Образование суспензий в техносфере и методы их обезвреживания.

Введение

Загрязнение окружающей среды в результате антропогенного влияния воздействует на живые организмы, здоровье населения, на все компоненты окружающей среды.
В результате нарушения экологического равновесия наблюдается угроза значительного ухудшения водных ресурсов в результате чего исследование загрязняющих веществ и методов обезвреживание является актуальным. Поэтому перед человечеством стоит важная задача ‒ охрана гидросферы и сохранения равновесия в биосфере, в целом. Значительную роль имеет загрязнения гидросферы производственными сточными водами.
Источниками загрязнения гидросферы являются: сброс неочищенных сточных вод в водные объекты, смыв в водные объекты загрязнителей с поверхностным стоком, атмосферные осадки с загрязнителями, и другие. Производственные сточные воды характеризуются рядом параметров ‒ количеством и физико-химическими свойствами растворенных, взвешенных и эмульсированных веществ, степени их токсичности. Большое количество примесей, загрязняющих природные и сточные воды, требует классификационного метода подхода для их определения и удаления из воды.
Загрязнение сточных вод разнообразны по дисперсности и агрегатному состоянию. Они могут присутствовать в стоках в виде химических, коллоидных растворов и в виде грубодисперсных систем. К последним относятся суспензии ‒ взвеси твердых частиц, размеры которых могут достигать нескольких миллиметров. Их дисперсность часто определяется гидравлической крупностью частиц и представляет собой скорость оседания в спокойной воде.
Вслед за интенсификацией мирового сельского хозяйства значительно возросли и объемы использования синтетических пестицидов, удобрений и других веществ, которые попадая в водоносные горизонты наносят серьезный ущерб экологии. Установлено, что наиболее распространенными химическими загрязнителями, по всему миру, являются сельскохозяйственные нитраты (ФАО). Современное сельское хозяйство имеет влияние на водные ресурсы через сброс больших объемов агрохимикатов, суспензий, органических веществ и солевых растворов.
Образование суспензий в техносфере представляет собой физическое загрязнение. Твердые частицы снижают прозрачность воды, подавляют развитие водных организмов, ухудшают вкусовые качества воды, а иногда делают ее вообще непригодной для потребления.
Цель работы ‒ исследование образования суспензий в техносфере.
Достижение цели предполагает выполнение таких задач:
‒ проанализировать способы образования суспензий и их характеристику;
‒ изучить различные методы обезвреживая суспензий.
Объект исследования ‒ суспензии в техносфере.
Предмет ‒ условия образования суспензий, особенности их обезвреживания и устранения.

РАЗДЕЛ 1
ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ОБРАЗОВАНИЕ СУСПЕНЗИЙ
1.1. Характеристика суспензий и их разновидности

Суспензии ‒ гетерогенные грубодисперсные системы, твердые частицы дисперсной фазы которых находятся во взвешенном состоянии в жидкой дисперсионной среде, частицы достаточно велики, для противодействия броуновскому движению [2].
Различают суспензии грубодисперсные (размер частиц ‒ от 1 мкм до долей миллиметра) и мелкодисперсные (от 100 до 1000 нм). Грубодисперсные суспензии есть неустойчивыми и склонны к коагуляции.
Суспензия имеет свойства неньютоновской жидкости и приближается к свойствам вязко пластичных сред. Как правило, частицы дисперсной фазы суспензии имеют размер более 10-4 см и седиментують под действием силы тяжести. Суспензии с очень медленной седиментацией иногда называют взвесями вследствие малой разницы плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды. В концентрированных суспензиях могут легко образоваться дисперсные структуры [9].
Вариант, в котором частицы суспензии двигаются свободно, называют золями; если же частицы дисперсной фазы связаны в пространственную структуру, суспензию называют гелем.
Суспензии по природе дисперсионной среды разделяют на: водные и органосуспензии (дисперсная среда которых – органическая жидкость).
По концентрации частиц дисперсной среды могут быть концентрированные (пасты) и разбавленные суспензии (взвеси).
Очищают от примесей растворенных веществ фильтрованием, диализом, электродиализом, центрифугированием.
Суспензии можно получить методом диспергирования или конденсации. Они находятся в природных водах, золях металлов, других веществах.В суспензиях имеет место проявления четырех видов электрокинетических явлений.
Молекулярно-кинетические свойства суспензий различны в зависимости от размеров дисперсных частиц. Для суспензий, частицы которых 10-4 – 10-5 см, имеет место седиментационно-диффузионное равновесие. Для частиц 10-4 – 10-2 характерна быстрая седиментация и практически отсутствует броуновское движение, для таких частиц применим седиментационный анализ [5, с. 36].
Седиментационная устойчивость суспензии представляет собой способность системы противостоять действию силы тяжести. Так как основная часть суспензий оказываются полидисперсными системами, которые могут содержать и относительно крупные частицы, в данном случае они седиментационно (кинетически) неустойчивые системы.


1.2. Образование суспензий в водоемах со стоками предприятий

Основные источники органических веществ в сточных водах ‒ промышленные предприятия, нефтеперерабатывающие заводы, предприятия целлюлозно-бумажной промышленности; сельское хозяйство, крупные животноводческие комплексы и тому подобное.
Наличие суспензий органического происхождения в сточных водах производств пагубно влияет на состояние водоемов ‒ снижение кислорода в воде. Оседая на дно водоемов, происходит заиливание кислорода, задерживается или полностью прекращается жизнедеятельность донных организмов, участвующих в самоочищении. Твердые частицы суспензий снижают прозрачность воды, подавляют процессы фотосинтеза водных растений, забивают жабры рыб и других.
Физическое загрязнение воды связано с изменением ее физических свойств ‒ прозрачности, содержимого суспензий и других нерастворимых примесей, радиоактивных веществ и температуры

.
Суспензии (песок, ил, глинистые частицы) попадают в водоемы главным образом за счет поверхностного смыва дождевыми водами из с/х полей. Большинство суспензий попадает в водотоки из действующих предприятий горнодобывающей промышленности и подобных.
Особую опасность для всего живого представляют радиоактивные примеси, попадающие в водоемы благодаря выбросам АЭС. Тепловое загрязнение водоемов вызвано спуском в водоемы теплых вод от различных энергетических установок.
В реках, которые находятся рядом ТЭС и АЭС, нарушаются условия нереста рыб, погибает зоопланктон, рыбы поражаются болезнями и паразитами. Следует добавить, что, к примеру, АЭС сбрасывают в водоемы воду, нагретую до 450 ºС. Ежегодно, в мире сжигается более 10 млрд т условного топлива, при этом выбрасывается в воздух более 1 млрд т различных суспензий, среди которых много канцерогенных веществ ‒ мышьяка, кобальта, кремния и других.
Вслед за интенсификацией мирового сельского хозяйства увеличились объемы использования удобрений, синтетических пестицидов, гербицидов, различных иных веществ, которые попадая в водоносные горизонты наносят серьезный ущерб экологии [8].
Загрязнение водоемов суспензиями в результате сельскохозяйственной деятельности возможно при попадании с полей используемых химических веществ вместе с дождевыми и талыми водами. Суспензии инсектицидов в воде растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены водные ресурсы.
В результате чего происходит значительное ослабление окислительных функций водных растений. Пестициды попадая в водоемы накапливаются в живых организмах, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.


РАЗДЕЛ 2
ТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СУСПЕНЗИЙ
2.1. Очистка водных ресурсов от суспензий

Очистка водных ресурсов от коагулированных взвешенных частиц ‒ это многостадийный процесс, который включает, образование агрегатов и отделение их от воды.
Для очистки сточных вод широко применяют флотацию. Ее основное преимущество в достаточно высокой эффективности извлечения суспензий и примесей из воды. Процесс очистки от суспензий зависит от свойств частиц и их размера, других физико-химических свойств суспензий. Данные условия представляют собой определенные трудности для внедрения флотационного способа очистки вод.
Для повышения эффективности очистки сточных вод от суспензий применяются различные реагенты. Для очистки сточных вод вариант электронного аэрирования сточных вод, напорной флотации, способы пневматической и электролитической очистки являются наиболее приемлемыми способами обезвреживания от суспензий.
Для электролитической очистки сточных вод все чаще используются электрокоагуляторы и электрофлотаторы. Действие электрофлотационных аппаратов основывается на принципе аэрации жидкости и пузырьками газов, при электролизе воды.
За рубежом применяются аппараты для одновременного проведения электрокоагуляции и электрофлотации. Существуют аппараты, в которых совмещены электрофлотация и электрохимическая обработка, и также аппараты, которые совмещают напорную флотацию с электрохимической обработкой сточных вод [1, с. 5-6].

2.2. Физико-химическое обезвреживание суспензий

С помощью использования физико-химического метода обработки из сточных вод происходит удаление тонкодисперсные частиц и растворенных примесей в воде, разрушаются органические вещества, которые не окисляются или плохо окисляются. Способ физико-химического обезвреживания включает следующие методы очистки сточных вод: сорбцию, адсорбцию, коагуляцию, дезодорации, экстракцию и иные. Применение коагуляции для очистки сточных вод от суспензий целесообразно, если в их состав входят коллоидные частицы размером 0,001-0,1 мкм. Таковые частицы имеют электрозаряд, образующийся в результате поглощения ионов с водного раствора.
Для очистки производственных сточных вод широко используют различные минеральные коагулянты, такие как: соли магния, соли железа, соли алюминия, цинка, сернокислого кальция, известь и другие. Флокулянтом применяют: эфиры, крахмал, кремниевую кислоту, целлюлозу и иные. Вместо коагулянтов можно использовать водные растворы полимеров, в молекуле которых есть флокулянты ‒ полярные функциональные группы [6, с. 22-23].
Под действием флокулянтов частицы суспензий превращаются в рыхлую массу, что оседает на дно сооружения. Коагуляция производится также с помощью пропуска сточных вод с помощью электролизера с анодом, что изготовлен из железа либо алюминия.
Эффективным методом глубокой очистки сточных вод есть сорбционное поглощение, который применяют для очистки сточных вод от органических и неорганических веществ, если их концентрация в воде незначительна, они биологически не разлагаются и являются очень токсичны [6, с. 23].
Применение адсорбционной очистки вод может происходить регенеративным либо деструктивным способами. В инженерной практике применяют адсорбционные установки с последовательным (рис. 2.1, а) и противоточным (рис. 2.1, б) введением адсорбента. Процесс действия очистки сточных вод производится в результате интенсивного перемешивания адсорбента с водой и с помощью фильтрования воды через слой адсорбента. Экономически целесообразными являются многоступенчатые установки (рис. 2.1, а). При этом на первом этапе вводят столько адсорбента, сколько необходимо для уменьшения концентрации загрязняющих веществ, вслед за чем адсорбент выводят из цикла с помощью использования отстаивания или фильтрования, а сточная вода направляется на второй этап очистки, где применяется следующий адсорбент. Фильтрование как двухступенчатая фильтрация суспензии используется для выделения взвешенных веществ диаметром более 5 мкм, снижение цветности и мутности.

Рисунок 2.1. ‒ Схема адсорбционных установок
Скорость фильтрования сточных вод через слой адсорбента зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2-4 до 5-6 м3 / (м2/ч)