Промышленная экология методы и способы защиты воздушного бассейна

Вид материала

Документы

Содержание Процессы восстановления в технологии очистки сточных вод. Основные характеристики и свойства ионитов. Электрохимические методы очистки сточных вод. Метод электрохимического окисления на аноде. Электрохимические методы переработки высококонцентрированных сточных вод. Баромембранные процессы. Низконапорный обратный осмос и нанофильтрация Мембраны. Свойства и характеристики. Мембранные аппараты и установки. Основные принципы создания бессточных систем водопользования. Предотвращение отложений и коррозии в системах оборотного водоснабжения, стабилизационная обработка оборотной воды 3. Промышленные отходы Отходы производства Опасные отходы

Подобный материал:

• Типовая програма курса «охрана воздушного и водного бассейна» 36 часов теоретическая, 277.8kb.
• Задачи исследования : Изучить экологическое состояние воздушного бассейна в районе, 403.46kb.
• Промышленная экология) учебно­-методический комплекс по дисциплине Прикладная экология, 384.12kb.
• Экология зоопланктона разнотипных водоемов бассейна Верхней Волги, 761.39kb.
• Комплекс технических средств физической защиты стационарного объекта со стороны воздушного, 26.78kb.
• Тематика рефератов по дисциплине «охрана воздушного и водного бассейна», 11.38kb.
• Тематика курсовых работ по дисциплине «охрана воздушного и водного бассейна», 6.52kb.
• Н. Т. Шумской на заседании Экологического Совета при министерстве 22 сентября 2010, 141.12kb.
• Темы рефератов История становления науки "Экология", 18.77kb.
• Математическое моделирование течения высоковязких жидкостей с маловязким пристенным, 225.73kb.

Процессы восстановления в технологии очистки сточных вод.

Процессы восстановления применяются для очистки сточных вод от токсичных соединений, которые в восстановленной форме менее токсичны или могут быть выделены из сточных вод в виде труднорастворимых соединений. Широкое применение этот метод получил для очистки сточных вод от солей хромовых кислот – хроматов и бихроматов, часто используемых при химической и электрохимической обработке металлических изделий (хромирование, пассивирование, травление, хроматирование, анодирование, электрохимическое полирование).

физико-химические методы очистки сточных вод.

Ионообменные методы очистки сточных вод. Применение ионного обмена в технологии очистки сточных вод позволяет обеспечить любую заданную степень извлечения загрязняющих примесей, в ряде случаев утилизировать извлекаемые ценные вещества и повторно использовать очищенную воду в производстве.

Основные характеристики и свойства ионитов. В настоящее время в технологии очистки, опреснения или обессоливания, а также умягчения сточных и природных вод применяются в основном синтетические ионообменные смолы. Они представляют собой нерастворимые в воде сшитые полимерные цепочки (матрицы) с фиксированными на каркасе активными ионогенными группами, имеющими заряд. Матрица полимера с фиксированными отрицательными ионами представляет собой полианион, а с положительными – поликатион. Заряд полииона нейтрализуется расположенными внутри полимера ионами противоположного знака (противоионами), которые могут вступать в реакцию двойного обмена с ионами того же знака заряда, находящимися в растворе. Таким образом, если фиксированные ионы несут отрицательный заряд, то ионит способен к обмену катионов и называется катионитом, если положительный – то ионит способен к обмену анионов и называется анионитом.

Физически иониты представляют собой гранулы (зерна) полимеров правильной (сферической) или неправильной форм размером 0,2 – 1,5 мм.

Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т.е. возможность проведения реакций обмена в обратном направлении, на чем основана возможность их регенерации.

Процесс ионного обмена протекает в несколько стадий:

1 – диффузия ионов раствора через пограничную пленку жидкости к поверхности зерна ионита (внешняя диффузия);

2 – диффузия ионов внутрь зерна ионита (внутренняя диффузия);

3 – химическая реакция обмена ионов из раствора на противоионы функциональных групп ионитов;

4 – диффузия противоинов из объема зерна к его поверхности;

5- диффузия противоинов от поверхности зерна ионита в раствор.

На кинетику ионного обмена оказывают влияние такие факторы, как температура, степень исчерпания обменной емкости ионита, особенности его структуры и др.

Органические мономеры (типа стирола), используемые для синтеза ионитов, гидрофобны. Поэтому матрица ионита не проявляет способности к набуханию. Однако, после введения ионогенных групп, являющихся гидрофильной составляющей ионита, последний при контакте с водой (раствором) поглощает заметные количества воды (растворителя) и набухает, увеличиваясь в объеме в 1,5 – 3 раза.

Ионообменная очистка сточных вод производится последовательным контактированием их с катионитами и анионитами.


Катионирование. При контакте воды с Н-катионитом происходит обмен катионов растворенных в воде солей на Н - ионы катионита:



а при контакте с катионитом с в Na-форме – обмен катионов из воды на Na-ионы катионита:



где: (К) – радикал или «скелет» катионита;

Ме – извлекаемый катион металла;

n – валентность металла.

Электрохимические методы очистки сточных вод.

Электрохимические методы очистки сточных вод включают: анодное окисление ряда органических и неорганических веществ, катодное восстановление некоторых химических соединений, электрокоагуляцию, электрофлотацию и электродиализ.

На анодном окислении основаны методы очистки сточных вод различных производств от цианидов, роданидов, нитросоединений, аминов, фенолов, азокрасителей, сульфидов, меркаптанов и т.д.

Методы катодного восстановления разработаны для удаления из сточных вод нитросоединений, антрахинонсульфкислот, а также для извлечения металлических меди, никеля, кадмия из концентрированных отработанных технологических растворов.

Электрохимические процессы с растворимыми стальными или алюминиевыми анодами (электрокоагуляция) широко применяются для очистки сточных вод от соединений 6-ти валентного хрома, ионов тяжелых металлов, фторидов.

Электрофлотация часто используется в сочетании с электрокоагуляцией при выделении из сточных вод мелкодисперсных, коллоидных примесей.

Электродиализ с применением ионитовых мембран широко используется для обессоливания (опреснения) природных и сточных вод, а также для извлечения веществ из отработанных технологических растворов гальванических и травильных производств и их регенерации для повторного использования.

Применение электрохимических методов целесообразно при относительно высокой электропроводности сточных вод, обусловленной наличием в них неорганических кислот, оснований, солей, при минимальной их концентрации 0,5 г/л.


Метод электрохимического окисления на аноде.

При электролизе сточных вод в бездиафрагменных электролизерах осуществляется ряд процессов: электрокоагуляция, электрофорез коллоидных частиц, электрофлотация, окисление на аноде.

Электрохимическим способом очищают небольшие количества сточных вод и отработанных технологических растворов от цианидов, роданидов, сульфидов при концентрациях их более 200 мг/л.

Электродиализ. Метод электродиализа может использоваться для удаления из сточных и природных соленых вод минеральных солей, а также для переработки высококонцентрированных сточных вод (регенерации некоторых отработанных технологических растворов).

Электродиализ – это процесс переноса ионов через мембрану под действием постоянного электрического поля. В электролитической ванне мембрана действует как ионный фильтр, пропуская из одной электродной камеры в другую лишь ионы, заряд которых совпадает со знаком заряда подвижных (обменных) ионов смолы, из которой изготовлена мембрана. Она непроницаема для ионов, знак заряда которых совпадает со знаком заряда неподвижных ионогенных групп.

Катионитовые мембраны пропускают только катионы, анионитовые – только анионы.

Процесс удаления солей из воды осуществляется в многокамерных аппаратах – электродиализаторах, камеры которых отделены друг от друга плоскими ионитовыми мембранами, расположенными параллельно относительно друг друга.

Метод электродиализа широко применяется для опреснения природных вод и может использоваться для очистки и обессоливания сточных вод.

Существенный недостаток метода – необходимость тщательного предварительного удаления взвешенных и коллоидных частиц, которые могут засорять мембраны, а также катионов кальция, образующих на мембранах отложения CaSO или CaCO₃, снижающих проницаемость мембран.

Электрохимические методы переработки высококонцентрированных сточных вод.

Электродиализ, в сочетании с электродными процессами позволяет перерабатывать многие виды концентрированных сточных вод с регенерацией ценных веществ: кислот, щелочей, металлов.

Баромембранные процессы. Обратный осмос

Обратным осмосом называется метод очистки и опреснения жидких сред (растворов), основанный на фильтровании воды под избыточным давлением через полупроницаемую мембрану, пропускающую молекулы воды, но задерживающую ионы растворенных в воде солей.

Если растворитель и раствор разделить полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы растворителя и задерживающей молекулы растворенного вещества, то растворитель начнет переходить через перегородку в раствор. Этот самопроизвольный переход молекул растворителя под действием разности концентраций называется осмосом. Осмос может быть объяснен тем, что концентрация молекул растворителя в единице его объема больше, чем концентрация молекул растворителя в единице объема раствора или тем, молекулы растворителя в растворе частично связываются молекулами растворенного вещества, образуя сольваты (в случае растворителя воды – гидраты).

Обратный осмос становится возможным при использовании полупроницаемых мембран, которые свободно пропускают молекулы воды, но задерживают 90 – 99% всех растворенных неорганических соединений, 95 – 99% органических веществ и 100% мельчайших коллоидных примесей, в т. ч. бактерии, вирусы, коллоидную кремниевую кислоту.

Низконапорный обратный осмос и нанофильтрация

Наряду с обратным осмосом в литературных источниках рассматриваются процессы низконапорного обратного осмоса и нанофильтрации. Эти процессы, в отличие от традиционного обратного осмоса, характеризуются более низкими величинами рабочего давления, а следовательно, и более низкими энергетическими затратами, но и более низкой селективностью. Применение этих процессов перспективно в технологиях глубокой доочистки сточных вод от растворенных примесей с целью их возврата на повторное использование. Или с целью предотвращения поступления в окружающую среду высоко токсичных веществ.


Ультрафильтрация.

Одним из важных этапов в развитии мембранных технологий было получение в 60-х годах ХХ века анизотропных мембран из ацетата целлюлозы, состоящих из очень тонкого активного верхнего слоя, постепенно переходящего в сравнительно крупный и прочный поддерживающий слой.

Ультрафильтрация – процесс мембранного разделения, а также фракционирования и концентрирования растворов. Он протекает под действием разности давлений (до и после мембраны) растворов высокомолекулярных (ВМС) и низкомолекулярных (НМС) соединений.

Ультрафильтрация заимствовала у обратного осмоса способы получения мембран, а также во многом подобна обратному осмосу по аппаратному исполнению. Отличие заключается в гораздо более высоких требованиях к отводу концентрированного у поверхности мембран вещества, способного формировать (в случае ультрафильтрации) гелеобразные слои и малорастворимые осадки.

Технологические возможности ультрафильтрации во многих случаях гораздо шире, чем у обратного осмоса. Так при обратном осмосе, как правило, происходит общее задерживание всех частиц.

Ультрафильтрацию, в отличие от обратного осмоса, используют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Например, для водных растворов принимают, что ультрафильтрация применима тогда, когда хотя бы один из компонентов системы имеет молекулярную массу от 500 и выше.

В традиционном плане ультрафильтрация рассматривается как метод разделения растворов, и, в первую очередь, как метод очистки растворов макромолекул и коллоидов от низкомолекулярных примесей. Аналогичную задачу можно решать диализом или электродиализом. Однако первый из этих методов характеризуется низкой интенсивностью и производительностью, а второй, будучи весьма эффективным, позволяет разделять лишь низкомолекулярные электролиты.

Мембраны. Свойства и характеристики.

Мембраны являются основной частью мембранных элементов, называемых модулями. Определяющей проблемой при реализации мембранных технологий является разработка и изготовление высококачественных полупроницаемых мембран, которые отвечали бы следующим основным требованиям:

- высокая разделяющая способность (селективность);

- высокая удельная производительность (проницаемость);

- химическая стойкость к действию среды разделяемой системы;

- неизменность характеристик в процессе эксплуатации;

- достаточная механическая прочность, отвечающая условиям монтажа, транспортирования и хранения мембран;

- низкая стоимость.

Мембранные аппараты и установки.

Простейшая мембранная система состоит из питающего насоса и мембранного модуля, соединенных последовательно. Очищаемая вода проходит через мембрану под давлением, а концентрат непрерывно удаляется через управляемый клапан. Отношение расхода очищенной воды к расходу подаваемой на установку называется коэффициентом выхода фильтрата и выражается в процентах.

Создать аппарат, который в полной мере удовлетворял бы всем требованиям, чрезвычайно трудно. Поэтому для каждого конкретного процесса разделения следует подбирать конструкцию аппарата, обеспечивающую наиболее выгодные условия проведения именно этого процесса.

Для производства ультрачистой воды, может быть использована двухступенчатая обработка воды («ступенчатый продукт»). При этом очищенная на первой ступени вода насосом подается на вторую ступень, где повторно обессоливается, чем достигается более глубокая степень её деминерализации.

Экономичность применения обратного осмоса возрастает при использовании его для концентрирования продуктов, содержащихся в промышленных сточных водах, например при извлечении солей тяжелых металлов (никеля, меди, кадмия и др.) из сточных вод цехов гальванопокрытий, а также нитратов из конденсатов производства азотных удобрений с целью последующей их утилизации.

Принципиально технология мембранной очистки сточных вод аналогична обработке природных вод. Специфика заключается лишь в более тщательной подготовке сточных вод перед подачей на мембранные установки. Очистка сточных вод без предварительной их обработки, обеспечивающей глубокое удаление взвешенных и мелкодисперсных примесей, может привести к механическим повреждениям мембран и износу питающих насосов.

Основные принципы создания бессточных систем водопользования.

Наиболее эффективный способ защиты водных объектов от загрязнения сточными водами промышленных предприятий заключается в создании замкнутых систем оборотного водоснабжения и переходе на бессточный режим водоиспользования, лучше всего отвечающий задаче сохранения природных ресурсов и защите окружающей среды.

При переходе на бессточные системы должен учитываться технико-экономический фактор. Достижение бессточности любыми средствами может приводить к непомерным капитальным и эксплуатационным расходам. Поэтому при проектировании систем водного хозяйства с переходом на бессточный режим водоиспользования должен предшествовать ряд мероприятий, направленных на максимальное внедрение безводных или маловодных технологических процессов производства, сокращение объемов водопотребления, количества сточных вод и утилизацию уловленных из сточных вод продуктов.

Под замкнутой системой водного хозяйства предприятия понимается такая система водопользования, когда основным источником водоснабжения являются очищенные производственные, бытовые и поверхностные сточные воды при исключении образования отходов и сброса сточных вод в водоёмы.

Свежая вода в этих случаях используется только на воспроизводство воды в системах, объем которых превышает количество очищенных производственных, бытовых и поверхностных сточных вод предприятия. Коэффициент использования свежей (забранной) воды в этом случае равен 100%.

В малоотходном производстве при отведении сточных вод в водоём система водного хозяйства предприятия оценивается коэффициентом использования свежей воды и коэффициентом использования воды в обороте, определяемом по формуле:



где: Q_СВ и Q_ОБ – количество свежей воды, забираемой из источника, и оборотной воды, м³/час.

Основными принципами создания замкнутых систем водного хозяйства промышленных объектов являются:

• применение новых, более совершенных технологических процессов производства товарного продукта, обеспечивающих максимально полную комплексную переработку сырьевых ресурсов, снижение водопотребления технологических процессов, создание локальных замкнутых систем технического водоснабжения, сокращение количества и загрязненности отводимых сточных вод, очистка которых для повторного использования может быть осуществлена экономичными методами;
  
• использование в качестве основного источника водоснабжения очищенных производственных, бытовых и поверхностных сточных вод, создание единой системы водного хозяйства, включающей водоснабжение, водоотведение и очистку сточных вод, как подготовку их для повторного использования;
  

- создание технически и экономически рациональной системы использования воды, включающей локальные технологические замкнутые системы водопользования и беспродувочную оборотную систему охлаждающего водоснабжения с соответствующей очисткой и подготовкой (стабилизацией) оборотных и продувочных вод;

• применяемые для очистки сточных вод методы должны обеспечивать извлечение и утилизацию ценных компонентов, и требуемое качество очищенных сточных вод, как по технологическим, так и по гигиеническим показателям, а также доведение образующихся отходов до товарного продукта или вторичного сырья.
  

Основой замкнутых систем водопользования являются локальные замкнутые системы технического водоснабжения. Чаще всего это использование воды в замкнутом цикле в одной и той же технологической операции.

Централизованные замкнутые системы технического водопользования предполагают использование очищенных сточных вод в нескольких технологических операциях.

Замкнутые системы охлаждающего водоснабжения могут быть как локальными для отдельных цехов, так и централизованными для всего предприятия в целом.

Предотвращение отложений и коррозии в системах оборотного водоснабжения, стабилизационная обработка оборотной воды

Оборотные системы водоснабжения на металлургических предприятиях подразделяются на две группы:

1. системы, в которых циркулирует чистая вода – условно чистые;
   
2. системы с циркулирующими очищенными сточными водами – так называемые загрязненные циклы.
   

Опыт эксплуатации систем газоочисток показывает, что аппараты и трубопроводы этих систем зарастают плотными солевыми отложениями. Из-за образования таких отложений возникают серьезные осложнения при работе оборотных систем водоснабжения газоочисток доменных печей, конвертеров, агломерационных фабрик, электрофферосплавных печей, использующих воду в замкнутых циклах. Толщина отложений бывает настолько велика, что вызывает нарушения работы агрегатов, снижает их производительность и, часто, служит причиной внеплановых остановок печей для очистки аппаратов газоочисток от отложений; в ряде случаев интенсивные отложения вынуждают отказываться от оборотных систем водоснабжения.

Установлено, что отложения состоят, в основном, из карбоната и сульфата кальция. В системах оборотного водяного охлаждения теплонагруженных деталей (в чистых циклах) образуются преимущественно отложения СаСО₃. Причиной их возникновения является сдвиг углекислотного равновесия под воздействием повышенной температуры.


3. Промышленные отходы

Отходы - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства.

Отходы производства - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства; вновь образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения. В отходы производства включаются вмещающие и вскрышные породы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, побочные и попутные продукты, отходы сельского хозяйства.

Все опасные отходы классифицируются по степени их вредного воздействия на человека и окружающую среду:

• отходы чрезвычайно опасные;
  

• особо опасные (высокоопасные);
  

• отходы опасные;
  
• отходы малоопасные.
  

Основные показатели статистики токсичных отходов:

Размещение (удаление) отходов - любая операция по хранению и захоронению отходов.

Опасные отходы - отходы, которые содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрывоопасностью, пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней, либо которые могут представлять непосредственную или потенциальную опасность для окружающей природной среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами;

обращение с отходами - деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортированию, размещению отходов;

размещение отходов - хранение и захоронение отходов;

хранение отходов - содержание отходов в объектах размещения отходов в целях их последующего захоронения, обезвреживания или использования;
захоронение отходов - изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую природную среду;

использование отходов - применение отходов для производства товаров (продукции), выполнения работ, оказания услуг или для получения энергии;