Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод - файл n1.doc

приобрести
Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод
скачать (12651.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc12652kb.19.09.2012 18:34скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Глава V.3 МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Очистка сточных вод в зависимости от вида и фазово-дисперсно-го состояния загрязнений осуществляется методами механической, физико-химической и биологической очистки.

Использование различных методов обработки сточных вод или их комбинаций должно обеспечить такую степень очистки, при которой сброс сточных вод не приведет к нарушению «Правил охраны поверх­ностных вод от загрязнения сточными водами» (Министерство мелио­рации и водного хозяйства СССР. М., 1974).

§ 1. МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

Механическая очистка осуществляется с помощью решеток, пес­коловок и сит; к сооружениям механической очистки относятся усред­нители, отстойники, преаэраторы, биокоагуляторы, гидроциклоны, центрифуги, флотационные и фильтрационные установки.

Решетки, песколовки, сита. Эти сооружения служат для предва­рительной очистки сточных вод. Решетки служат для задерживания наиболее крупных, плавающих отбросов (шерсть, обрезки дерева, тряпки), которые могут помешать отделению шлама и его обработке, затруднить перекачку стоков и т. д. Задержанные отбросы измельча­ются с помощью дробилок и подаются на сооружения по обработке осадков очистной станции. Используются также комминуторы, совме­щающие функции решетки и дробилки и предназначенные для за­держания и измельчения отбросов непосредственно в потоке сточной жидкости. Песколовки предусматриваются при производительности

очисных сооружений более 100 м3/сут для освобождения от мине-

ральных частичек крупностью свыше 0,2 мм (кварцевого песка, гра­вия, золы и т. д.). Песколовки отделяют песок и гравий от более лег­ких осадков. Это очень важно, так как песок откладывается в насо­сах и трубопроводах, отягощает общую массу органического осадка минеральным балластом, затрудняет удаление ила из отстойников, легко слеживается в гнилостных камерах в плотную массу. Чтобы предотвратить загнивание осадка из песколовок при необходимости его длительного хранения устраивают аэрируемые песколовки.

Роль сит сводится к отделению на месте образования сточных вод мелких взвешенных веществ, которые могут быть повторно исполь­зованы или удалены.

Усреднители. Сточные воды нередко могут резко изменяться по своему составу, количеству и температуре. В ряде случаев большие концентрации загрязнений сточных вод оказываются токсичными для водоема или разрушающе действуют на трубы канализационной се­ти, в то время как низкие концентрации этих загрязнений являются безвредными для водоемов и неопасными для сети. Усреднение кон­центрации таких загрязнений дает возможность улучшить процесс очистки, а в отдельных случаях даже обойтись без специальных соо­ружений для очистки сточных вод. Выравнивание состава сточных вод производится в специальных сооружениях — усреднителях.

Усреднители концентрации загрязняющих веществ бывают двух видов: усреднители с перемешиванием поступающей жидкости сжа­тым воздухом и усреднители, действующие по принципу дифферен­цирования потока. В последних эффект усреднения по концентрации достигается за счет разного времени добегания отдельных порций сточной воды от распределительных лотков к сборному лотку, кото­рый расположен диагонально.

Усреднения сточных вод по расходу можно достичь при перекач­ке их насосами. Усреднитель представляет собой резервуар без ка­ких-либо особых приспособлений. Необходимый объем усреднителя определяется из графика притока сточных вод в течение определен­ного времени и требуемой степени усреднения по расходу.

Отстойники. Являются основными сооружениями механической очистки сточных вод. Они предназначены для выделения из сточной жидкости нерастворимых грубодисперсных веществ, способных к гравитационному отделению (всплыванию или осаждению). В грубо-суспендированном и эмульгированном состоянии в сточных водах на­ходятся самые разнообразные вещества (частички угля, окалины, волокна древесины, нефтепродукты, масла, активный ил и биоплен­ка и т.д.). В соответствии с плотностью р их можно разделить на всплывающие (?<1) и тонущие (?>1). Удаление всплывающих ве­ществ производится в нефтеловушках, смоломаслоуловителях, про-дуктоловушках. Тонущие вещества выделяются из сточной жидкости в результате осаждения в отстойниках самых разнообразных конст­рукций.

Отделение всплывающих веществ происходит при медленном про­текании сточной воды в определенном направлении, при этом удаля­емые вещества всплывают на поверхность, с которой затем собира­ются.

Принцип действия отстойников для сточных вод не отличается от работы отстойников для подготовки питьевой или технической воды. В зависимости от направления движения воды различают верти­кальные, горизонтальные и радиальные отстойники. К отстойникам относят и осветлители, в которых сточная жидкость одновременно отстаивается и фильтруется через слой взвешенного осадка, а также сооружения, где наряду с осветлением воды осуществляется сбражи­вание и уплотнение выпавшего осадка — двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели.

Гидроциклоны и центрифуги. Так же, как и отстойники относятся к сооружениям механической очистки. Открытые гидроциклоны ис­пользуются для удаления из сточной жидкости тяжелых оседающих и грубодисперсных всплывающих примесей. Гидроциклоны часто ис­пользуются в качестве первой ступени в комплексе с другими соору­жениями механической очистки производственных сточных вод.

Открытые гидроциклоны представляют собой сооружения отстой­ного типа с вращательным движением потока в рабочей зоне, кото­рое обеспечивается тангенциальным подводом осветляемой воды к цилиндрическому корпусу. Вращательное движение воды в циклоне способствует агломерации взвешенных частичек и увеличению их гидравлической крупности.

В напорных гидроциклонах и центрифугах очистка сточных вод от взвешенных примесей происходит под влиянием центробежных сил. Поле этих сил возникает в гидроциклонах в результате тангенциаль­ного подвода очищаемой воды к цилиндрическому корпусу, а в цент­рифугах— в результате вращения ее корпуса (ротора).

Разделение фаз в поле центробежных сил условно считают про­исходящим по принципу отстаивания, при этом воздействие силы сво­бодного падения заменяется действием центробежной силы.

Флотация. Применяется для очистки сточных вод от частичек не­растворимых загрязнений, имеющих гидравлическую крупность ?0,01 мм/с, и некоторых растворенных веществ. К таким загрязне­ниям относятся масла, жиры, нефтепродукты, латексы, смолы, гидро-

ксиды, ПАВ, полимеры, иловые смеси и т. п. Извлечение частичек, находящихся во взвешенном или коллоидном состоянии, происходит в результате прилипания их к пузырькам газа (воздуха), образую­щимся в жидкости (напорная или вакуумная флотация) или введен­ным в нее (пенная флотация). Вместе с пузырьками воздуха частич­ки всплывают на поверхность, образуя пенный слой с более высокой концентрацией частичек, чем в исходной жидкости. В пенном продук­те одновременно наблюдается повышение концентрации некоторых растворенных веществ и отдельных ионов.

Прилипание частички, находящейся в жидкости, к поверхности газового пузырька возможно только в том случае, если она не сма­чивается или плохо смачивается данной жидкостью. Поэтому для по­лучения флотационного эффекта требуется предварительная гидро-фобизация гидрофильных частичек. Это достигается введением в жидкость поверхностно-активных веществ, которые, адсорбируясь на поверхности гидрофильных частичек, делают их гидрофобными, соз­давая тем самым необходимые условия для их флотации. К наи­более распространенным в практике флотации реагентам относят­ся масла и смеси соединений, являющихся продуктами переработ­ки нефти, угля и сланцев, кислог с углеводородными радикала­ми и т. п.

При сравнительно небольшом времени пребывания сточных вод во флотационных установках (до 20—40 мин) достигается достаточ­но высокий эффект очистки (до 85—95 %) . Одновременно достига­ется аэрация воды, снижение концентрации поверхностно-активных веществ, бактерий и др. Флотация дает возможность возвращать в производство ценные вещества.

Важным преимуществом флотации перед отстаиванием является получение флотационного шлама с более низкой влажностью (до 90—95%), чем влажность осадка, образующегося при отстаивании (95—99,8%). В результате шлама получается в 2—10 раз меньше, чем осадка при отстаивании.

Использование флотации дает высокий эффект при очистке сточ­ных вод нефтеперерабатывающих заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов, кожевенных заводов, фабрик первичной обработки шер­сти, заводов искусственного волокна и др.

Фильтрационные установки. Служат для глубокой очистки (до-очистки) сточных вод после биологической или физико-химической очистки от высокодисперсных веществ, масел, нефтепродуктов, смол и т. п. Выбор фильтрационного сооружения зависит от концентрации удаляемых загрязнений, их природы и фазово-дисперсной характе­ристики, расхода очищаемой воды, требуемой степени очистки, тех­нико-экономических показателей и др. Очистка , сточной жидкости производится, как правило, на скорых и сетчатых фильтрах; для вы­деления специфических загрязнений применяют специальные конст­рукции фильтров. Сетчатые фильтры используют для удаления взве­шенных и плавающих примесей в количестве, превышающем 30 мг/л. Скорые фильтры обеспечивают очистку от взвешенных ве­ществ (не более 30 мг/л в исходной воде) и нефтепродуктов (при концентрации до 50 мг/л).

Наряду с фильтрующими загрузками из материалов, применяе­мых на водоочистных фильтрах (см. главу IV.2), используются син­тетические материалы (пенополиуретан, полистирол, полипропилен и др.) в виде гранул, волокон или тканей. Фильтры загружают одно­родным материалом с различной крупностью зерен либо двумя-тре-мя разнородными материалами с такой крупностью зерен, которая обеспечивает фильтрование в направлении убывающей крупности зе­рен загрузки. Предпочтение отдают фильтрационным установкам с нисходящим потоком сточной жидкости, обеспечивающим стабиль­ную работу дренажной системы.

§ 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ

Физико-химические методы очистки сточных вод очень разнооб­разны. К наиболее широко используемым методам относятся нейтра­лизация, реагентная обработка, кристаллизация, экстракция, сорб­ция, эвапорация, аэрирование, дегазация, ионный обмен, хлорирова­ние, озонирование, электрокоагуляция, дистилляция и электродиализ.

Нейтрализация. Является методом регулирования величины рН сточной жидкости. Цель ее состоит в доведении рН сточной воды до нейтрального (рН = 7).

Для нейтрализации кислых сточных вод используют как легко­растворимые, так и труднорастворимые в воде реагенты. К первым относятся едкий натр, едкое кали, сода, известь, ко вторым — извест­няк, доломит, мрамор, мел, магнезит и т. д. Нейтрализацию сточных вод можно проводить в статических (пригодны все перечисленные реагенты) и в динамических (пригодны только труднорастворимые реагенты) условиях. В первом случае нейтрализация осуществляется перемешиванием со сточными водами, во втором — фильтрованием сточных вод через нейтрализующие материалы.

Фильтры-нейтрализаторы являются частным случаем использова­ния химического взаимодействия примесей сточных вод с материалом фильтра. Их применяют в основном для нейтрализации сточных вод, содержащих соляную и азотную кислоты, а также серную кислоту в малых концентрациях (до 5 мг/л). Последнее объясняется тем, что образующийся в процессе нейтрализации сульфат кальция в коли­честве, превышающем его растворимость, выделяется на поверхности загрузки фильтра и снижает эффективность процесса нейтрализации.

Для нейтрализации щелочных сточных вод применяют обычно наиболее дешевую серную кислоту, а также соляную, азотную, фос­форную.

Реагентная обработка. Для удаления из сточной жидкости ионов тяжелых металлов ее обрабатывают одним из вышеперечисленных щелочных реагентов, доводя рН сточной жидкости до величины, при которой начинается осаждение этих металлов в виде гидрок-сидов.

Для интенсификации процесса удаления образующихся при физи­ко-химической очистке веществ в коллоидном или взвешенном состоя­нии применяют различные коагулянты: сульфат алюминия, хлорное железо, сульфат железа (III) и др.

Процесс коагулирования подробно описан в главе IV. 2. Здесь же следует только подчеркнуть, что на производственных предприятиях часто имеются сточные воды самого разнообразного состава. Изуче­ние их может выявить возможность проведения коагулирования без ввода реагентов, только смешением различных сточных вод. Это не приводит к повышению солевого состава сточных вод, которое всегда имеет место при введении реагентов. В качестве активатора процесса-коагулирования можно применять флокулянты — активную кремние­вую кислоту, полиакриламид и др.

Для эффективного протекания биохимической очистки сточная жидкость должна содержать определенное количество биогенных элементов. В противном случае предусматривается их искусственное пополнение, т. е. биогенная подпитка, для которой используют фос­фор- и азотсодержащие реагенты.

Кристаллизация. Метод основан на том, что, изменяя концентра­цию веществ (примесей) и температуру сточной жидкости, получают пересыщенные растворы, из которых выпадают в осадок кристаллы вещества. Сепарацию кристаллов осуществляют фильтрованием или центрифугированием. Метод используется для выделения из сточной жидкости кристаллов примесей, подлежащих удалению и образую­щихся в результате естественного или искусственного ускорения ис­парения сточной воды. В экономическом отношении этот метод при­годен лишь для очистки небольших количеств концентрированных сточных вод. При обработке разбавленных сточных вод их предва­рительно упаривают.

Процесс кристаллизации можно ускорять перемешиванием и охла­ждением сточной жидкости.

Количество загрязнений, выделившихся в виде кристаллов, зави­сит от природы кристаллического вещества и его концентрации в сточ­ных водах



лении) или выпарки под вакуумом. Эти процессы обеспечивают уве­личение концентрации солей в сточных водах, что дает возможность ускорить последующую кристаллизацию.

Экстракция. Экстракционный метод очистки состоит в обработке сточных вод каким-либо практически несмешивающимся с водой рас­творителем (экстрагентом), в котором подлежащие удалению приме­си достаточно хорошо растворимы. Сущность метода подробно рас­смотрена в главах 11.2 и IV.7.

Следует подчеркнуть, что экстракционная очистка сточных вод це­лесообразна при последующей утилизации удаляемых примесей.

Сорбция. Сорбционные процессы, основные закономерности кото­рых рассмотрены в главе II.3, применяются и при очистке производ­ственных сточных вод. При этом различают сорбцию в статических условиях, осуществляемую введением измельченного сорбента в сточ­ную жидкость с последующим перемешиванием, и сорбцию в дина­мических условиях, осуществляемую фильтрованием воды через слой сорбента. В качестве сорбирующих материалов применяют активный уголь, торф, каолин, коксовую мелочь, опилки, золу и др. Особенно­стью сорбции является то, что этот процесс обратимый — адсорбиро­ванное вещество может переходить обратно в раствор, на чем осно­вана регенерация сорбента, т. е. восстановление его сорбционных свойств.

Эвапорация (отгонка с водяным паром, см. главу II.2). Очистка сточных вод эвапорацией состоит в отгонке летучих с водяным паром загрязняющих воду органических веществ, например фенолов.

Эвапорация осуществляется в аппаратах периодического действия либо в непрерывно действующих дистилляционных колоннах. Сточ­ная жидкость протекает через колонну с насадкой навстречу острому пару, нагреваясь до 100 °С. При этом ее летучие примеси частично переходят в паровую фазу, распределяясь между водой и паром со­гласно уравнению



Пар, прошедший эвапорационную колонну, поступает в скруббер, где освобождается от захваченных им загрязнений. Последнее осу- ществляется различными методами в зависимости от индивидуаль­ных особенностей загрязняющих веществ. Так, для очистки от фено­лов пар пропускают через нагретый раствор щелочи, в результате чего образуется товарный продукт — фенолят натрия.

Аэрирование сточной жидкости обеспечивает либо десорбцию раст­воренных летучих примесей (переход в газовую фазу), либо окисление примесей и перевод их в состояние, благоприятствующее удалению из воды.

Окисление кислородом воздуха примесей сточных вод протекает специфично для различных веществ и зависит от их концентрации, рН среды, температуры и т. п. Поэтому для установления оптималь­ных параметров процесса необходимо производить пробное аэриро­вание образца сточной жидкости.

Процесс дегазации сточных вод подчинен тем же закономернос­тям, что и дегазация природной воды, используемой для питьевых и технических целей (см. главу IV.5). Однако в сточных водах, яв­ляющихся значительно более сложными системами, чем природные воды, дегазация может осложняться многими факторами, наибо­лее важным среди которых является наличие поверхностных пле­нок (нефтяных, маслянистых и т. п.) и примесей, адсорбирующих газы.

Ионный обмен. Применяется для обессоливания и очистки сточ­ных вод от цинка, меди, никеля, хрома, цианидов, хроматов, фенолов, формальдегида, анилина и других органических веществ. Сущность ионного обмена, а также использование метода для умягчения, обес­соливания и опреснения воды, удаления из нее отдельных ионов рас­смотрены в главах II.3, IV.6, IV.7 и IV.8. Описанным закономернос­тям подчиняются также и методы очистки сточной жидкости. Ионо­обменный метод обессоливания производственных сточных вод используют при солесодержании, не превышающем 3 г/л. В ряде слу­чаев обессоливание проводят одновременно с очисткой сточной воды от токсических примесей.

В зависимости от состава очищаемой сточной воды и необходи­мой степени удаления загрязнений используют различные технологи­ческие схемы. При отсутствии необходимости извлекать из сточных вод анионы слабых кислот применяют схему одноступенчатого Н-ка-тионирования (сильнокислотный катионит) и одноступенчатого ОН-анионирования (слабоосновный или сильноосновный анионит).

Для глубокого обессоливания и очистки сточных вод применяют одно- или двухступенчатое Н-катионирование (сильнокислотный ка­тионит) и двухступенчатое ОН-анионирование. ,

Н-катионитовые фильтры первой ступени извлекают из сточных вод многовалентные ионы металлов, а фильтры второй ступени — ио­ны натрия, калия, аммония.

На анионитовых фильтрах первой ступени (слабоосновный анио­нит) из сточной воды удаляются анионы сильных кислот; анионито-вые фильтры второй ступени (сильноосновный анионит) предназна­чены для удаления анионов слабых кислот.

Хлорирование. Хлорирование сточных вод проводится с целью их обеззараживания, удаления ряда нежелательных примесей — фено­лов, цианидов, крезолов и других веществ, а также для поддержания надлежащего санитарного состояния очистных сооружений (предот­вращение биологических обрастаний).

Процессы, протекающие при хлорировании воды, используемые реагенты и методы хлорирования подробно рассмотрены в главе IV.3.

Озонирование. Обработка сточной жидкости озоном использует­ся, как правило, в тех случаях, когда одновременно с обеззаражива­нием необходимо удалить из стоков нефтепродукты, цианиды, фено­лы, органические растворители и красители, СПАВ, сульфиды, рода-ниды, ионы тяжелых металлов и другие вещества. Озон действует комплексно, приводя к улучшению физико-химических, органолепти-ческих и бактериологических показателей очищаемой жидкости. Для обеззараживания озон целесообразно применять после доочистки сточных вод на фильтрах или после физико-химической очистки, обес­печивающей снижение содержания взвешенных веществ до 3—5 мг/л и БПКполн — до 10 мг/л.

Использование озона вместо хлора целесообразно при содержа­нии в сточной воде веществ, образующих при реакции с хлором более токсические вещества или ухудшающие органолептические свой­ства воды; при получении в результате хлорирования высоких оста­точных концентраций хлора, требующих дехлорирования; при содер­жании в воде патогенных вирусов и споровых форм бактерий; при необходимости комплексной очистки воды.

Озон используют для очистки содержащих цианистые соединения сточных вод предприятий машиностроительной, приборостроительной, химической, металлургической и других отраслей промышленности. Преимущество озона по сравнению с хлором в этом случае состоит в том, что при озонировании сточная вода не загрязняется продук­тами восстановления окислителя, а при хлорировании возможно об­разование ядовитого хлорциана.

Оптимальным для протекания процесса является рН = 9—12. Раз­рушение озоном цианидов протекает в две стадии: сначала образу­ются менее токсические цианаты:



щью фильтров. Расход озона составляет 2—4 мг на 1 мг углеводо­родов.

Образование дурнопахнущих хлорфенольних соединений при хлорировании фенольных вод заставляет использовать для их очист­ки озон. Конечными продуктами окисления фенолов озоном являются углекислый газ и вода. Оптимальная величина рН=11,5—12. При продолжительности контакта озона со сточными водами 10—15 мин расход озона составляет 1,5—2 мг на 1 мг фенола.

Хороший эффект дает также озонирование при очистке о г тетра-этилсвинца сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, автохо­зяйств и других предприятий, использующих этилированный бензин.

Дистилляцию применяют для обессоливания сильно минерализо­ванных сточных вод и технологических растворов. Целесообразность ее использования увеличивается при возможности утилизации обра­зующихся рассолов. Метод выпаривания применяется также для обезвреживания небольших количеств высококонцентрированных сточных вод, если другие методы оказываются трудно осуществимы­ми и экономически нецелесообразными. Сущность процесса дистил­ляции рассмотрена в главах П.2 и IV.7.

Электродиализ применяют обычно для опреснения минерализо­ванных природных вод (см. главу IV.7), однако его можно исполь­зовать и для очистки сточных вод с исходной концентрацией солей 2,5—15 г/л, а также для удаления небольших количеств щелочей или кислот.





























































1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Глава V .3 МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации