Характеристика води за походженням та вимоги до очищеної води

РЕФЕРАТ

 

Курсова робота: 32 стор.; 9 рис.; 11 табл.; 6 бібл.

 

Розглянуто ознаки, які покладено в основу класифікації домішок води. Наведено фізико-хімічні основи, розроблено та обґрунтовано технологічну схему підготовки промислових стічних вод з метою їх очищення до технічної води. Обрано головний апарат схеми, розраховано об’єм баку для приготування розчину коагулянту.

 

 

стічні води, технологічна схема, коагуляція, завислі речовини, грубо-дисперсні частинки, ХСК (хімічне споживання кисню), кольоровість, відстоювання, бак для приготування розчину коагулянту

Змiст

 

Вступ……………………………………………………………………………….4

1. Характеристика води за походженням та вимоги до очищеної води. 6

2. Характеристика домішок, які треба видалити з води, за їх фазово - дисперсним станом. 15

3. Вибір та обґрунтування методів очищення води від указаних домішок. 17

4. Теоретичні основи методів очищення води, обраних для певної схеми…..20

4.1 Теоретичні основи процесу осадження………………………………………………………………………...20

4.2 Фізико-хімічні основи процесу коагуляції……………………………………………………................................23

5. Принципова технологічна схема очистки води. 28

6. Вибір, основні конструктивні елементи й розрахунок головного апарата схеми. 29

Висновки. 32

Список використаної літератури. 33

Вступ

 

Вода – одне з найбільших багатств у житті людини. Вона широко застосовується в різних галузях життєдіяльності. Організм людини на 70-80% складається з води. Вода – це джерело питного та промислового водопостачання. Усі без винятку галузі народного господарства в тій чи іншій кількості використовують воду. Хімічна промисловість є однією з найбільш водомістких галузей промисловості. Водночас вона є могутнім “генератором” забруднених стічних вод, що зумовлює скорочення або заборону скидання промислових стічних вод до водних об’єктів. У зв’язку з невпинним зростанням обсягів господарської діяльності людини, а отже, і споживання прісної води зростає також скидання забрудненої води, а дефіцит прісної води збільшується ще більшою мірою.

Сьогодні вода в природі вже не встигає самоочищатися, як це було ще 50 – 100 років тому. Це призвело до надмірного забруднення багатьох природних водойм, річок і озер, воду яких без попереднього очищення використовувати для господарських цілей не можна. Багато річок фактично перетворилось на стічні канави.

Водні ресурси України поки що перевищують теперішній рівень водоспоживання, проте вже сьогодні в багатьох південних районах країни відчутний значний дефіцит води. Тому все більшого значення набуває проблема розумного, раціонального використання прісної води й особливо очищення всезростаючих об’ємів стічних вод, а також одночасна організація замкнених систем зворотного водоспоживання в промисловості, сільському і комунальному господарстві.

Внаслідок проведення робіт щодо захисту водних об’єктів від забруднення і раціонального використання воли в народному господарстві країни впродовж останніх років створено і освоєно нові високоефективні технологічні процеси та конструкції споруд, обладнання і реагенти для очищення стічних вод. Це дало змогу скоротити забір води з природних водойм, зменшити об’єм стічних вод і зменшити вплив останніх на навколишнє середовище. Проте зробленого на сьогодні недостатньо. Слід ще економніше і раціональніше використовувати прісну воду, впроваджувати ще ефективніші зрошувальні системи.

Потрібно прискорити темпи будівництва водоохоронних об’єктів, збільшити потужність систем зворотного і повторного використання вод. У промисловості необхідно негайно припинити скидання забруднених стічних вод і водночас створити замкнені системи зворотного водопостачання, розробити маловідходну і “суху” технології. Під час розробки технології очищення стічних вод слід прагнути до організації комплексної переробки забруднених вод з використанням не лише очищеної води, а й продуктів водоочищення. Необхідно створювати автоматизовані системи управління водогосподарськими комплексами.

За останні десятиліття на підприємствах країни побудовано велику кількість очисних споруд. Проте використані технології морально застарілі і малоефективні. Здебільшого проводиться грубе очищення, часто методом нейтралізації стічних вод. Згідно з цією технологією, один вид забруднень перетворюється на інший, проте не усувається повністю. Тому забруднення водойм промисловими стічними водами триває. Природні біологічні процеси, що відбуваються у водоймах, вже давно не забезпечують повного їх самоочищення. Тому постає нагальна потреба в розробці сучасних високоефективних технологій виробництва сільськогосподарської та промислової продукції, яка передбачає також організацію комплексної переробки стічних вод шляхом повторного використання очищеної води і продуктів водоочищення.

Ніні розроблено багато технологій очищення будь-яких стічних вод промисловості і комунального господарства. На превеликий жаль, більшість із них освоюються надзвичайно повільно або й зовсім не освоюються.

Ціль курсової роботи: розробка раціональної технологічної схеми підготовки промислових стічних вод з метою їх очищення до технічної води.

 

 

Характеристика води за походженням та вимоги до очищеної води

За походженням води поділяються на природні та стічні. Природні води - це поверхневі води (річки, озера, моря, океани, льодовикові материки, айсберги) та підземні води (ґрунтові та підґрунтові води, струмки, шахтні води), (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Характеристика води за походженням

Безпосередньо до гідросфери відносяться: океани, моря, ріки, озера, болота і атмосферна волога. Величина гідросфери складає 1,385*10⁹ км³ [1,2].

Склад підземних вод визначається головним чином умовами їх формування. Відмінна властивість підземних вод:

¯ Постійна температура;

¯ Відсутність кольоровості, мутності;

¯ Підвищений склад солі, розчинених газів.

Серед підземних вод розрізняють:

1. Води, мінеральний склад яких, сформулювався в процесі утворення гірських порід.

2. Води, що потрапили в осадкові породи в процесі утворення порід на дні морів та океанів.

3. Води, що утворилися при переході води зі зв’язаного стану у вільний під впливом високих температур.

Існує декілька класифікацій всіх природних вод: за ступенем мінералізації води, за величиною рН (6,5-8,5), за ступенем бактеріального забруднення.

Коротка характеристика стічних вод:

· побутові стічні води – це води, які утворюються в результаті господарсько-побутової діяльності (кухні, підприємства, лікарні і т.д.);

· промислові стічні води характеризуються великою різноманітністю та непостійністю хімічного складу та рівномірністю витрат;

· атмосферні стічні води відводяться з територій промислових підприємств і жилих масивів; іноді бувають умовно чистими.

В природі хімічно чистої води нема. З хімічної точки зору природну воду можна розглядати, як дисперсну систему, що складається з дисперсного середовища (води) та дисперсної фази (частинки домішок).

Фізичні показники води (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Фізичні показники води

Температура. Температура природної води залежить від її походження. Вода підземних джерел відрізняється сталістю температури, до того ж чим більша глибина залягання води, тим менший діапазон сезонного коливання температури. Температура води відкритих водоймищ (ріки, озера) зазнає значних сезонних коливань. Наприклад, температура води у Дніпрі (біля м.Києва) змінюється протягом року від 0 ⁰С взимку до 28 ⁰С влітку. До того ж, в окремих місцях відкритих водоймищ температура води може змінюватися внаслідок процесів гниття або надходження підземної води.

Оптимальна температура для питної води – 7…11 ⁰С. Вода з такою температурою має найприємніший смак.

Запах. Характер та інтенсивність запаху природної води визначають органолептично.Запах води може бути пов'язаний із життєдіяльністю водних організмів (вищих водних рослин, водоростей та ін.), а також виявлятися, коли вони вимирають. Це природні запахи. Буває, що у водоймище потрапляють виробничі стічні води з домішками певного запаху. Це штучні запахи.

Рисунок 1.3 – Запах за походженням

Силу запаху оцінюють за шестибальною шкалою ГОСТ3351-74 (таблиця 1.1).

Таблиця 1.1 – Оцінка запаху води [1]

Запах	Характер проявления запаха	Бали, Оцінка
Немає	Не відчувається
Дуже слабкий	Виявляє лише досвідчений дослідник
Слабкий	Споживач виявляє, якщо звернути його увагу
Помітний	Споживач виявляє легко
Чіткий	Сильний запах та присмак, що роблять воду неприємною для пиття
Дуже сильний	Вода не придатна для пиття

 

Кольоровість. Кольоровість води передусім зумовлена наявністю гуматів заліза (солей гумінових кислот) та мікроорганізмів. Підвищену кольоровість має вода річок із болотним типом живлення. Кольоровість оцінюють в градусах платиново-кобальтової шкали. Згідно з ГОСТ 2874-82 «Вода питна», вона не повинна перевищувати 20 град (в окремих випадках, за узгодженням з органами санітарного нагляду, допускається кольоровість до 30 град).

Таблиця 1.2 – Характеристика води за кольоровістю [1]

Кольоровість	Одиниці виміру, градус платиново-кобальтової шкали
Дуже мала	До 25
Мала	Більше 25 до 50
Середня	Більше 50 до 80
Висока	Більше 80 до 120
Дуже висока	Більше 120

 

Прозорість або мутність. Термін прозорість використовують для природних вод, а характеристику мутність для стічних вод. Мутність води викликана наявністю тонко дисперсних домішок. Якісне визначення проводять описово: мутність відсутня, слабка опалесценція, опалесценція, слабо мутна, мутна і сильно мутна. Поряд з мутністю, особливо у випадках, коли вода має незначне забарвлення і мутність, та їх визначити важко, то користуються показником – прозорість. Міра прозорості – висота стовпчика води по шрифту (шрифт Снеллена). Результати виражають в сантиметрах таблиця 1.3.

Таблиця 1.3 – Характеристика води за прозорістю [1]

Прозорість	Одиниця виміру, см
Прозора	Більше 30
Мало мутна	Більше 25 до 30
Середньої мутності	Більше 20 до 25
Мутна	Більше 10 до 20
Дуже мутна	Менше 10

 

Смак і присмак. Інтенсивність смаку і присмаку у відповідності з ГОСТ 3351-74 визначається також по шестибальній шкалі – таблиця 1.4.

Таблиця 1.4 – Характеристика води за інтенсивністю смаку [1]

Оцінка смаку і присмаку, бали	Інтенсивність смаку і присмаку	Характер прояву смаку і присмаку
	Нема	Смак і присмак не відчувається.
	Дуже слабкий	Смак і присмак одразу не відчувається споживачем, але виявляється при ретельному тестуванні.
	Слабкий	Смак і присмак помітні, якщо звернути увагу.
	Помітний	Смак і присмак легко помітні і викликають несхвальні відгуки про воду.
	Чіткий	Смак і присмак звертають на себе увагу і змушують втриматися від пиття.
	Дуже сильний	Смак і присмак настільки сильні, що роблять воду непридатною для пиття.

 

Розрізняють 4 види смаків: солоний, гіркий, кислий, солодкий. Якісну характеристику відтінків смакових відчуттів - присмаку виражають описово: хлорний, рибний, гіркуватий і т.д. Найбільш поширений солоний смак води, найчастіше зумовлений розчиненням у воді хлоридів натрію, гіркий – сульфатів магнію, кислий – надлишок діоксиду вуглецю.

Мінеральний склад. Мінеральний склад – сумарний вміст всіх знайдених при хімічному аналізі води мінеральних речовин. Мінералізація природних вод, що визначає їх граничну електропровідність змінюється в широких межах. Більшість річок має мінеральний склад від декількох десятків міліграмів в літрі до декількох сотень. Відповідно до ГОСТ 17403-72 природні води по мінеральному складу розділені на групи (таблиця 1.5).

Таблиця 1.5 – Характеристика води за мінеральним складом [1]

Група води	Одиниці виміру, г/кг
Прісні	До 1
Солонуваті	Більше 1 до 25
Солоні	Більше 25 до 50
Розсоли	Більше 50 г/кг

Границя прісних вод – 1г/кг – встановлена у зв’язку з тим, що при мінеральному складі більшому цього значення смак води неприємний – солоний або гірко-солоний.

Електропровідність. Електропровідність – це чисельний вираз здатності води проводити електричний струм. Електрична провідність залежить в основному від концентрації розчинених мінеральних солей і температури. Мінеральну частину води складають іони Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, CI^-, SO₄^2-, HCO₃^-. Дані іони обумовлюють електропровідність природних вод. По значенню електропровідності можна приблизно визначити мінеральний склад води.

Хімічними показниками якості води є жорсткість, лужність, органічні сполуки (перманганатна окисність, біхроматна окисність, біохімічна потреба в кисні, загальний органічний вуглець), розчинений кисень, активна реакція (pH) води.

Жорсткість. Жорсткість води зумовлена наявністю іонів Ca²⁺, Mg²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺. Але загальний вміст в природних водах іонів кальцію та магнію більший вмісту всіх інших перерахованих іонів і навіть їх суми. Тому під жорсткістю розуміють суму іонів кальцію та магнію – загальна жорсткість, що складається з карбонатної та не карбонатної. За значенням загальної жорсткості природні води діляться на 5 груп - таблиця 1.6.

Таблиця 1.6 – Класифікація води за жорсткістю [1]

Група води	Одиниці виміру, ммоль/дм3
Дуже м’яка	До 1,5
М’яка	Більше 1,5 до 4,0
Середньої жорсткості	Більше 4 до 8
Жорстка	Більше 8 до 12
Дуже жорстка	Більше 12

Лужність. Лужністю води називається сумарна концентрація аніонів слабких кислот та гідроксильних іонів (виражена в ммоль/дм³), які вступають в реакцію при лабораторних дослідженнях з соляною або сульфатною кислотами з утворенням солей. Розрізняють наступні форми лужності води: бікарбонатна, карбонатна, гідратна, фосфатна, силікатна - в залежності від аніонів слабких кислот, якими обумовлюється лужність. Лужність природних вод, рН яких < 8,35 залежить від присутності у воді бікарбонатів, карбонатів.

Органічні сполуки. Спектр органічних домішок дуже широкий:

o Група розчинених домішок:

гумінові кислоти та їх солі, деякі домішки промислового походження, частина амінокислот та білків;

o Група нерозчинних домішок:

фульвокислоти і гумінові кислоти, а також їх солі, жири різного походження, мікроорганізми.

Вміст органічних сполук у воді оцінюється за методиками визначення окисності води, вмісті органічного вуглецю, біохімічній потребі у кисні, а також поглинання в ультрафіолетовій області. Величина, що характеризує склад у воді органічних і мінеральних сполук, окислених одним з сильних хімічних окисників при певних умовах називається окисненням. Для природних мало забруднених вод рекомендується визначати перманганатну окисність; в більш забруднених водах, як правило, біхроматну окисність (ХПК).

Перманганатна окисність вимірюється в мгО/дм³, якщо враховується маса іона кисню в складі перманганату калія або мг KMnO₄/дм³, що пішов на окиснення «органіки» - таблиця 1.7.

Таблиця 1.7 – Характеристики води за перманганатною окисністю [1]

Величина окисності	Одиниця вимірювання, мгО/дм3
Дуже мала	До 4
Мала	Більше 4 до 8
Середня	Більше 8 до 12
Висока	Більше 12 до 20
Дуже висока	Більше 20

 

Біхроматна окисність, мгО/дм³ називається також хімічною потребою в кисні (ХПК) - показник, який дає більш правильне уявлення про вміст у воді органічних сполук, оскільки при визначенні ХПК окислюється біля 90%, а при визначенні перманганатної окисності - 30-50%.

Біохімічна потреба у кисні (БПК₅, БПК_повн), мгО₂/дм³.

Біохімічна потреба у кисні (БПК) – показник, що визначається при окисності «органіки» природних вод не хімічними речовинами, а біохімічним впливом в аеробних умовах. Найчастіше визначають біохімічну потребу у кисні за п’ять суток - БПК₅, і як правило цей показник у поверхневих водах знаходиться в межах 0,5 – 4,0 мгО₂/дм³. При визначенні БПК₅ окисність приблизно 70% легкоокисляємих органічних сполук. За 10-20 днів – відповідно 90 і 99%. Тому, коли визначають БПК_повн мають на увазі, що процес триває 15-20, в рідких випадках – до 35 днів.

Таблиця 1.8 – Характеристика води по БПК₅ [1]

Ступінь забруднення (клас чистоти)	БПК5, мгО2/дм3
Дуже чиста	0,5 – 1,0
Чиста	1,1 – 1,9
Помірно чиста	2,0 – 2,9
Забруднена	3,0 – 3,9
Брудна	4,0 – 10,0
Дуже брудна	Більше 10,0

 

Загальний органічний вуглець. Вміст загального органічного вуглецю – досить надійний показник вмісту у воді органічних сполук, в середньому чисельно рівний 50% маси органічних сполук. В природних поверхневих водах значення органічного вуглецю можуть коливатися від 1 до 20 і навіть декількох сотень мг/дм³.

Розчинений кисень. Потрапляння кисню у водойму відбувається шляхом розчинення його при контакті з повітрям (адсорбція), а також в результаті фотосинтезу водними рослинами. Вміст розчиненого кисню залежить від температури, атмосферного тиску, ступеня турбулізації води, мінерального складу води і т.д.

 

Водневий показник води рН є найбільш важливим показником якості води. Для всього живого у воді (за виключенням деяких бактерий) мінімально допустима величина рН5. В питній воді допускається рН 6,0 – 9,0. В воді водойм господарсько-питного і культурно-побутового призначення допускається рН 6,5 – 8,5.

 

.

Для хімічно чистої води величину водневого показника можна визначити экспериментально або розрахувати, використовуючи величину - іоного добутку води. Вода – типовий амфотерний электроліт, электролітична дисоціація якого відображається рівняннями вигляду:

;

.

Константа іонізації води рівна 1,8×10^-16 (при температурі 25⁰С). Якщо розглядати 1 л води (1000 г), то її «молярна концентрація» буде рівна:

моль/ дм³;

;

;

.

Для хімічно чистої води є величина стала, при цьому концентрації іонів гідроксонія () і гідроксил-іонів () рівна і складає 10^-7 моль/дм³. Хімічно чиста вода має pH 7 (середовище нейтральне).

Важкі метали. Важкі метали виділяються з загальної групи металів за специфічністю шкідливості для живих організмів

Ціль курсової роботи очистити промислові стічні води для повторного використання. Розрахувати параметри головного апарату схеми - радіального відстійника.