Физико-химические методы очистки сточных вод

 

Физико-химические методы используют для очистки сточных вод в основ­ном от растворённых примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. К ним относятся: коагуляция, ионный обмен, обратный осмос и ультрафильтрация, кристаллизация, десорбция и другие,

Коагуляция. Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты под влиянием добавляемых к сточным водам специальных веществ-коагуляторов. Последние в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья улавливают коллоидные и взвешенные частицы и агрегируют их. Так как коллоидные частицы имеют слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

Флокуляция. Это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений – флокулянтов, позволяющих снизить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой; хлопьебразование и осаждение хлопьев (рис. 16.5).

 

Рис. 16.5. Схема установки для очистки вод коагуляцией:

1 - ёмкость для приготовления растворов; 2 - дозатор;

3 - смеситель; 4 - камера хлопьеобразования; 5 - отстойник

Флотация. Применяется для интенсификациии процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. Цель её – удаление из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, также для удаления растворённых веществ, например ПАВ (поверхностно-активных веществ). Выделения активного ила после биохимической очистки.

Различают: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др. Эффективность очистки 0, 85...0, 95.

Отстаивание. Осуществляется в отстойниках и маслоловушках с эффективностью очистки от 0, 62 до 0, 9.

Адсорбция – заключительный этап очистки от растворённых 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.

В качестве сорбентов используют активированный уголь, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и т. п.), минеральные сорбенты-глины, силикагели, алюмогели и гидроксиды металлов.

Рис. 16.6. Схема установки напорной флотации:

1 - труба входа сточной воды; 2 - приёмный резервуар; 3 - всасывающая труба;

4 - труба входа сжатого воздуха; 5 - насос; 6 - сатуратор (смеситель воды и воздуха при давлении 30...50 Па); 7 - флотационная камера; 8 - сопла; 9 - пеносборник;
10 - труба выхода воды

 

Ионный обмен. Применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфата, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Дает высокую степень очистки. Выделяет металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей. Широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Ионный обмен есть процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе.

Экстракция. Очистка сточных вод экстракцией применяется при наличии в них фенолов, масел, органических кислот, ионов металлов и других.

Состоит из трёх стадий:

1) интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем);

2) разделение экстракта и рафината;

3) регенерация экстракта и рафината.

 

Рис. 16.7. Схема маслоловушки:

1 - входной патрубок; 2 - отстойная камера; 3 - маслосборник;

4 - цепной конвейер; 5 - выходной патрубок

 

		Сточная вода рафинат

 

Рис. 16.8. Схема непрерывной противоточной экстракции с регенерацией
экстрагента из экстракта и рафината:

1 - система удаления экстрагента из рафината; 2 - колонна;

3 - система удаления экстрагента из экстракта (экстракт = извлекаемое
вещество + экстрагент; рафинат = сточная вода + экстрагент)

Обратный осмос и ультрафильтрация. Это процессы фильтрования растворов через полунепроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление (осмотическое давление – избыточное давление со стороны раствора, препятствующее проникновению растворителя из менее концентрированного в более концентрированный раствор через разделяющую эти два раствора мембрану, непроницаемую для растворенных веществ).

От обычной фильтрации такие процессы отличаются отделением частиц меньших размеров.

 

Процесс	Обратный осмос	Ультрафильтрация	Макрофильтрация
d, мкм	0.0001...0.001	0.001...0.02	0.02...10

 

Обратный осмос широко используется для обессоливания воды в системах водоподготовки ТЭЦ и предприятий различных отраслей промышленности (полупроводников, медикаментов) и городских сточных вод.

Простейшая установка состоит из насоса высокого давления и модуля (мембранного элемента), соединенных последовательно:

 

Концентрант

 

Рис. 16.9. Схема установки обратного осмоса:

1 - насос высокого давления; 2 - модуль обратного осмоса;
3 - мембрана; 4 - выпускной клапан

Десорбция летучих примесей применяется для улавливания летучих неорганических и органических примесей, сероводорода, диоксида серы, сероуглерода, аммиака, диоксида углерода и т.д. Летучий компонент диффундирует в газовую фазу при пропускании через сточную воду воздуха или другого инертного газа (азота, диоксида углерода...).

Дезодорация – очищение дурнопахнущих сточных вод (амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды и т. п.) аэрацией, хлорированием, дистилляцией, озонированием и др.

Дегазация – удаление из сточных вод растворенных газов, усиливающих коррозию трубопроводов и аппаратуры, химическими, термическими аэрационными методами.

 

Электрохимические методы

 

Электрохимические методы используются для очистки сточных вод от растворимых и диспергированных примесей методами анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа.

Основной недостаток этих методов – высокий расход электроэнергии.

Анодное окисление и катодное восстановление используется для очистки сточных вод от цианидов, альдегидов, радонидов, аминов, спиртов, нитросоединений, азокрасителей, сульфидов и т. д.

В электролизере (рис. 16.10) на положительном электроде – аноде ионы отдают электроны, т.е. протекает реакция электрохимического окисления, а на отрицательном электроде - катоде происходит присоединение электронов, т. е. протекает реакция восстановления.

При электрохимическом окислении вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием углекислого газа, аммиака и воды или получаются более простые и нетоксичные вещества, удаляемые другими методами.

Электрокоагуляция. Применяется для очистки вод при невысоком содержании коллоидных частиц и низкой устойчивости загрязнений (нерастворимые электроды), а также при высокоустойчивом загрязнении (растворимые стальные и алюминиевые аноды).

 

 

Рис. 16.10. Схема электролизера:

1 – корпус; 2 – анод; 3 – катод; 4 – диафрагма

 

Достоинства метода: компактность, простота управления, не нужны реагенты, получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами. Используется в пищевой, химической и целлюлозно-бумажной промышленности.

Электрофлотация – очистка сточных вод от взвешенных частиц при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды.

Электродиализ – процесс очистки сточных вод разделением ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран.

 

Химические методы

 

К ним относят нейтрализацию, окисление и восстановление, связанные с расходом различных реагентов, существенно их удорожающие. Используют для удаления растворимых веществ и в замкнутых системах водоснабжения.

Нейтрализация. На машиностроительных предприятиях нейтрализация вод ведется для удаления из них серной кислоты, соляной кислоты, фосфорной кислоты и других кислот, щелочей NаОН и КОН и т.д. В качестве реагента для нейтрализации кислот используют любые щелочи и их соли (NаОН, КОН, известь, известняк, доломит, мел, мрамор, сода и т.п.), а для нейтрализации щелочи применяют кислоты (обычно серную).

Окисление и восстановление. В процессе окисления токсичные загрязнители, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, удаляемые из воды. Для очистки вод применяют окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат Са, гипохлориты Са и Nа, перманганат К, бихромат К. пероксид Н, кислород воздуха, озон и др.

Удаление ионов тяжелых металлов. Для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка и других применяют реагентные методы очистки, закпючающиеся в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов (гидроксиды Са, Nа, карбонат Nа, сульфиды Nа и т. д.) с последующим отделением их от воды в виде осадков.

 

Биохимические методы

 

Процесс очистки сточных вод этими способами основан на способности микроорганизмов использовать вещества-загрязнители для питания в процессе жизнедеятельности – органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, сульфид, аммиак, нитриты и др.) веществ. Биологическую очистку осуществляют в природных и искусственных условиях. В природных условиях очистка реализуется на полях фильтрации, орошения и в биологических прудах (с естественной и искусственной аэрацией). Искусственными сооружениями являются аэротенки (открытый бассейн, оборудованный принудительной аэрацией, необходимой для насыщения воды кислородом и поддержания активного ила во взвешенном состоянии) и биофильтры (сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов, окисляющих органические вещества, используя их как источиики питания и энергии) различных конструкций. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

 

Термические методы

 

Используются на химических предприятиях дпя очистки сточных вод от различных минеральных солей (Са, Мg, Nа и др.), а также органических веществ.

Различают:

- концентрирование сточных вод с последующим выделением растворенных веществ;

- окисление органических веществ в присутствии катализатора при атмосферном или повышенном давлении;

- жидкофазное окисление органических веществ;

- огневое обезвреживание.

Выбор метода очистки определяется составом, концентрацией и объемом сточных вод, их коррозионной активностью и необходимой степенью очистки.

 

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться: