Физико химические методы очистки сточных вод

Для очистки производственных сточных вод применяют в зависимости от состава их загрязнений методы механической, химической, физико-химической и биологической очистки.

Механическая очистка—процеживание, отстаивание и фильтрация— применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Процесс полного осветления сточной воды завершается фильтрованием — пропуском воды через слон зернистого материала (песка, антрацита, керамзита и горелых пород) с частицами различной крупности. Преимущество этих процессов заключается в возможности применения их при нормальной температуре и без добавления химических реагентов. Эта очистка, как правило, является предварительным, реже — окончательным способом обработки производственных сточных вод.

Химическая очистка применяется в тех случаях, когда выделение загрязнений из сточных вод возможно только в результате химических реакций между этими загрязнениями и вводимыми в очищаемые воды реагентами. При этом происходит окисление и восстановление растворенных в воде примесей с получением нетоксичных или малотоксичных продуктов; превращение в нерастворимые в воде соединения; нейтрализация кислот и щелочей. Химическая очистка сточной воды, содержащей растворенные и коллоидные органические примеси, может осуществляться с помощью озона, действие которого основано на его высокой окислительной способности. К химическим методам очистки сточных вод относятся также электрохимическая очистка, заключающаяся либо в разрушении содержащихся в сточных водах и отработанных растворах вредных примесей путем их электрохимического окисления на аноде, либо в регенерации ценных веществ (меди, железа и др.)» которые могут быть возвращены в производство. Нередко обе задачи решаются одновременно.

Физико-химическая очистка сточных вод основана на применении ряда процессов: коагуляции, сорбции, экстракции, эвапорации, флотации, ионного обмена, кристаллизации, диализа, дезактивации, дезодорации и обессоливания.

Коагуляция — осветление и обесцвечивание сточных вод с использованием реагентов (коагулянтов и флокулянтов), вызывающих превращение взвешенных и коллоидных веществ в хлопья с увеличением размера частиц, которые при осаждении (отстаивании) увлекают нерастворимые тонкодисперсные вещества в осадок.

Сорбция — выделение из сточной воды растворенных в ней органических веществ и газов путем концентрации их на поверхности твердого тела (адсорбция), либо путем поглощения вещества из раствора или смеси газов твердыми телами или жидкостями (абсорбция), или, наконец, путем химического взаимодействия растворенных веществ с твердым телом (хемосорбция).

Экстракция — выделение растворенных органических примесей, находящихся в сточных водах, путем обработки последних каким-либо не смешивающимся с водой растворителем — экстрагентом, в котором примеси, загрязняющие воду, растворяются лучше, чем в воде (например, количество растворенного фенола в бутилацетате в 12 раз больше, чем в воде).

Эвапорация — отгонка с водяным паром загрязняющих сточную воду растворенных веществ (например, летучего фенола из сточных вод коксохимических заводов).

Флотация — выделение из сточных вод примесей путем придания им плавучести за счет флотореагента, обволакивающего частички примесей и удаляемого из воды вместе с ними. При флотационной очистке применяют насыщение сточной воды пузырьками мелкодиспергированного воздуха. Частицы, содержащиеся в сточной воде (эмульгированная нефть, целлюлозно-бумажное волокно, шерсть и др.), прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды, а затем удаляются из воды.

Ионный обмен — извлечение из водных растворов различных катионов и анионов при помощи ионитов — твердых природных или искусственных материалов, практически нерастворимых в воде и в органических растворителях, или искусственных смол, способных к ионному обмену. Ионообменная очистка позволяет в ряде случаев утилизировать ценные компоненты сточных вод и обеспечить высокую степень их деминерализации.

Кристаллизация — очистка загрязненных стоков путем выделения загрязнений в виде кристаллов.

Диализ — разделение истинно растворенных веществ и коллоидов с помощью специальных мелкопористых перегородок, не пропускающих коллоиды.

Дезактивация производственных сточных вод, содержащих радиоактивные вещества, производится путем их выдерживания перед спуском в водоем (при загрязнении короткоживущими изотопами) или путем удаления из сточных вод взвешенных и растворенных радиоактивных веществ с долгоживущими изотопами.

Дезодорация — устранение запахов путем аэрирования, хлорирования и озонирования.

Обессоливание производственных сточных вод производится выпариванием, вымораживанием, ионным обменом и обратным осмосом.

Наряду с методами физико-химической очистки сточных вод представляет интерес кристаллогидратный метод деминерализации.

Кристаллогидратный процесс состоит в контактировании сточной воды с гидратообразующнм агентом М (пропан, хлор, фреоны, С02 и др.) и образовании твердого крргсталлического вещества — кристаллогидратов, имеющих формулу М-/гН20.

При кристаллогидратной очистке сточной воды не требуется больших энергетических и капитальных затрат, отсутствует возможность образования накипи вследствие невысоких температур процесса, близких к температуре окружающей среды, меньше коррозия.

Перечисленные методы физико-химической очистки производственных сточных вод во многих случаях предусматривают извлечение из них ценных веществ и поэтому относятся к так называемым регенерационным методам. Эти методы применяются, как правило, для наиболее концентрированных сточных вод.

Прибыль от реализации регенерированных веществ позволяет частично или полностью компенсировать расходы на обезвреживание сточных вод. Так, прибыль от утилизации полимеров из стоков производств вспенивающегося полистирола и поливинилхлорида превышает все затраты на очистку стоков.

При других методах очистки, называемых деструктивными, загрязняющие воды вещества подвергаются разрушению (преимущественно путем окисления и реже восстановления); образующиеся при этом продукты удаляются из воды в виде газов или осадков.

Деструктивные методы применяются для сточных вод с органическими примесями, не представляющими технической ценности, или в качестве доочистки после регенерационных методов. Основным из деструктивных методов является метод биологического окисления в аэробных или анаэробных условиях. Очищенные по этому методу производственные сточные воды отвечают санитарно-гигиеническим и рыбохозяйственным нормативам и могут быть спущены в водоем; нередко они могут быть использованы повторно на технологические нужды. Затраты на биологическую очистку зависят от состава стоков, они минимальны при очистке производственных стоков совместно с бытовыми и при небольшом разбавлении условно чистыми стоками. При большом разбавлении их речной водой затраты на биологическую очистку могут быть выше, чем по другим методам

При совместной биологической очистке производственных и бытовых сточных вод предварительная механическая их очистка может производиться как совместно, так и раздельно.

Раздельная предварительная очистка обязательна, если производственные сточные воды загрязнены минеральными веществами или должны быть подвергнуты физико-химической очистке.

Сооружения для раздельной механической очистки производственных и бытовых сточных вод проектируют в соответствии с действующими «Указаниями по проектированию наружной канализации промышленных предприятий». При этом следует учитывать непостоянство концентрации и расхода производственных стоков и предусматривать процесс усреднения.

Совместная механическая очистка целесообразна в тех случаях, когда производственные сточные воды загрязнены в основном органическими веществами, поддающимися биохимическому окислению, и не требуют специальной предварительной обработки, а также в случаях незначительного количества производственных вод, когда разбавление их бытовыми водами исключает возможность нарушения биологического процесса очистки.

Когда биологическая очистка не удовлетворяет повышенным санитарным и рыбохозяйственным требованиям, применяется дополнительная обработка сточных вод. В этих случаях они подвергаются глубокой очистке одним из следующих процессов: фильтрации, адсорбции, озонированию, флотации или их комплексному применению.

Адсорбционная очистка применяется чаще на локальных очистных сооружениях. Этот метод является экономически эффективным при условии небольшого расхода активированного угля на 1 м3 стоков и при утилизации ценных веществ, реализация которых позволяет компенсировать часть затрат.

Электрохимический метод применяется на локальных очистных сооружениях и требует больших расходов электроэнергии. Его применение целесообразно при извлечении ценных веществ, а также на предприятиях, имеющих свои электростанции или получающих электроэнергию по низкому тарифу.

Производственные сточные воды, не поддающиеся очистке перечисленными выше методами, или если эти методы неприменимы по технико-экономическим показателям, подвергаются выпариванию, сжиганию или закачке в глубокие поглощающие пласты.

Выпаривание отработанных растворов чаще всего применяют при получении товарной продукции (например, в калийной и содовой промышленности) или для уменьшения объема вредных веществ (например, радиоактивных продуктов ядерного расщепления, получающихся на установках атомной энергии), а также для обессоливания воды.

Сжигание применяется для ликвидации особенно вредных сточных вод, не поддающихся очистке, и требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. Этот метод эффективен при содержании в стоках большого количества органических веществ и их высокой температуре, что позволяет снизить расходы на топливо.

В настоящее время широкое применение находит закачка в подземные горизонты наиболее загрязненных стоков химических производств. Закачка особенно целесообразна, если обеспечивается высокая поглощаемость скважин, а также при близком расположении скважин от химического предприятия.

Отвод стоков в накопители в большинстве случаев не обеспечивает требуемой охраны водных ресурсов из-за фильтрации стоков в подземные горизонты и загрязнения открытых водоемов при опорожнении накопителей. Поэтому строительство накопителей необходимо ограничить.

Выбор того или иного метода очистки производственных сточных вод обусловливается их количественной и качественной характеристикой, и местными условиями. Во всех случаях следует выбирать наиболее простые в эксплуатации и экономичные процессы очистки сточных вод, позволяющие извлекать ценные вещества и использовать очищенные сточные воды для технического водоснабжения.

В процессе очистки производственных сточных вод образуется значительное количество осадка, имеющего в некоторых случаях определенную ценность.

Это интересно:  Размер шин хендай солярис

До настоящего времени как в СССР, так и за рубежом осадок часто обезвоживается путем естественной сушки на иловых площадках либо складируется в шламонакопителях. При этом задалживаются большие площади вблизи промышленных предприятий. Некоторые предприятия ограничены площадями для строительства иловых площадок и шламона-копителей и не могут применять эти способы. Поэтому необходимо механическое обезвоживание осадка сточных вод с применением вакуум-фильтров, вибросит, фильтр-прессов и центрифуг.

После обезвоживания осадков их используют в производстве (металлургические шламы) или при очистке сточных вод в качестве фильтрующего материала (шлаки), в качестве реагента при нейтрализации или коагуляции сточных вод. Стабилизированный органический осадок используют для удобрения сельскохозяйственных угодий.

Для органического осадка производственных сточных вод, который не может быть утилизирован, применяют сжигание. Сжигают, как правило, обезвоженные осадки, в состав которых входят нефтяные отходы и органические растворители.

Физико-химические методы очистки сточных вод

Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ. Они применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами. Физико-химические методы очистки сточных вод наиболее активны при локальной очистке.

Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидрооксидов металлов.

Схема установки для очистки вод коагуляцией: 1 – емкость для приготовления растворов; 2 – дозатор; 3 – смеситель; 4 – камера хлопьеобразования; 5 – отстойник.

Хлопья, обладая способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их, быстро оседают под действием силы тяжести на дно резервуара. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.

Флокуляция – процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении вводу высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидрооксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Таким образом, введение коагулянтов в сточные воды позволяет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, а с другой – уменьшить процесса хлопкообразования и повысить скорость их осаждения.

Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод эмульгированных веществ и тонкодисперсных частиц размером 8¸100 мкм. Эффективность очистки может достигать 0,9¸0,95.

Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа. Их расход составляет 0,1¸5 кг на м 3 сточных вод.

Весьма перспективным методом очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также цианов является электрокоагуляция – процесс образования нерастворимых гидрооксидов в сточных водах при их прокачке через электрокоагулятор. Электрокоагуляционная установка включает приемные емкости, усреднитель, электрокоагулятор с пеногасителями, илонакопитель, отстойник, обезвоживающую установку и осадкоуплотнитель

Несмотря на повышенный расход электроэнергии электрокоагуляционный метод очистки сточных вод позволяет перейти на оборотное водоснабжение, т.к. в результате действия электрического поля вода практически полностью очищается от бактерий. Это приводит к увеличению сроков службы воды, а также исключает возможность появления у обслуживающего персонала экзем, грибковых и других заболеваний кожи, неизбежно возникающих при обращении с бактериально загрязненной водой.

Флотация применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удаление образовавшегося пенного слоя.

Различают следующие методы флотационной очистки сточной воды: перенасыщение сточной воды воздухом, механическую и электрофлотацию.

Флотацию за счет перенасыщения сточной воды воздухом подразделяют на вакуумную и напорную. При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 30¸40кПа (225¸300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 минут. Концентрация взвешенных частиц не должна превышать 30 мг/л.

Напорная флотация протекает в 2 стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давление до атмосферного. Напорные флотационные установки позволяют обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 5 г/л при производительности от 5 до 2000 м 3 /час. Давление в напорной емкости поддерживают в пределах 0,17¸0,39 МПа, время пребывания сточной воды в напорной емкости 14 минут, а во флотационной камере 10¸20 минут. Объем подаваемого воздуха составляет 1,5¸5% объема очищаемой воды. В ряде случаев сточную воду насыщают кислородом или озоном. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сгребания пены в пеносборник.

Для механической флотации используют турбины насосного типа, форсунки и пористые пластины.

Суть метода электрофлотации состоит в том, что в процессе электролиза воды выделяющиеся на электродах пузырьки газов (водорода и кислорода) сталкиваются со взвешенными частицами, прилипают к ним и «флотируют» их на поверхность жидкости. Основную роль в процессе флотации частиц выполняют пузырьки водорода, выделяющиеся с поверхности катода. Эффективность процесса флотационной очистки связана с числом и размером пузырьков. Поэтому размер отрывающихся пузырьков зависит не только от краевого угла, но и от кривизны поверхности электродов, последние изготавливают в виде проволочной сетки. При этом на размер пузырьков влияет толщина проволоки: с её увеличением размеры пузырьков возрастают. Число пузырьков зависит от плотности тока и материала электродов. Электрофлотацию можно осуществлять либо с применением дафрагмы, либо ьез неё. Во избежание перемешивания газов и образования гремучей смеси (2/3 водорода и 1/3 кислорода) предпочтение отдается диафрагменному варианту, тем более что при этом можно уменьшить расстояние между электродами.

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными при небольшой их концентрации. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 0,8¸0,95.

В качестве адсорбентов используют активизированные угли, синтетические вещества и некоторые отходы производства (золу, шлаки и т.д.).

Процесс адсорбционной очистки сточных вод ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента.

Расход вводимого в воду адсорбента для одноступенчатого процесса: G=Q(Cнк)/а, где Q – объём сточных вод; Сн, Ск – начальная и конечная концентрация загрязненной воды; а –коэффициент адсорбции.

Ионный обмен – обмен ионами, находящимися в растворе и присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть) и радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до ПДК вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.

Иониты, которые способны поглощать из воды положительные ионы, называются катионами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые – основными. Иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, природного происхождения или полученными искусственно. Наиболее распространены синтетические ионообменные смолы, представляющие синтетические полимеры с сетчатой структурой. Они отличаются высокой поглотительной способностью, механической прочностью, химической устойчивостью. Применение ионитов позволяет обеспечить высокую эффективность очистки, а также выделить из сточных вод металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.

Экстракция – способ разделения и извлечения из жидкости компонентов смеси. С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот и др. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. В общем случае экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3¸4 г/л.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из 3 стадий. Первая – интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим раствором), в результате чего образуются 2 жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, и рафинат, который содержит сточную воду и экстрагент. Вторая стадия – разделение экстракта и рафината и заключительная стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов – бензол.

Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,8¸0,95.

Для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей электрохимическими методами применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, а также электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения и т.д.), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя СО2, NH3 и воду или более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить другими методами. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых металлов, которые осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы.

Это интересно:  Правила безопасности при эксплуатации электроустановок

Для удаления солей из сточных вод широко используют метод электродиализа, который осуществляют в электролитической ванне, разделенной на 3 отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещают электроды. При этом можно получать кислоты и щелочи и вновь использовать в производстве. Метод электродиализа перспективен для очистки сточных вод не только от растворенных солей, но и от ионов тяжелых металлов и фтора. Так, технико-экономическая оценка показала, что извлечение 1 кг фтора электродиализом обходится примерно в 5 раз дешевле реагентного метода. Электродиализ дает хорошие результаты при очистке сточных вод и от радиоактивных загрязнителей, особенно от изотопов сурьмы, кобальта. Недостаток метода состоит в необходимости предварительной очистки сточных вод от взвешенных частиц, которые засоряют диафрагмы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Физико химические методы очистки сточных вод

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. Физико-химическая очистка сточных вод включает множество различных способов, которые могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и химическими методами очистки. Она обеспечивает удаление как твердых взвешенных частиц, так и растворенныхпримесей.

Использование физико-химических методов для очистки сточных вод по сравнению с биохимическими имеют ряд преимуществ:

— возможность удаления из сточных вод токсических биохимически неокисляемых органических загрязнений;

— достижение более глубокой и стабильной степени очистки;

— меньшие размеры сооружений;

— меньшая чувствительность к изменениям нагрузок;

— отсутствие необходимости контроля деятельности живых организмов;

— возможность рекуперации различных веществ.

Рассмотрим ниже основные методы физико-химической очистки.

4.1. Коагуляция и флокуляция (очистка сточных вод)

Методы коагуляции и флокуляции широко применяются в технологической практике подготовки и очистки воды.

При обработке природных вод поверхностных источников первой стадией процесса является осветление, которое проводят с применением коагулянтов, иногда совместно с флокулянтами. При работе со сточными водами эти методы используют на второй стадии очистки после осаждения из воды токсичных примесей или для очистки нефте- и маслосодержащих сточных вод.

Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001 – 0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1 – 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более. В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более. Мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Коллоидные дисперсные частицы не осаждаются и не задерживаются обычными фильтрами. Сточные воды после сооружений механической очистки представляют агрегативно-устойчивую систему.

Коагуляция (реагентный метод) – дестабилизация коллоидных систем загрязнений (физико-химический процесс укрупнения – агломерации мельчайших коллоидных и диспергированных частиц за счет их взаимодействия под действием сил межмолекулярного притяжения и объединения в агрегаты). В результате коагулирования устраняются мутность и цветность воды, может снижаться интенсивность привкусов и запахов.

Для осаждения мельчайших взвешенных и коллоидных частиц к воде добавляют реагенты – раствор коагулянта (чаще всего применяют соли алюминия и железа — сернокислый алюминий А l 2( S О4)3 и хлорное железо FeCl 3, а также соли магния, шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств). Широкое распространение получил сульфат алюминия.

При добавлении в воду солей алюминия или железа образуются положительно заряженные частицы. В ходе реакции гидролиза образуется нерастворимый гелеобразный гидроксид алюминия или трехвалентного железа. В результате реакции коагулянта с солями, содержащимися в воде, образуются хлопья, которые при осаждении увлекают за собой взвеси и коллоидные вещества. Хлопья затем удаляются отстаиванием из нижней части аппарата.

Очистка сточных вод методами коагуляции или флокуляции включает:

— процессы приготовления водных растворов коагулянтов и флокулянтов (осуществляются в специальных баках);

— дозирование растворов в обрабатываемую сточную воду;

— смешение коагулянтов со всем объемом обрабатываемой воды (происходит в смесителях, продолжительность пребывания воды в них составляет 1 – 2 мин);

— хлопьеобразование (осуществляется в камерах хлопьеобразования, в них происходит процесс агломерации мелких хлопьев коагулянта в крупные хлопья). Емкость камеры хлопьеобразования рассчитывается на время пребывания в ней воды от 6 до 30 мин, в зависимости от типа камеры;

— выделение хлопьев из воды (осветление воды производится в горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках).

Агрегаты, образованные из коллоидных частиц при добавлении коагулянтов, часто имеют размеры, недостаточные для их быстрого осаждения. Для увеличения размеров частиц, для интенсификацииобразования хлопьев гидроксидов алюминия и железа и снижения расхода коагулянтов в раствор добавляют флокулянты.

Флокуляция – разновидность коагуляции, процесс агрегации дисперсных частиц под действием высокомолекулярных органических и минеральных соединений, называемых флокулянтами. Эти соединения в воде образуют макромолекулы, которые адсорбируют гидроксиды коагулянтов, связывая их вместе с примесями в крупные, тяжелые хлопья. Мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием флокулянтов образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.

В качестве флокулянтов используют природные и синтетические органические полимеры, чаще всего полиакриламид, а также крахмал, поливиниловый спирт, диоксид кремния.

Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности: химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Кфизико-химическим методам очистки сточных вод относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ.

Использование физико-химических методов для очистки сточных вод по сравнению с биохимическими имеет ряд преимуществ:

1) возможность удаления из сточных вод токсичных, биохимически неокисляемых органических загрязнений;

2) достижение более глубокой и стабильной степени очистки;

3) меньшие размеры сооружений;

4) меньшая чувствительность к изменениям нагрузок;

5) возможность полной автоматизации;

6) более глубокая изученность кинетики некоторых процессов, а также вопросов моделирования, математического описания и оптимизации, что важно для правильного выбора и расчета аппаратуры;

7) методы не связаны с контролем за деятельностью живых организмов;

8) возможность рекуперации различных веществ.

Выбор того или иного метода очистки (или нескольких методов) производят с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемых к очищенным производственным сточным водам с целью дальнейшего их использования, а также с учетом количества сточных вод и концентрации загрязнений в них, наличия необходимых материальных и энергетических ресурсов и экономичности процесса.

Коагуляция.Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, т. е. частиц размером 1—100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В процессах очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ — коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

Флокуляция. Это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта.

Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

ФЛОТАЦИЯ.Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют для удаления растворенных веществ, например ПАВ. Такой процесс называют пенной сепарацией или пенным концентрированием. Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пищевых, химических. Ее используют также для выделения активного ила после биохимической очистки.

АДСОРБЦИЯ.Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика И они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80—95% и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

Это интересно:  Правовой режим арктики и антарктики

ИОННЫЙ ОБМЕН.Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Сущность ионного обмена. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, носят название ионитов. Они практически не растворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами, отрицательные ионы — анионитами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые — основными. Если иониты обменивают и катионы, и анионы, их называют амфотерными.

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. Различают полную, статическую и динамическую обменные емкости. Полная емкость — это количество поглощаемого вещества при полном насыщении единицы объема или массы ионита. Статическая емкость — это обменная емкость ионита при равновесии в данных рабочих условиях. Статическая обменная емкость обычно меньше полной. Динамическая обменная емкость —это емкость ионита до «проскока» ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации. Динамическая емкость меньше статической.

Десорбция летучих примесей.Многие сточные воды загрязнены летучими неорганическими и органическими примесями, сероводородом, диоксидом серы, сероуглеродом, аммиаком, диоксидом углерода и др.

При пропускании воздуха или другого инертного малорастворимого в воде газа (азот, диоксид углерода, топочные дымовые газы и др.) через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу. Десорбция обусловлена более высоким парциальным давлением газа над раствором, чем в окружающем воздухе.

Дезодорация. В некоторых сточных водах содержатся меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды, которые придают им дурной запах. Для очистки дурнопахнущих сточных вод можно использовать различные способы: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку дымовыми газами, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление. При выборе метода необходимо учитывать его эффективность и экономическую целесообразность.

Наиболее эффективным считается метод аэрации, который заключается в продувании воздуха через сточную воду.

Дегазация.Присутствие в СВ растворенных газов усиливает коррозию трубопроводов и аппаратуры, придает воде неприятный запах. Дегазация осуществляется химическими, термическими ти десорбционными (аэрационными) методами.

ЭКСТРАКЦИЯ.Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение. Для каждого вещества существует концентрационный предел рентабельности извлечения его из сточных вод. В общем случае для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3—4 г/л их рациональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. При концентрации меньше 1 г/л экстракцию следует применять только в особых случаях.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадии. Первая стадия — интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). В условиях развитой поверхности контакта между жидкостями образуются две жидкие фазы. Одна фаза— экстракт содержит извлекаемое вещество и экстрагент, другая— рафинат —сточную воду и экстрагент. Вторая стадия —разделение экстракта и рафината; третья стадия —регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Чтобы снизить содержание растворенных примесей до концентраций, ниже предельно допустимых, необходимо правильно выбрать экстрагент и скорость его подачи в сточную воду. При выборе растворителя следует учитывать его селективность, физико-химические свойства, стоимость и возможные способы ре­генерации.

ОБРАТНЫЙ ОСМОС И УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ.Обратным осмосом и ультрафильтрацией называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя задерживая растворенные вещества. При обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеров молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отдельных частиц dч на порядок больше.

Обратный осмос широко используется для обессоливания воды в системах водоподготовки ТЭЦ и предприятий различных отраслей промышленности (полупроводников, кинескопов, медикаментов и др.); в последние годы начинает применяться для очистки некоторых промышленных и городских сточных вод.

Достоинствами метода являются: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии; возможность проведения процесса при комнатных температурах без применения или с небольшими добавками химических реагентов; простота конструкций аппаратуры. Недостатки метода: возникновение явления концентрационной поляризации, которое заключается в росте концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны. Это приводит к уменьшению производительности установки, степени разделения компонентов и срока службы мембран; проведение процесса при повышенных давлениях, что вызывает необходимость специальных уплотнений аппаратуры.

Эффективность процесса зависит от свойств применяемых мембран. Они должны обладать следующими достоинствами: высокой разделяющей способностью (селективностью), большой удельной производительностью (проницаемостью), устойчивостью к действию среды, неизменностью характеристик в процессе эксплуатации, достаточной механической прочностью, низкой стоимостью.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки, без использования химических реагентов. Основным недостатком этих методов является большой расход электроэнергии.

Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно.

Эффективность электрохимических методов оценивается рядом факторов: плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования напряжения, выходом по току, выходом по энергии. Плотность тока — это отношение тока к поверхности электрода, которое обычно выражают в А/м 2 (А/см 2 , А/дм 2 ). Напряжение электролизера складывается из разности электродных потенциалов и падения напряжения в растворе:

Выход по току — это отношение теоретически необходимого количества электричества (находят по закону Фарадея) к прак­тически затраченному, которое выражают в долях единицы или в процентах.

Анодное окисление и катодное восстановление. В электролизере на положительном электроде — аноде ионы отдают электроны, т. е. протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном электроде — катоде происходит присоединение электронов, т. е. протекает реакция восстановления.

Эти процессы разработаны для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, роданидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, азокрасителей, сульфидов, меркаптанов и др.). В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием С02, NH3 и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами.

В качестве анодов используют различные электролитически нерастворимые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу.

Электрокоагуляционную очистку сточных вод можно использовать для очистки от эмульсий нефтепродуктов, масел, жиров (электрокоагулятор представляет собой ванну с электродами). Эффективность очистки от нефтепродуктов составляет: от масел 54—68%, от жиров 92—99% при удельном расходе электроэнергии 0,2—3,0 Вт-ч/м 3 .

Электрофлотация. В этом процессе очистка сточных вод от взвешенных частиц проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде — водорода. Поднимаясь в сточной воде, эти пузырьки флотируют взвешенные частицы. При использовании растворимых электродов происходит образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, что способствует более эффективной флотации.

Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде. Размер пузырьков водорода значительно меньше, чем при других методах флотации. Он зависит от краевого угла смачивания и кривизны поверхности электродов. Диаметр пузырьков меняется от 20 до 100 мкм. Мелкие пузырьки водорода обладают большей растворимостью, чем крупные. Из пересыщенных растворов мельчайшие пузырьки выделяются на поверхности частичек загрязнений и тем самым способствуют эффекту флотации. Для получения пузырьков требуемого размера необходим правильный подбор материала, диаметра проволоки катода и плотности тока. Оптимальное значение плотности тока 200—260 А/м 2 , газосодержание — около 0,1%.

| следующая лекция ==>
Требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами системы
Помогла статья? Оцените её
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars
Загрузка...
Добавить комментарий