Методы и средства очистки воды

Образующиеся на промышленных предприятиях сточные воды должны перед сбросом в водоемы или городскую канализацию очищаться до нормативного качества. Требования к загрязнен­ности воды вредными веществами при сбросе в водоемы и кана­лизацию различны. При сбросе в канализацию и на городские очистные сооружения они менее жесткие. Содержание вредных веществ в сточных водах определяются установленными для предприятия предельно допустимыми сбросами.

Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистки промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в атмосфере разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происхо­дит хуже. Поэтому требуется глубокая очистка сточных вод, тем более что водная экосистема очень ранима и чувствительна к за­грязнениям.

Защита водной среды от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств:

• рациональным размещением источников сбросов и орга­низацией водозабора и водоотвода;

• разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций путем организации специально организо­ванных и рассредоточенных выпусков;

• применением средств очистки стоков.

С целью стимулирования предприятий к качественной очи­стке собственных стоков целесообразно организовать водозабор на технологические нужды ниже по течению реки, нежели сброс сточных вод. Если для технологических нужд требуется чистая вода, предприятие будет вынуждено осуществлять высокоэффек­тивную очистку собственных стоков.

Методы очистки сточных вод можно подразделить на меха­нические, физико-химические и биологические.

Для очистки сточных вод от взвешенных частиц (механиче­ских частиц, частиц жиро-, масло- и нефтепродуктов) применя­ют процеживание, отстаивание, обработку в поле центробежных сил, фильтрование и флотацию.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют в верти­кальных и наклонных решетках, ширина прозоров которых 15...20 мм, и волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток и волокноулавителей осуществляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

Песколовки применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм.

Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточных вод более мелких взвешенных частиц или жировых ве­ществ.

Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах. Механизм действия гидроциклонов аналогичен механизму действия газоочистных циклонов.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мел­кодисперсных примесей как на начальной, так и конечной ста­диях очистки. Наиболее часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц фильтроматериала. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п.

Метод флотации заключается в адсорбировании примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены, который удаляют.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых метал­лов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Применяются разнооб­разные физико-химические методы, из которых наиболее распро­странены электрофлотационные, коагуляционные, реагентные (разновидность реагентного метода – нейтрализация), электро­химические, электродиализные, ионообменные.

Электрофлотация находит широкое применение для удаления маслопродуктов и мел­кодисперсных взвесей. Осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, между парами электродов (железных, стальных, алюминиевых). В результате электролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность.

Коагуляция – это физико-химический процесс агломерации мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под дейст­вием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирова­ния устраняется мутность воды. В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, прежде всего суль­фат алюминия, для ин­тенсификации процесса хлопьеобразования применяют синтети­ческие высокомолекулярные вещества-флокулянты, основным из которых является полиакриламид. Коагуляция осуществляет­ся посредством перемешивания воды с коагулянтами в хлопьеобразующих камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточ­ных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения, уда­ляемые затем одним из описанных выше методов удаления взве­сей и осветления воды. Этот метод находит применение для очи­стки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т.д.

Разновидностью реагентного метода является процесс ней­трализации сточных вод. Согласно действующим нормативным документам, сбросы сточных вод в системы канализации насе­ленных пунктов и в водные объекты допустимы только в случа­ях, если они характеризуются величиной рН = 6,5...8,5. В том случае, если рН сточных вод соответствует кислой (рН < 6,5) или щелочной (рН > 8,5) реакции, сточные воды подлежат ней­трализации, под которой понимают снижение концентрации в них свободных Н⁺ или ОН^--ионов до установленных в указан­ном интервале значений рН. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде щелочных реа­гентов (оксида кальция, гидрооксида натрия, кальция, магния и др.). Нейтрализация щелочных стоков – добавлением минераль­ных кислот – серной, соляной и др. В процессе нейтрализации важно добавить ровно столько реагента, чтобы осуществить ней­трализацию, не изменив при этом показатель рН в противопо­ложную сторону. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами перемешивания.

Сущность ионообменной очистки сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые различаются на катионитовые – имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего водорода Н⁺), и анионитовые – имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаше всего гидроксильную группу ОН^-). При прохождении сточной воды подвижные ионы смолы заменяются на ионы со­ответствующего знака токсичных примесей. Регенерация (восстановление сорбирующей способности при насыщении смолы токсичными ионами) осу­ществляется промывкой кислотой (катионитовая смола) или ще­лочью (анионитовая смола). При этом токсичные ионы замеща­ются соответствующими катионами или ионами (Н⁺, ОН^-), а токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

В электрокоагуляционных установках может быть реализо­ван метод электрохимической очистки сточных вод. Таким ме­тодом можно очищать от ионов тяжелых металлов, цианидов.

Электродиализный метод очистки используют для удаления из малоконцентрированных сточных вод минеральных солей (в том числе солей тяжелых металлов), а также при переработке высо­коконцентрированных сточных вод (отработанных технологиче­ских растворов) с целью выделения из них ценных продуктов для последующего использования. Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием прило­женного к ней электрического поля. Для очистки сточных вод используют электрохимически активные ионитовые мембраны. Наиболее распространены гетерогенные ионитовые мембраны, представляющие собой тонкие пленки, изготовленные из раз­мельченной в порошок ионообменной смолы. В зависимости от того, из какой смолы сделана мембрана, различают катионитовые и анионитовые мембраны. Первые способны пропус­кать через себя лишь катионы вредных примесей, а вторые – анионы.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные ор­ганические соединения в качестве источника питания в процес­сах своей жизнедеятельности. При этом органические соедине­ния окисляются до воды и углекислого газа. Биологическим пу­тем очищаются многие виды органических соединений городских и производственных сточных вод. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-коричневую или черную жид­кую массу, обладающую землистым запахом. С биологической точки зрения активный ил – это скопление аэробных бактерий в виде зоогелей. Кроме микробов в иле могут присутствовать про­стейшие (в аэротенках), в биопленке (биофильтры) – черви, ли­чинки насекомых, водные клещи.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) или в специальных сооружениях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Биологический фильтр – это очистное сооружение, заполненное загрузочным материалом, через кото­рый фильтруется сточная вода и на поверхности которого разви­вается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроорганизмов.

Крупные промышленные предприятия имеют различные производства (механообрабатывающее, гальваническое, литей­ное, окрасочное, кузнечное и т.д.), которые дают различный состав загрязнения сточных вод. Поэтому водоочистные соору­жения таких предприятий выполнены следующим образом. От­дельные производства имеют свои локальные очистные соору­жения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфи­ку загрязнения и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в емкости-усреднители, а из них в централизованную систему, где производится дальнейшая очистка стоков до достижения концентрации вредных веществ уровня предельно допустимых значений, установленных для предприятия. Возможны и иные варианты системы водоочист­ки в зависимости от конкретных условий на предприятии.

Как видно, методов и средств аппаратного обеспечения очи­стки сточных вод много и они разнообразны, причем очистка от одного и того же загрязнения может быть обеспечена различны­ми методами, выбор которого зависит от опыта разработчика, эксплуатационных, финансовых и других требований и возмож­ностей.

Обеспечение качества питьевой воды

Трудовой коллектив предприятия, организации должен быть обеспечен качественной питьевой водой. Требования к качеству питьевой воды определяются СанПиН 2.1.4.1074-01. Качество питьевой воды зависит от источника водоснабжения – город­ской водопровод, открытый водоем, артезианская скважина. Ка­чество водопроводной воды может быть неудовлетворительным по причине плохой водоподготовки, изношенности водопровод­ных труб. Подземные воды из артезианских скважин могут так­же не удовлетворять требованиям к питьевой воде, например, со­держать много железа и т.д.

Если предприятие удалено от населенных мест, люди трудят­ся в автономных условиях (геологи, строители, вахтовики на нефте- и газопромыслах и т. д.) может использоваться либо при­возная вода или вода из открытых водоемов – рек, озер. Вода открытых водоемов может не соответствовать, что чаще всего бывает, требованиям к качеству питьевой воды.

Во всех случаях несоответствия качества питьевой воды нор­мативам она должна дополнительно очищаться и подготавли­ваться до требований СанПиН 2.1.4.1074-01.

Водоподготовка для снабжения питьевой водой отдельных зданий, рабочих поселков, предприятий может осуществляться в универсальных модульных компактных системах, серийно вы­пускаемых промышленностью и позволяющих получать питье­вую воду высокого качества из любых подземных и открытых водоемов. Установки для подготовки питьевой воды используют методы, аналогичные применяемым при очистке сточных вод.

Для получения питьевой воды при заборе из подземных и открытых водоемов, подвергшихся химическому загрязнению и бактериальному заражению, может применяться комплекс «Кас­кад», состоящий из модулей обеззараживания, химической обра­ботки, фильтрования и адсорбции. Такой комплекс автономен, имеет свою электросиловую установку и очень удобен для снаб­жения водой питьевого качества крупных автономных предпри­ятий, строек, поселков и т. д.

Для обессоливания воды применяются опреснительные электродиализные установки. Для обеззараживания воды все шире находят применение установки ультрафиолетово­го обеззараживания, в которых под действием жесткого бактери­цидного ультрафиолетового излучения уничтожаются опасные и болезнетворные бактерии и микроорганизмы.

Средства индивидуальной защиты человека от химических и биологических негативных факторов

В системе мероприятий по охране труда большое значение имеет обеспечение работающих средствами индивидуальной за­щиты (СИЗ) от проникновения в организм человека вредных и опасных химических веществ и микроорганизмов ингаляцион­ным (через органы дыхания), пероральным (через рот и органы пищеварения) путем и через кожу, а также защиты кожных по­кровов и глаз от вредного воздействия.

При наличии в воздухе вредных веществ и микроорганизмов в количестве, превышающем ПДК, а также при вероятности их появления в ходе производственных процессов в результате не­исправностей оборудования и аварий необходимо пользоваться СИЗ органов дыхания, а в случае наличия веществ, действую­щих через кожу, также СИЗ кожи.

СИЗ органов дыхания подразделяются на два основных класса:

- фильтрующие

- и изолирующие.

Фильтрующие СИЗ наиболее просты, надежны и не ограни­чивают работающему свободу передвижения. К фильтрующим СИЗ относятся: респираторы, противогазы, фильтрующие само­спасатели.

Условия применения фильтрующих СИЗ ограничены. Запре­щается их использование в следующих случаях:

• объемная доля кислорода в воздухе менее 18 %;

• в воздухе содержатся вещества, защита от которых не пре­дусмотрена инструкцией по эксплуатации;

• концентрация вредных веществ в воздухе превышает мак­симальные значения, предусмотренные инструкцией по эксплуатации;

• в воздухе содержатся неизвестные вредные вещества, а также низкокипящие и плохо сорбирующиеся органиче­ские вещества, такие как метан, этан, бутан, этилен, аце­тилен и пр.

Выбор СИЗ фильтрующего действия в значительной степени зависит от условий, в которых они должны эксплуатироваться, агрегатного состояния вредных веществ в воздухе, их концен­трации.

Респираторы могут быть разнообразных видов в зависимости от состава вредных веществ, их концентрации и требуемой степени защиты. Наиболее широкое распространение получили противопылевые респираторы, они не защищают органы дыхания от газов, паров и легковоспламеняю­щихся веществ.

При необходимости защиты органов дыхания от вредных га­зов и паров применяются респираторы, состоящие из резиновой полумаски и поглощающих газы патронов и предназначенные для защиты от вредных веществ при концентрациях, не превы­шающих 10...15 ПДК. Респираторы могут обеспечивать защиту органов дыхания не только на производстве, но и в бытовых условиях при проведении лакокрасочных, ремонтных работ, на приусадебном участке – при работе с порошкообразными удобрениями и ядохими­катами, а также при разбрызгивании жидких удобрений и ядохимикатов.

Промышленные противогазы предназначены для защиты орга­нов дыхания, лица и глаз от вредных веществ, присутствующих в воздухе. В зависимости от применяемых коробок противогаз мо­жет защищать от газов (паров) вредных веществ (с поглощающи­ми коробками), от аэрозолей вредных веществ (с фильтрующи­ми коробками) и одновременно от газов (паров) и аэрозолей вредных веществ (с фильтрующе-поглощающими коробками).

Фильтрующе-поглощающие и поглощающие коробки для противогазов и патроны для респираторов выпускаются различ­ных марок в зависимости от конкретных строго определенных вредных веществ в виде паров (газов). Марка коробки и патрона указывается на их корпусе.

Изолирующие противогазы и самоспасатели. Действие изоли­рующих противогазов и самоспасателей основано на использо­вании химически связанного кислорода. Они имеют замкнутую маятниковую схему дыхания: выдыхаемый человеком воздух попадает в регенеративный патрон, в котором поглощаются выде­ленный человеком углекислый газ и пары воды, а взамен выде­ляется кислород. Затем дыхательная смесь попадает в дыхатель­ный мешок. При вдохе газовая смесь из дыхательного мешка снова проходит через регенеративный патрон, дополнительно очищается и поступает для дыхания.

Изолирующие противогазы обеспечивают бо­лее длительное время работы в них, чем изолирующие самоспа­сатели, более комфортные условия работы, являются средствами многократного применения при условии замены регенеративно­го патрона после каждого использования противогаза.

Отличительной особенностью изолирующихсамоспасателей является то, что уже в заводской упаковке они полностью готовы к применению.

Для включе­ния самоспасателя с целью обеспечения защиты необходимо несколько секунд. Поэтому они применяются в случаях ава­рий и непредусмотренных технологиче­ским процессом выделениях (выбросах) вредных веществ.

При выделении вредных веществ и микроорганизмов (вирусов, бактерий и т. д.), которые могут проникать (зара­жать) человека через кожные покровы, применяются изолирующие комплекты. Такие комплекты состоят из комбинезона с капюшоном, рукавиц и снабжаются дыхательным ап­паратом.