Класифікація шкідливих домішок у стічних водах та класифікація основних методів знешкодження стічних вод
Велика кількість домішок, які забруднюють природні та стічні води, потребує класифікаційного методу підходу для їх визначення та вилучення з води. Така науково обгрунтована класифікація була запропонована академіком Національної академії наук України Л.А.Кульським і покладена в основу розробки різноманітних ефективних способів очищення природних і стічних вод.
Класифікація базується на ідеї виявлення спільності фізико-хімічної поведінки домішок у воді, тобто на їх здатності утворювати гомогенні чи гетерогенні водні системи. Така класифікація забруднень передбачає, що вибір методів очищення води визначається насамперед фізичним станом домішок, а в разі гетерогенних систем — і їх дисперсністю. Специфіка такої класифікації полягає в тому, що враховуються не індивідуальні властивості забрудників води, а їх поведінка під час взаємодії з дисперсійним середовищем — водою, що дає змогу характеризувати властивості системи в цілому.
Суть запропонованої класифікації полягає в тому, що всі домішки води відносно дисперсійного середовища поділяють на чотири групи. Дві групи належать до гетерогенних систем, дві — до гомогенних. Гетерогенні системи — це суспензії, колоїди, емульсії, піни; гомогенні — це речовини, що утворюють з водою молекулярні або йонні розчини. Неодмінною характерною ознакою існування гетерогенних систем є наявність поверхні поділу. Домішки, що не розчиняються, утворюють дисперсну фазу, а вода, в якій вони розподілені, — дисперсійне середовище. Властивості та будова приповерхневих міжфазних шарів, які мають велику поверхневу вільну енергію, значною мірою зумовлюють агрегативну та кінетичну стійкість таких дисперсних систем. Величина між-фазної поверхні залежить від розміру дисперсних часточок, і чим вони менші, тим більша питома поверхня і тим сильніший вплив поверхневих явищ на властивості системи.
Водні дисперсії, що містять часточки розміром 103 см, виявляють, як правило, кінетичну нестійкість. Часточки розміром до 10-4—10-5 см утворюють гетерогенні системи, які мають відносно невелику питому поверхню дисперсної фази і невелику кінетичну стійкість. До таких систем належать суспензії, емульсії та піни. Колоїдно-дисперсним системам відповідає інтервал розмірів дисперсних часточок 10-5—10-6 см. Ці системи мають сильно розвинену міжфазну поверхню і відносно велику кінетичну стійкість. Дисперсність колоїдних часточок відповідає тій межі, вище за яку при подальшому зменшенні розмірів часточок вже втрачається фізична поверхня поділу і дисперсні системи переходять в істинні розчини.
Окрему групу між гетерогенними та гомогенними системами становлять розчини високомолекулярних сполук та міцелоутворювальних поверхнево-активних речовин (ПАР) після критичної концентрації міцелоутворення. З одного боку, ці сполуки перебувають в істинно розчиненому стані й утворюють термодинамічно стійкі, оборотні системи. Разом з тим Ці розчини мають і властивості колоїдних систем. Це зумовлено тим, що макромолекули та міцели ПАР за своїми розмірами наближаються до колоїдних часточок і межа їх контакту з дисперсійним середовищем подібна до міжфазної поверхні в гетерогенних системах. Тому такі домішки розглядають в одній групі з речовинами, що утворюють колоїдні системи.
Істинні молекулярно- чи йонно-розчинні у воді сполуки утворюють гомогенні системи. Ці системи або розчини термодинамічно стійкі і можуть існувати без змін скільки завгодно. Незважаючи на безліч речовин, що утворюють істинні розчини, багато їх властивостей є спільними для всіх розчинів. Це загальне підпорядкування законам електролізу, дифузії, осмосу, виявлення ебуліо- та кріоефекту тощо. В істинних розчинах вода не тільки середовище, а й компонент, який взаємодіє з розчиненою речовиною й утворює різні сполуки. Так, внаслідок взаємодії води і розчиненої речовини утворюються гідрати, а сполучення часточок розчиненої речовини одна з одною веде до утворення асоціатів. Розчини електролітів підлягають законам Арреніуса, Дебая, Гюккеля, а молекулярні розчини — законам Вант-Гоффа, Рауля, Коновалова. Важливою характеристикою розчинів є їхня концентрація. Найчастіше у воді, що використовується в промисловості, сільському господарстві та для господарсько-побутових цілей, сумарний вміст розчинених домішок не перевищує 0,01 моль/л.
Отже, як уже зазначалося, всі домішки природних і стічних вод незалежно від їх властивостей і концентрації поділяють на чотири групи (табл. 2.7). Між групами існують ще й проміжні стани, що зумовлено динамічним зв'язком між наведеними системами. Так, молекулярні розчини можуть бути частково ди-соційованими, поверхнево-активні речовини до критичної концентрації міцелоутворення являють собою істинні розчини. Проміжний стан між колоїдними та молекулярними системами займають і високомолекулярні сполуки. Вони можуть містити йоногенні групи, які здатні обмінювати свої дисоційовані йони на йони, що знаходяться в розчині.
Таблиця 2.7. Систематизація домішок води за їх фазово-дисперсним станом
| Група | Ступінь дисперсності домішок D*, см-1 | Розмір часточок, см | Коротка характеристика домішок |
| Гетерогенні системи | |||
| І – завислі речовини ІІ – колоїдні розчини | < 105 105 - 106 | > 10-5 10-5 – 10-6 | Суспензії і емульсії, що зумовлюють каламутність води, а також мікроорганізми і планктон Колоїди і високомолекулярні сполуки, що зумовлюють окиснюваність і кольоровість води,ю а також віруси |
| Гомогенні системи | |||
| ІІІ – молекулярні розчини IV – йонні розчини | 106 – 107 > 107 | 10-6 – 10-7 < 10-7 | Гази, розчинені у воді; органічні речовини, що надають їй запаху й присмаку Солі, луги, кислоти, що зумовлюють мінералізацію, твердість, лужність або кислотність води |
* Ступінь дисперсності системи D характеризує ступінь подрібненості дисперсної фази і визначає величина, обернена розміру (діаметру) α дисперсної часточки: D = 1/α (см-1)
До першої групи відносять речовини, що являють собою нерозчинні домішки з розміром часточок 10-5—10-3 см. До цієї групи входять глинисті часточки, карбонатні породи, мул, дрібний пісок, малорозчинні гідроксиди металів, завислі часточки органічних речовин, детрит, планктон, волокна, пластмаси, каучук тощо. Системи, утворені домішками першої групи, кінетично нестійкі, для них характерна седиментація в стані спокою. Нерозчинні речовини у завислому стані підтримуються динамічними силами потоку води.
Друга група речовин поєднує гідрофільні та гідрофобні колоїдні домішки, а також високомолекулярні сполуки. Це переважно мінеральні та органо-мінеральні часточки грунтів, недисоційовані і нерозчинні форми гумусових речовин, що надають воді забарвлення, а також віруси та інші організми, що наближаються за розмірами до колоїдних часточок. Речовини другої групи утворюють з водою відносно стійкі колоїдні системи, руйнування яких є головним завданням під час очищення води від цих забрудників.
Третя група речовин охоплює розчинені у воді гази та органічні сполуки як біологічного, так і антропогенного походження. До них належать різноманітні продукти життєдіяльності та відживання плісеневих грибів, актиноміцетів, бактерій, водоростей, а також феноли, спирти, альдегіди та інші органічні речовини, які потрапляють у воду разом із стічними водами. Вони надають воді забарвлення, запахів, присмаків. Деякі домішки є токсичними. Як правило, сполуки третьої групи мають ковалентний зв'язок, їхні йоногенні групи мало-дисоційовані, тобто це переважно розчини неелектролітів.
До четвертої групи відносять речовини, що утворюють з водою розчини електролітів. Згідно з теорією електролітичної дисоціації, молекули сполук з йонним або сильно поляризованим зв'язком під впливом полярної структури молекул води розпадаються на йони.
Класифікація домішок води за їх фазово-дисперсним станом у воді дає змогу науково обгрунтувати технологічні прийоми обробки води на основі таких положень:
1) фазово-дисперсний стан домішок води зумовлює їх поведінку в процесі обробки води;
2) для кожного фазово-дисперсного стану домішок існує відповідна
сукупність методів впливу, що дає змогу досягти необхідних якісних показників
води зі зміною чи без зміни цього стану.
Принципова класифікація процесів, що використовуються для очищення стічних вод, згідно з фазово-дисперсним станом домішок, наведена в табл. 2.8.
Таблиця 2.8. Класифікація процесів вилучення домішок з води згідно з їх фазово-дисперсним станом
| Гетерогенні системи | Гомогенні системи | |||
| Група | ||||
| І (10-2-10-4) | ІІ (10-5-10-6) | ІІІ (10-6-10-7) | IV (10-7-10-8) | |
| Механічне безпеагентне розділення Окиснення хлором, озоном та ін. Адгезія на гідроксидах алюмінію, феруму, а також на зернистих і високодисперсних матеріалах Флотація суспензій і емульсій Агрегація флокулянтами Бактерицидний вплив на патогенні мікроорганізми і спори Електрофільтрування і електроутримання мікроорганізмів | Діаліз, ультрафільтрування Окиснення хлором та іншими окисниками Адсорбція на гідроксидах алюмінію і феруму, а також на високодисперсних глинистих матеріалах Коагуляція колоїдних систем Агрегація високомолекулярними флокулянтами катіонного типу Віруліцидний вплив Електрофорез і електродіаліз | Аерування, евапорація, десорбція газів і летких органічних сплук під час аерування Окиснення хлором, оксидом хлору (IV), озоном, перманганатом Адсорбція на активованому вугіллі та інших сорбентах і матеріалах Екстракція органічними розсинниками Асоціація молекул Біохімічне розкладання Поляризація молекул в електричному полі | Гіперфільтрування Переведення йонів у малодисоційовані сполуки Фіксація йонів на твердій фазі йонітів Сепарація йонів за різкого стану фази води Переведенння йонів у малорозчинні сполуки Вилучення йонів металів мікроорганізмами Використання рухливості в електричному полі | |
Запитання до контрольної роботи
1. На які основні групи поділяють промислові стічні води за типом забруднень?
2. Як поділяють стічні води на групи за вмістом мінеральних солей і за концентрацією органічних домішок?
3. Розрахуйте орієнтовну кількість стічних вод підприємства з виробництва сульфітної целюлози, що випускає 500 т целюлози за добу.
4. Розрахуйте кількість побутових стічних вод від душових установок підприємства целюлозно-паперової промисловості, яке має 1000 працівників.
5. Які вимоги ставлять до хімічного складу технічної води для її використання в теплообмінній апаратурі?
6. Визначте допустиму концентрацію мінеральних солей у підживлювальній воді нафтохімічного виробництва, яке працює за схемою оборотного водопостачання зі скиданням води на "продування", що становить 8%. Загальний солевміст оборотної води дорівнює 1 300 г/м3. Об'єм води, що знаходиться в оборотній системі, становить 1200 м3.
7. Чим замкнені системи водопостачання відрізняються від оборотних?
8. Яким вимогам повинні задовольняти стічні води, що скидаються в міську каналізацію?
9. Як встановлюють вимоги до промислових стічних вод, що скидаються в централізовані біологічні очисні споруди?
10. Як оцінюють гранично допустимі норми для речовин, які скидають у централізовані біологічні очисні споруди, якщо цих речовин немає в переліку гранично допустимих норм на приймання забруднювальних речовин?
11. Які загальні показники встановлені для промислових стічних вод, що скидаються у відкриті водойми?
12. Оцініть санітарний стан водойми, якщо вміст нітратів (за нітрогеном) становить 1 мг/л, гасу — 0,2 мг/л, капролактаму— 1 мг/л.
13. Наявність яких речовин у воді характеризує величини БСК і ХСК і як вони співвідносяться між собою?
14. Що таке самоочищення води у водоймі?
15. Як визначають умови скидання стічних вод у проточну і непроточну водойми?
16. Обчисліть необхідну кратність розбавляння в розрахунковому відведенні в проточну водойму стічних вод, щомістять 0,1 мг/л кобальту. У водоймі вміст кобальту становить 0,02 мг/л.
17. На чому ґрунтується класифікація забруднювальних домішок у воді?
18. На скільки груп і за якою ознакою поділяють усі домішки природних і стічних вод?
19. На основі яких положень можна зробити наукове обґрунтування технологічних прийомів очищення води?
ВАРІАНТ 1
На які основні групи поділяють промислові стічні води за типом забруднень?
Які вимоги ставлять до хімічного складу технічної води для її використання в теплообмінній апаратурі?
Розрахуйте орієнтовну кількість стічних вод підприємства з виробництва сульфітної целюлози, що випускає 500 т целюлози за добу.
ВАРІАНТ 2
Як поділяють стічні води на групи за вмістом мінеральних солей і за концентрацією органічних домішок?
Чим замкнені системи водопостачання відрізняються від оборотних?
Розрахуйте кількість побутових стічних вод від душових установок підприємства целюлозно-паперової промисловості, яке має 1000 працівників.
ВАРІАНТ 3
Визначте допустиму концентрацію мінеральних солей у підживлювальній воді нафтохімічного виробництва, яке працює за схемою оборотного водопостачання зі скиданням води на "продування", що становить 8%. Загальний солевміст оборотної води дорівнює 1 300 г/м3. Об'єм води, що знаходиться в оборотній системі, становить 1200 м3.
Яким вимогам повинні задовольняти стічні води, що скидаються в міську каналізацію?
Як оцінюють гранично допустимі норми для речовин, які скидають у централізовані біологічні очисні споруди, якщо цих речовин немає в переліку гранично допустимих норм на приймання забруднювальних речовин?
ВАРІАНТ 4
Як встановлюють вимоги до промислових стічних вод, що скидаються в централізовані біологічні очисні споруди?
Оцініть санітарний стан водойми, якщо вміст нітратів (за нітрогеном) становить 1 мг/л, гасу — 0,2 мг/л, капролактаму— 1 мг/л.
Наявність яких речовин у воді характеризує величини БСК і ХСК і як вони співвідносяться між собою?
ВАРІАНТ 5
Що таке самоочищення води у водоймі?
Які загальні показники встановлені для промислових стічних вод, що скидаються у відкриті водойми?
Обчисліть необхідну кратність розбавляння в розрахунковому відведенні в проточну водойму стічних вод, щомістять 0,1 мг/л кобальту. У водоймі вміст кобальту становить 0,02 мг/л.
ВАРІАНТ 6
На чому ґрунтується класифікація забруднювальних домішок у воді?
На скільки груп і за якою ознакою поділяють усі домішки природних і стічних вод?
На основі яких положень можна зробити наукове обґрунтування технологічних прийомів очищення води?
Дата добавления: 2015-12-11; просмотров: 3204;