого вещества. Чем меньше иловый индекс, тем лучше ил оседает.
Эффективность процесса очистки (по БПК) зависит от нагрузки на ил:
- высоконагружаемый 60 - 70%
- при нормальной нагрузке - 80 - 90%
- низконагружаемый - 85 - 95%
- при продленной аэрации - 90 - 99%.
11. Очистка сточных вод в биопрудах, почвенных фильтрах и водно-болотных угодьях.
1 Процесс очистки сточных вод в биопрудах идентичен процессам самоочищения, происходящих в природных водоемах. Биопруды - это простые очистные сооружения весьма распространенные в недавнем прошлом. Однако их эффективность в холодное время года не отвечает современным требованиям.
2 Для очистки сточных вод можно использовать и почву. Сточная вода фильтруется через почву, куда она подается через систему труб с маленькими отверстиями или щелями. При очистке на фильтрационных площадках и почвенных фильтрах очищаемая вода медленно фильтруется через слой почвы, при этом находящиеся в воде загрязняющие вещества почвой сорбируются. В случае полей орошения важную роль играют
3 В последнее время для биологической очистки вод малых поселков и мест отдыха стали использовать водно-болотные угодья, где используется способность к самоочищению как почвы, так и растений. Сточная вода после предварительной механической очистки подается в заросший растениями мелкий пруд или покрытую растительным покровом площадку. Вода течет параллельно поверхности земли, фильтруясь через корни растений. В корневой системе находится кислород, поэтому микроорганизмы активно разлагают органику и очищают воду. В Эстонии для такой очистки лучше всего подходит тростник. Процесс наиболее эффективен летом.
12. Технология обработки шламов, образовавшихся при очистке сточных вод
Общая схема обработки состоит из следующих процессов:
Уплотнение (в заключается в том, что уменьшается их
влагосодержание и соответственно объем с тем, чтобы сделать
более удобной дальнейшую обработку. При этом содержание
сухого вещества в шламе увеличивается в 2-3 раза.)
Стабилизация (которая
заключается в том, что разложение присутствующей в шламе
органики или останавливают или проводят до полной
минерализации.)
Кондиционирование (это процесс, при котором микроорганизмы
разлагают присутствующую в шламе органику в аэробных
условиях. В результате получается гумусообразная масса. При
компостировании выделяется тепло.)
Обезвоживание (tahendamine/kuivatamine; dewatering)
Конечная обработка (компостирование; сжигание;
складирование, и т.п.)
13. Процессы в биопленке и очистка сточных вод в биофильтрах
Процессы в биологической пленке и биологические фильтры
Биофильтры обычно используются для предварительной очистки сильно загрязненных сточных вод перед тем, как их направляют в процесс с активным илом и как самостоятельный процесс при небольших количествах бытовых сточных вод. Расчетная нагрузка 3 - 5 kg БПК7/m3в сутки.
В процессах в биопленке микроорганизмы находятся на твердой поверхности или насадке. Эффективность очистки тем выше, чем больше поверхность контакта между биопленкой и очищаемой водой. Технологически наиболее распространены биофильтры и биороторы.
Биофильтр (рис. 2.20) фактически не является фильтром, а биореактором. Очищаемую воду распределяют равномерно по поверхности фильтра с помощью вращающейся или неподвижной распределительной системы. Вода протекает через насадку, в качестве которой может использоваться щебень (природный материал) или пластиковые элементы.
Воздух поступает в нижнюю часть реактора. Биопленка образуется в фильтре на поверхности пористой насадки. Микроорганизмы разлагают содержащиеся в сточной воде органические примеси. Количество биомассы в биопленке и качество очистки зависит от свойств очищаемой воды и гидравлической нагрузки биофильтра (количество жидкости m3/час на m2 поверхности фильтра). В процессе фильтрации биопленка утолщается. Если скорость потока мала, то пленка может стать такой толстой, что в ней образуется анаэробная зона. При больших скоростях потока пленка остается тонкой и анаэробная зона не образуется. Время от времени поток смывает излишнюю биомассу из пленки, последнюю необходимо из очищенной воды удалить. В качестве насадки ранее использовали в основном щебень, в настоящее время его заменили пластмассовыми насадками различной формы.
На рис. 2.21 показана принципиальная схема биофильтрации. Количество удаляемого из процесса ила можно варьировать в зависимости от нагрузки фильтра. Количество избыточного ила примерно такое же, как в процессе с активным илом - 1 kg ила/kg
БПК. Чтобы обеспечить глубокую очистку сточной воды, эту воду можно после биофильтра направить на 20 - 30 минут в аэрируемый резервуар. Энергопотребление биофильтра 0,9 kWh/kg БПК. При работе биофильтра на максимальной нагрузке его энергопотребление несколько меньше, чем в процессе с активным илом.В биороторах (рис. 2.22) в качестве насадки служат частично погруженные в очищаемую воду пластмассовые диски, которые насажены на горизонтальный вал. Эти диски медленно вращаются, и образующаяся на их поверхности биопленка находится поочередно в контакте с кислородом воздуха и находящейся в воде органикой. Биороторы используются в основном для очистки малых количеств сточных вод.
14. Очистка сточных вод от соединений азота и фосфора
Удаление из сточной воды фосфора и азота – одна из задач современной технологии очистки сточных вод. Применяемые для очистки биологические методы удаляют из сточной воды в первую очередь органику. Однако для роста и размножения микроорганизмов необходимы биогены. Поэтому биомасса постоянно потребляет определенное количество азота и фосфора; таким образом, и биологическая очистка удаляет из воды определенное количество биогенов.
С бытовыми (коммунальными) сточными водами поступает примерно 3 g фосфора на человека в сутки, большая часть с фекалиями, остальная с моющими средствами, а также от рыбоводства и
животноводства. При биоочистке микроорганизмам также необходим фосфор. Таким образом, при биологическо-механической очистке содержание фосфора в воде уменьшается на 20-30%.
Обычно бытовая сточная вода содержит больше биогенов, чем необходимо микроорганизмам, и их излишки нужно удалять специальными методами. В производственных сточных водахситуация может быть различной. Например, в сточных водах лесоперерабатывающей промышленности биогенов мало, и для успешной очистки методом с активным илом их надо добавлять специально.
Для удаления фосфора используют химическое осаждение или биологическую фиксацию. Химическое осаждение происходит с химикатами, которые превращают соединения фосфора из
растворимых в малорастворимые. При биологической очистке можно комбинировать аэробную и анаэробную зоны, в результате остаточная концентрация фосфора составляет 1-2 mgP/l.
Химическое осаждение основывается на осаждении орто-фосфатов коагулянтами в виде нерастворимых солей алюминия, железа или кальция и удалении образовавшегося осадка осаждением. Чаще всего используют следующие химикаты:
сульфат железа - FeSO4 * 6H2O,
сульфат алюминия Al2(SO4)3 * 18H2O
известь - CaO или Ca(OH)2
Биологическое связывание фосфора происходит, если в процессе биологической очистки создаются попеременно анаэробные и аэробные условия, в результате чего фосфаты аккумулируются в биомассе и удаляются из системы вместе с избыточным активным илом.
Для удаления азота лучше подходят биологические методы; физико-химические методы, как правило, оказываются слишком дорогими. Азот удаляют из воды в процессе нитрификации -
денитрификации. В свежей сточной воде азот находится в виде аммония (NH4+), для окисления которого, например, при сбросе сточной воды в водоем, необходим кислород. Окисление аммония
можно провести на станции биологической очистки сточных вод.
Автотрофные бактерии окисляют ионы аммония вначале до нитритов (NO2-) а далее до нитратов (NO3-). Такой процесс называется нитрификацией. В результате процесса нитрификации содержание азота в воде не уменьшается, просто азот переходит из одной формы в другую. Азот удаляется из воды только тогда, когда нитраты восстанавливаются до газообразного азота (N2), который
выделяется в атмосферу. Такой процесс, который происходит с помощью денитрифицирующих бактерий, называют денитрификацией. Для нитрификации необходима аэробная среда, потому общее количество необходимого в процессе очистки кислорода возрастает. Денитрификация же происходит в аноксной среде с низким (менее 1 mg/l) содержанием кислорода.
15. Классификация и свойства твердых отходов, основные задачи при их переработке
Отходы делятся на:
опасные отходы, которые обладают свойствами (свойством),
которые могут причинить вред здоровью человека или
окружающей среде.
обычные отходы - это все отходы, которые не являются
опасными отходам.
не до конца
16. Опасные отходы и их утилизация
Опасные отходы – это такие отходы, которые в силу своих
химических или других свойств могут причинить ущерб
здоровью человека или окружающей среде. Провести грань
между обычными и опасными отходами иногда бывает не просто.
Для переработки опасных отходов используют химические
(нейтрализация, стабилизация), термические методы и
складирование на специальных свалках. При сжигании опасных
отходов необходимо, чтобы температура была выше 1100 C, что
обеспечивает полное разложение токсичных веществ.
Образующиеся при этом зола и гипс складируются на
специальной свалке.
17. Методы предварительной переработки отходов
Предварительная переработка отходов
Целью предварительной обработки отходов является облегчение их транспортировки, а также их дальнейшей переработки и использования. К методам предварительной переработки относятся: сортировка, уплотнение, измельчение и упаковка.
Сортировку нельзя рассматривать как самостоятельный метод переработки и использования отходов. Цель сортировки извлечь из отходов полезные компоненты и облегчить их дальнейшую переработку. Отходы можно сортировать на месте или на специальных станциях сортировки отходов.
Сортировка на месте всегда предпочтительна, так как обычно не требует сложного оборудования и получаемый материал чище. В Эстонии обязательной является сортировка бытовых отходов, при которой отдельно собирают бумагу и картон, стекло и биоразлагаемые отходы, а также опасные отходы.
Сортировка отходов на сортировочных станциях (центрах) происходит вручную или механически. Ручная сортировка подходит для небольших количеств отходов. При этом в первую очередь отделяют стекло, бумагу, папку, металлы, древесину.
18. Методы утилизации хозяйственно-бытовых отходов
Система сбора хозяйственно-бытовых отходов в различных странах (и даже различных самоуправлениях) весьма различается, и ее выбор зависит от местных условий:
- - тип обслуживаемых домов;
- - требования к сортировке;
- - расстояние до мест переработки и складирования;
- - требования законодательства.
Традиционно бытовые отходы собирают в жилище в емкость, которую затем выносят в мусорный контейнер, находящийся во дворе жилого дома или в мусоропровод. В зависимости оттребований к первичной сортировке отходов, некоторые их виды собираются в отдельную емкость, которую затем опорожняют в отдельный контейнер. Опасные отходы запрещается помещать в контейнеры с хозяйственно-бытовыми отходами, и их необходимо сдавать в специальные пункты сбора опасных
бытовых отходов.
Контейнеры для сбора отходов обычно имеют объем 100-850 литров и изготовлены из металла или прочного пластика. Контейнеры или меняют (заполненный увозят и заменяют пустым) или опорожняют на месте.
Частота опорожнения контейнеров зависит от количества и вида отходов и объема контейнеров. В случае бытовых отходов она составляет не менее одного раза в неделю. Если отходов образуется много (многоэтажные дома, промышленные предприятия), то целесообразно их сразу же прессовать; в этом случае можно существенно уменьшить частоту опорожнения контейнеров и тем самым снизить расходы на транспортировку отходов. Часто первичное прессование отходов происходит уже в мусоровозе. Места расположения контейнеров для отходов должны находиться на твердом основании и к ним должен быть обеспечен проезд для мусоровоза. Желательно места расположения контейнеров огородить или забором или живой изгородью.
В последнее время в Эстонии оборудовано множество станций по сбору и переработке отходов, которые принимают от населения те виды отходов, которые не разрешается помещать в контейнеры хозяйственно-бытовых отходов.
19. Законодательство Эстонии по защите окружающей среды
Первый закон Эстонской Республики по защите природы был
принят в 1935 году. В настоящее время действует закон
(Looduskaitseseadus) принятый 21 апреля 2004-го года (пятый по
счету).
Этот закон обеспечивает:
1) Защиту природы с целью сохранения ее видового
многообразия, защиту мест обитания, создание
благоприятных условий для существования всех видов;146
2) Сохранение живой природы и ее элементов, имеющих
большую культурную и эстетическую ценность.
3) Экономное расходование природных ресурсов.
Принципы защиты природы:
Вводятся ограничения на использование областей
(участков) важных с точки зрения сохранения природы. Строго
регулируются все действия, связанные с взятыми под охрану
видами растений, животных, грибков, а также минералов и
окаменелостей, в том числе действия, связанные с научными
исследованиями и просвещением.
Закон определяет виды охраняемых природных объектов:
1. заповедники
2. заказники
3. взятые под охрану виды, минералы, окаменелости
4. места обитания
5. отдельные охраняемые объекты
6. природные объекты, взятые под охрану решением местных
самоуправлений.
20. Проблемы защита окружающей среды в сланцевой промышленности
Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных и органических частей, последняя составляет 10—30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70 %.
При полукоксовании получают сланцевое масло, газ и полукокс.
В настоящее время сланцевое масло в Эстонии производят в Kohtla-Järve, Kiviõli и AS Narva.
Отвалы полукокса представляют собой свалки опасных отходов и являются причиной масштабного загрязнения окружающей среды.
Их опасность заключается в том, что в результате вымывания атмосферными осадками образуется гравитационная вода с высоким уровнем загрязнения, которая попадает в реки и просачивается в подземные воды.
Сточную воду, образующуюся от полукоксоотвалов, многие годы сбрасывали без очистки в реку Kohtla и через нее в реку Purtse и далее в Финский залив, что оказывало существенное неблагоприятное влияние на состояние природных вод
Отвалы полукокса являются причиной загрязнения подземных вод и рек .
18