Главные экологические новости в новом выпуске Обзора...
- Главная
- О нас
- Проекты
- Статьи
- Регионы
- Библиотека
- Новости
- Календарь
- Общение
- Войти на сайт
Источниками водоснабжения в большинстве регионов страны являются поверхностные воды рек и озер, на долю которых приходится 65-68 % от общего объема водозабора [11]. В поверхностных водах наряду с природной составляющей все в большем количестве присутствуют техногенные загрязнения. Состав таких вод зависит от многих факторов: времени года, количества осадков, наличия притоков, режима работы промышленных и сельскохозяйственных предприятий.
Повсеместное загрязнение примесями антропогенного и техногенного происхождения обусловлено поступлением в них неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод, хозяйственно-бытовых и промышленных, талых и ливневых вод с водосборов. Большую долю загрязнений поверхностных вод составляют взвешенные вещества. Это, как правило, частицы минерального и органического происхождения, находящиеся в воде во взвешенном или коллоидном состоянии. Взвеси попадают в воду в результате смыва с берегов дождевыми и талыми водами песчаных и глинистых частиц и в результате размыва русла рек. Они ухудшают качество воды, неблагоприятно сказываются на режиме перемещения потока, материале трубопроводов, приводя к их заиливанию [10].
Для очистки воды от взвешенных веществ используют механические и физико- химические методы. К первым относятся процеживание, отстаивание, центрифугирование и фильтрование, ко вторым — коагуляция и флотация.
Фильтровальные сооружения могут использоваться в качестве второй ступени осветления в схеме с отстойником или осветлителем или как самостоятельное сооружение в схемах безотстойного фильтрования [9]. Применяемые на сегодняшний день в российской практике водоочистки традиционные фильтровальные материалы характеризуются большим удельным весом, значительным гидравлическим сопротивлением, приводящим к большим затратам энергии, а также эксплуатационными затратами. А в ряде случаев они не способны обеспечивать требуемый эффект очистки. Многие применяемые загрузки, например, полистирол, плохо регенерируются [5]. В связи с этим поиск новых фильтровальных материалов, пригодных к внедрению в технологические схемы производства, является весьма актуальным.
Основными источниками загрязнения поверхностного стока взвешенными веществами являются пыль, аэрозоли, промышленные выбросы, частицы несгоревшего топлива, продукты разрушения дорожных покрытий, мусор и т. д. Так, например, удельный внос взвешенных веществ с дождевыми стоками из городов Европы плотностью населения около 100 чел./га составляет 2500 кг/(га • г) [3].
По солесодержанию поверхностные сточные воды можно отнести к слабоминерализованным, в осеннее-весенний период характерной их особенностью является низкая температура от 1 °С до 10 °С. Из специфических загрязнений наиболее часто в поверхностных сточных водах присутствуют поверхностно-активные вещества, соединения азота, фосфора, соли тяжелых металлов [6].
Взвешенные вещества, содержащиеся в поверхностном стоке, большей частью имеют минеральное происхождение (песок, глина, глинистые частицы, частицы руд и шлаков, нерастворимые соли). К органической части взвесей можно отнести коллоидные гумино- вые соединения, продукты распада органического вещества [10]. В поверхностном стоке содержится от 60 до 85 % частиц с гидравлической крупностью от 0,3 до 0,45 мм/с [4].
Присутствующие в исходной воде вирусы весьма малого размера под влиянием электростатических сил сорбируются на мелких глинистых частицах и вместе с ними переносятся с током воды. Кроме того, эти частицы сорбируют ионы растворенных веществ, вступая в ряде случаев с ними в ионообменные реакции. При поступлении в организм со взвешенными веществами вирусы начинают играть роль инфекционного агента. Также, посредством взвесей, десорбируются и вступают во взаимодействие с внутренней средой организма и ионы растворенных веществ. Этим объясняются высокие гигиенические требования к содержанию взвешенных веществ в питьевой воде. Следует также отметить, что в России, в соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды, содержание взвешенных веществ не должно превышать 1,5 мг/дм3 (в период паводка до 2,0 мг/л) [13].
Кроме того, запрещен спуск сточных вод, содержащих взвешенные вещества, со скоростью их выпадения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и более 0,2 мм/с для непроточных.
Требования, предъявляемые к качеству воды, используемой на промышленных предприятиях, иногда бывают более строгими, чем для воды, используемой для хозяйственных нужд. Поэтому для производственного водоснабжения может потребоваться дополнительная более тонкая очистка воды.
Очистку вод от основной массы грубоди- сперсных примесей осуществляют в сооружениях, принцип работы которых основан на действии гравитационных сил. К ним относят отстойники, песколовки, гидроциклоны, осветлители. Для более тщательной очистки применяют фильтры различной конструкции [8].
Помимо механических методов очистки воды (процеживание, отстаивание, фильтрование, центрифугирование) применяют также физико-химические, например, коагуляция, флокуляция и флотация
Отстаивание применяют для выделения из сточных вод твердых или жидких примесей под действием гравитационных сил. Для этого используют различные аппараты и сооружения: песколовки, первичные и вторичные отстойники, нефтеловушки, илоуплотните- ли и др.
Современные конструкции сооружений по отстаиванию являются, как правило, проточными, и осаждение взвесей в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. Скорости движения воды при этом малы, а поток почти полностью лишен транспортирующей способности. Осаждение взвеси в таком потоке подчиняется с известным приближением законам осаждения в неподвижном объеме жидкости.
Как правило, сточные воды, содержащие взвешенные примеси, имеют частицы различной формы и размера. На характер осаждения частиц влияют их размеры, форма, плотность, степень шероховатости их поверхности, режим движения воды и ее вязкость, условия обтекания и сопротивления среды и др. [8].
Сточные воды представляют собой полидисперсные агрегативно-неустойчивые системы, в которых наблюдается стесненное осаждение, сопровождающееся столкновением частиц, трением между ними, изменением их формы, плотности и других физических свойств.
Скорость стесненного осаждения меньше скорости свободного осаждения вследствие возникновения восходящего потока жидкости и большей вязкости среды.
Песколовки предназначены для удаления из воды тяжелых минеральных примесей (главным образом песка); обычно улавливают частицы размером от 0,15 до 0,30 мм. Песколовки подразделяют на:
горизонтальные (с прямолинейным или круговым движением воды);
вертикальные;
песколовки с винтовым (поступательно- вращательным) движением воды.
Отстойники являются основными сооружениями механической очистки сточных вод, используются для удаления оседающих или всплывающих грубодисперсных веществ органического происхождения.
В зависимости от назначения в технологической схеме очистной станции отстойники подразделяются на первичные, устанавливаемые в начале технологической схемы перед сооружениями биологической или физико- химической очистки, и вторичные — в конце схемы после биологической очистки.
По режиму работы различают отстойники периодического действия (контактные) и непрерывные (проточные). Первые применяются для очистки малых объемов сточных вод, вторые — для очистки любых объемов загрязненных вод.
По направлению движения воды отстойники подразделяют на:
Часто в обычных отстойниках устанавливают тонкослойные блоки различной конструкции с элементами полочного и трубчатого типа, изготавливаемые, например, из профилированного листа. Применение тонкослойных элементов дает возможность сократить продолжительность отстаивания и, следовательно, объем отстойников. Тонкослойные отстойники позволяют значительно интенсифицировать процесс осаждения взвесей, на 60 % уменьшить площадь застройки и на 25-30 % повысить эффект осветления воды по сравнению с обычно применяемыми отстойниками.
К отстойникам относят и осветлители, где одновременно с отстаиванием сточная вода фильтруется через слой взвешенного осадка, а также комбинированные сооружения — осветлители — перегниватели и двухярусные отстойники, в которых наряду с осветлением воды осуществляется сбраживание и уплотнение выпавшего осадка.
Эффект отстаивания определяют по формуле:
С - С Э = — ^100,
н
где С , Ск — начальная и конечная концентрация примесей в воде соответственно.
Эффективность удаления взвесей из горизонтальных и радиальных отстойников достигает 60 %, вертикальных от 40 до 50 %.
Для повышения эффективности осаждения в воду вводят коагулянты и флокулянты.
Сущность метода фильтрования заключается в пропускании жидкости, содержащей мелкодиспергированные примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твердых частиц. Кроме тонкодиспергированных веществ на фильтрационных установках извлекают масла, нефтепродукты, смолы и др. При этом движущей силой процесса является разность давлений до и после фильтрующей перегородки [8]. Частицы задерживаются поверхностью зерен под действием молекулярных, электростатических или сил химического сродства и адсорбции.
Механизм извлечения частиц из воды может включать следующие составляющие: механическое процеживание, гравитационное осаждение, инерционное захватывание, химическую и физическую адсорбцию, адгезию, коагуляционное осаждение и биологическое выращивание. В общем случае указанные составляющие могут действовать совместно, а процесс фильтрования состоит из трех стадий:
перенос частиц к поверхности фильтрующего слоя;
прикрепление к поверхности;
отрыв от поверхности.
Процесс фильтрования сопровождается значительными затратами энергии, и в большинстве случаев является последним этапом осветления воды, который производится после ее предварительного отстаивания в отстойниках, осветлителях или других сооружениях.
Фильтры с зернистой загрузкой можно классифицировать по ряду основных признаков:
по скорости фильтрования: медленные (от 0,1 до 0,3 м/ч), скорые (от 5 до 12 м/ч) и сверхскоростные (от 36 до 100 м/ч);
по давлению, под которым они работают: открытые (безнапорные), закрытые (напорные);
по направлению фильтрующего потока: однопоточные (обычные скорые фильтры), двухпоточные (фильтры АКХ, ДДФ), многопоточные;
по крупности фильтрующего материала: мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые;
по числу фильтрующих слоев: однослойные, двухслойные, многослойные.
По характеру механизма задержания взвешенных частиц различают два вида фильтрования:
фильтрование через пленку (осадок) загрязнений, образующуюся на поверхности фильтрующего слоя;
фильтрование без образования пленки загрязнений.
В первом случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем образуется слой загрязнений, который также является фильтрующим материалом. Такой процесс характерен для так называемых медленных фильтров, которые работают при малых скоростях фильтрования.
Во втором случае фильтрование (объемное) происходит в толще слоя загрузки, где частицы загрязнений удерживаются на зернах фильтрующего материала силами прилипания, величина которых зависит от свойств фильтрующего материала, скорости потока, температуры воды, свойств примесей. Такой процесс характерен для скорых фильтров [8].
Для скорых фильтров используют открытые (самотечные) или закрытые (напорные) резервуары с восходящим или нисходящим потоком. В скорых безнапорных фильтрах в качестве фильтрующей загрузки кроме песка применяют пенополистирол, керамзит, горелые породы. Их применяют как при реа- гентных, так и безреагентных методах обработки воды. Напорные скорые фильтры представляют собой стальные вертикальные или горизонтальные резервуары, загруженные кварцевым песком слоем 1 м и работающие под давлением 0,6 МПа.
Перспективным направлением в технике является разработка фильтров с плавающей загрузкой [7]. В них используются гранулы вспененного пенополистирола с очень низкой плотностью. Вспененные гранулы обладают достаточной механической прочностью, стойки к действию кислот и щелочей. Они позволяют работать с более загрязненной водой и с большей скоростью фильтрования, упростить регенерацию загрузки и отказаться от использования дополнительных насосов и емкостей для промывной воды.
У крупной загрузки меньше удельная поверхность, чем у мелкой, поэтому у нее слабее поверхностная энергия, способная удерживать загрязнения.
На процесс осветления оказывает большое влияние заряд взвешенных частиц. Если они заряжены одноименно с зарядом поверхности зерен фильтрующего слоя, то частицы будут плохо задерживаться фильтром.
При накоплении осадка гидравлическое сопротивление зернистого слоя увеличивается, и потери напора растут. По мере фильтрования наступает момент, когда потери напора в фильтрующей загрузке достигают максимально возможных.
Скорость фильтрования (м/ч) характеризует интенсивность процесса. По мере загрязнения загрузки уменьшается ее порозность и увеличивается гидравлическое сопротивление, т. е. потерянный напор, при достижении определенного значения которого, фильтр следует отключать на регенерацию.
Это достигается подачей промывной воды через фильтрующую загрузку снизу вверх со скоростью, превосходящей скорость фильтрования (в 7-10 раз), что вызывает взрыхление фильтрующей загрузки и приводит к ее отмывке. В целях экономии промывной воды часто отмывку загрузки от загрязнений осуществляют с воздухом.
Продолжительность промывки фильтра обычно составляет от 7 до 8 мин. Интенсивность подачи промывочной воды принимается в зависимости от вида используемого фильтрующего материала [8].
Время, в течение которого определенная загрузка способна осветлять воду до заданных показателей, называется временем защитного действия фильтрующей загрузки. Количество загрязнений, задерживаемых в процессе фильтроцикла, представляет собой грязеемкость фильтра [8].
Выделяют следующие методы интенсификации фильтрационного процесса на зернистых загрузках:
фильтрование в направлении убывающей крупности зерен загрузки, а также ее укрупнение с одновременным увеличением высоты слоя с целью снижения интенсивности прироста потерь напора за счет рассредоточения загрязнений в возможно большем его объеме;
применение различных способов предварительной обработки воды с целью увеличения плотности и прочности задерживаемых фильтром загрязнений, более равномерного их распределения в толще фильтрующего слоя;
применение для загрузки фильтров зернистых материалов с высокой межзерновой пористостью и развитой удельной поверхностью.
Каждый из методов в зависимости от конкретных условий обеспечивает повышение производительности в 1,5-3 раза [2].
Загрузка механического фильтра должна удовлетворять многим требованиям. Наиболее важны ее гидравлические характеристики, которые определяются плотностью частиц фильтровального материала, их размерами, формой, фракционным составом. Слой мелких частиц имеет большую удельную поверхность и малые размеры поровых каналов, поэтому хорошо удаляет загрязнения. В тоже время он оказывает большое сопротивление при фильтрации и быстро забивается взвесями. Поскольку скорость псевдоожижения мелких частиц незначительна, то оказывается невозможным удалить загрязнения из загрузки. Слой из крупных частиц имеет низкую эффективность, но большую грязе- емкость. Одновременно с этим, чем тяжелее и крупнее загрузка, тем большая скорость и расход воды требуется для промывки.
Кроме этого, загрузка должна быть прочной, не измельчающейся при фильтровании и взрыхлении, не выделяющей загрязнений, а также дешевой. Поэтому выбор фильтрующего материала и его фракционного состава является компромиссным решением.
Фильтрующие загрузки располагаются на поддерживающих слоях гравия, щебня или пористого материала с тем, чтобы мелкий фильтрующий материал не вымывался из слоя и не уносился вместе с потоком воды [9].
Выделяют следующие виды фильтров:
зернистые (фильтрующий слой — кварцевый песок, дробленый антрацит, керамзит, шлак, пенополистирол, магномасса и др.);
сетчатые (фильтрующий слой — сетка с размером ячеек 40 мкм);
тканевые (фильтрующий слой — хлопчатобумажные, льняные, суконные, стеклянные или капроновые ткани);
намывные (фильтрующий слой — древесная мука, диатомит, асбестовая крошка и др. материалы, намываемые в виде тонкого слоя на каркас из пористой керамики, металлической сетки или синтетической ткани).
В практике водоочистки наибольшее применение находят зернистые материалы. Зернистый фильтрующий слой выполняют из отсортированного материала, чаще всего речного кварцевого песка крупностью от 0,5 до 2,0 мм. Зерна фильтрующей загрузки характеризуются эффективной величиной зерен и коэффициентом неоднородности загрузки, которые получают в результате ситового анализа. Эффективная величина зерен соответствует калибру сита, через которое проходит 10 % данного песка. Фильтрующий материал, кроме того, должен обладать механической прочностью и химической стойкостью [8].
Традиционными загрузками механических фильтров являются кварцевый песок и дробленый антрацит. В последние годы отечественная промышленность обеспечила выпуск материалов более высокого качества — керамзитовый гравий, горелые породы, гидроантроцит, фильтрантрацит, стеклоще- бень.
В России имеются большие запасы естественных пористых материалов: туфа, пемзы, шлаков. В отличие от кварцевого песка природные цеолиты (клиноптилолит, морденит, эрионит, шабазит) обладают несколько меньшей плотностью (около 2 г/см3), большими пористостью и удельной поверхностью [2].
Также используется фильтрующий материал из горелых пород. Горелые породы имеют плотность около 2,4 г/см3 и поэтому могут быть использованы в сооружениях как с нисходящим, так и с восходящим потоком воды. По грязеемкости и скорости фильтрации, продолжительности фильтроциклов она существенно превосходит кварцевую загрузку [2].
Перспективным является применение в качестве фильтровальных загрузок различных полимерных материалов, обладающих достаточной механической прочностью, химической стойкостью, высокой пористостью. Уже длительное время довольно широко применяются фильтры с плавающей пенополиуретановой загрузкой [7]. Важным преимуществом фильтрующей среды из пенополиуретана является возможность регулирования его структурных характеристик путем предварительного сжатия или растяжения материала. Удельная поверхность материала изменяется при этом обратно пропорционально изменению его объема, пористость же остается практически постоянной.
Механическая очистка фильтрованием воды через вертикальную жесткую полимер- бетонную пористую перегородку обеспечивает наибольшую степень очистки жидкости от взвесей различного происхождения
Литература при малом гидравлическом сопротивлении. Полимербетонные перегородки при малых габаритах и массе имеют высокую грязеем- кость и легко очищаются при обратном токе жидкости. Применение фильтров с полимер- бетонной загрузкой позволяет значительно уменьшить размеры станций очистки стоков, в большинстве случаев они могут успешно заменить традиционные устройства механической очистки, такие, как песколовки, контактные осветлители и отстойники [7].
Аракчеев, Е. П. Очистка сточных вод тепловых электростанций / Е. П. Аракчеев, В. Н. Покровский. — М.: Энергия, 1980. — 256 с.
Аюкаев, Р. И. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды: Справ. пособие / Р. И. Аюкаев, В. З. Мельцер — Л.: Стройиздат, Ленинград. отделение, 1985. — 120 с.
Алексеев, Л. С. Контроль качества воды / Л. С. Алексеев. — М.: ВШ, 2004. — 153 с.
Журба, М. Г. Разработка и внедрение водоочистных комплексов поверхностного стока / М. Г. Журба, Ж. М. Говорова, О. Б. Говоров и др. // Водоснабжение и сан. техника. — 2003. — № 3. — С. 25-29.
Зильберман, Р. Р. Очистка поверхностного стока / Р. Р. Зильберман, В. Г. Понамарев, И. С. Чучалин // Вода и экология: проблемы и решения. — 2004. — № 2. — С. 16-22.
Кичигин, В. И. Исследование физико — химических характеристик поверхностного стока населенных пунктов / В. И. Кичигин // Водоснабжение и сан. техника. — 2002. — № 11. — С. 28-32.
Кореневский В. И. Полимербетонные фильтры для очистки сточных вод / В. И. Кореневский, Г. В. Кореневский // Экология и промышленность России. — 2002. — № 10. — С. 6-8.
Комарова, Л. Ф. Инженерные методы защиты окружающей среды / Л. Ф. Комарова, Л. А. Кор- мина. — Барнаул: ГИПП Алтай, 2000. — 391 с.
Кульский, Л. А. Основы химии и технологии воды / Л. А. Кульский. — Киев: Наукова Думка, 1991. — 568 с.
Молоков, М. В. Очистка поверхностного стока с территорий городов и промышленных площадок / М. В. Молоков, В. Н. Шифрин. — М.: Сройиздат, 1977. — 104 с.
Рябчиков, Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования / Б. Е. Рябчиков — М.: ДеЛи принт, 2004. — 301 с.
СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. — М.: Стройиздат, 1986. — 72 с.
СНиП 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.
![]() |
|
---|---|
1 год 26 недель назад YВMIV YВMIV |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,580 | |
1 год 28 недель назад Гость ![]() |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,580 | |
1 год 28 недель назад Гость ![]() |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,580 | |
2 года 4 недели назад Евгений Емельянов |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,580 | Возможно вас заинтересует информация на этом сайте https://chelyabinsk.trud1.ru/ |
1 год 28 недель назад Гость ![]() |
Ситуация с эко-форумами в Бразилии Смотрели: 6,169 | |