Термические методы основаны на воздействии на очищаемую воду повышенных или пониженных температур. Одним из наиболее энер- гоемких процессов является выпаривание, однако оно позволяет полу- чить воду высокой степени чистоты и высококонцентрированный раст- вор с нелетучими загрязнителями. Также концентрирование примесей может осуществляться с помощью вымораживания, поскольку в первую очередь начинает кристаллизоваться чистая вода, и лишь затем оставшаяся ее часть с растворенными загрязнителями. Выпариванием, как и вымораживанием, можно проводить кристаллизацию – выделение примесей в виде выпадающих в осадок кристаллов из насыщенного раствора. В качестве экстремального метода используется термическое окисление, когда очищаемая вода распыляется и подвергается воздействию высокотемпературных продуктов сгорания топлива.
21
Данный метод используется для нейтрализации высокотоксичных или трудно разлагаемых загрязнителей.
Биологические способы(методы) очистки воды. Как следует из названия, методы очистки данной группы основаны на использовании живых организмов. Несмотря на очевидность метода, биологическая очистка является наиболее передовым и перспективным направлением в очистке сточных вод. Для осуществления процесса обычно используются бактерии различных видов, но также это могут быть низшие грибы и водоросли, простейшие и даже некоторые мно- гоклеточные, такие как красные черви и мотыль. Одной из осо- бенностей биологического метода очистки является возможность под- бора определенных живых организмов для оптимальной очистки сто- чных вод заданного химического состава. Так нитрофицирующие бак- терии, такие как Nitrobacter и Nitrosomonas, способны окислять азото- содержащие соединения в процессе питания, а фосфат аккумули- рующие организмы применяются для очистки воды от фосфора.
Скопление микроорганизмов, используемое при биологической очис- тке, называется активным илом. Он представляет собой темно-кори- чневую или черную жидкую массу с землистым запахом, которая при отстаивании образует оседающие хлопья. Благодаря этому активный ил может быть сравнительно легко отделен от воды после завершения процесса очистки. Сами микроорганизмы, как правило,
находятся в активном иле не поодиночке, а в составе колоний, называемых зооглеи. В зависимости от состава очищаемой воды и условий про- ведения процесса очистки зооглеи могут иметь различную форму: шарообразную, древовидную и т.д.
В общем случае все используемые в биоочистке микроорганизмы мож- но разделить на две большие группы, определяющие характер прове- дения процесса: аэробные и анаэробные. Аэробные организмы потре- бляют кислород в процессе питания, необходимый им для окисления веществ. В свою очередь анаэробные организмы не нуждаются в кислороде. Для процесса очистки использование микроорганизмов того или иного типа определяет характер проведения процесса и необхо- димое для его осуществления оборудование.
Биологическая очистка может проводиться в следующих условиях:
биологические пруды;
поля фильтрации;
биофильтры;
22
аэротенки (окситенки);
метантенки.
В первых двух случаях используются крайне простые сооружения.
Биологический пруд – это естественный или искусственный водоем с, как правило, естественной аэрацией, в котором обитают микроор- ганизмы активного ила. Поле фильтрации представляет собой участок почвы (песок, глина, суглинок или торф), через который осуществляют фильтрацию воды и ее очистку за счет содержащихся в почве мик- роорганизмов. Сооружения такого типа неспособны работать с силь- нозагрязненными водами при большом расходе. В тоже время они почти не требуют эксплуатационных затрат и постоянного контроля со стороны человека.
Биофильтр – это сооружение, в котором очистка воды осуществляется путем фильтрации через слой загрузочного материала, покрытого слоем аэробных микроорганизмов, который также называется биоп- ленкой. Для обеспечения достаточного количества кислорода, необхо- димого организмам для биоразложения загрязнителей, предусматрива- ется воздухораспределительная система. Однако аэрация может осуществляться и естественным путем.
Аэротенк является более сложным очистным сооружением, в котором аэрация осуществляется искусственным образом. Как следует из опии- сания, в нем проводится очистка аэробными микроорганизмами. Перед подачей в аэротенк вода предварительно смешивается с активным илом. Аэрация в аэротенке не только насыщает среду кислородом, стимулируя процессы биоразложения загрязнений, но и обеспечивает дополнительное перемешивание. Обычно для аэрации используется атмосферный воздух, но в случае окситенков вместо него используется технический кислород, что значительно увеличивает эффективность процесса.
Биологическая очистка сточных вод анаэробными организмами преи-
23 мущественно проводится в метантенках. Отличительной особенностью такой очистки является отсутствие потребности в кислороде и полу- чение биогаза в качестве продукта жизнедеятельности анаэробных бактерий. Также в метантенк обычно подается не сама вода, а выпа- дающий в
отстойниках концентрированный осадок, который необхо- димо подвергнуть брожению. Для интенсификации процесса брожения в метантенке может быть предусмотрен дополнительный подогрев. При этом выделяют мезофильное сбраживание, проводимое при 30-35 °C, и термофильное сбраживание, проводимое при 50-55 °C. Сам процесс анаэробного разложения достаточно сложен и протекает в несколько стадий, а на завершающей стадии происходит образование метана, являющегося экологически чистым топливом.
Общая схема организации процесса очистки сточных вод. Перед непосредственной подачей на очистку сточная вода попадает в усреднитель, где по необходимости разбавляется чистой водой. Это делается с целью выравнивания концентраций загрязняющих веществ в воде, чтобы предотвратить заторы на стадии механической очистки и не допустить чрезмерного разрастания активного ила в случае биоло- гической очистки. Наличие пиковых нагрузок на очистное оборудо- вание обуславливается неравномерностью поступления сточных вод на очистку. Далее следует стадия механической очистки, которая может включать в себя такие аппараты как песколовки, жироловки, отстой- ники и решетки для улавливания крупного мусора.
24
После того, как вода прошла предварительную очистку, она подается на основную очистку. В большинстве случаев для этих целей испо- льзуется биологическая очистка в аэротенках с использованием акти- вного ила. Основной метод может быть дополнен глубокой очисткой, где используются фильтры, установки обратного осмоса и т.д. На протяжении всех стадий из воды выделяются различные вещества, выдающие в виде осадка, которые необходимо утилизировать. Для этого они подвергаются ряду операций (отжим, сушка и т.д.), а дальнейшая их судьба зависит от ценности полученного обработанного осадка. Также обработке подвергается избыток активного ила, выво-
димого из цикла работы аэротенка, который затем используется как кормовая добавка. Очищенную до необходимого состояния воду затем обеззараживают хлорированием, озонированием или обработкой УФ излучением.
Дополнительная информация по установка очистки сточных вод
Мембранные методы очистки воды. Вода является сырьем, необходимым практически для любого, как промышленного, так и муниципального предприятия. В частности, вода необходима для предприятий рудообогащения, металлургических, неф- тедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предпри- ятий. Вода используется в котельных, теплоэлектростанциях, на пред- приятиях фармацевтикии электроники, пищевых производствах и мно- гих других.
Однако, исходная вода, поступающая от различных источников водос- набжения предприятий (поверхностные и подземные воды, морская вода и т.д.), содержит большое количество различных примесей и заг- рязнений, наличие которых может негативно сказаться на техноло- гическом процессе, стать причиной поломки оборудования и, в коне- чном итоге, негативно отразиться на качестве получаемой продукции.
В связи с этим, исходную воду, поступающую от источников водос- набжения, необходимо очистить от примесей. В зависимости от требований к качеству воды, используемой в конкретном техноло- гическом процессе, существует множество различных аппаратов и технологий водоподготовки.
Например, для питания котлового оборудования различных предпри- ятий, для предприятий фармацевтики и электроники требуется «сверх- чистая» вода.
25
Для достижения этой цели широкое распространение получили техно- логии мембранной очистки воды. Одним из наиболее эффективных методов получения «сверхчистой» воды является процесс обратного осмоса.
Установки обратного осмоса также применяются для получения воды питьевого качества из солоноватой или морской воды.
Компания ENCE GmbH имеет большой опыт в поставках индивиду- альных решений мембранной очистки воды для различных отраслей промышленности и муниципальных предприятий.
Установки собраны и полностью протестированы на производственной площадке перед поставкой, что исключает необходимость сборки «с нуля» на
месте эксплуатации, выполнения трубопроводной обвязки аппаратов и электропроводки.
Материальное исполнение комплектующих подобрано таким образом, чтобы гарантировать максимальный срок службы установки и снизить эксплуатационные затраты.
Каждая установка обратного осмоса оснащена системой «безразборной мойки» для периодической очистки мембран и системами дозирования реагентов.
Системы «безразборной мойки» предназначены для очистки и дезин- фекции мембран без значительных затрат на демонтаж и повторный монтаж.Необходимость установки таких систем обусловлена тем, что со временем мембраны загрязняются и забиваются всеми типами загря- знений и требуют очистки. При работе в нормальных условиях мембра- ны обратного осмоса могут разрушаться под действием органических и взвешенных веществ. Они накапливаются на мембранах в виде отло- жений во время работы мембранной установки и приводят к снижению объема очищенной воды и(или) степени удаленных солей. Мембраны необходимо очищать в следующих случаях:
выход концентрата снизился приблизительно на 10% от первоначального объема.
содержание солей в очищенной воде повысилось более чем на
10%
давление на мембранахснизилось приблизительно на 10%.
Система безразборной мойки - это процесс ручной мойки мембран «на месте» («cleaninginplace»), который выполняется с интервалом в 6 месяцев.
26
Такие системы устанавливаются на раме, имеют всю необходимую трубопроводную обвязку и состоят из:
Насоса
Емкости
Расходомера
Датчик давления
Датчика рН
Датчика электропроводности
Датчика окислительно-восстановительного потенциала
Предлагаемые установки полностью автоматизированы.Интерфейс опе- ратора расположен на пульте управления и представляет собой графическую сенсорную панель со схематическими диаграммами c возможностью контроля и регулировки показателей процесса. Сигналы тревоги запрограммированы и отображаются в виде текстовых сооб- щений.
Панель управления позволяет управлять установкой и отличается про- стотой в использовании.
Автоматические функции:
Автоматический пуск / останов;
Автоматическая промывка после останова;
Управление программой «безразборноймойки на месте»;
Вывод текстовых сообщений тревоги;
Возможность коммуникации по Ethernet;
Протокол Profibus;
Возможность дистанционного пуска / останова.
Установки обратного осмоса, состоящие из нескольких ступеней очи- стки, по желанию Заказчика, могут быть дополнительно укомплек- тованы системой регенерации энергии, позволяющей снизить общее энергопотребление. Принцип работы таких систем основан на испо- льзовании гидравлической энергии концентрата 1-й ступени. Испо- льзование таких систем также позволяет уменьшить объем образую- щегося концентрата.
Среди наиболее распространенных систем регенерации энергии можно выделить теплообменники, работающие под давлением, турбонагнета- тели и поршневые системы.
27
Системы, состоящие из теплообменников, имеют более высокую сте- пень регенерации, но такие системы намного сложнее, для них требуются дожимные/бустерные насосы,что приводит к увеличению общей стоимости установки и эксплуатационных затрат.
Поршневые
системы имеют степень регенерации, несколько меньшую, по сравнению с теплообменниками, их монтаж и эксплуатация проще, но они подходят для установок с маленькой производительностью.
Турбонагнетатели также имеют немного более низкую степень реге- нерации (по сравнению с теплообменниками), но они представляют собой наиболее простую систему, поэтому такие системы являются более надежными.
Турбонагнетатели оснащены клапанными блоками для контроля рас- хода концентрата или для компенсации колебаний температуры.
Преимущества турбонагнетателей по сравнению с теплообменниками:
Более простая и компактная конструкция, не требующая вспомогательного оборудования.
Утечка концентрата исключена (в теплообменникахконцентрат смешивается с питательной водой).
Более надежны и просты в эксплуатации
- Интегрированная конструкция обеспечивает быстрый ввод в эксплуатацию и постоянный мониторинг производительности.
В некоторых случаях требуется получение ультрадеминерализованной
(деионизованной) воды. Для достижения этой цели подходят установки электродеионизации.
Процесс электродеионизации заключается в переносе ионов растворе- нных солей через мембраны, под действием электрического поля постоянного тока.
Отрицательный электрод (катод) притягивает катионы, а положи- тельный электрод (анод) притягивает анионы. Такие установки, пред- ставляют собой системы, разделенные на чередующиеся катионные и анионообменные мембраны.
Особенности технологии:
Отсутствие в необходимости регенерации мембран с использованием химических реагентов, что означает отсутствие химических отходов;
Непрерывное производство чистой воды и непрерывная регенерация;
28
Габаритные размеры меньше, чем у традиционных ионообменных установок;
Состав:
подающий насос;
модуль электродеионизации;
измеритель проводимости;
расходомер;
датчик давления
Пример мембранной установки очистки воды, поставляемых компанией ENCE GmbH. Принципиальная технологическая схема Основные технические характеристики
Производительность каждой линии: 75 м3/час (по опресненной воде);
Состав: o
Насос высокого давления 1-й ступени o
Насос подачи второй ступени o
Картриджный фильтр второй ступени o
Насос высокого давления 2-й ступени o
Мембраны o
Емкости высокого давления o
Система дозирования каустика o
Насосы обратной промывки мембран 1-й ступени o
Насос подачи пермеата потребителям
Принцип работы Вода, прошедшая предварительную механическую очистку (флотация растворенным воздухом, многослойные фильтры, картриджная фильт- рация) и реагентную обработку (гипохлорит натрия, антискалант, бису- льфит натрия), из резервуара-накопителя насосами подается на уста- новку обратного осмоса. Насосы высокого давления, входящие в состав установки, увеличивают начальное давление подаваемой воды до ра- бочего и подают её на обратноосмотические мембраны. Вода, проходя
29 через эти мембраны, фильтруется. При этом происходит разделение потоков на чистую воду (пермеат) и грязную воду (концентрат).
Пермеат после первой ступени обратного осмоса насосами второй сту- пени подается на вторую ступень установки обратного осмоса.
Перед каждым насосом высокого давления 2-й ступени предусмотрена установка картриджного фильтра для дополнительной защиты мембран второй ступени от возможных механических примесей (окалины, трех- валентное железо).
В составе установки предусмотрены насосы промывки мембран. Про- мывка выполняется автоматически при останове установки. Промы- вочные насосы защищены от «сухого хода» с помощью реле уровня, установленного на накопительной емкости пермеата.
Линия обратного осмоса также оснащается датчиками перепада давле- ния, датчиками электропроводности и расходомерами (пермеата и концентрата). На коллекторе пермеата, установливается рН-метр и предусмотрена подача каустика для регулирования рН.
После второй ступени пермеат поступает в накопительные резервуары.
Из накопительных резервуаров очищенная и опресненная вода насо- сами подается к потребителям.
Состав исходной воды:
Показатель
Значение
Жесткость общая
78 мг-экв/л
Щелочность
3,5 мг-экв/л
Железо общее (Fe)
0,0000059% (0,06 мг/л)
Натрий (Na+), Na+K
0,336% (3430 мг/л)
Кальций (Ca2+)
0,0333% (340 мг/л)
Магний (Mg2+)
0,0757% (773 мг/л)
Медь (Cu2+)
0,00000049% (0,005 мг/л)
Аммоний (NH4+)
0,0000157% (0,16 мг/л)
30
Нитриты (NO2-)
0,00000196% (0,02 мг/л)
Нитраты (NO3-)
0,000041% (42 мг/л)
Хлориды (Cl-)
0,5296% (5407 мг/л)
Сульфаты (SO42-)
0,3362% (3433 мг/л)
Гидрокарбонаты (HCO3-
)
0,0192% (196 мг/л)
Фосфаты (PO43-)
0,00000392% (0,04 мг/л)
Нефтепродукты
0,00000588% (0,06 мг/л)
Сухой остаток
1,303% (13300 мг/л)
Состав воды на выходе из установки обратного осмоса
Показатель
Значение рН
6 - 9
Солесодержание, не более
3,0 мг/дм3
Окисляемость, не более
2,5 – 3,0 мг/дм3
Жесткость
-
Хлориды, не более
0,2 мг/дм3
Сульфаты
-
Железо, не более
0,02 мг/дм3
Кремниевая кислота, не более
0,1 мг/дм3
Удельная электропроводность,
2*10-6
31 сим/см
Температура
15-30°С
Давление, не менее
0,39 МПа
4. Станции химводоочистки. Какие существуют станции очистки воды и как правильно сделать выбор?
Чистая вода нужна для бытового, коммерческого применения, без нее не выживут люди, предприятия, дома.
Централизованные системы очистки работают посредственно – после них употреблять воду в пищевых целях нельзя. О станциях, их типах, принципах и особенностях работы – далее.
Что это такое? Станция водоподготовки – понятие широкое. Они входят в состав сис- тем городского водоканала, могут устанавливать автономно на предп- риятиях, в частных домах.
Старые станции находятся в плохом состоянии, сильно изношены, по- этому возложенные на них задачи решают на посредственном уровне.
Подобранное с
учетом текущих запросов, правильно установленное
Скачать 1.75 Mb.