Состав и свойства сточных вод

РЕФЕРАТ

 

Дипломная работа _____ с., ______ рис., _______ табл., ______

используемых источников

 

В дипломной работе были проведены эксперименты по очистке условно-чистых стоков на моделях по разработанной технологии. При проведении эксперимента проводился аналитический контроль исходных стоков и контроль за степенью очистки по каждому этапу.

СОДЕРЖАНИЕ

 

РЕФЕРАТ                                                                                                  3

ВВЕДЕНИЕ                                                                                               6

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР                                                                   8

Состав и свойства сточных вод                                                     8

Методы очистки сточных вод                                                       9

Механическая очистка производственных сточных вод          10

Химическая очистка производственных сточных вод             15

Физико-химическая очистка производственных сточных вод 18

Биологическая очистка производственных сточных вод        32

II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ                                                  35

2.1. Объекты исследования                                                                    35

2.2. Методы исследований                                                                     35

2.2.1. Определение взвешенных веществ в сточных водах                35

2.2.2. Определение общей жесткости в сточных водах                      37

2.2.3. Определение ХПК в сточных водах                                           38

2.2.4. Определение нефтепродуктов в сточных водах                        39

2.2.5. Определение хлоридов в сточных водах                                    41

2.3. Требования предъявляемые к качеству сточных вод                       42

2.4. Данные о результатах анализов условно-чистых стоков            43

2.5. Данные о результатах анализов щелочных стоков                     44

2.6. Данные о результатах анализов речной воды                              44

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ                                                46

3.1. Процесс перевода бикарбоната кальция и магния                           46

в малорастворимые карбонаты

3.2. Процесс отстаивания                                                                      48

3.3. Процесс фильтрации                                                                   54

3.4. Процесс сгущения и центрифугирования                                 61

3.5. Обобщение результатов исследований                                     63

IV. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ                                65

V. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ                         68

5.1. Производственная безопасность                                               68

Защита населения  и территорий в чрезвычайных ситуациях 73

ВЫВОДЫ                                                                                                78

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                                      79

ВВЕДЕНИЕ

 

Республика Башкортостан относится к одним из самых промышленно развитых регионов Российской Федерации. Концентрация промышленного производства в Башкирии существенно превышает общероссийские показатели, особенно в части размещения предприятий нефтепереработки и химии. Мощный комплекс химических и нефтехимических заводов, растянувшийся на 270 км вдоль реки Белой от Мелеуза до Благовещенска, загрязняет не только близлежащие территории, но и за счет воздушных и водных переносов отрицательно влияет на отдаленные районы.

Основная доля загрязняющих веществ, сбрасываемых со сточными водами в поверхностные водные объекты, приходится на хлориды (более 60%) и сульфаты (более 18%). Источниками их поступления в окружающую среду являются АО «Сода», «Каустик», «Минудобрения» и УГПП» Химпром», которые являются основными загрязнителями реки Белой. Более 50% всех стоков по республике сбрасывается в водные объекты предприятиями г. Уфы.

В поверхностные водные объекты сбрасываются десятки тонн высокотоксичных хлорорганических веществ и сотни тонн тяжелых металлов, среди которых свинец, никель, хром, ртуть и др. Многие из них относятся к супертоксикантам и вообще не должны присутствовать в окружающей среде.

В Башкортостане лишь 26% очистных сооружений работают в проектном режиме и удовлетворяют нормативным требованиям. В числе не обеспечивающих нормативную очистку продолжают оставаться очистные сооружения практически всех крупных предприятий республики.

Основными причинами неэффективной работы очистных сооружений являются: отсталая технология и изношенность оборудования; сброс в водные объекты неочищенных стоков; отсутствие локальных очистных сооружений и, как следствие, их перегрузка по концентрации поступающих загрязняющих веществ; перегрузка по гидравлике, не позволяющая своевременно ремонтировать очистные сооружения; эксплуатация с отступлением от проектных схем.

Вода превращается в самое драгоценное сырье, заменить которое невозможно. Запасы и доступность водных ресурсов определяют размещение производств, а проблема водоснабжения становится одной из важных в жизни и развитии человеческого общества.

Переход на бессточные системы канализации или системы с минимальным сбросом сточных вод может быть осуществлен путем многократного использования отработанных вод и замены водяного охлаждения на воздушное. При переводе ряда отраслей промышленности на безводные технологические процессы исключается образование сточных вод.

В настоящее время имеется несколько путей уменьшения количества загрязненных сточных вод: усовершенствование существующих процессов; разработка и внедрение безводных технологических процессов; разработка и внедрение совершенного оборудования; повторное использование очищенных сточных вод в оборотных и замкнутых системах.

Исходя из вышеизложенного, целью дипломной работы является исследование возможности использования очищенных стоков для повторного использования.

II. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Состав и свойства сточных вод

 

В связи с широкой индустриализацией, развитием сельского хозяйства, хозяйства городов и поселков образуются большие массы стоков, загрязненных различными примесями. В первую очередь это отходы предприятий нефтеперерабатывающей, металлургической, нефтехимической и химической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности. За последние годы увеличился объем загрязнений, поступающих в воды из сельского хозяйства- отходы животноводства, птицеводства, предприятий перерабатывающих сельскохозяйственное сырье, удобрения /1/.

Потребляемая промышленностью вода в значительной степени используется в качестве хладагента, сбрасываемого после использования в водоемы. По химическому составу она немногим отличается от исходной воды и сброс ее в водоемы не приносит особых неприятностей. Другое дело- вода, участвующая в технологических процессах. Она насыщается множеством различных соединений и сброс ее в природные водоемы приводит к серьезным последствиям- загрязнению рек и озер, морей и океана ядовитыми веществами /1, 2/.

Состав сточных вод зависит от характера использования воды в промышленности. К наиболее вредным следует отнести стоки, возникающие при проведении химических процессов (реакционные и маточные растворы), промывные воды, образующиеся при промывке продуктов и изделий, очистке газовых систем и т.п., стоки, поступающие с горнодобывающих предприятий, образующиеся при удалении золы, собираемые с нефтеналивных судов и цистерн, ливневые потоки и др.

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на три группы:

1. загрязненные сточные воды преимуществом минеральными примесями;

2. загрязненные сточные воды преимущественно органическими примесями;

3. загрязненные сточные воды минеральными и органическими примесями /1, 3/.

Многие сточные воды (особенно тепловых электростанций) сбрасываются в природные при повышенной температуре. В результате этого происходит так называемое тепловое загрязнение водоемов. В местах выхода тепловых потоков в водоемы создаются зоны, в которых температура выше, чем во всем водоеме: на 8-12 оС зимой и до 30 оС летом. Это приводит к повышенному накоплению органических веществ в воде, что оказывает отрицательное влияние на биологическую жизнь водоемов /4/.

В связи с тем, что в ряде случаев в природные водоемы сбрасываются неочищенные или плохо очищенные стоки, в них скапливается большое число и большая масса различных химических веществ. Так как при взаимодействии сбрасываемых соединений могут возникать новые соединения, число соединений в водоемах может непрерывно увеличиваться, в том числе соединений с ядовитыми свойствами, бурным запахом, окраской и т.д. /2/.

Практически во всех водоемах (не исключая и океан) находятся нефтепродукты, что может привести к пагубному последствиям для рыбного хозяйства, поскольку 1 кг нефти может загрязнить 1 га поверхности воды и погубить 100 млн. личинок рыб.

 

Методы очистки сточных вод

 

Многообразие веществ, попадающих в водоемы, объясняется тем, что в них смешиваются сточные воды трех классов предприятий неорганического, органического и микробиологического профиля. Поэтому применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения, вредностью примесей и необходимостью степенью очистки /5/.

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. В современной практике наибольшее распространение получили два метода: механический и биологический.

 

Песколовки

Сточные воды, освобожденные от крупных плавающих загрязнений на решетках, поступают на песколовки, назначение которых -освободить сточные воды от тяжелых примесей минерального происхождения с размером частиц 0, 25-1 мм. Если объем очищаемой сточной воды более 100 м3/сут, то песколовки устанавливаются обязательно /5, 6/.

Принцип действия песколовки гравитационный, т.е. минеральные частицы, удельный вес которых больше удельного веса воды (1, 6 г/см3), главным образом песок, выпадают на дно. Удаление песка из сточных вод, является обязательным, т.к абразивные свойства песка приводят к разрушению механизмов и бетонных сооружений. Кроме того, песок может накапливаться в каналах, аэротенках, метатенках и снижать рабочий объем сооружений.

По направлению движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с винтовым движением воды. Последние бывают: тангенциальные и аэрируемые. Установлено, что при горизонтальном движении воды в песколовке, скорость должна быть от 0, 3-0, 15 м/с для обычных песколовок, и от 0, 08-0, 12- для аэрируемых песколовок. При скорости более максимально допустимой песок не успевает осесть в песколовке, при скорости менее минимальной- в песколовке будут осаждаться органические примеси, что приведет к излишнему изъятию питательных веществ из сточной воды и к ухудшению качества удаляемого песка, что имеет значение для его дальнейшего использования или захоронения.

 

Центрифуги.

Одним из интенсивных методов безреагентного выделения нерастворенных примесей из производственных сточных вод является центрабежное осаждение, осуществляемое в центрифугах. Эти аппараты широко применяются в различных отраслях промышленности для разделения неоднородных систем, состоящих из двух или более фаз /11/.

К основным преимуществам осадительных центрифуг перед отстойниками следует отнести: компактность установок, более высокий эффект осветления сточных вод: возможность получения осадка более низкой влажности.

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными; различаются по расположению вала в пространстве; по способу выгрузки из ротора; в герметизированном или негерметизированном исполнении. В зависимости от исполнения в центрифугах задерживается 50-90% твердой фазы.

 

Отстойники

Отстаивание является наиболее простым способом удаления из сточных вод грубодисперсных нерастворенных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на поверхность. В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они подразделяются на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники, входящие в состав сооружений механической очистки, они задерживают гораздо более мелкие взвеси, чем песколовки» вторичными - отстойники, устраиваемые в составе сооружений биологической очистки для отделения активного ила от биологически очищенной сточной воды /11, 12/.

По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Их применяют при производительности комплекса свыше 15 тыс.м3/сут. При хорошей работе они задерживают до 60% взвешенных веществ.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с конусным или пирамидальным днищем. Они проще по конструкции и в эксплуатации, чем горизонтальные, и находят широкое применение в качестве первичных и вторичных отстойников. Однако эффект осветления в них на 25-30% ниже, чем в горизонтальных и на 10-15% ниже, чем радиальных.  При удовлетворительной работе вертикальных отстойников удаляется не более 40% взвешенных веществ.

Радиальный отстойник представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар большого диаметра (от 16 до 60 м) глубиной 0, 1-0, 15 диаметра. Их применяют при производительности очистных сооружений более 20 тыс.м3/сут. Они обеспечивают 50% удаления взвешенных веществ и не имеют недостатков горизонтальных и вертикальных отстойников.

 

Фильтрование.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение фаз ведут при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу, под действием гидростатического давления столба жидксти, повышенного давления до перегородки и вакуума после перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра /12/.

В последние время в технологии очистки воды все большее место занимают мембранные процессы низкого давления: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация.

Процесс микрофильтрации заключается в процеживании сточной воды через слой сеток с отверстиями размером от 40 до 70 мкм. Барабанные сетки имеют размер ячеек от 0, 3х0, 3 до ).5х).5 мм Микрофильтры применяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых материалов.

Среди мембранных методов наиболее стремительно развивается и внедряется ультрафильтрация-74% всех мембранных методов. Ультрафильтрационная технология используется в мировой практике для очистки воды из различных поверхностных водоисточников /13/. В зависимости от состава воды ультрафильтрационная технология применяется в чистом виде или в комбинации с другими методами.

 

Нейтрализация сточных вод

Производственные сточные воды от технологических процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержаться соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из этих вод.

С целью предупреждению коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нарушение биохимических процессов в биологических окислителях и в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергаются нейтрализации.

Реакция нейтрализация – это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидротированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащихся соответственно в сильных кислотах и основаниях: Н+ + ОН- = Н2О. В результате концентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственна самой воде (около 10-7), т.е. активная реакция водной среды приближается к рН = 7.

При спуске производственных сточных вод в водоем или в городскую канализационную сеть практически нейтральными следует считать смеси с рН = 6, 5ч8, 5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с рН менее 6, 5 и более 8, 5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственных сточных вод в водоем или городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные (количество производственных сточных вод с рН > 8, 5 невелико).

Если отработанные производственные сточные воды подаются в систему оборотного водоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики технологических процессов /6/.

Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами: Н2SО4, азотной НNО3, соляной НСl, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая НNО2, фосфорная Н3РО4, сернистая Н2SО3, сероводородная Н2S, плавиковая НF, хромовая Н2СrО4 кислоты, а также органические кислоты: уксусная СН3СООН, пириновая НОС6Н2(NО2)3, угольная Н2СО3, салициловая С6Н4(ОН)2 и др.

Концентрация кислот в сточных водах обычно не превышает 3%, но иногда достигает большей величины.

Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислой, загрязняющих производственные сточные воды; расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию; наличия реагентов; местных условий и т.п. /8, 12/.

 

Окисление сточных вод

Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горно-добывающей (обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности.

В узком смысле окисление – реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком - всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживания производственных сточных вод в качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, азот, технический кислород и кислород воздуха.

Среди других окислителей, которые применяются при очистке производственных сточных вод, можно назвать пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия. Эти окислители, хотя и не находят широкого применения, но и в ряде случаев могут быть использованы для окисления фенолов, крезолов, цианидсодержащих примесей и др. /9, 13/.

 

Коагуляция

Коагуляция - это сминание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты – более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае – жидкости). Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных – гетерокоагуляцией.

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 сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативно устойчивую систему. Для их очистки применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуется более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами  /11, 13/.

Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлоповидные скопления.

Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности. Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц, их концентрации и степени дисперсности, наличия в сточных водах электролитов и других примесей, величины электрокинетического потенциала. В сточных водах могут содержаться твердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы.

Коллоидные частицы, представляющие собой совокупность большого числа молекул вещества, содержащегося в сточной воде в диспергированном состоянии, при перемещении прочно удерживают покрывающий их слой воды. Обладая большой удельной площадью поверхности, коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака, значительно понижающие свободную поверхностную энергию коллоидных частиц. Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуют слой поверхностно-ядерных ионов, или так называемый адсорбционный слой. В том слое может находится также небольшое число противоположно заряженных ионов, суммарный заряд которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерных ионов. В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создается электрический заряд, вокруг границы (ядра с адсорбционным слоем) образуется диффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно заряженные ионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой. Потенциал на границе ядра – термодинамический потенциал – равен сумме зарядов всех поверхностно-ядерных ионов. На границе адсорбционного слоя потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов, находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется электрокинетическим потенциалом./12, 14/

Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция – взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты:

1.Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозем) Аl2(SО4)3·18Н2О (плотность 1, 62 т/м3, насыпная масса 1, 05 – 1, 1 т/м3, растворимость в воде при температуре 20оС – 362 г/л). Процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить при значениях рН = 4, 5ч8. В результате применения сульфата алюминия степень минерализации воды увеличивается. Алюминат натрия NаАlО2, оксихлорид алюминия Аl2(ОН)5Сl, полихлорид алюминия [Аl2(ОН)-nСl6-n]m(SО4)х (где 1 ≤ n ≤ 5m ≤ 10), алюмокалиевые [АlК(SО4)2·18 Н2О] и алюмоаммонийные [Аl(NН4)(SО4)2·12Н2О] квасцы имеют меньшую стоимость и дефицитность, чем сульфат алюминия.

2. Соли железа. Сульфат двухвалентного железа или железный купорос FеSО4·7Н2О (плотность 3 т/м3, насыпная масса 1, 9 т/м3, растворимость в воде при температуре 20оС – 265 г/л). Применение процесса коагуляции оптимально при рН > 9. Гидроксид железа – плотные тяжелые, быстро осаждающие хлопья, что является несомненным преимуществом его применения. Хлорид железа FеСl3·6Н2О; сульфат железа (Fе2(SО4)3·9 Н2О.

3. Соли магния. Хлорид магния МgСl2·6Н2О; сульфат магния МgSО4·7Н2О.

4. Известь

5. Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств. Хлорид алюминия (производство этилбензола), сульфат двухвалентного железа (травление металлов), известковый шлам и др.

Количество коагулянта, необходимое для осуществления процесса коагуляции, зависит от вида коагулянта, расхода, состава, требуемой степени очистки сточных вод и определяется экспериментально.

Образующиеся в результате коагуляции осадки представляют собой хлопья размером от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Рыхлая пространственная структура хлопьев осадка обусловливает их высокую влажность до 96 – 99, 9%. Плотность хлопьев осадка составляет обычно 1, 01 – 1, 03 т/м3. Для обесувечивания высоконцентрированных и интенсивно окрашенных вод расходы коагулянтов достигают 1-4 кг/м3; объем осадка, получающегося в результате коагуляции, достигает 10-20% объема обрабатываемой сточной воды.

Значительный расход коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и последующего складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемых сточных вод не позволяют в большинстве случае рекомендовать коагуляцию как метод самостоятельной очистки. Коагуляционный метод очистки применяется в основном при небольших расходах сточных вод и при наличии дешевых коагулянтов. /13/

 

Сорбция

Сорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, зазывается хемосорбцией.

Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки особенно слабоконцентрированных сточных вод.

Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Адсорбция растворенных веществ – результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдается два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем больше противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.

Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, не электролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержание в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, косовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок.

Пористость этих углей составляет 60-75%, а удельная площадь поверхности 400-900 м2/г. Адсорбционные свойства активированных углей в значительной мере зависит от структуры пор, их величины, распределения по размерам. В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа. Поры по своему размеру подразделяют на три вида: макропоры размером 0, 1-2 мкм, переходные размером 0, 004-0, 1 мкм, микропоры размером менее 0, 004 мкм. Макропоры и переходные поры играют, как правило, роль транспортирующих каналов, а сорбционная способность активированных углей определяется в основном микропористой структурой. Растворенные органические вещества, имеющие размеры частиц менее 0, 001 мкм, заполняют объем микропор сорбента, полная емкость которых соответствует поглощающей способности сорбента /14 /.

Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).

Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещаются относительно частицы сорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно сорбента (фильтры, аппараты с псевдосжиженным слоем). В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность сорбента. Статическая активность сорбента характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента к моменту достижения равновесия при постоянной температуре жидкости и начальной концентрации вещества, динамическая активность сорбента – максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропуске сточной воды через слой сорбента. Динамическая активность в промышленных адсорберах составляет 45-90% статической.

Между количествами вещества, адсорбированного сорбентом и оставшегося в растворе, в разбавленных растворах наступает равновесие, подчиняющиеся закону распределения.

Сорбция – процесс обратимый, т.е. адсорбированное вещество (сорбант) может переходить с сорбента обратно в раствор. При прочих равных условиях скорости протекания прямого (сорбция) и обратного (десорбция) процессов пропорциональны концентрации вещества в растворе и на поверхности сорбента. Поэтому в первые моменты сорбции, т.е. при максимальной концентрации вещества в растворе, скорость сорбции также максимальна. По мере повышения концентрации растворенного вещества на поверхности сорбента увеличивается число сорбированных молекул, переходящих обратно в раствор. С момента, когда количество сорбируемых из раствора (в единицу времени) молекул становится равным количеству молекул, переходящих с поверхности сорбента в раствор, концентрация раствора становится постоянной; эта концентрация называется равновесной. Если после достижения адсорбционного равновесия несколько повысить концентрацию обрабатываемого раствора, то сорбент может извлечь из него еще некоторое количество растворенного вещества. Однако нарушаемое таким образом равновесие будет восстанавливаться лишь до полного использования сорбционной емкости (способности) данного сорбента, после чего повышение концентрации вещества в растворе не изменяет величины адсорбции. /15/

 

Флотация

Флотация – процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы-пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Приминание частицы, находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. [16]

Смачивающая способность жидкости зависит от ее номерности, с возрастанием которой способность жидкости смачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60-65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуется величиной краевого угла смачивания. Чем больше этот угол, тем более гидрофобна поверхность частицы, т.е. увеличивается вероятность применания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются. Большое значение при флотации имеет размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде. Оптимальные размеры воздушных пузырьков 15-30 мкм, а максимальные 100-200 мкм../ 17/

В практике очистки производственных сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ, метод пенной сепарации – для удаления растворенных веществ.

Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу можно выделить следующие способы флотационной обработки производственных сточных вод:

1) флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационные установки);

2) флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);

3) флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

4) электрофлотация;

5) биологическая и химическая флотация /18/

Флотационные установки могут состоять из одного или двух отделений (камер). В однокамерных установках в одном и том же отделении происходит одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках, состоящих из приемного и отстойного отделений, в первом отделении происходит образование пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек-частица», а во втором – всплывание шлама (пены) и осветление жидкости. /19/

 

Экстракция

1234567Следующая ⇒

Поделиться: