книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

Реакция хлора с раствором едкого натра происходит так:

2NaOH + С2 NaCl + NaCIO + Н2О.

Поглощение хлора происходит в водных растворах солей. Реагируя с водой, хлор образует соляную и хлорноватистую кислоты:

H2О + Сl2 = HCL + НСlO.

Диоксид серы, будучи восстановителем, реагирует с хлорноватистой кислотой и окисляется до серной кислоты.

НСlO+ SО2 = НС1 + SО2; SО2 + H2О.

Процесс протекает в абсорберах любого типа, наиболее эффективное поглощение хлора происходит при интенсивном турбулентном режиме. При применении щелочных поглотителей улавливается 75– 90 % хлора, потери сорбента составляет около 30 %.

Осуществляют также тонкую очистку газа твердыми поглотителями. Применяют синтетические цеолиты. Процесс происходит в адсорбционных аппаратах колонного типа. Поглотительная способность 100 г цеолита – 6 г хлористого водорода. Десорбцию хлористого водорода осуществляют нагреванием его до 300–800 ° С или продувкой сухим воздухом. Хлор и его соединения активно адсорбируются активированным углем. В присутствии воды хлор гидролизуется с образованием хлористого водорода:

2С1 + С2О – 2 СlO + НС1,

2НСlO 2HCl + Q2.

Хлористый водород жадно поглощается водой. Процесс применяют для очистки выбросов, а также в промышленных целях.

Фтористые соединения, подлежащие улавливанию из выбросов в атмосферу, образуются главным образом при переработке фосфатов для получения суперфосфата.

Газы, содержащие фтористые соединения, отсасываются ваку- ум-насосами от технологического оборудования и подаются в распылительные башни. Газы промывают 10–15%- ным раствором соды. После первой промывки в газе остается менее 1 % фтора от начального количества.

181

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г., Швыдкий Д.В. Теоретические основы очистки газов: учебник для вузов. – М.: Машиностроение-1,

2001. – 502 с.

2.Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности: учебник для вузов. – Калуга: Изд-во Н.Ф. Бочкаревой, 2000. – 800 с.

3.Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Эколо-

гия. – М.: Изд-во МГУИЭ, 2000. – 504 с.

4.Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: учебник: в 2 кн. / под ред. В.Г. Айнштейна. – М.: Логос: Высшая школа, 2002. – Кн. 1 – 912 с. Кн. 2 – 872 с.

5.Ветошкин А.Г. Техника защиты окружающей среды. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 2003. – 180 с.

6.ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны. ГН 2.2.5.686-98. –

М.: Минздрав, 1998. – 116 с.

7.Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г. Очистка газов: справочное издание. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 640 с.

8.Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 1–3. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003.

9. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: Высшая школа,

1998. – 287 с.

10. Киселев В.Н. Основы экологии. – Минск: Унiверсiтэцкае, 1998. – 367 с.

11.Петров К.М. Общая экология. – СПб.: Химия, 1998. – 352 с.

12.Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-тех- нологического и природоохранного оборудования: справочник. Т. 1–3. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2006. – 996 с.

182

ГЛАВА 9. ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВА СТОЧНЫХ ВОД

9.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Водопользование – юридически обусловленная деятельность граждан и юридических лиц, связанная с использованием водных объектов.

Водопотребление – использование воды абонентом (субабонентом) на удовлетворение своих нужд.

Водоснабжение – технологический процесс, обеспечивающий забор, подготовку, транспортировку и передачу абонентам питьевой воды.

Водоотведение – технологический процесс, обеспечивающий прием сточных вод абонентов с последующей передачей их на очистные канализационные сооружения.

Сточные воды (СВ) – это воды, изменившие физико-химические и химические свойства в результате их использования в бытовой и производственной деятельности человека и требующие отведения.

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим основным признакам:

–по источнику происхождения;

–дисперсности;

–концентрации загрязняющих веществ;

–химическим свойствам загрязняющих веществ;

–кислотности среды;

–токсическому действиюзагрязняющихвеществ на водные объекты По источнику происхождения можно выделить следующие виды

сточных вод:

–хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся в жилых помещениях, а также в бытовых помещениях на производстве, например, столовые, душевые кабины, туалеты и др.;

–поверхностные (ливневые) сточные воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков, которые делят на дождевые

италые;

–промышленные сточные воды, образующиеся в технологических процессах или при добыче полезных ископаемых:

–условно-чистые сточные воды – вода для охлаждения оборудования, паровой конденсат;

–производственные сточные воды, подразделяющиеся на потоки (низко- и высококонцентрированные, содержащие токсичные вещества

ит.п.);

184

–городские сточные воды – бытовые сточные воды, отводимые от помещений, или их смесь с частично очищенными производственными и/или поверхностными сточными водами.

Природные и сточные воды представляют собой сложные дисперсные системы. Все примеси воды по отношению к дисперсионной среде можно разделить на четыре группы:

–воды, содержащие нерастворимые в воде мелкодисперсные примеси, взвеси, обусловливающие мутность воды. Размер частиц примесей – 10 –6 –10 –4 м и более. Взвеси образуют глинистые вещества, ил, мелкий песок, малорастворимые гидроксиды металлов, малорастворимые органические вещества и др.;

–сточные воды, содержащие гидрофильные и гидрофобные коллоидные растворы, а также высокомолекулярные вещества и детергенты. Размер частиц – 10 –8 –10 –7 м;

–воды, содержащие растворенные газы и растворимые органические вещества как биологического происхождения, так и входящие

в состав промышленных сточных вод. Размер частиц – 10 –9 –10 –8 м;

– сточные воды, содержащие ионные примеси. Образуют гомогенные растворы. Размер частиц – 10 –10 –10 –9 м.

Природные воды и сточные воды химических, нефтехимических, целлюлозно-бумажных производств обычно содержат твердые частицы (волокна, пластмассы, каолин, глину, каучук, кристаллы солей и др.), а также жидкие эмульгированные примеси (нефть, нефтепродукты, смолы и т.п.). Поверхность этих частиц может быть гидрофильна или гидрофобна.

Размеры частиц могут изменяться в широких пределах (табл. 9.1).

185

СНиП 2.04.02–84 дает следующую классификацию вод по количеству взвешенных веществ: маломутные – до 50 мг/л; средней мутности – 50–250 мг/л; мутные – 250–1500 мг/л; высокомутные – свыше 1500 мг/л. Предельное содержание взвесей в воде питьевой – 1,5 мг/л.

В зависимости от фазово-дисперсного состава примесей и содержания взвешенных веществ в сточных водах можно подобрать определенный набор методов очистки сточных вод.

По составу и химическим свойствам загрязняющих веществ сточные воды делят:

–на загрязнённые по преимуществу минеральными примесями;

–загрязнённые по преимуществу органическими примесями;

–загрязнённые как минеральными, так иорганическими примесями. По кислотности среды:

–на неагрессивные (pH 6,5–8);

– слабоагрессивные (слабощелочные – pH 8–9 и слабокислые –

pH 6–6,5);

– сильноагрессивные (сильнощелочные – pH > 9 и сильнокис-

лые – pH < 6).

По токсическому действию и действию загрязнителей на водные объекты, содержащие вещества:

–влияющие на общесанитарное состояние водоёма (например, на скорость процессов самоочищения);

–изменяющие органолептические свойства (вкус, запах и др.);

– токсичные для человека и обитающих в водоёмах животных и растений.

Поконцентрациизагрязняющих веществ ссодержанием примесей:

– 1–500 мг/л;

– 500–5000 мг/л;

– 5000–30000 мг/л;

–более 30000 мг/л.

9.2.ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТОЧНЫХ ВОД

ИПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Основные характеристики сточных вод:

–количествосточныхвод, характеризуемоерасходом, л/с, м3/ч, м3/сут;

–концентрация загрязняющих веществ, мг/л, г/м3;

186

– неравномерность поступлений СВ на очистные сооружения (среднесуточные и среднегодовые колебания объема и состава сточных вод). Определяется неравномерностью поступления СВ по часам суток в году.

Основные показатели загрязнения воды. Интегральные показатели загрязнения сточных вод

Взвешенные вещества (ВВ) – грубодисперсные нерастворимые примеси, которые задерживаются на крупнопористом бумажном фильтре («белая», «розовая» лента).

Для оценки состава взвешенных веществ (минерального или органического происхождения) определяются потери при прокаливании (500–600 ° С) из высушенной пробы ВВ.

Потери при прокаливании – 50 % и более, ВВ представлены в основном органической формой. Потери при прокаливании – 30 % и менее, ВВ представлены минеральными примесями.

Сухой остаток (СО) характеризует общее содержание примесей в воде (взвешенные, коллоидные и растворенные малолетучие вещества), определяется гравиметрическим методом.

Основные операции – выпаривание пробы, высушивание при 103–105 ° С или 178–182 ° С, взвешивание пробы.

Прокаленный остаток характеризует содержание неорганических веществ в СВ. Показатель определяют при прокаливании сухого остатка при 600 ° С.

ХПК – химическое потребление кислорода (мгО/л) – потребление кислорода на окисление органических соединений и неорганических веществ, обладающих восстановительными свойствами – сульфиды, сульфиты, тиосульфаты, нитриты, железо (II), цианиды и др.

Величина ХПК – кислородный эквивалент загрязняющих органических веществ в сточных водах. ХПК определяют в нефильтрованной и фильтрованной пробах сточной воды.

Значение ХПК в фильтрованной пробе характеризует содержание растворенных органических веществ, разность показателей – содержание органических соединений во взвешенных веществах.

БПК – биохимическое потребление кислорода (мгО2/л), определение количества кислорода потребляемого на дыхательную деятельность микроорганизмов.

187

Метод анализа основан на имитации процессов самоочищения в водоеме. БПК характеризует содержание в сточной воде биоразлагаемых органических веществ.

БПКполн – биохимическая потребность в кислороде при проведении биохимического окисления пробы воды до начала нитрификации, т.е. до полного окисления органических веществ. БПКполн совпадает с БПК20 – потребление кислорода за 20 суток инкубации пробы. БПК5 – биохимическое потребление кислорода за 5 суток инкубации пробы.

Вхозяйственно-бытовойводеБПК5 составляет60–70 % отБПКполн. Разность между ХПК и БПКполн характеризует содержание биоре-

зистентных примесей в сточных водах, для городских СВ – содержание ингредиентов промышленных СВ.

Отношение БПК5/ХПК характеризует долю биорезистентных примесей в сточной воде. При отношении БПК/ХПК более 0,5–0,7 целесообразно применение биохимических методов очистки СВ. При отношении БПК/ХПК менее 0,4 необходима предварительная очистка СВ фи- зико-химическими методами.

Содержание биорезистентных примесей оценивается экспериментально в лабораторных условиях при аэрировании сточных вод с активным илом в течение 28 суток и контролем величины ХПК. Остаточное значение ХПКхарактеризует содержание биорезистентных примесей впробе.

При выборе метода очистки важными показателями являются также содержание в воде нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов, неорганических анионов – хлорид-ионов, сульфат-ионов, нитрат- и нит- рит-ионов, фосфат-ионов.

9.3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

Природные и сточные воды представляют собой сложные дисперсные системы.

Чаще всего концентрация мелкодисперсной и коллоидной фазы в сточных водах относительно невелика (0,2–1 %), поэтому сточные воды могут быть отнесены к свободнодисперсным коллоидным системам.

Природные воды

В природных водах, подлежащих очистке и использующихся для технических целей и питьевого водоснабжения, концентрация нерастворимых коллоидно-дисперсных и взвешенных веществ (песка, ила, глины и др.) составляет 3–10 г/дм3.

188

Мутность и цветность природных вод обусловлены наличием в них мелкодисперсных глинистых частиц и высокомолекулярных гумусовых соединений. Источником окрашенных веществ в природных водоемах являются почва, торф, дубильные вещества, экстрагируемые водой из растений. Гумусовые соединения представляют собой комплекс органических веществ – продуктов конденсации ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин. Источником ароматических соединений могут быть структурные единицы, освобождающиеся при биохимическом разложении целлюлозы, лигнина и дубильных веществ, а источником азотсодержащих соединений – протоплазма микроорганизмов, участвующих в процессах распада и синтеза органических соединений. Почвенные гумусовые вещества – это специфические высокомолекулярные, полифункциональные, азотсодержащие соединения циклического строения и кислотного характера.

Наличие в структуре молекул гуминовых и фульвокислот карбоксильных и аминных групп придает им свойства амфотерных полиэлектролитов, состояние которых в растворе значительно зависит от рН среды. В слабощелочной среде (рН 7,5–8,5) они образуют ассоциаты под действием ионов жесткости, катионов металлов, размеры которых могут достигать 8–20 нм, или агрегаты в форме вытянутых листочков, длина которых составляет 9–10 нм.

Молекулярная масса гуминовых кислот, по данным различных исследований, колеблется в широких пределах – от 290–350 до 30–50 тыс. Мицеллярные массы ассоциатов гуминовой кислоты в водных растворах – 3700–8200 г/моль. Химический состав гуминовых соединений можно представить следующими брутто-формулами:

C88H71O33N2, С74Н58О29 N, С66Н59О30N4, С78Н58О34N3.

Общим для этих веществ различного происхождения является наличие ароматического ядра, карбоксильных (–COOH), карбонильных (– СОН) метоксильных (–OCH 3) групп, гидроксилов (–OH) спиртового и фенольного характера и амидогрупп (–CONH 2).

Гуминовые кислоты и фульвокислоты в зависимости от состава воды и величины рН могут образовывать истинные растворы, коллоидные и малорастворимые вещества.

189

В слабокислой среде недиссоциированные и малорастворимые гумусовые вещества образуют коллоидные системы, в слабощелочной среде – растворимые гуматы и фульваты с ионами щелочных металлов, малорастворимые гуматы кальция.

Дубильные вещества находятся в растениях в виде комплекса веществ, включающих полифенолы, танниды, растворимые и нерастворимые в воде. Несмотря на многообразие химического состава дубильных веществ, общим для них является наличие ароматических колец с двумя или тремя оксигруппами, что дает право считать их производными многоатомных фенолов. Молярная масса дубильных веществ составляет 2000 г/моль и выше, они аморфны, легко окисляются с образованием темноокрашенных веществ, содержащих фенолкарбоновые кислоты.

Промышленные сточные воды

Качественный и дисперсный состав сточных вод разнообразен даже для одного и того же производства и зависит от вида сырья и получаемой продукции.

Так, сточные воды пищевой промышленности содержат в основном белки, углеводы и жиры. В сточных водах сахарных заводов находятся взвешенные примеси сахара, уксусная и пропионовая кислоты, сапонин. Стоки консервной промышленности, молочных заводов, мясокомбинатов, кожевенной промышленности несут огромное количество взвешенных и растворенных веществ органического происхождения.

Специфическими загрязнителями сточных вод текстильных производств являются алифатические и ароматические соединения: этиловый эфир, масляная кислота, амиловый эфир, амиловый спирт, глицерин, ацетон, анилин, бензол, аминокислоты и углеводы, красители.

Количество и качество стоков предприятий по переработке каменного и бурого угля с целью получения специальных продуктов (смол, каменноугольных масел, бензола) и улучшенных видов топлива (кокса, генераторного газа) характеризуются сложным и переменным составом, зависящим от исходного сырья, разнотипности технологических процессов и различных режимов переработки.

Характерная особенность сточных вод термической переработки угля – присутствие больших количеств фенола (до 7–10 г/л), высокоокрашенных веществ. При газификации бурого угля в сточных водах содержатся: пирокатехин, ацетальдегид, ацетон, уксусная, пропионовая, масляная и валерьяновая кислоты, ацетонитрил, этиламин, пропиламин, пиридин, пиколин и др.

190