- дефицитом пресной воды.
- исчерпанием обезвреживающей (самоочищающей и разбавляющей) способности водоемов, в которые сбрасываются сточные воды.
- экономическими преимуществами по сравнению с очисткой сточных вод до соответствующих нормативов, позволяющих их сброс в открытые водоёмы.
34. Каковы основные методы обессоливания воды?
Хорошо освоенным и широко применяемым методом обессоливания является дистилляция (как и в природе испарение воды). Для обессоливания морской воды используются установки единичной мощностью от 15 до 40 тыс.м3/сут. Основной их недостаток - большой расход энергии: лучшие из них расходуют не менее 0,02 Гкал на 1 м3 получаемой воды.
В южных странах и в Среднеазиатских республиках для опреснения солёных вод в основном для питьевых целей используют солнечную энергию.
В отдельных случаях для удаления солей применяют вымораживание. Известно, что при медленном охлаждении соленой воды из неё в первую очередь вымораживаются кристаллы льда, практически не содержащего солей.
Весьма перспективными и уже получившими широкое распространение методами удаления солей являются мембранные - электродиализ и обратный осмос. Электродиализ основан на направленном переносе ионов диссоциированных солей в поле постоянного тока через селективные мембраны из естественных или синтетических материалов. Метод позволяет разделять не только сточные воды на обессоленную чистую воду и концентрированный раствор солей, но и раствор солей на кислоты, щёлочи и другие составляющие. За рубежом метод электродиализа широко применяется для обессоливания воды. Обычно мощность установок составляет 150-250м/сут, однако уже действуют установки производительностью 20 и даже 400 тыс. м3/сут.
Во всех странах мира широкое распространение получило обессоливание воды с применением ионитов. Несмотря на значительные успехи в развитии методов химического обессоливания воды и дистилляции ионный обмен до сих пор остается основным методом приготовления глубокообессоленной воды для АЭС и ТЭС с паровыми котлами высокого, сверхвысокого и критического давления, а также для получения ультрачистой и обессоленной воды для химической, электронной и некоторые других отраслей промышленности.
Появление таких методов обессоливания воды, как электродиализ и обратный осмос, не ослабил интереса к ионообменному обессоливанию. Надо полагать, что на ближайшие 10-15 лет этот метод будет самым распространенным и экономически наиболее предпочтительным методом глубокого обессоливания воды со средней степенью минерализации (содержание солей до 2 г/л).
Основными недостатками общепринятых технологических схем ионообменной очистки является значительное количество солей, образующихся при регенерации ионообменных фильтров (к извлекаемым из очищаемой воды солям прибавляется в 2-4 раза большее количество солей от регенерации ионообменных смол).
Экономический анализ показывает, что при использовании дистилляционного опреснения целесообразно применение высокопроизводительных станций (мощностью несколько десятков тыс.м3/сут) и сильноминерализованных вод (более 10 г/л). Мембранные методы обессоливания в настоящее время целесообразно применять для опреснения вол с содержанием солей до 15 г/л. Электродиализ и обратный осмос позволяют получать воду относительно низкой стоимости на установках малой и средней ( до нескольких тыс.м3/сут) производительности. В ряде случаев хорошие результаты достигаются при комбинации методов: дистилляции и электродиализа или обратного осмоса, ионного обмена или обратного осмоса и электродиализа и др.
Переработка рассолов и рапы. Все обессоливающие установки наряду с очищенной пресной водой производят определенное количество растворов со значительной концентрацией солей - рассолов и даже рапы. Эти концентрированные растворы должны быть либо утилизированы в производственных процессах, либо подвергнуты дальнейшему концентрированию до получения твердых солей с последующим их использованием или безопасным захоронением.
В ряде водооборотных схем, разработанных и внедренных в нашей стране, выделенные при очистке сточных вод вещества широко используются для получения товарной продукции. Следует, однако, отметить, что в целом проблема переработки рассолов и рапы решается крайне медленно. В то же время без решения данной проблемы может замедлиться создание замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятии. В любой замкнутой системе водоснабжения неизбежно накапливаются соли, которые должны быть выведены и переработаны, и чем больше замкнутых систем промышленного водопотребления будет создано, тем более острой будет проблема переработки этих рассолов и рапы.
35. Какой метод очистки воды от солей в природе имеет наибольшее значение?
Огромное значение для очистки воды в природе имеет естественное испарение. Оно происходит с поверхности водных объектов, растений, льда, снега и т. д. за счет энергии, получаемой Землей от Солнца. Испарение идет тем интенсивнее, чем больше разница между количеством пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре, и его фактическим содержанием в воздухе. Ему способствует ветер.При испарении вода очищается, освобождается от растворенных и нерастворенных примесей. Таким образом в атмосфере оказывается чистая вода ( до 99%). Мировой океан является гиганским испарителем и источником «чистой» воды. Хорошо освоенным и применяемым в быту методом обессолевания является дистилляция, основанная на принципах естественного испарения.
36. Каковы основные методы очистки воды от орг. примесей?
Основным методом очистки сточных вод от органических примесей является биологическое окисление (аэробное в присутствии кислорода и анаэробное в его отсутствие). Процесс биохимической очистки по своей сути - природный, его характер одинаков для процессов, протекающих как в водоёмах и очистных сооружениях, так и в сосудах для определения ВПК. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов (таких, как водоросли и грибы), связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями. Это сообщество принято называть активным илом. Последний содержит от 106 до 1014 клеток на 1 г сухой биомассы (около 3000 мг микроорганизмов на литр сточной воды).
Аэробный процесс. Для жизнедеятельности живых организмов необходимо поддерживать соответствующие условия:
- температура процесса 20-З0 С;
- рН среды 6,5-7,5;
- соотношение биогенных элементов БПКП : N : Р не более 100 : 5 : 1;
- кислородный режим на уровне не ниже 2 мгО2/л;
- содержание токсичных веществ не выше (тетраэтилсвинца 0,001 мг/л, соединений бериллия, титана, шестивалентного хрома и оксида углерода 0,01 мг/л, соединений висмута, ванадия, кадмия и никеля 0,1 мг/л, сульфата меди 0,2 мг/л, цианистого калия 2 мг/л)
Все органические соединения окисляются по-разному. Первичные спирты окисляются легче вторичных, а вторичные - легче третичных.
Биохимическая (аэробная) очистка, сточных вод проводится в специальных сооружениях: аэротенках, окситенках, биофильтрах, биологических прудах и т.д. На аэробную очистку направляются сточные воды с содержанием органических веществ (по БПК) до 5000 мгО2/л; конечная их концентрация - до 10 мгО2/л. Принципиальные схемы широко распространённых одно- и трехкоридорных аэротенков.
Анаэробный процесс.
В этом случае происходит биологическое окисление органических веществ в отсутствие молекулярного кислорода за счёт химически связанного кислорода в таких соединениях как SO2-4, SО32- и СО32-. Процесс протекает в две основные стадии; на первой образуются органические кислоты, на второй образовавшиеся кислоты преобразуются в метан и диоксид углерода:
Анаэробный процесс весьма чувствителен к залповым сбросам, а восстановление микрофлоры может продолжаться от 1 до 6 месяцев, хотя в нормальных условиях микрофлора может храниться 12-18 месяцев и начать работать в течение нескольких дней.
В анаэробном процессе по сравнению с аэробным образуется значительно меньше шлама - примерно 1/3-1/5 от его количества в случае аэробного процесса. Он значительно дешевле (нет аэраторов), но в связи с образованием метана взрыво- и пожароопасен.
Основная цель анаэробной обработки - уменьшение объёма активного ила или количества органических веществ в сточной воде, получение метана и самое главное получение хорошо фильтрующегося и без запаха осадка. Осадки после фильтрации могут быть использованы в качестве удобрения в растениеводстве при условии, что содержание тяжёлых металлов в них не превышает ПДКП. Получаемый в метан-тенках газ содержит до 75%(об.) метана (остальное - диоксид углерода и воздух) и используется в качестве горючего.
37. Какова природа аэробной биохимической очистки воды?
В этом случае происходит биологическое окисление органических веществ в отсутствие молекулярного кислорода за счёт химически связанного кислорода в таких соединениях как SO2-4, SО32- и СО32-. Процесс протекает в две основные стадии; на первой образуются органические кислоты, на второй образовавшиеся кислоты преобразуются в метан и диоксид углерода:
Анаэробный процесс весьма чувствителен к залповым сбросам, а восстановление микрофлоры может продолжаться от 1 до 6 месяцев, хотя в нормальных условиях микрофлора может храниться 12-18 месяцев и начать работать в течение нескольких дней.
В анаэробном процессе по сравнению с аэробным образуется значительно меньше шлама - примерно 1/3-1/5 от его количества в случае аэробного процесса. Он значительно дешевле (нет аэраторов), но в связи с образованием метана взрыво- и пожароопасен.
Основная цель анаэробной обработки - уменьшение объёма активного ила или количества органических веществ в сточной воде, получение метана и самое главное получение хорошо фильтрующегося и без запаха осадка. Осадки после фильтрации могут быть использованы в качестве удобрения в растениеводстве при условии, что содержание тяжёлых металлов в них не превышает ПДКП. Получаемый в метан-тенках газ содержит до 75%(об.) метана (остальное - диоксид углерода и воздух) и используется в качестве горючего.