Разработка технологии очистки поверхностных сточных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.11, кандидат технических наук Уласовец, Евгений Аркадьевич

• Уласовец, Евгений Аркадьевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Уласовец, Евгений Аркадьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Характеристика ливневых сточных вод

1.2. Основы коагуляционной очистки.

1.2.1 Основные понятия и общие положения.

1.2.2 Основные положения теории устойчивости лиофобных коллоидов

1.2.3 Теория устойчивости лиофильных и лиофилизированных коллоидов. . :

1.2.4 Методы снижения устойчйборти дисперсных систем. г 1 ■ ■.

1.2.5 Коагуляция золей электролитами .":'.''.

1.2.6 Гетерокоагуляция загрязнений с продуктами гидролиза коагулянтов.

1.3. Сорбция и гетерокоагуляция загрязнений твердофазными реагентами.

1.3.1 Классификация и свойства природных сорбентов.

1.3.2 Применение природных сорбентов в процессах очистки сточных вод.

1.4. Кинетика коагуляции.-.

1.5. Существующие методы очистки поверхностных сточных вод.

1.5.1 Безреагентные методы очистки.

1.5.2 Основные реагентные методы очистки.

1.6. Цель работы.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Характеристика объектов исследования.

2.2. Исследование основных факторов устойчивости дисперсных систем.

2.2.1. Основные подходы к изучению факторов устойчивости дисперсных систем.

2.2.2.Техника проведения экспериментов.

2.2.3. Влияние основных физико-химических параметров на электроповерхностные свойства дисперсных частиц.

2.2.4. Закономерности парного взаимодействия частиц латекса в условиях преобладания электростатического фактора устойчивости.

2.2.5. Кинетика коагуляции полистирольного латекса в присутствии неионогенных стабилизаторов.

2.2.6. Энергия потенциального барьера отталкивания, обусловленного сольватно-адсорбционном фактором стабилизации.

2.3. Влияние гидродинамики процесса на кинетику коагуляции.

2.4. Реагентные методы очистки поверхностных сточных вод.

2.4.1. Очистка сточных вод коагулянтами.

2.4.2. Очистка сточных вод совместным применением коагулянтов и модифицированных алюмосиликатов.

2.4.3. Совместное применение реагента «Экозоль-401» и флоку-лянта ВГЖ-402.

2.4.4. Влияние высокодисперсного твердофазного реагента «Экозоль-401» на степень коагуляции полистирольного латекса.

2.4.5. Определение оптимальных технологических параметров очистки сточных вод реагентом «Экозоль-401» и флокулянтом-402.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ

СТОЧНЫХ ВОД.

3.1 Технологическая схема и режимы обработки воды.

3.2 Характеристика используемых реагентов.

3.3. Эффективность очистки промливневых стоков по предлагаемой технологии.

3.4. Технологии сгущения и обезвоживания осадков очистки ливневых сточных вод.

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ

ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ.

4.1. Примеры использование предлагаемой технологии в практике водоочистки.

4.2. Анализ схемных, компоновочных и конструктивных решений.

4.3. Технико-экономическое сравнение очистных сооружений промышленных и ливневых сточных вод.

4.4. Сравнительный анализ экономических показателей установок очистки сточных вод моек автотранспорта.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии очистки поверхностных сточных вод»

Ливневые сточные воды, поступающие в природную среду с городской и промышленной территорий, в настоящее время, становятся одним из наиболее опасных источников загрязнения водоемов.

Распределение загрязняющих веществ, вносимых в водоемы различными видами сточных вод примерно следующее [1]: хозяйственно-бытовые сточные воды ~ 50% промышленные сточные воды ~ 30% ливневые сточные воды ~ 20%

Относительное снижение сбросов загрязняющих веществ от промышленных предприятий за счет ужесточения контроля со стороны природоохранительных органов и снижения объемов производства, а также широкое применение в практике природоохранных мероприятий локальных очистных сооружений, приводит к снижению удельной доли техногенного воздействия. на окружающую среду, обусловленную промпредприятиями. Соответственно возрастает доля загрязнений от неорганизованных и непостоянных источников.

Одним из таких источников загрязнения является сток ливневых и талых вод с территорий города и промышленных предприятий. Долгие годы на этот источник вообще не обращали внимания. Теперь же, по мере роста городского населения, на фоне общего ухудшения качества воды водоемов, перекрытие этого источника загрязнения становится все более актуальной задачей.

По данным многолетних наблюдений в России, с атмосферными осадками л за год на 1 км поверхности в сельской местности поступает 5-15 т растворенных загрязняющих веществ, а на 1 км2 городской территории 15-20 т [2].

Сложность создания технологии очистки поверхностного стока состоит в разнообразии и широком диапазоне концентраций загрязняющих веществ, сезонной и климатической зависимости объемно-расходных характеристик уровня загрязнения стока [3].

К технологическим схемам очистки предъявляются жесткие требования: простота и надежность в эксплуатации, универсальность по выделению различных загрязняющих компонентов, глубокая степень очистки, низкая себестоимость очистки 1 м3 по сравнению с очисткой промышленных сточных вод [4, 5].

Для решения выше названых проблем необходим комплекс современных инженерных подходов к вопросам организации сбора стока с территории, регулирования расхода, компоновки отдельных элементов очистных сооружений, совершенствование существующих и создание новых реагентных методов физико-химической очистки, обладающих более широким спектром извлекаемых компонентов.

Одним из перспективных путей очистки поверхностных сточных вод является применение природных и модифицированных алюмосиликатов [6]. Выбор реагентов этого класса обусловлен их дешевизной, доступностью и многофункциональностью [7-9].

Данная работа посвящена изучению физико-химических закономерностей процессов гетерокоагуляции и сорбции взвешенных веществ, нефтепродуктов, соединений металлов, поверхностно-активных веществ (ПАВ), определению оптимальных технологических параметров применения высокодисперсных твердофазных реагентов на основе модифицированных бентонитовых глин, разработке технологической схемы очистки.

Данная работа является составной частью научных исследований, проводимых на кафедре физической, аналитической и органической химии (ФАиОХ) Уральской Государственной Лесотехнической Академии, в соответствии с Экологической Программой г. Екатеринбурга.

Рассмотрение экспериментального материала произведено на основе современных теоретических представлений об устойчивости и коагуляции дисперсных систем, установленных Смолуховским М.Л.[10], Дерягиным Б.В. [11-12],

Чураевым Н.В. [13-14], Ефремовым [15] и другими исследователями. При проведении исследований широко использовался опыт работ Тарасевича Ю.И., Кульского Л.А.[16,17,20], Бабенкова Е.Д., Минца Д.М., Эпштейна С.И. и других по разработке физико-химических методов очистки сточных вод.

Проведенные исследования позволили впервые:

1. Оценить вклады электростатической и сольватно-адсорбционной составляющей в устойчивость дисперсных систем.

2. Разработать методику экспериментального определения величин сольват-но-адсорбционного барьера устойчивости дисперсных систем на основе кинетики коагуляции.

3. Изучить влияние основных физико-химических параметров (концентрация ионов водорода, температура, ионный фон, вид электролита) на электростатический и сольватно-адсорбционный факторы устойчивости дисперсных систем.

4. Получить сведения о влиянии гидродинамических параметров и концентрации взвешенных веществ на процессы хлопьеобразования и седиментации хлопьев при очистке ливневых сточных вод.

5. Предложить метод выбора реагентов, определения оптимальных доз и технологических режимов очистки ливневых и промышленно-ливневых сточных вод.

6. Выявить многофункциональность модифицированных природных алюмосиликатов и их эффективность для очистки ливневых и маслосодержащих сточных вод.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. Исследования направлены на широкое внедрение в практику водоочистки высокодисперсных природных и модифицированных алюмосиликатов, как универсальных реагентов, обладающих свойствами сорбентов, соосадителей, фло-кулянтов. 8

2. Определены оптимальные условия процесса очистки ливневых и масло-содержащих сточных вод для достижения требований ПДК водоемов рыбохо-зяйственного и хозяйственно-бытового назначения.

3. Разработанные методы внедрены в технологию очистки промышленных стоков на ряде предприятий города Екатеринбурга и Свердловской области.

Таким образом, на защиту выносятся следующие положения:

1. Теоретическое обоснование метода определения факторов устойчивости дисперсных систем, содержащих в своем составе различные по природе стабилизаторы.

2. Экспериментально установленные закономерности влияния основных физико-химических параметров на устойчивость дисперсных систем и очистку ливневых сточных вод.

3. Экспериментально найденные закономерности очистки сточных вод с помощью природных и модифицированных алюмосиликатов.

4. Найденные на основе математического моделирования оптимальные технологические режимы очистки ливневых и маслосодержащих сточных вод.

5. Разработанная технология глубокой очистки ливневых сточных вод.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение диссертации по теме «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», Уласовец, Евгений Аркадьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследовательской работы определенны:

- состав ливневых, промышленно-ливневых сточных вод и стоков автомоек;

- распределение загрязнений по фазово-дисперсному состоянию;

- факторы и механизмы устойчивости дисперсных систем загрязнений ПСВ; разработаны:

- метод определения величины потенциального барьера устойчивости обусловленного сольватно-адсорбционным фактором стабилизации;

- изучены закономерности снижения устойчивости дисперсных систем;

- реагентный метод глубокой очистки ПСВ вплоть до ПДК рыбо-хозяйственных водных объектов;

- технология и технологическая схема очистки дождевых, промышленно-дождевых сточных вод, стоков автомоек; внедрены:

- новая реагентная технология очистки промышленно-ливневых стоков на ОАО «Уралмаш»;

- серия очистных установок типа «ЭП» для очистки рециркуляционных сточных вод автомоек и поверхностного стока предприятий автосервиса.

Проведенные исследования модельных систем позволили сделать вывод о том, что стабильность дисперсных систем ПСВ, в основном, обусловлена электростатическим фактором устойчивости. В тоже время, показано наличие соль-ватно-адсорбционного фактора в условиях близости системы к изоэлектриче-ской точке при наличии в ней определенных количеств ионногенных и неион-ногенных ПАВ.

На основе расчетов по теории ДЛФО определенно, что исследуемые образцы латексов достигают состояния близкого к отсутствию барьера отталкивания

-взаимокомпенсации электростатических и молекулярных сил при концентрации КС1 0,21 моль/л.

Предложен метод экспериментальной оценки высоты сольватно-адсорбционного барьера отталкивания, основанный на исследовании кинетики коагуляции, в условиях снятия электростатического барьера отталкивания. Определенно, что энергия сольватного-адсорбционного фактора составляет 2,7 -3,3 кТ, в зависимости от содержания НПАВ.

Выяснено, что увеличение количества неионогенного стабилизатора вызывает рост энергии сольватно-адсорбционного барьера устойчивости дисперсии полистирольного латекса по уравнению: для ОП-7 Е =0,4593хСОП-7 + 2,7793 И2 = 0,987, п = 6; для ОП-4 Е = 0,5097хСОП-4 + 2,8091 Я2 = 0,979, п = 6, где С - количество неионогенного стабилизатора, мкмоль НПАВ/кг латекса.

С ростом температуры в диапазоне 20-50 °С энергия сольватно-адсорбционного барьера снижается, что связанно с разупорядывачиванием структуры граничных слоев молекул растворителя.

Определенно, что увеличение рН вызывает рост, как электростатического барьера отталкивания, за счет смещения равновесия реакции диссоциации ио-ногенного стабилизатора (олеата натрия), так и сольватно-адсорбционного барьера отталкивания, за счет усиления поляризации оксиэтилированных групп в молекуле неионогенного стабилизатора.

Показано влияние анионного и катионного состава электролита на энергию сольватно-адсорбционного фактора. Подтверждено предположение о том, что ионы малого радиуса вызывают незначительный рост энергии сольватно-адсорбционного фактора устойчивости, т.е. усиливают структуру сольватных слоев вблизи поверхности дисперсных частиц.

Подтвержден экстремальный характер влияния интенсивности перемешивания на эффективность коагуляции, в частности на значение константы скорости коагуляции.

Показана эффективность использования высокодисперсных алюмосиликат-ных материалов для снижения устойчивости лиофилизированных дисперсий, в случае сольватно-адсорбционного барьера.

На основе проведенных исследований можно выделить ряд способов и приемов позволяющих регулировать устойчивость дисперсных систем в реальных условиях технологий водоочистки: изменение электролитного фона, изменение рН раствора, правильный выбор гидродинамики процесса коагуляции, использование модифицированных алюмосиликатов. Использование в технологических процессах таких приемов, как изменение температуры и состава Кононов, возможно только в редких специфических случаях.

Выявлены закономерности очистки сточных вод различными коагулянтами, флокулянтами, алюмосиликатными реагентами и их комбинациями. Определены оптимальные условия и технологические режимы очистки сточных вод с применением реагента нового поколения «Экозоль-401».

Наряду с выраженным экологическим эффектом показана экономическая

186 целесообразность использования нового реагентного метода очистки и разработанных технических решений.

Проведенные технологические изыскания позволили разработать высокоэффективную технологию очистки сточных вод дождевых канализаций городских территорий и промышленных объектов, стоков автомоек и гальванопроизводств. Работоспособность и эффективность указанных технологий в условиях промышленной эксплуатации подтверждена опытом внедрения на действующих очистных сооружениях (Приложения 1-4). Предложенные технические решения положены в основу проектов ряда очистных сооружений г. Екатеринбурга и Свердловской области.

187

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Уласовец, Евгений Аркадьевич, 2000 год

1. Современные методы управления качеством речных вод урбанизированных территорий, //журн. Водные ресурсы. 1996. т 23. №2. С. 168.

2. Скакальский Б.Г. Влияние урбанизации на качество речных вод.// Труды Государственного гидрогеологического института. JI.1973. вып 206. С. 85.

3. Дикаревский B.C. Отведение и очистка поверхностных сточных вод. Л.: Стройиздат. 1990. 224с.

4. Молоков М.В., Шифрин В.Н. Очистка поверхностного стока с территории городов и промышленных площадок. М.: Стройиздат. 1977. 104 с.

5. Комольцев А.Н., Петров Ю.И., Вельская Я.И. Характеристика поверхностного стока талых вод тепловых электростанций, //журн. Электрические станции. 1972. №2 С. 67.

6. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки сточных вод. Киев.: Наукова думка. 1981. 208 с.

7. Айлер Р.К. Химия кремнезема. Пер. с англ. М.: Мир. 1982. 172 с.

8. Кухарь В.П., Гончарук В.В. Мероприятия по дезактивации различных объектов при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. //Химия и технология воды. 1996. т 18. №2.

9. Тарасевич Ю.И., Рак B.C. Применение бентонитовых глин в качестве адагу-лянтов для удаления высокодисперсного целлюлозного волокна. //Коллоидный журн. 1993. т 55. №3 с. 160.

10. Смолуховский М.Л. Опыт математической теории кинетики коагуляции коллоидных растворов.// Коагуляция коллоидов. ОНТИ 1936.

11. Дерягин Б.В., Кусаков М.М. Изв. АН СССР. Серия Химия. 1937.№5.

12. Дерягин Б.В. Теории гетерокоагуляции, взаимодействия и слипания разнородных частиц в растворах электролитов. // Коллоидный журн. 1954. т 16. №6. С. 425.

13. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Докл. АН СССР. 1972. т 207. С. 58.

14. Чураев H.B Включение структурных сил в теорию устойчивости коллоидов и пленок. //Коллоидный журн. 1984. т XLVI. С. 302.

15. Ефремов И. Ф. Периодические коллоидные структуры. JL: Химия. 1971. 192с.

16. Кульский JI.A., Накорчевская В.Ф. Химия воды. Киев.: Вища Школа. 1983. 239 с.

17. Кульский JI.A. Теоретическое обоснование технологии очистки воды. Киев.: Наукова думка. 1968. 127 с.

18. Василенко Л.В., Свиридов В.В. Основы очистки промышленных сточных вод. Свердловск.: изд. УПИ. 1983. 140 с.

19. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торошенков Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия. 1989. 512 с.

20. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев.: Наукова думка. 1980. 563 с.

21. Абрамович И. А. Обоснованность нормативных требований очистки сточных вод.// журн. Водоснабжение и санитарная техника. 1996.№1. С. 17.

22. Шигорин Г.Г. К вопросу о загрязненности поверхностного стока.// журн. Водоснабжение и санитарная техника. 1956. №З.С.6.

23. Петров Ю.П., Комольцев А.Н., Шипицына Т.В. Очистка и повторное использование поверхностного стока ТЭС.// сб. науч. тр. Водно-химические режимы, обезвреживание стоков и контроль за качеством воды и пара на ТЭС. М. ЭнергоАтомиздат. 1983.

24. Weibel S.R., Anderson R.I. and Woodward R.L. Urban Land Runoff as a Factor in Strem Pollution.- J. Water Pollution Control Federation. 1964. vol. 36. №7. p 914-924.

25. Пальдяева Н.П.,Малинина И.В.,Вайсфельд Б.А. и др. Очистка поверхностных сточных вод.// журн. Водоснабжение и санитарная техника. 1994. №8.С.5.

26. Бухолдин A.A. Особенность состава поверхностного стока с территории городов. // Проблемы охраны вод. вып 5. Харьков ВНИИВО. 1974.

27. Волков С.Н., Емлин Э.Ф., Кецко О.Г. Город Реж и его окрестности. Природа, техника, человек. Свердловск. 1992. 112 с.

28. Емлин Э.Ф. Геохимические аспекты процесса урбанизации на Урале. Свердловск. 1988. 54 с.