Экозащитная техника и технологии. 
Системы очистки воздушных выбросов. 
Системы очистки сточных вод. 
Утилизация твердых бытовых отходов

«Экозащитная техника и технологии. Системы очистки воздушных выбросов. Системы очистки сточных вод. Утилизация твердых бытовых отходов».

1. Газообразные выбросы металлургического комбината содержат пыль и сернистый газ. Какие можно предложить методы очистки выбросов?

Газообразные выбросы можно очистить четырьмя способами: С помощью труб высотой 200−350 м. эти трубы позволяют рассеять газообразные отходы на большие расстояний, что позволяет значительно снизить их концентрацию в атмосфере. С помощью механических обеспыливающих устройств, в которых пыль отделяется под действием гравитационных, инерционных или центробежных сил. Абсорбционные методы очистки применяются для очистки отходящих газов от оксидов углерода и от диоксида серы. Оксиды углерода поглощаются водой или медно-аммиачным раствором. Для очистки газов от диоксида серы используется содовый метод, который осуществляется пропусканием отходящих газов через раствор соды, при этом происходит нейтрализация диоксида серы. Каталитические методы очистки газов от диоксида серы позволяют переработать уловленный диоксид серы в серную кислоту. В качестве катализаторов используются пиролюзит или активированный уголь.

Методы очистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку, электростатическую очистку и очистку с помощью звуковой и ультразвуковой коагуляции.

Механическая очистка газов включает сухие и мокрые методы. К сухим методам относятся: гравитационное осаждение; инерционное и центробежное пылеулавливание; фильтрация.

Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах. Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40−100 мм множество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов. выброс осаждение фильтрация сточный Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10−15 м/с.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Другим типом центробежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий из ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вентилятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли.

Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы — стекловолокно, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые фильтры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очищаемого газа не выше 60−65°С. В зависимости от гранулометрического состава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет 85−99%.

Фильтрация — весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества — сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.

Мокрая очистка газов основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.

Башни с насадкой (насадочные скрубберы) отличаются простотой конструкции и эксплуатации, устойчивостью в работе, малым гидравлическим сопротивлением (Р=300 800 Па) и сравнительно малым расходом энергии. В насадочном скруббере возможна очистка газов с начальной запыленностью до 5−6 г/м3.

Орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) применяют для очистки больших объемов газа. Центробежные скрубберы высокопроизводительны благодаря большой скорости газа.

Пенные аппараты применяют для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. Интенсивный пенный режим создается на полках аппарата при линейной скорости газа в его полном сечении 1−4 м/с. Пенные газоочистители обладают высокой производительностью по газу и сравнительно небольшим гидравлическим сопротивлением. Для повышения устанавливают двухи трехполочные аппараты.

Таким образом, если не предусмотрены замкнутая система водооборота и утилизация всех компонентов шлама, то мокрые способы газоочистки по существу только переносят загрязнители из газовых выбросов в сточные воды, т. е. из атмосферы в водоемы.

Электростатическая очистка газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах. Промышленные электрофильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ. Между осадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым подводится напряжение 25−100 кВ.

Звуковые и ультразвуковые методы применимы для агрегирования мелкодисперсных аэрозольных частиц (тумана серной кислоты, сажи) перед их улавливанием другими методами.

2. Сточные воды предприятия по мойке машин содержат моющие средства и нефтепродукты. Какие можно применять методы очистки?

Работа многочисленных аппаратов, предназначенных для выделения из сточных вод жидких примесей, основана на гидродинамических закономерностях процесса отстаивания. К таким аппаратам относятся песколовки, первичные и вторичные отстойники, илоуплотнители, нефтеловушки, смоложиромаслоуловители.

Производственные сточные воды, содержащие примеси с плотностью меньше плотности воды, т. Е. всплывающие примеси (нефть, смолы, масла, жиры и другие им подобные), очищают также отстаиванием в нефтеловушках, смолои маслоуловителях.

Нефтеловушки применяются для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефть и нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л. Нефтеловушки сооружают трех типов: горизонтальные, многоярусные и радиальные. Горизонтальные сооружения представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары. В них происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, а содержащиеся в сточной воде минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки. Всплывающая нефть скребковым механизмом передвигается к щелевым поворотным трубам и отводится из нефтеловушек. Осадок сгребается в приямок, из которого удаляется гидроэлеватором. В горизонтальной нефтеловушке нефть всплывает на поверхность очищаемой воды в отстойной камере, которая ограничена нефтеудерживающей перегородкой, и удаляется с помощью скребкового транспортера и нефтесборной трубы. Горизонтальные нефтеловушки имеют не менее двух секций. Ширина секций составляет 2 — 3 м, глубина отстаиваемого слоя воды 1,2 — 1,5 м, продолжительность отстаивания не менее 2 ч., степень очистки от нефтепродуктов — 96 — 98%.

Усовершенствованными разновидностями горизонтальных нефтеловушек являются радиальные и полочные тонкослойные нефтеловушки. Они имеют меньшие габариты и более экономичны.

Адсорбция — этот метод применяется для очистки сточных вод от органических соединений (красители, пестициды, фенолы). Сточные воды пропускают через фильтр заполненный адсорбентом. В качестве адсорбентом применяются торф, опилки, уголь и шлаки.

Напорные вертикальные фильтры с зернистой загрузкой (рис. 25) применяются для механической очистки нефтесодержащих сточных вод после их гравитационного отстаивания. Фильтр представляет собой стальной вертикальный резервуар обычно заводского изготовления. Резервуар рассчитывается на давление 0,6 МПа. Загружается фильтр, как правило, кварцевым песком слоем 1 м. Скорость фильтрации в нем составляет 5 — 12 м/ч. Начальное содержание нефтепродуктов 4 — 80 мг/л, механических примесей — 30 — 60 мг/л. Остаточное содержание в воде нефтепродуктов допускается 7 — 20 мг/л, механических примесей — 10 — 20 мг/л.

Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. Для окисления этих веществ озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссоциирует. Растворимость озона в воде зависит от ее рН. В слабощелочной среде озон диссоциирует очень быстро, а в кислотной проявляет большую стойкость. Озон получают в генераторах из кислорода воздуха под воздействием электрического разряда. Генераторы озона подразделяются на цилиндрические с трубчатыми горизонтальными или вертикальными электродами; плоские с пластинчатыми электродамии центральным коллектором или продольной циркуляцией.

Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности.

В целях очистки сточных вод от нефтепродуктов также широко применяется метод отстаивания, который в данном случае основан на способности самопроизвольного разделения воды и нефтепродуктов.

3. Газообразные выбросы завода по производству минеральных удобрений содержат золу и окислы азота. Какие методы очистки можно предложить?

Фильтрация основана на пропускании запыленного газового потока через фильтрующий материал. Фильтрацию применяют для сверхтонкой очистки атмосферного воздуха от древесной, асбоцементной, абразивной пыли, золы, сажи, частиц металлов, их оксидов, ангидридов. В зависимости от фильтрующего материала, фильтры принято делить на тканевые, волокнистые, пористые и зернистые (из сыпучих материалов). В тканевых фильтрах используют не только ткани, но и нетканые материалы, такие как войлок или фетр. Фильтры из хлопчатобумажных тканей применяются для фильтрации нейтральных и щелочных газов при относительно невысокой температуре. В волокнистых фильтрах применяют набивные слои из натуральных или синтетических волокон, шлаковаты, стружки металлов или полимерных материалов, а так же сформированные слои (фильтровальная бумага, картон). Широкое распространение получили фильтры из синтетического и стеклянного волокна. Они обладают высокой термостойкостью и механической прочностью. Наиболее распространенными пылеулавливающими аппаратами, работающими по методу фильтрации, являются рукавные фильтры, которые представляют из себя мешок, натянутый на трубчатую раму. Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей применяют волокнистые фильтры — туманоулавители улавливающие частицы размером менее 3 мкм, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности волокон с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести.

Существующие методы очистки от окислов азота подразделяются на три группы: поглощение окислов азота жидкими сорбентами, поглощение окислов азота твердыми сорбентами и восстановление окислов азота до элементарного азота на катализаторе. Наиболее распространенным методом в нашей стране является очистка газов от окислов азота путем поглощения их растворами Na2CO3 и Са (ОН)2, сравнительно реже — NaOH и КОН.

Каталитический метод очистки заключается в селективном ускорении химической реакции и превращении загрязнителя в безвредное вещество. Для снижения токсичности выхлопных газов применяют каталитические нейтрализаторы, в которых загрязненный воздух пропускают над катализатором, чаще всего оксидом алюминия. С помощью такого очистного оборудования можно очистить воздух от угарного газа, углеводородов, окислов азота. В жидкостных нейтрализаторах применяют для уменьшения содержания альдегидов и оксидов азота 10% водные растворы Na2SO3 или NaHSO4 с добавкой 0,5%-ного основного реагента для предохранения от преждевременного окисления. Таким методом может быть достигнута полная очистка газов от альдегидов, а содержание оксидов азота снижено на 70%.

Основная трудность очистки выхлопных газов от окислов азота состоит в том, что в газах присутствуют окислы азота с различной степенью окисленности: газы слабо окисленные (содержание окиси азота в газе более 60% от общего количества NO+NO2 средне окисленные (содержание NO в пределах 45−60%) высоко окисленные (окислы азота преимущественно в виде NO2 более 60−70% от их общего количества). Наиболее трудно производить очистку слабо окисленных газов. Двуокись и высшие окислы азота сравнительно хорошо поглощаются водой и водными растворами некоторых солей, окись азота (NO) большинством из указанных растворов не поглощается. Для полного поглощения окислов азота из газовых смесей необходимо предварительное окисление NO до NO2 не менее чем на 50—55%.

Разработаны конструкции абсорбционных аппаратов, работающих при высоко турбулентном режиме, — это механические ротационные аппараты горизонтального и вертикального типов и полые распылительные абсорберы.

Поглощение окислов азота жидкими сорбентами в механических абсорберах с большим числом оборотов. Влияние гидродинамических условий на скорость абсорбции окислов азота определялись в механических абсорберах с большим числом оборотов, а в качестве поглотителей испытывались растворы Са (ОН)2, NH3, Na2CO3 и др.

4. Сточные воды пищевого комбината содержат жирные соединения. Какие методы очистки можно предложить?

Механическая очистка сточных вод применяется, как правило, в качестве предварительной, то есть предшествует другим методам очистки. Назначение механической очистки заключается в подготовке производственных сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Она способствует удалению из сточных вод нерастворенных и частично коллоидных минеральных и органических примесей. Механическая очистка обеспечивает выделение из сточных вод до 90 — 95% взвешенных веществ и снижение органических загрязнений (по БПКполн) на 20 — 25%.

Для очистки производственных сточных вод от большого количества жиров и масел используют жироловки и маслоотделители. Эти сооружения аналогичны отстойникам, но имеют приспособления для удаления большого количества всплывающих загрязнений. Одновременно они служат и для очистки от оседающих веществ.

Флотация — это удаление загрязнителей мелкими пузырьками воздуха, которыми насыщают воду, за счет прилипания к пузырькам частиц загрязнителей — нефтепродуктов, жиров, волокон — и всплывания затем флотируемых частиц-пузырьков на поверхность воды. Эти всплывшие на поверхность сточной воды пузырьки воздуха образуют пенообразный слой, насыщенный флотируемым веществом.

Флотация в десятки раз повышает скорость всплывания частиц загрязнителей сточной воды. Наибольшее распространение получила напорная флотация, при которой необходимый для образования пузырьков воздух сначала растворяется в воде под давлением, а затем при снижении давления до атмосферного выделяется в виде мельчайших пузырьков, насыщающих всю массу воды. При этом способе флотации пузырьки воздуха как бы зарождаются непосредственно на поверхности частиц загрязнителей.

Экстракция — использование растворителей для извлечения токсичных веществ из очищаемых стоков. Этот метод применяется для очистки стоков от органических соединений (масел, фенолов, органических кислот). Метод основан на избирательной растворимости органических соединений, которые не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях (бензол, хлороформ, спирт и.т.п.). экстракция осуществляется в колонках с насадкой, куда подаются сточные воды и экстрагенты. Для очистки сточных вод, содержащих значительные количества органических веществ, применяют сооружения первичной (механической, физико-химической, электрохимической) и вторичной (биологической) очистки. Для очистки производственных сточных вод широко применяются также электрохимические методы: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ и другие.

5. Сточные воды завода по производству синтетического волокна содержат ацетон. Какие методы очистки можно предложить?

Экстракция — использование растворителей для извлечения токсичных веществ из очищаемых стоков. Этот метод применяется для очистки стоков от органических соединений (масел, фенолов, органических кислот). Метод основан на избирательной растворимости органических соединений, которые не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях (бензол, хлороформ, спирт и.т.п.). экстракция осуществляется в колонках с насадкой, куда подаются сточные воды и экстрагенты.

Окислительный метод применяется при водоподготовке и для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсические примеси (ацетон).

После механической обработки в воде остаются часть взвешенных веществ, растворенные органические вещества и большое количество микроорганизмов. Биологический метод основан на использовании жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, для которых органические вещества сточных вод (в растворенном и коллоидном состоянии) являются источником питания. При наличии свободного кислорода в сточных водах микроорганизмы окисляют (минерализуют) органические вещества.

Перегонка и ректификация. Первый метод состоит в разделении и последующем удалении через открытую жидкую поверхность соединений, имеющих разную температуру кипения. В целях очистки сточных вод применяют простую перегонку, перегонку с водяным паром, перегонку с инертным носителем, азеотропную перегонку, ректификацию в присутствии перегретого пара и азеотропную ректификацию.

Простая перегонка осуществляется путем постепенного испарения сточной воды. Метод применяется для удаления соединений, которые имеют температуру кипения ниже температуры кипения воды (ацетон, спирты и т. д.).