Лекции по "Экологии"

Корпорация «Кансай санге» (Япония) выпустила реактив, основной компонент которого- специально обработанная рисовая шелуха, которая всасывает в себя выброс и превращается в густую массу, которую можно собрать в простую сеть. Способ, продемонстрированный американскими учеными: под нефтяную пленку опускается керамическая пластинка с подсоединенной к ней акустической пластинкой. Под действием вибрации нефть сначала скапливается толстым слоем, а затем смешивается с водой и начинает фонтанировать. Электрический ток, подведенный к пластинке, поджигает фонтан и нефть полностью сгорает.

С 1993 г. запрещен сброс  жидких радиоактивных отходов. В 1996 г. представители японских, американских и российских фирм подписали контракт на создание установки по переработке  ЖРО.

 Несмотря на все выше сказанное, основная задача, которую необходимо решать всем странам сообща – это предотвращение загрязнения Мирового океана.

ЭКОЛОГИЯ и УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ

 

Лекция 4

 

Антропогенное воздействие на водные экосистемы. Экологический инжиниринг: Расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ  в промышленных сточных водах, сбрасываемых в открытые водоемы.

 

Влияние антропогенных факторов на водные экосистемы    

 Водные объекты считаются  загрязненными, если показатели  состава и свойств воды в  них изменились под прямым  или косвенным влиянием производственной  деятельности и бытового использования  воды населением и стали частично  или полностью непригодны для  хозяйственно-питьевого, санитарно-бытового, рыбохозяйственного водопользования.    

 Состав и свойства  воды водных объектов, куда сбрасываются  сточные воды данного предприятия  или очистных сооружений комплекса  предприятий, несмотря на загрязнения,  должны соответствовать ПДК загрязняющих веществ в створе реки не далее, чем на 500 метров ниже выпуска стоков.   

 ПДК некоторых веществ  различных ЛПД в водных объектах  санитарно-бытового и рыбохозяйственного  водопользования разных категорий  приведены в табл. 1, 2.         

 Объем и состав производственных  стоков зависит от типа технологического  процесса предприятия.   

 Сточные воды после  предварительной очистки сбрасываются  как в открытые водоемы, так  и канализацию городов и поселков. Сброс в городскую канализацию  осуществляется с разрешения водоохранных организаций при условии, что концентрация загрязняющих веществ в сточных водах не должна превышать лимитов города, установленных местным органом Роскомвода РФ. Температура стоков при этом не должна быть выше +40 ° С, а загрязняющие вещества не должны препятствовать процессам дальнейшей биологической очистки.

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации некоторых веществ 
в водоеме санитарно-бытового водопользования

 

 

 

 

 

Таблица 2

Предельно допустимые концентрации некоторых веществ 
в водоеме рыбохозяйственного водопользования

   

 При сбросе стоков в открытый  водоем к качеству очистки  предъявляются жесткие требования. Для того чтобы стоки не  нарушали равновесия водных экологических  систем, концентрация загрязняющих  веществ в них не должна превышать допустимых расчетных величин (С_доп) (рис. 1).

 

Классификация методов очистки сточных вод   

 Загрязнители, содержащиеся в  сточных водах, делятся на 3 группы:

• 1 – грубодисперсные; взвешенные вещества, размер частиц которых 10^-2–10^-4 см (песок, глина, частицы нагара, металл, нефтепродукты);
• 2 – коллоидные и высокомолекулярные; размер частиц 10^-4–10^-6 см. Вещества могут быть как органического, так и неорганического происхождения;
• 3 – растворимые; размер частиц 10^-6–10^-8 см, инеральные (кислоты, щелочи, соли) и органические (фенолы, органические кислоты, амины, нефтепродукты).

 

    В  табл. 3 приведена классификация основных методов очистки сточных вод.

 

Таблица 3

Классификация основных методов очистки сточных  вод

Механические			Физико-химические			Биологические
Способ   очистки	Очистное  оборудование	Группа улавл. веществ	Способ   очистки	Очистное   оборудование	Группа улав. веществ	Очистное оборудование	Группа улавл.   веществ
Отстой	Отстойники горизонтального, вертикального типов, реакторы-отстойники, нефтеловушки	1	коагуляция	осветлители	2	Биологические пруды (искусственные водоемы)	2, 3
			флотация	Флотаторы (радиальные, прямоточные, сепараторы и пр.)	2
						Биофильтры	2, 3
						Аэротенки	2, 3
			Сорбция	Адсорберы различного типа	2; 3
Фильтрация	Фильтры насыпного типа, песколовки, решетки	1
			Ионообмен	Ионообменные аппараты периодического и непрерывного действия	3
Сепарация	Гидроциклоны (открытые, напорные), барабанные фильтры, центрифуги	1
			Нейтрализация	Нейтрализаторы различного типа	3
			Окисление	Окислительные установки  с использованием активного хлора, озона, кислорода	2; 3
			Экстракция	Несколько ступеней экстракционных установок	3 (орг. вещ.)

 

 

Методика  расчета допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах предприятия  при сбросе стоков в водоём   

 Для расчета допустимых концентраций (С_доп,i) загрязняющих веществ в стоках необходимо:   

1) изучить технологический  процесс предприятия;   

2) установить категорию  водоёма (реки) и его гидрологические  параметры: ширину, глубину, коэффициент  извилистости, максимальный и минимальный расход воды, коэффициент турбулентного обмена;   

3) определить вид загрязняющих  веществ и распределить их  на группы по лимитирующим  показателям вредности (см. табл. 1, 2);   

4) определить фоновые концентрации С_ф,i каждого загрязняющего компонента в речной воде (500 м выше сброса стоков).   

 Для каждого загрязняющего  вещества рассчитать ориентировочную  допустимую концентрацию в стоках С_ф,i, мг/л, по формуле:                                     

  ,                     (1)

где g – коэффициент смешения сточной и речной воды; Q – расход воды в реке, м³/с; q – расход сточных вод предприятия, м³/с; ПДК_i – предельно допустимая концентрация рассматриваемого компонента в речной воде данной категории (по справочным данным), мг/л; С_фi – фоновая концентрация компонента, мг/л.   

 Если в одну группу лимитирующих  показателей вредности входят  два или несколько загрязняющих  компонентов, то эффект их отрицательного  действия усиливается.   

 Для учета совместного влияния  загрязняющих веществ каждой  группы на флору и фауну водоёма рассчитывается ожидаемая концентрация каждого загрязняющего вещества С_ожид,i, мг/л, которая будет действовать в створе реки на 500 м ниже сброса стоков после смешения сточных вод с речной водой.

                                    (2)   

 При расчете С_ожид,i нужно учесть, что эта величина не должна превышать ПДК_i .   

 Сумма отношений ожидаемых  концентраций загрязняющих веществ  в створе реки к соответствующим  нормативным показателям (ПДК)  не должна превышать единицы:

.                               (3)   

 Если сумма больше  единицы, то производится корректировка С_ожид каждого компонента в сторону уменьшения. Допустимая концентрация каждого загрязняющего вещества в стоках после очистных сооружений рассчитывается по формуле:

.                        (4)   

 По этой величине  оценивается эффект очистки сточных  вод предприятия на очистных  установках:

,                                               (5)

где _Сфакт,i – концентрация загрязняющего вещества в сточной воде данного предприятия до очистных сооружений, мг/л.   

 Исходя из эффекта  очистки и вида загрязняющих  веществ разрабатывается схема  очистки стоков и подбирается  очистное оборудование.

 

Основные методы очистки сточных вод  
и типы очистного оборудования   

1. Механические  методы очистки (предварительные) предназначены для очистки производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод от крупных плавающих твердых примесей, взвешенных частиц, а также прочих загрязнителей: нефтепродуктов, нерастворимых металлов и их соединений размером от 10^-2 до 10^-4 см.   

 Основные типы оборудования: отстойники, фильтры, песколовки, нефтеловушки.    

1.1. Отстой (седиментация) – естественный процесс выделения из воды грубодисперсных примесей (ГДП, диаметр частиц d 10^-5 см) путем осаждения под влиянием сил тяжести или всплывания частиц: , где 10ⁿ –дисперсность частиц Д, для ГДП Д 10⁵.

Отстойники классифицируются в зависимости от расхода сточных  вод и конструктивных особенностей (рис. 1.1.)                                 

 а                            б                                в

           

Рис. 1.1. Отстойники: а  – вертикальный, б – горизонтальный, в – радиальный: 1 – подача сточной  воды; 2 – выпуск очищенной воды.   

 Каждый вид отстойников  наиболее эффективен в определенном  диапазоне расходов стоков. Вертикальные отстойники целесообразно применять при производительности Q 10 000 м³/сут, горизонтальные 5 000 м³/сут, радиальные 20 000 м³/сут. Эффект очистки Э по взвешенным веществам: вертикальные отстойники – Э = 40 50 %, горизонтальные – Э = 50%, радиальные – Э = 50 60%.   

 Интенсификация процесса  отстаивания воды достигается  путем предварительной обработки  ее реагентами, способными образовывать  с водными загрязнениями агрегаты  большой гидравлической крупности.  К ним относятся: гидроксиды  тяжелых металлов, активный ил, пузырьки газов.    

 1.2. Фильтрация применяется для частичной и глубокой очистки сточных вод от ГДП, дестабилизированных коллоидов и высокомолекулярных загрязнений

(Д 10⁵).   

 Фильтры (рис. 1.2) представляют  собой емкость, изготовленную из различных материалов (металл, бетон, железобетон). Внутренний объем фильтра заполняется различным материалом, могут быть использованы природные материалы (песок, опилки, дробленый гравий, уголь, доменный шлак, мраморная крошка) и искусственные (полистирол, полипропилен и др.).

Рис. 1.2. Принципиальная  схема фильтрующей установки: 1 –  подача сточной воды; 2 – выпуск  очищенной воды

 

    Эффект  очистки Э = 80 %. Однако загрузку надо периодически промывать (не менее 2-х раз в сутки), либо полностью менять, а загрязненную загрузку утилизировать или отправлять на захоронения.    

1.3. Сепарация – выделение из воды загрязняющих веществ в поле центробежных сил. К аппаратам подобного типа относятся центрифуги и гидроциклоны (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема гидроциклонов: а – напорный, б – безнапорный; подача сточной воды; 2 – отвод очищенной воды; 3 – отвод осадка

 

    В  системах водоочистки центрифугирование  применяется, главным образом,  при обезвоживании осадка, а гидроциклоны  – для очистки воды от ГДП.   

 Эти устройства  особенно эффективны, когда плотность  ГДП существенно отличается от  плотности воды – песок, металлическая  и каменная пыль, окалина, жиры, масла и пр. Эффект очистки  достигает 90 %.   

 Для гидроциклонов  упрощенной конструкции Q =100 120 м³/ч., для многоярусных значительно выше.   

2. Физико-химические  методы очистки предназначены для очистки сточных вод от мелкодисперсных коллоидных соединений, а также веществ и молекулярной и ионной форме. К ним относятся очистка методом  флотации, коагуляции с последующим осветлением, сорбции, экстракции, ионного обмена, реагентные методы.   

2.1. Флотация основана на прилипании частиц загрязнений к пузырькам воздуха, которыми искусственно насыщается вода. Пузырьки воздуха, с прилипшими к ним загрязнениями, всплывают и на поверхности образуют пену, насыщенную загрязнениями, которую удаляют. Процесс флотации протекает в 8–10 раз быстрее, чем отстаивание, и заканчивается в течение 10–15 мин.   

 Слипание пузырьков  газа с грязевыми частицами протекает наиболее интенсивно, если загрязнения гидрофобны (масла, нефтепродукты, угольная пыль др.).   

 В практике очистки  производственных стоков наибольшее  распространение получила напорная  флотация (рис. 1.4), при которой воздух  под давлением растворяется в воде.