Лекция №8. Защита окружающей среды от загрязнений.

8.1 Защита атмосферы от газовых выбросов и пыли

      Цель защиты атмосферы от вредных выбросов и выделений:

• обеспечение концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны и приземном слое атмосферы равным или менее ПДК.
• обеспечение требований техники безопасности и санитарно-технических норм;
• уменьшение износа оборудования;
• возврат и использование ценных веществ.

     Цель достигается применением следующих методов и средств:

• рациональным размещением источников вредных выбросов по отношению к населенным зонам и рабочим местам;
• рассеиванием вредны веществ в атмосфере для снижения концентраций в приземном слое, удалением вредных выделений от источника образования посредством местной или общеобменной вытяжной вентиляции;
• применением средств очистки воздуха от вредных веществ;
• применением СИЗ.

     Рациональное размещение предусматривает максимально возможное удаление промышленных объектов-загрязнителей воздуха от населен ных зон, создание вокруг них санитарно-защитных зон; учет рельефа местности и преобладающего направления ветра при размещении источников загрязнений и жилых зон по отношению друг к другу.
      Основными параметрами систем очистки воздуха (газа) являются эффективность и гидравлическое сопротивление.
     Эффективность определяет концентрацию вредной примеси на выходе аппарата, а гидравлическое сопротивление — затраты энергии на пропуск очищаемых газов через аппараты. Чем выше эффективность и меньше гидравлическое сопротивление, тем лучше.
     Эффективность очистки в одном аппарате или системе аппаратов:

КПД = 1 – (С_вых / С_вх),

     где С_вых и С_вх — массовые концентрации примесей в воздухе до и после аппарата или системы аппаратов, мг/куб.м.
     Если эффективности одного аппарата недостаточно для обеспечения требуемой чистоты отходящего воздуха, последовательно ставят несколько газоочистных аппаратов, суммарную эффективность которых можно определить по формуле:

КПД = 1 – (1— КПД₁) (1— КПД₂).....(1— КПД_n) ,

     где КПД₁ , КПД₂ , … КПД_n — эффективность каждого аппарата в системе очистки.
     Зная концентрацию вредного вещества в очищаемом воздухе С_вх и установленный ПДВ, можно определить требуемую эффективность очистки газоочистного аппарата или их системы по каждому веществу по формуле:

КПД _треб. = 1 – (ПДВ / Q · С_вх),

     где Q — расход отходящего воздуха, куб. м /с; ПДВ, мг/с.

     Номенклатура существующих газоочистных аппаратов значительна, а их технические возможности позволяют обеспечивать высокие степени очистки отходящих газов практически по всем веществам.

8.1.1 Системы очистки газовых выбросов от пыли

     Для санитарной очистки газов от пыли применяются аппараты, различающиеся по конструкции и принципу осаждения частиц. Их подразделяют на четыре группы: «сухие» механические, «мокрые» механические, фильтры и электрофильтры.
     Основным исходным параметром при выборе типа пылеуловителя является дисперсный состав улавливаемой пыли. Большинство промышленных пылей подчиняется нормально-логарифмическому закону распределения частиц по размерам.

     1.Сухие пылеуловители

     К «сухим» механическим аппаратам относятся: осадительные камеры, циклоны, инерционные, жалюзийные, вихревые и динамические пылеуловители.
     Они отличаются простотой изготовления и эксплуатации. Однако эффективность улавливания пыли в них не всегда достаточ на, поэтому их используют в основном для предварительной очистки газов.

• Осадительные камеры. Эти пылеуловители представляют собой пустотелые или с горизонтальными полками камеры. В них используется гравитационное осаждение частиц размером >50 мкм при прохождении газа через объем аппарата со скоростью 0,2—0,8 м/с. При этом эффективность очистки составляет 80-90%.
• Циклоны. Циклоны являются наиболее распространенными аппаратами для очистки газов от пыли. Подводка газов может быть спиральной, тангенциальной, тангенциально-винтообразной.
  Циклоны бывают нескольких типов:
       Одиночные циклоны: цилиндрические (высокопроизводительные) и конические (высокоэффективные).
       Очищаемый газ из входного патрубка через винтообразный вход поступает в корпус циклона. Во вращающемся потоке под действием центробежных сил пылевые частицы сепарируются к периферии, а затем под действием силы тяжести собираются в пылевой бункер, выход из которого закрыт пылевым затвором. Более чистый газ из центральной части корпуса через выхлопную трубу поступает в камеру дочищенного газа, а из нее в патрубок выхода очищенного газа. Пылевой затвор обычно выполняют в виде мигалки с конусным клапаном. Когда масса накопившейся в пылевом бункере пыли превысит силу прижатия конусного клапана, создаваемого контргрузом, клапан откроется, сбросит пыль в приемную емкость и под действием груза вновь закроется.
        Групповые циклоны – несколько циклонов сгруппированы в один блок с единым пылевым бункером и выходной камерой.
       Батарейные циклоны представляют собой пылеулавливающие аппараты, составленные из большого числа параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общие подвод и отвод газов. Для закручивания газов в циклонах применяются направляющие элементы типа «винт» с двумя винтовыми полостями, наклоненными под углом 25°, или типа «розетка» — с восемью лопатками, наклоненными под углом 25 или 30°. Обычно батарейные циклоны состоят из элементов диаметром 100, 150 и 250 м. Оптимальная скорость газов находится в диапазоне от 3,5 до 4,75 м/с. Применяются для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью.
       Циклоны можно применять при концентрациях пыли до 400 г/м³, при температурах газов до 500°С.
       Недостатки: проблемы при улавливании слипающихся и пожаровзрываопасных пылей.
• Жалюзийные пылеуловители.
       Эти аппараты просты по конструкции и имеют небольшое гидравлическое сопротивление. Они состоят из жалюзийной решетки и пылеуловителя (циклона). Назначение жалюзийной решетки — разделить газовый поток на две части: одну — менее запыленную, составляющую 80—90 % от всего газового потока, и другую — отсасываемую в циклон, составляющую 10—20 % всего потока и содержащую основную массу пыли, которая улавливается в циклоне. Далее очищенный в циклоне газ смешивается с основным потоком.
       Скорость газа в жалюзийном пылеуловителе составляет 12 -15 м/с; гидравлическое сопротивление решетки — 100 - 500 Па. Применяется для улавливания частиц крупнее 20 мкм. Эффективность улавлива­ния частиц в пылеуловитель зависит от эффективности решетки и циклона.
• Фильтры.
       В технике пылеулавливания широко применяют фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания крупных и мелких частиц. Процесс очистки заключается в пропускании очищаемого газа через пористую перегородку или слой пористого материала. Перегородка работает как сито, не пропуская частицы с размером, большим диаметра пор. Частицы же меньшего размера проникают внутрь перегородки и задерживаются там за счет инерционных, электрических и диффузионных механизмов улавливания, некоторые про сто заклиниваются в искривленных и разветвлённых поровых каналах.
       Классификация фильтров по типу фильтровального материала: тканевые, волокнистые и зернистые.
       У тканевых фильтров фильтровальная перегородка может быть хлопчатобумажная, шерстяная, лавсановая, нейлоновая, стеклянная, металлическая и т. д. с регулярной структурой переплетения нитей (саржевой, полотняной и т. д.). Основной механизм фильтрования у таких фильтров - это ситовый, при котором фильтрует не только и даже не столько фильтровальная ткань, сколько пылевой слой, обра зующийся на ее поверхности. Такие фильтры можно регенерировать путем сброса слоя пыли с поверхности ткани.
       Наибольшее распространение в технике очистки промышленных выбросов нашли тканевые рукавные фильтры. Газ очищается при прохождении через ткань каждого рукава. В процессе фильтрования на ткани накапливается слой пыли, который уплотняется. Фильтровальные рукава регенерируются посредством их встряхивания и обратной продувки. Рукава регенерируются периодически, причем одни группы рукавов работают в режиме фильтрования, а другие — регенерации.
        Волокнистые фильтры — это слой тонких и ультратонких волокон с нерегулярной, хаотичной структурой (например, войлок). Частицы пыли проходят внутрь слоя и задерживаются там, т. е. механизм фильтрования объемный. Такие фильтры плохо регенерируются.
        Зернистые фильтры представляют собой свободные засыпки зерен (гранул), например кварцевого песка, различной крупности или перегородки связанных (спеченных) между собой зерен, через которые пропускают очищаемый воздух.
       Зернистые фильтры в технике очистки отходящих газов применяют реже, чем тканевые и волокнистые.

        Классификация пористых фильтров по назначению: фильтры тонкой очистки, воздушные фильтры и промышленные фильтры.

        Фильтры тонкой очистки предназначены для улавливания в основном субмикронных частиц из газов с низкой начальной концентрацией (< 1 мг/м) при скорости фильтрования 0,01 м.
       Их применяют для улавливания особо токсичных частиц с высокой эффективностью. Для очистки газов на 99 % от частиц размером 0,05÷0,5 мкм используют материалы в виде тонких листов или объемных слоев из тонких или ультратонких волокон (диаметром менее 2 мкм).
       Наиболее распространены фильтрующие материалы типа ФП (фильтры Петрянова) из полимерных смол, которые наносятся на марлевую подложку. В качестве полимеров используют перхлорвинил (ФПП) и диацетилцеллюлозу (ФПА). Толщина слоев ФП (0,2—1 мм) обеспечивает поверхность фильтрации до 100—150 м на 1 куб.м аппарата. Пылеемкость материалов ФП составляет 50—100 г/м. На практике используются рамные фильтры, фильтры Д-КЛ (с сепараторами клиновой формы) и комбинированные фильтры. Гидравлическое сопротивление чистых фильтров 200-300 Па, а забитых пылью — 700 - 1500 Па. Фильтры тонкой очистки рассчитаны на срок работы 0,5 - 3 года. Они не регенерируются, а заменяются на новый.

        Воздушные фильтры используются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха.

       В зависимости от эффективности воздушные фильтры подразделяются на три класса:

       1 класс – эффективно улавливают все частицы (99%);

       2 класс - эффективно улавливают частицы с размером > 1 мкм (85%);

       3 класс - эффективно улавливают частицы с размером 10-50 мкм (60%);

       В каждом классе фильтров имеются различные конструкции.

       Промышленные фильтры. К ним относятся тканевые, зернистые и грубоволокнистые фильтры, используемые для очистки промышленных газов с концентрацией пылей до 60 г/куб.м. Наиболее распространены тканевые фильтры, которые содержат гибкую фильтрующую перегородку, имеющую форму цилиндрических рукавов (рукавные фильтры). Эффективность таких фильтров — более 99,5 %, а потери напора составляют 1 - 1,5 кПа при скорости фильтрования 0,5 -2 см/с.

       Классификация фильтров по конструктивным признакам: рукавные, рамочные, ячейковые.

       Электрофильтры применяют для очистки боль ших объемов газа с высокой эффективностью. Наибольшее применение они нашли в металлургии и теплоэнергетике, использующей угольное топливо. Основным элементом электрофильтра являются пары электродов, один из которых коронируюший, а другой осадительный. На электроды подается посто янное высокое напряжение (от 14 до 100 кВ).
       При высоких напряжениях у коронируюшего электрода возникает коронный разряд и начинается ионизация воздуха — образуются отрицательные и положительные ионы. Через пространство между электродами пропускают очищаемый газ, ионы адсорбируются на поверхности частиц пыли, заряжая их. Отрицательно заряженные частицы пыли начинают перемещаться к положительному осадительному электроду и прилипают к нему, удерживаясь электрической силой. Электроды выполняют различной формы.
       Затраты электроэнергии в электрофильтрах на единицу очищаемого газа невелики, они конкурируют и даже превосходят по этому критерию другие типы пылеуловителей. Однако сложное электрическое хозяйство, опасность очень высоких напряжений, требует специально под готовленного обслуживающего персонала. Поэтому их применяют на крупных промышленных объектах и при необходимости очистки больших объемов отходящего и сильно запыленного газа.

       Классификация электрофильтров:

       - по конструкции: однозонные и двухзонные;

       - по направлению газового потока: горизонтальные и вертикальные;

       - по конструкции осадительных электродов: «сухие» (дымовые газы, сажа) и «мокрые» (смола, пыль);

       - в зависимости от количества последовательно расположенных электрических полей: однопольные и многопольные;

       - в зависимости от числа параллельных электрофильтров: одно- и многосекционные.

      2. Пылеуловители мокрого типа.

     Их целесообразно применять для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрыво опасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыл и требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа называют скрубберами. Общий недостаток - наличие систем водосна бжения и рециркуляции воды.

• Скрубберы Вентури.
       Запыленный поток газа орошается противотоком жидкостью. Применяется для очистки от пыли с размером 1-2 мкм. Расход воды 0,1 -6 л/куб.м, эффективность 99%.
• Форсуночные скрубберы.
       Они представляют собой колонны круглого или прямоугольного сечения, в которых осуществляется контакт между газом и каплями воды, распыляемой форсунками. Форсунки устанавливаются в колонне в одном или нескольких сечениях (до 14—16 в сечении). Наиболее распространены противоточные скрубберы. Скорость газа в них изменяется от 0,6 до 1,2 м/с. Высокая эффективность скруббера обеспечивается при размере частиц в газе > 10 мкм.
• Барботажно-пенные пылеуловители.
       Сечение аппарата перекрыто несколькими рядами решеток. Каждый ряд состоит из пенообр азующей и стабилизирующей пену решеток. Сверху на решетки через оросительное устройство подается вода или какой-либо водный раствор. Для улучшения образования пены в воду могут добавлять пенообразователи (например, ПАВы — поверхностно-активные вещества). Частицы пыли коагулируют в пене, заливаются через отверстия решеток и в виде шлама собираются в нижней части аппарата, откуда отводятся в шламосборник.

8.1.2 Способы очистки газовых выбросов от токсичных веществ.

     Для удаления из отходящих газов вредных примесей применяют следующие методы: абсорбции, хемосорбции, адсорбции, термического дожигания, каталитической нейтрализации.

      Абсорбция — это явление растворения вредной газовой примеси сорбентом, как правило, водой. Методом абсорбции можно улавливать только хорошо растворимые газовые примеси и пары. Так, хорошей растворимостью в воде обладают аммиак, хлороводород, фтороводород, пары кислот и щелочей. Для проведения процесса абсорбции используют аппараты мокрого типа, применяемые в технике пылеулавлива ния.

      Хемосорбцию применяют для улавливания газовых примесей растворимых или плохо растворимых в воде. Метод хемосорбции заключается в том, что очищаемый газ орошают растворами реагентов, вступающих в химическую реакцию с вредными примесями с образо ванием нетоксичных, малолетучих или нерастворимых химических соединений. Этот метод широко используется для улавливания, диоксида серы. Отходящие газы орошают суспензией известняка (CaCO₃) известковым молоком (мелкодисперсной суспензией гашеной Са(ОН)₂ или негашеной СаО извести), суспензией магнезита МgО.

      Адсорбция заключается в улавливании поверхностью микропорис того адсорбента (активированный уголь, селикагель, цеолиты) молекул вредных веществ.
     Метод обладает очень высокой эффективностью, но жесткими требованиями к запыленности газа — не более 2...5 мг/куб.м. Одним из лучших адсорбентов является активированный уголь, у которого в 1 г содержится до 1600 кв.м поверхностей.
     Адсорбция широко применяется для улавливания паров растворителей, неприятно пахнущих веществ, органических соединений и множества других газов.
     Адсорбционная способность адсорбента тем выше, чем меньше его температура и существенно снижается с ее повышением. Это используется в работе адсорберов и при их регенерации. Примером конструкции адсорбера является противогаз. Регенерация адсорбента осуществляется путем продувки горячим водяным паром с последующей сушкой горячим воздухом, т. е. работа аппарата проходит в три стадии, для осуществления которых необходимы три параллельных линии аппаратов. Каждый аппарат работает на определенной стадии — один в режиме адсорбции, другой — продувки водяным паром, третий — сушки воздухом. Затем происходит переключение их на другой режим. Перед адсорберами установлен холодильник для охлаждения газов, после них также устанавливается холодильник-конденсатор для конденсации удаляемых при регенерации паров воды и примесей, сепаратор для разделения воды и растворителей за счет разной плотности. Растворители могут вновь направляться в производство.

     Различают физическую (адсорбент связывается с примесями слабыми силами межмолекулярного взаимодействия, обратимо) и химическую адсорбцию (адсорбент связывается с примесями прочными химическими связями, необратимо, регенерация невозможна).

     Термическое дожигание — это процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при вы соких температурах (900...1200°С).
     С помощью термического дожигания окисляют токсичный угарный газ СО до нетоксичного углекислого газа СО₂ (2СО + О₂ = 2СО₂), углеводороды С_n Н_m до углекислого газа и воды (С_nН_m + О₂ = СО₂ + Н₂O).
     Процесс термического окисления при низкой температуре отходящих газов энергоемок, так как требует использования дополнительного топлива для нагрева газов до высоких температур. Термическое дожигание применяют для очистки отходящих газов от органических веществ, например, паров растворителей и красок в лакокрасочных производствах, очистки выбросов испытательных станций двигателей, работающих на органических горючих.

      Каталитическая нейтрализация достигается применением катализаторов — материалов, которые ускоряют протекание реакций или дел ают их возможными при значительно более низких температурах (250 - 400°С).
     В качестве катализаторов используют, прежде всего, благородные металлы — платину, палладий в виде тонкослойных напылений на металлические или керамические носители, кроме того применяются монельметалл, диоксид титана, пентаоксид ванадия и т.д. Очищаемый газ пропускается через слой катализатора. На его поверхности протекают экзотермические (идущие с выделением теплоты) окислительные реакции. При этом температура газов может повышаться с 250...400 до 500 °С. Для использования этой энергии и снижения тем самым расхода топлива, подаваемого в горелку для предварительного подогрева очищаемых газов, реактор снабжен трубчатым теплообменником. В нем газы, подаваемые на очистку, подогреваются за счет теплоты горячих очищенных газов, выходящих из каталитического слоя. Термокаталитические реакторы широко применяют для очистки отходящих газов окрасочных цехов, сушильных камер и т. д. Каталитические нейтрализаторы используют для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота, углерода, углеводородов.

     При сильном и многокомпонентном загрязнении отходящих газов применяют сложные многоступенчатые системы очистки, состоящие из последовательно установленных аппаратов различного типа.

     В загрязненном воздухе в качестве индивидуальных средств защиты применят респираторы и противогазы.

8.2 Очистка сточных вод

     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 концент раций вредных веществ в водоемах происходит хуже, водная среда более ранима и чувствительна к загрязнениям.

     Защита гидросферы 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 с применением специально организованных и рассредоточенных выпусков; использованием средств очистки стоков.

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

     Рассредоточенный выпуск стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек русла реки, этим увеличивается интенсивность перемешивания и кратность разбавления стоков.

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

      1. Механическая очистка сточных вод от взвешенных частиц (твердых частиц, частиц жиро-, масло- и нефтепродуктов) осуществляется процеживанием, отстаиванием, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

          1.1 Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют на вертикальных и наклонных решетках с шириной прозоров 15...20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток волокноуловителей от осадков частиц осуществляется вручную или механически.

          1.2. 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. Песколовки бывают с горизонтальным, вертикальным и круговым движением воды.

                Отстойники и жироуловители применяют для гравитационного выделения из сточ ных вод более мелких взвешенных частиц или жировых веществ. По направлению движения основного потока воды различают отстойники вертикальные, горизонтальные, диагональные и радиальные.

          1.3. Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах. Механизм действия гидроциклонов аналогичен механизму действия газоочистных циклонов. Под действием цент­робежной силы, возникающей во вращающемся потоке, происходит более интенсивное отделение взвешенных частиц от потока воды. Гидроциклоны бывают низкона порные (открытые) и высоко напорные (закрытые).

          1.4. Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей, как на начальной, так и конечной стадиях очистки. Часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т.п. Регенерация фильтра осуществляется обратной промывкой и продувкой сжатым воздухом.

          1.5. Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены.
          В зависимости от способа образования пузырьков различают флотацию пневматическую (напорную, вакуумную), пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию.
          На практике наибольшее распространение получила пневматическая, которая основывается на уменьшении растворимости газа в воде при снижении его давления. При резком снижении давления происходит выделение из воды излишнего воздуха в виде пузырьков. Если вода с атмосферным давлением направляется в камеру под вакуумом, такая флотация называется вакуумной; если из-под напора в открытую камеру,— напорной. Флотация осуществляется во флотационных камерах.

      2. Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, циан идов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей.
     Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Из физико-химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционне, реагентные, ионообменные и др.

          2.1. Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневматической флотацией для удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей. Она осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между парами электродов (железные, стальные, алюминиевые). 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. Электрофлотация осуществляется в электрофлотационных установках.

          2.2. Коагуляция — это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, хлорид железа (II), сульфат железа и др.
          Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами в камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием. Необходимые для коагулирования ионы алюминия или железа иногда получают электрохимическим путем. Для этого используются емкости-электролизеры (электрокоагуляторы), в которых размещены электроды из алюминия или стали. Образующиеся в процессе анодного растворения металла ионы алюминия или железа осуществляют процесс коагуляции.
          Так как электрофлотаторы и электрокоагуляторы практически одинаковы по конструкции, процессы электрофлотации и электрокоагуляции могут протекать в них одновременно.

          2.3.Реагентный метод заключается в обработке сточных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения. Последние затем могут быть удалены 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. Например, для удаления цианидов используют различные реагенты-окислители, содержащие активный хлор: хлорная известь, гипохлориты кальция или натрия, хлорная вода.
          Для очистки от хрома (VI) применяют натриевые соли сернистой кислоты (Na₂SO₃, NaHSO₃), гидросульфит Na₂S₂O₅.
          Для очистки фторсодержащих вод применяют гидроксид кальция (известковое молоко), хлорид кальция. В результате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохо растворимый фторид кальция CaF₂, который можно удалить из воды, например отстаиванием.

          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 имеют рН = 6,5...8,5.
          В том случае, если рН сточных вод соответствует кислой (рН < 6,5) или щелочной (рН > 8,5) среде, 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, гидроксидов натрия, кальция, магния и др.)
          Нейтрализация щелочных стоков осуществляется 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 проти воположную сторону. Реагентная очистка осуществляется в емкостях снабженных устройствами для перемешивания.

           Преимуществами реагентных методов очистки являются простота эксплуатации, возможность автоматизации непрерывной очистки до значений ПДК.

           Недостатками реагентных методов очистки являются непригодность использования очищенной воды в оборотном цикле из-за большого солесодержания, безвозвратная потеря ценных веществ с осадками, потребность в значительных площадях для шламоотвалов.

          2.4. Ионообменная очистка сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые подразделяются на катионитовые — имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего водорода Н +), и анионитовые — имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаще всего гидроксильную группу ОН -).
          При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей, например, катион тяжелого металла заменяет катион водорода, а токсичный анион соли металла — анион ОН -, происходит сорбирование токсичных ионов смолой.
          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 анионами (Н +, ОН -), а токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

      3. 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.
     Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), или специальных сооружениях: аэротенках, метантенках или биофильтрах.

          3.1 Биологические пруды.

               В окислительных прудах осуществляют анаэробное разложение осадка в придонной зоне и окисление растворенных и коллоидных органических веществ при аэробном метаболизме бактерий в средней части объема воды. Продукты этих процессов утилизируются водорослями, растущими у поверхности, которые вырабатывают кислород, обеспечивающий аэробную деструкцию органических веществ. Очистка носит сезонный характер: зима – накопитель, лето – очиститель.

                Аэрируемые пруды используются более широко, чем окислительные. Они оснащены плавающими или стационарными механическими или пневматическими аэраторами. Эффективность – 80-95%. Водоросли из стока пруда выделяют фильтрацией.

                Анаэробные пруды(лагуны) предназначены для разрушения и стабилизации концентрированных жидких, полужидких и твердых отходов.
               Они работают в два этапа:
               - превращение сложных веществ в летучие жирные кислоты;
               - преобразование в газообразные продукты (метан, углекислый газ).

          3.2. Поля орошения – это специально спланированные и подготовленные земельные участки для полива их сточными водами и последующего выращивания с/х культур.

          3.3. Поля фильтрации - земельные участки, предназначенные только для очистки сточных вод.

          3.4. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом (скопления-хлопья микроорганизмов, бактерий, простейших и некоторых высших организмов) и непрерывно аэрируемые воздухом через систему аэрации аэротенка.
          Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк.
          Применяются для очистки городских сточных вод.

          3.5. Метантенки представляют собой закрытые резервуары, которые заполняются концентрированными сточными водами, где они в безкислородной среде разлагаются с образованием горючих газов (используются для отопления и горячего водоснабжения) и органических удобрений.

          3.6. Биологический фильтр — это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из популяции гетеротрофных бактерий. Органические загрязнения сорбируются биопленкой и окисляются ею в аэробных условиях.
          Применяются для очистки высококонцентрированных промышленных сточных вод с однородным составом загрязнений (пищевая промышленность, производство бумаги, хим. производства).

      4. Локальная очистка сточных вод. Крупные промышленные предприятия имеют различные производства (механообрабатывающее, гальваническое, литейное, окрасочное, кузнечное и т. д.), которые дают различный состав загрязнения сточных вод.
     Водоочистные сооружения таких предприятий выполнены следующим образом: отдельные производства имеют свои локальные очи стные сооружения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфику загрязнения и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в емкости-усреднители, а из них на централизованную систему очистки до значений, установленных для предприятия предельно-допустимых сбросов.
     Возможны и иные варианты системы водоочистки в зависимости от конкретных условий. Часто извлекаемые вещества снова пускаются в техпроцесс.

     5. Деструкционный метод очистки. Заключается в сжигании сточных вод при высоких температурах. При необходимости их смешивают с природным газом. Используют для концентрированных сточных вод с высоким содержанием органических веществ. Ограничения: сточная вода не должна содержать вещества, которые, сгорая, дают токсичные газы. Существует два типа:

          5.1. Парофазное окисление происходит при температуре ≈ 800 С.

          5.2.Каталитическое окисление происходит при участии катализатора – Pt на Ni -сетке, имеет высокое КПД и экологически безопасно.

          5.3.Электрохимическое окисление происходит на катоде и аноде при пропускании через сточную воду электрического тока.

     В целом, выбор метода очистки определяется главным принципом - максимально возможное удержание вредных веществ, теплоты и возврат их в технологический процесс.

     При выборе метода очистки необходимо соблюдать следующие требования:

     1. Максимальная эффективность процесса очистки при малых энергозатратах;

     2. Простота конструкции и ее обслуживания;

     3. Компактность и возможность изготовления аппаратов из полимерных материалов;

     4. Возможность работы на циркуляционном орошении или самоорошении.