Методы очистки сточных вод и газовых выбросов

В настоящее время разработаны и используются различные эффективные методы очистки сточных вод и вредных газовых выбросов. Ниже приводятся характеристики наиболее известных способов очистки.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Процесс реализуют в песколовках, отстойниках и жироуловителях. Песколовки используют для очистки точных вод от частиц металла, песка и других примесей размером более 0, 25 мм. Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером до 0, 1 мм и нефтепродуктов. Особым типом отстойников являются осветлители. Необходимая степень очистки определяется санитарными или технологическими требованиями. Продолжительность пребывания в отстойниках обычно составляет 1, 5-2 час. Расчет отстойников производится по заданному расходу сточных вод и времени отстаивания. При этом определяется длина, ширина и объем отстойника.

Смолоотстойники. Смолы содержаться в сточных водах предприятий нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса. Они разделяются на грубо- и тонкодиспергированные. Первые выделяются путем простого отстаивания, вторые при отстаивании с коагулированием или фильтрованием. Применяют два вида фильтров: зернистые (насадки пористых материалов) и микрофильтры. Например, для удаления масел из сточных вод НПЗ в качестве фильтрующей насадки используется пенополиуретан, который обеспечивает эффективность очистки 97-99% при скорости фильтрования до 0, 01 м/с. Насадка легко регенерируется отжатием маслопродукта.

Экстракция сточных вод основана на принципе перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). Один из наиболее распространенных и перспективных методов извлечения фенола из сточных вод.

Флотация сточных вод предназначена для интенсификации процесса всплывания примесей при обволакивании их пузырьками воздуха подаваемого в сточную воду. В зависимости от способа образования пузырьков воздуха различают следующие виды флотации: напорная, пневматическая, химическая, вибрационная, биологическая, электрофлотация. Объем и площадь сечения флотационной камеры рассчитывают исходя из расходов газа и сточной воды.

Нейтрализация сточных вод (абгазов) используется для выделения кислот, щелочей, солей металлов на их основе. Нейтрализацию кислот и их солей осуществляют едким натрием, едким калием, известняком (известковое молоко), мрамором, мелом, магнезитом, содой, гидроксидом кальция (гашеная известь). Нейтрализация щелочей осуществляется кислотами. На практике используют три способа нейтрализации:

· фильтрационный (фильтрация через насадки кусковых или зернистых материалов с соответствующим показателем рН);

· водореагентный (добавление в сточную воду реагента в виде раствора);

· полусухой (добавление в сточную воду реагента в сухом виде)

Сорбция применяется для очистки сточных вод от растворимых примесей. Сорбенты – любые мелкодисперсные материалы: зола, торф, опилки, глина, активированный уголь.

Ионообменная очистка применяется для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием очищаемого вещества через катиониты (в водородной форме) и аниониты (в гидроксильной форме).

Эвапорация реализуется обработкой паром сточных вод с содержанием летучих органических примесей, которые переходят в паровую фазу и вместе с ней удаляются из сточных вод. Осуществляется в испарительных установках, где сточные воды нагреваются до 100^ОС. Разновидностью эвапорации является пароциркуляционный метод, основанный на отгонке загрязнений с циркулирующим водяным паром и отмывке последнего от загрязнений раствором щелочи.

Биологическая очистка применяется для выделения и очистки сточных вод от растворенных органических соединений и основана на способности микроорганизмов использовать для питания органические вещества.

Метод жидкофазного окисления (ЖФО). Сточные воды с содержанием токсичных соединений более 1 г/л не подвержены биологической очистке. Очистку таких стоков (а также сильно разбавленных стоков) осуществляют путем окисления содержащихся в них примесей воздухом под давлением при нагревании. При обработке сточных вод воздухом высокомолекулярные соединения превращаются в более легкие продукты, подверженные биоразложению. ЖФО целесообразно комбинировать с биологической очисткой. Более подробно с расчетом установки ЖФО можно ознакомиться в литературе [18].

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более 20000 м³/ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30 мкм. Для частиц с d = 5¸ 30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d = 2¸ 5 мкм она составляет менее 40%.

Мокрая очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.

Башни с насадкой (насадочные скрубберы) отличаются простотой конструкции и эксплуатации, устойчивостью в работе, малым гидравлическим сопротивлением (DР=300¸ 800 Па) и сравнительно малым расходом энергии. В насадочном скруббере возможна очистка газов с начальной запыленностью до 5-6 г/м³. Эффективность одной ступени очистки для пылей с d > 5 мкм не превышает 70-80%. Насадка быстро забивается пылью, особенно при высокой начальной запыленности.

Орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) применяют для очистки больших объемов газа. Они имеют сравнительно небольшое гидравлическое сопротивление – 400-850 Па. Для частиц размером 2-5 мкм степень очистки составляет ~50%. Центробежные скрубберы высокопроизводительны благодаря большой скорости газа; во входном патрубке w_г=18¸ 20 м/с, а в сечении скруббера w_г = 4¸ 5 м/с.

Пенные аппараты применяют для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. Интенсивный пенный режим создается на полках аппарата при линейной скорости газа в его полном сечении 1-4 м/с. Пенные газоочистители обладают высокой производительностью по газу и сравнительно небольшим гидравлическим сопротивлением (DР одной полки около 600 Па). Для частиц с диаметром d > 5 мкм эффективность их улавливания на одной полке аппарата 90-99%; при d < 5 мкм h = 75¸ 90%. Для повышения h устанавливают двух- и трехполочные аппараты.

Скрубберы Вентури — высокоинтенсивные газоочистительные аппараты, но работающие с большим расходом энергии. Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббера) составляет 100—200 м/с, а в некоторых установках — до 1200 м/с. При такой скорости очищаемый газ разбивает на мельчайшие капли завесу жидкости, впрыскиваемой по периметру трубы. Это приводит к интенсивному столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливанию частиц под действием сил инерции. Скруббер Вентури — универсальный малогабаритный аппарат, обеспечивающий улавливание тумана на 99—100%, частиц пыли с d = 0, 01¸ 0, 35 мкм — на 50–85% и частиц пыли с d = 0, 5-2 мкм — на 97%. Для аэрозолей с d = 0, 3-10 мкм эффективность улавливания определяется в основном силами инерции.

Электростатическая очистка газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах. Промышленные электрофильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ. Между осадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым подводится напряжение 25–100 кВ.

Очистка газов от парообразных и газообразных примесей. Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:

1) абсорбция жидкостями;

2) адсорбция твердыми поглотителями;

3) каталитическая очистка.

В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.

Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H₂SO₄), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.). Абсорбционные методы служат для технологической и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей: разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.

Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, — это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам — высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации.

Адсорбцию газовых примесей обычно ведут в полочных реакторах периодического действия без теплообменных устройств; адсорбент расположен на полках реактора. Когда необходим теплообмен (например, требуется получить при регенерации десорбат в концентрированном виде), используют адсорберы с встроенными теплообменными элементами или выполняют реактор в виде трубчатых теплообменников; адсорбент засыпан в трубки, а в межтрубном пространстве циркулирует теплоноситель.

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0, 05–0, 3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие — на стадиях регенерации, охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.

Недостатки большинства адсорбционных установок — периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствий: которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

Трудно провести границу между адсорбционными и каталитическими методами газоочистки, так как такие традиционные адсорбенты, как активированный уголь, цеолиты, служат активными катализаторами для многих химических реакций. Очистку газов на адсорбентах–катализаторах называют адсорбционно-каталитической. Этот прием очистки выхлопных газов весьма перспективен ввиду высокой эффективности очистки от примесей и возможности очищать большие объемы газов, содержащих малые доли примесей (например, 0, 1—0, 2 в объемных долях SO₂). Но методы утилизации соединений, полученных при катализе, иные, чем в адсорбционных процессах

Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99, 9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

Недостаток многих процессов каталитической очистки — образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.

Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод — факельное сжигание — возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750—900 °С и теплоту горения примесей можно утилизировать.

Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На первых стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, более подходят абсорбционные методы, а для доочистки — адсорбционные или каталитические.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: