Термоокислительные методы

К ним относятся:

1. Жидкофазное окисление

2. Парофазное окисление («огневой метод»)

3. Парофазное каталитическое окисление

Во всех этих методах сточные воды очищают от примесей путем полного окисления последних кислородом воздуха при повышенной температуре до нетоксичных соединений.

Выбор термоокислительных методов зависит от теплотворной способности сточных вод. По теплотворной способности сточные воды разделяют на две группы:

- сточные воды, способные гореть самостоятельно,

- сточные воды, для термоокислительного обезвреживания к которым необходимо добавлять топливо.

Для очистки сточных вод, способных гореть самостоятельно, применяют метод жидкофазного окисления.

1. Метод жидкофазного окисления (метод «мокрого сжигания»)

Сущность метода состоит в окислении растворенных органических веществ кислородом воздуха при температурах 100-350 ⁰С и давлении 10-28 МПа, обеспечивающих нахождение воды в жидкой фазе.

В зависимости от температуры и времени контакта окисление органических примесей может протекать полностью (до СО₂ и Н₂О) либо частично (до карбоновых и дикарбоновых кислот) и других промежуточных продуктов.

Этот метод широко применяется для обезвреживания бытовых сточных вод и все шире применяется в различных отраслях промышленности: азотной, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, фармацевтической и др.

Достоинства метода

1. Возможность очистки большого объёма сточных вод без предварительного концентрирования

2. Высокая эффективность

3. Безопасность в работе

4. Возможность комбинирования с другими методами очистки

5. Возможность утилизации продуктов окисления (пары, вода, газы), имеющих высокую температуру и давление, с целью выработки эл. энергии и пара.

Недостатки метода

1. Возможность неполного окисления некоторых химических веществ

2. Высокая стоимость оборудования и коррозия его в процессе очистки, образование накипи на теплопередающих поверхностях.

Например, на п/о «Азот» работает полупромышленная установка по очистке сточных вод производства. Производительность установки 5,5 м³/ч, температура в реакторе 270 ⁰С, давление 10МПа. Реактор представляет собой 10 труб диаметром 0,2 м и высотой 12 м, соединенных последовательно. При очистке содержание органических веществ снижается почти в 60 раз.

 

2 Парофазное окисление («огневой» метод)

2.1 Сущность метода и области его применения

Применяется для очистки сточных вод содержащих различные примеси.

Сущность метода состоит в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагретые до температуры 900-1000 ⁰С. При этом вода полностью испаряется, а органически примеси сгорают.

Содержащиеся в воде минеральные вещества образуют твердые или расплавленные частицы, которые затем выводятся из печи или уносятся дымовыми газами.

Этот метод является наиболее эффективным и универсальным из всех термических методов.

Этот метод целесообразно применять:

1) Для очистки небольшого количества сточных вод, содержащих высокотоксичные органические примеси, извлечение которых другими методами невозможно или экономически невыгодно;

2) При наличии на предприятии горючих отходов, которые можно использовать в качестве топлива;

3) Для извлечения ценных минеральных примесей при одновременном присутствии в сточных водах органических веществ. При наличии в сточных водах только минеральных примесей этот метод применять нецелесообразно.

Сточные воды, как правило, содержат органические и минеральные примеси.

В процессе очистки сточных вод «огневым» методом параллельно с окислением органических веществ, протекает ряд превращений и неорганических соединений, например, в результате термического разложения могут образовываться оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: СаО, MgO, Na₂O, и т. п., которые могут вступать в реакцию с компонентами дымовых газов:

Na₂O + CO₂ → Na₂CO₃

При диссоциации хлоридов в парогазовую смесь подают хлор и хлористый водород HCI.

С другой стороны, продуктами окисления органических веществ могут быть кислые газы SO₂, SO₃, P₂O₅, Cl₂ и др., различные оксиды азота, в том числе и NO.

Между всеми этими веществами происходит сложное химическое взаимодействие, с образованием новых соединений, в том числе и токсичных.

Поэтому при проектировании установок «огневого» метода нужно обязательно учитывать очистку парогазовой смеси, образующейся в результате обезвреживания сточных вод, перед выбросом в атмосферу.

2.2 Технологические схемы установок «огневого» метода

В настоящее время применяются различные схемы установок. Выбор схемы обусловлен рядом факторов:

- расходом сточных вод;

- природой и количеством примесей;

- методом регенерации тепла;

- способами очистки отходящих газов и др.

Используются следующие типы установок:

а) без утилизации тепла или с утилизацией тепла;

б) с очисткой отходящих газов и без очистки;

в) с одновременной очисткой отходящих газов и утилизацией тепла.

3. Метод парофазного каталитического окисления

В основу метода положено гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой температуре органических веществ, находящихся в сточной воде.

В этом случае, применяется меднохромовый, цинкохромовый, медномарганцевый и подобные катализаторы, катализаторы из благородных металлов.

Основной недостаток:

Возможность «отравления» катализаторов соединения P, F, S. Поэтому необходимо предварительно удалять каталитические яды из сточных вод.

В процессе каталитической очистки важную роль играют катализаторы.

Как катализаторы применяются благородные металлы на различных носителях, оксиды металлов, сложные оксидные соединения – шпинели.

Окислительный метод применяется при водоподготовке и для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсические примеси (цианиды, фенолы), а также для извлечения из сточных вод веществ, которые нельзя или нецелесообразно извлекать другими методами.

Метод применяется в следующих отраслях промышленности:

- машиностроительной (в цехах гальванических покрытий);

- горнодобывающей (на обогатительных фабриках);

- нефтехимической (на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах);

- целлюлозно-бумажной и других.

Обеззараживание является заключительным этапом обработки городских сточных вод. Выпуск в водные объекты даже биологически очищенных сточных вод неизбежно связан с угрозой внесения в них патогенных бактерий и вирусов – возбудителей кишечных инфекций. Из практики очистки сточных вод известно, что при первичном отстаивании количество бактерий группы кишечной палочки сокращается на 30 – 40%, а после вторичных отстойников – на 90 – 95%. Следовательно, для полного освобождения сточных вод от патогенных бактерий и вирусов необходимо применение специальных методов обеззараживания.

Для обеззараживания (дезинфекции) сточных вод применяют хлорирование, озонирование и ультрафиолетовое облучение. Реагентами (окислителями) являются хлор, озон, технический кислород и кислород воздуха.

1) Хлорирование является наиболее распространенным методом обеззараживания и имеет высокую эффективность в отношении патогенных бактерий. В качестве обеззараживающего агента используют газообразный хлор и его производные (хлорная известь, гипохлорит кальция и натрия, хлорная известь, диоксид хлора).

Хлорирование применяют также для удаления из сточных вод фенолов, цианидов, сероводорода и других соединений, для борьбы с биологическими обрастаниями сооружений. Хлор поступает на производство в жидком виде с содержанием не менее 99,5%.

Хлорноватистая кислота НСlО обладает такой же окислительной способностью, как и хлор. Однако ее окислительные свойства проявляются только в кислой среде. Кроме того, хлорноватистая кислота является нестабильным продуктом – со временем и на свету она разлагается.

Широкое применение получили соли хлорноватистой кислоты. Гипохлорит кальция Са(СlО)₂ выпускается трех сортов с концентрацией активного хлора от 32 до 35%. Наиболее устойчива соль гипохлорита натрия NаОСl*5Н₂О.

Оксид хлора (IV) СlО₂ – газ зеленовато-желтого цвета, хорошо растворим в воде, сильный окислитель. При взаимодействии его с водой не протекают реакции хлорирования, что исключает образование хлорорганических веществ. В последнее время проводятся широкие разработки по выяснению условий замены хлора на оксид хлора в качестве окислителя. На ряде российских заводов внедрены передовые технологии с использованием оксида хлора.

У метода хлорирования сточных вод есть серьезные недостатки, а также гигиенические и экологические ограничения.

А) Продолжительное время контакта хлора с водой для достижения обеззараживающего эффекта и высокие исходные концентрации активного хлора. Хлор, добавленный к сточной воде, должен быть тщательно перемешан с ней, а затем находиться в контакте со сточной водой не менее чем 30 минут, после чего количество остаточного хлора должно быть не менее 1,5 мг/л. Для достижения этой величины исходная доза активного хлора составляет, в соответствии с требованиями СНиП, десятки мг/л.

Для снижения Coli-форм на 99,9% требуются следующие дозы хлора, мг/л:

- после механической очистки – 10;

- после химической очистки – 3 – 10;

- после полной и неполной биологической очистки – 3 и 5;

- после фильтрования на песчаных фильтрах – 2 – 5.

Установка для хлорирования газообразным хлором имеет хлораторную, смеситель, контактные резервуары.

Б) Отсутствие необходимой эпидемической безопасности в отношении вирусов при дозе остаточного хлора 1,5 мг/л.

В) Высокая степень токсичности хлора. Хлор является высокотоксичным газом, с ним достаточно трудно работать.

Г) высокая взрывоопасность складов жидкого хлора.

Д) Образование в природной воде при контакте с хлором хлорорганических соединений в токсичных для биоты водного объекта и человека концентрациях. При попадании в воду происходит гидролиз хлора с образованием соляной кислоты. Биологически очищенные городские сточные воды, имеющие уровень БПК 15 – 20 мг/л, несут достаточное количество органических соединений различных классов, способных к окислению. С некоторыми органическими веществами, которые присутствуют в растворе, хлор может вступать в реакции хлорирования.

В результате образуются вторичные хлорорганические продукты, которые обладают высокой степенью токсичности, мутагенностью и канцерогенностью, способны аккумулироваться в донных отложениях, тканях гидробионтов и в конечном счете попадать в организм человека. Это вызывает необходимость дехлорирования сточной воды перед выпуском в водоемы. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция к отказу от обеззараживания воды хлором и применение альтернативных методов.

2) Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др., а также для обесцвечивания и обеззараживания питьевой воды, устранения запахов и привкусов.

Озон является одним из самых сильных окислителей. Его получают в генераторах из кислорода воздуха под воздействием электрического разряда. Для окисления озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссоциирует. Озон является дезинфицирующим веществом, его используют для нормализации микробиологического состава воды.

К преимуществам метода озонирования относятся:

А) Озон обладает высокой бактерицидной активностью и обеспечивает надежное обеззараживание воды даже по отношению к спорообразующим бактериям. Благодаря сильной окислительной способности озон разрушает клеточные мембраны и стенки. Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень очистки и обезвредить различные токсичные соединения.

Б) Озон не образует в воде соединений, подобных хлорорганическим. После осуществления реакции с использованием озона образуется кислород, и вода не загрязняется побочными веществами.

В) Озон улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта. При обработке воды озоном патогенные микроорганизмы погибают в тысячи раз быстрее, чем при ее хлорировании.

Однако широкое внедрение озонирования в практику обработки воды сдерживает его высокая стоимость и энергоемкость процесса получения озона. Не следует исключать и опасность негативного воздействияозона на организм человека.

3) Ультрафиолетовое облучение успешно внедряется в практику обеззараживания сточных вод в последние 10 лет. Первая установка была создана в 1982 г. в Канаде. В России установки начали применять с 1991 г. С 2000 г. действуют установки на Зеленоградской станции аэрации (Московская область), городских очистных сооружениях канализации Самары, Тольятти и др. городов.

Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами относится к физическим (безреагентным) методам. При этом используют бактерицидные ртутно-кварцевые лампы высокого или низкого давления.

К достоинствам метода можно отнести:

А) Широкий спектр антимикробного действия. Ультрафиолетовые лучи оказывают выраженное биоцидное действие в отношении различных микроорганизмов, включая бактерии, вирусы и грибы. УФ-облучение действует не только на бактериальную флору, но и бактериальные споры.

Б) Отсутствие опасности передозировки. Данный способ не требует введения в воду химических реагентов. Бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей не сопровождается образованием опасных продуктов трансформации химических веществ в воде.

В) Незначительное время контакта ультрафиолетовых лучей со сточными водами (относится к технологическим достоинствам метода). Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать в водоем.

Г) Ускорение процесса окисления примесей в промышленных стоках в 100 – 10000 раз.

Д) Отсутствие токсического влияния на водные организмы.

Е) Сохранение органолептических свойств воды.

Однако должная гигиеническая эффективность и надежность обеззараживания обеспечиваются лишь при определенном качестве сточных вод.

Процесс очистки может быть существенно ускорен при совместном применении озона и ультрафиолетового облучения сточных вод.

15.

Условия выпуска сточных вод в поверхностные водоемы определяются их хозяйственной значимостью и характером водопользования. Контроль за выпуском осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями. К основным регламентирующим документам относятся:

а) «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами»;

б) «Правила санитарной охраны прибрежных районов морей».

Перед сбросом в водоем смесь бытовых и производственных сточных вод должна пройти очистку на единых очистных сооружениях, куда бытовые и промышленные стоки подаются через водоотводящую сеть (систему канализации).

В связи с тем, что в промышленных стоках содержатся специфические загрязнения и компоненты, их сброс в систему канализации (канализационные коллекторы) регламентирован «Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов».

Основными ограничениями на сброс промышленных стоков в водоотводящую сеть (городской канализационный коллектор) являются:

¨ превышение установленных для данного предприятия расходов и концентраций загрязняющих веществ;

¨ присутствие веществ, отлагающихся на стенках трубопроводов и засоряющих или разрушающих их;

¨ наличие в стоках горючих и растворенных газообразных веществ, которые могут вызвать взрыв;

¨ наличие веществ, токсичных для микрофлоры очистных сооружений;

¨ повышенная температура (более 40 ⁰С);

¨ рН вне пределов 6,5...9,0;

¨ опасность нарушения работы сетей, насосных станций, сооружений.

Если сточные воды предприятия не соответствуют приведенным ограничениям, то перед сбросом в водоотводящую сеть их обрабатывают на локальных очистных сооружениях.

В некоторых случаях очищенные производственные стоки самостоятельно сбрасываются в приемник, минуя городскую систему водоотведения (городской коллектор).

Требуемая степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, рассчитывается на основе данных об их количестве и составе.

Перед сбросом воды в водоем после ее очистки на очистных сооружениях определяются:

- количество взвешенных веществ;

- величина БПК в смеси речной воды и стоков;

- количество потребляемого сточными водами растворенного кислорода;

- температура воды;

- окраска и запах воды;

- солевой состав;

- концентрации токсичных примесей и других вредных веществ.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: