Методы и сооружения для очистки промышленных сточных вод содержание стр
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
2) Нейтрализация реагентами (используется гашеная Са(ОН) 2 и негашеная СаО известь, кальцини- рованная Nа 2 СО 3 и каустическая NаОН сода). Известь для нейтрализации применяют в виде известково- го молока 5%-й концентрации или в виде порошка. Если на промышленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные сточные воды, либо если невозможно обеспечить взаимную ней- трализацию, применяют реагентный метод. Этот метод наиболее широко используют для нейтрализа- ции кислых вод. Поскольку в кислых и щелочных производственных сточных водах практически всегда присутствуют ионы металлов, то дозу реагента определяют с учетом выделения в осадок солей тяже- лых металлов. Процессы реагентной нейтрализации производственных сточных вод осуществляются на нейтрализационных установках или станциях. Время контакта сточных вод и реагента должно быть не менее 5 мин. Для кислых сточных вод, содержащих рстворенные ионы тяжелых металлов, это время должно быть не менее 30 мин. 3) Нейтрализация кислых сточных вод путем фильтрования через нейтрализующие материалы (известь, известняк, мел, магнезит, доломит). Нейтрализацию соляно-, азотно-, а также сернокислых сточных вод при концентрации серной кислоты не более 1,5 г/л осуществляют на непрерывно дейст- вующих фильтрах с вертикальным движением нейтрализуемых вод. При концентрации кислоты более 1,5 г/л количество образующегося сульфата кальция превышает его растворимость (2 г/л), и он начинает выпадать в осадок, в результате чего нейтрализация прекращается. Крупность фракций материала за- грузки составляет 3 – 8 см; расчетная скорость фильтрования зависит от вида загрузочного материала, но не более 5 м/ч; продолжительность контакта не менее 10 мин. Применение таких фильтров возмож- но при условии отсутствия в кислых сточных водах растворенных солей тяжелых металлов, поскольку при рН >7 они будут выпадать в осадок в виде труднорастворимых соединений, которые полностью за- бивают поры фильтра. 4) Нейтрализация дымовыми газами. Применение для нейтрализации щелочных сточных вод от- ходящих газов, содержащих диоксиды углерода, серы и азота и другие кислые газы, позволяет не толь- ко нейтрализовать сточные воды, но и одновременно осуществлять высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов. Нейтрализация производится в колонной абсорбционной аппаратуре, расчет которой основан на закономерностях хемосорбции. Процесс нейтрализации может быть проведен в реакторах с мешалкой, в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах. Схема реактора с ме- шалкой для нейтрализации сточных вод дымовыми газами приведена на рис. 27. Рис. 27. Нейтрализатор щелочных сточных вод дымовыми газами. Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: - вида и концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды; - расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию; - наличия реагентов, местных условий и т.п. 3.2. Окислительный метод очистки сточных вод Окислительный метод применяется при водоподготовке и для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсические примеси (цианиды, фенолы), а также для извлечения из сточных вод веществ, которые нельзя или нецелесообразно извлекать другими методами. Метод применяется в следующих отраслях промышленности: - машиностроительной (в цехах гальванических покрытий); - горнодобывающей (на обогатительных фабриках); - нефтехимической (на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах); - целлюлозно-бумажной и других. Реагентами (окислителями) являются хлор и его производные (хлорная известь, гипохлорит кальция и натрия, хлорная известь, диоксид хлора), озон, технический кислород и кислород воздуха. Хлорирова- ние является наиболее распространенным методом обеззараживания. Хлорирование применяют для удаления из сточных вод фенолов, цианидов, сероводорода и других соединений, а также для борьбы с биологическими обрастаниями сооружений. Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пес- тицидов и др. Для окисления этих веществ озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссо- циирует. Растворимость озона в воде зависит от ее рН. В слабощелочной среде озон диссоциирует очень быстро, а в кислотной проявляет большую стойкость. Озон получают в генераторах из кислорода воз- духа под воздействием электрического разряда. Генераторы озона подразделяются на цилиндрические с трубчатыми горизонтальными или вертикальными электродами; плоские с пластинчатыми электродамии центральным коллектором или продольной циркуляцией. Принципиальная схема озонатора с горизон- тальными трубчатыми электродами приведена на рис. 28. Рис. 28. Озонатор с горизонтальными трубчатыми элементами 1 – корпус; 2 – трубчатый элемент Озонирование является дорогим методом. 3.3. Восстановительный метод Восстановительный метод применяют для очистки сточных вод от соединений металлов (ртути, хрома, мышьяка, меди), нитритов, нитратов, сульфатов и др. Для каждого вещества используется свой метод восстановления и соответствующие реагенты – восстановители. В настоящее время имеется большое разнообразие методов восстановления. 4. Физико-химическая очистка сточных вод Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. Физико-химическая очистка сточных вод включает множество различных способов, которые могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и хими- ческими методами очистки. Она обеспечивает удаление как твердых взвешенных частиц, так и раство- ренных примесей. Рассмотрим основные методы физико-химической очистки. 4.1. Коагуляция и флокуляция Коагуляция (реагентный метод) – дестабилизация коллоидных систем загрязнений (процесс укруп- нения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты). Коагуляция сопровож- дается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме жидкости. Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрирован- ные эмульсии или суспенизии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001 – 0,1 мкм, мелкодис- персные частицы размером 0,1 – 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более. В процессе механи- ческой очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более. Мелко- дисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Для осаждения мельчайших взвешенных и коллоидных частиц к воде добавляют реагенты – раствор коагулянта (чаще всего применяют соли алюминия и железа - сернокислый алюминий Аl2(SО4) 3 и хлор- ное железо FeCl 3 , а также соли магния, шламовые отходы и отработанные растворы отдельных произ- водств). В результате реакции коагулянта с солями, содержащимися в воде, образуются хлопья, кото- рые при осаждении увлекают за собой взвеси и коллоидные вещества. Хлопья затем удаляются отстаи- ванием из нижней части аппарата. Приготовление и дозирование коагулянтов производят в виде растворов или суспензий. Растворе- ние коагулянтов осуществляют в баках. Затем концентрированные расходы коагулянтов перемешивают с водой в специальных смесителях различного типа. В камерах хлопьеобразования происходит образо- вание хлопьев коагулянта. Для интенсификации образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа и снижения расхода коагулянтов используют флокулянты. Флокуляция – разновидность коагуляции, процесс агрегации дисперсных частиц под действием высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В процессе флокуляции мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием флокулян- тов образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления. В качестве флокулянтов ис- пользуют природные и синтетические органические полимеры, чаще всего полиакриламид, а также крахмал, поливиниловый спирт, диоксид кремния. Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности. 4.2. Сорбция Сорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Различают три вида сорбции: - абсорбция – поглощение вещества всей массой жидкого сорбента; - адсорбция – поглощение вещества поверхностным слоемтвердого или жидкого сорбента; - хемосорбция – сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощае- мым веществом. Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от раство- ренных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехи- мической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой. Преимуществами метода являются возмож- ность адсорбции веществ многокомпонентных смесей, а также высокая эффективность очистки, особен- но слабоконцентрированных сточных вод. Метод сорбции применяется для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ (фенол, мышьяк, сероводород) с их последующей утилизацией и ис- пользованием очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения. Сорбционная очистка рекомендуется для сточных вод, загрязненных ароматическими соединениями, слабыми электролитами или неэлектролитами, красителями, непредельными соединениями, гидрофоб- ными алифатичесикми соединениями. Метод сорбционной очистки сточных вод не рекомендуется при- менять для выделения из сточных вод только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов. Адсорбцию осуществляют следующими способами: - к сточной воде добавляют сорбент в размельченном виде, полученную смесь перемешивают, затем отстаивают и фильтруют; - сточные воды непрерывно пропускают через фильтр, загруженный сорбентом. В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: активированные угли, цеолиты (алюмосиликаты), золу, шлак, коксовую мелочь, торф, опилки. Эффек- тивными сорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость углей составляет 60 – 75%, а удельная площадь поверхности – 400 – 900 м 2 /г. Адсорбционные свойства активированных углей в значительной мере зависят от структуры пор, их величины, распределения по размерам. Макро- поры и переходные поры играют, как правило, роль транспортирующих каналов, а сорбционная спо- собность активированных углей определяется в основном микропористой структурой (микропоры имеют размер менее 0,004 мкм). Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого ве- щества на единицу объема или массы сорбента (кг/м 3 , кг/кг). Адсорбция используется для глубокой очистки вод замкнутого водопотребления и доочистки сточ- ных вод от органических веществ, в том числе и от биологически жестких. Аппараты для сорбционной очистки сточных вод классифицируются по разным признакам: - по организации процесса – периодического и непрерывного действия; - по гидродинамическому режиму – аппараты вытеснения, смешения и промежуточного типа; - по состоянию слоя сорбента – с неподвижным, движущимся, пульсирующим, перемешиваемыми циркулирующим слоем; - по организации контакта взаимодействующих фаз – с непрерывным и ступенчатым контактом; - по организации направления движения фаз – с прямоточным, противоточным и ступенчатым кон- тактом; - по конструкции – колонные и емкостные; - по способу подвода энергии – без подвода энергии извне (гравитационное движение фаз) и с подво- дом энергии извне (принудительное движение твердой и жидкой фаз). На рис. 29 представлен аппарат непрерывного действия со взвешенным слоем сорбента. Выполне- ние корпуса в виде расширяющихся кверху конуса или пирамиды позволяет дифференцировать дис- персный состав сорбента по высоте. При этом все фракции без значительного уноса мелочи находятся во взвешенном состоянии. Рис. 29. Схема устройства адсорбера непрерывного действия со взвешенным слоем сорбента. 1 – подвод воды на очистку; 2 – подвод сорбента; 3 – вывод очищенной воды; 4 – вывод угольной суспензии; 5 – сборник отработанного сорбента; 6 – решетка; 7 – корпус; 8 - отстойная зона Наиболее простым адсорбером является насыпной фильтр, схема которого приведена на рис. 30. Рис. 30. Схема насыпного сорбционного фильтра (типа ФСУ) 1 – вход обрабатываемой воды (конденсата); 2 – выход обрабатываемой воды (конденсата); 3 – подача промывочно-взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 5 – спуск первого фильтрата и опорожнение фильтра; 6, 7 – штуцеры для гидрозагрузки и гидровыгрузки активированного угля; 8 – воздушник; А – корпус; Б – активированный уголь; В – нижнее днище; Г – нижний дренаж (копирующий); ВРП – верхнее распределительное устройство; Е – лаз Обычно сорбционная установка состоит из нескольких параллельно работающих секций, состоящих из трех-пяти последовательно расположенных фильтров. 4.3. Флотация Флотация – процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раз- дела двух фаз, обычно воздуха и жидкости. Флотацияоснована на всплывании дисперсных частиц вме- сте с пузырьками воздуха. Метод применяется для очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефть и нефтепродукты, жиры, масла, волокнистые частицы. Процесс очистки состоит в образовании комплек- сов «частицы – пузырьки воздуха», всплывании этих комплексов на поверхность жидкости с образова- нием пенного слоя, содержащего загрязнения, и последующего удаления этого слоя с поверхности. Существуют различные способы флотационной обработки производственных сточных вод. 1) Флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационные установки). Сущность метода состоит в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной воде, при выделении которого образуются макропузырьки, позволяющие удалять сильнодиспергированные за- грязнения. Количество воздуха, выделяющегося из раствора и необходимого для обеспечения эффектив- ной флотации, составляет 1 – 5% от объема обрабатываемой воды. Вакуумная флотация используется для очистки сточных вод, если концентрация загрязнений в них не превышает 250 мг/л. Способ характеризуется достаточно низкими энергозатратами на проведение процесса флотации, а также высокой стабильностью всплывающих агрегатов «чатица – пузырек возду- ха» (вероятность их разрушения минимальна). Недостатками способа кроме указанного выше ограниче- ния по концентрации загрязнений в сточных водах является достаточно высокая сложность создания и эксплуатации вакуумных систем. Схема процесса вакуумной флотации представлена на рис. 31. Рис. 31. Схема процесса вакуумной флотации 1 – подача сточной воды; 2 – аэратор; 3 – деаэратор; 4 – флотационная камера; 5 – механизм сгребания пены; 6 – пеносборник; 7 – отвод пены4 8 – отвод отработанной сточной воды Принцип работы вакуумного флотатора заключается в следующем. Сточную воду в течение не- скольких минут насыщают воздухом, потом ее направляют в деаэратор, где удаляется нерастворивший- ся воздух, и под действием разрежения (0,02 – 0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру. В ней под действием вакуума воздух выделяется в виде микропузырьков, которые взаимодей- ствую с частицами загрязнений и переносят их на поверхность жидкости в пенный слой, откуда пена вращающимися скребками удаляется в пеносборник. 2) Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений 4 – 5 г/л и более. Схема процесса напорной флотации представлена на рис. 32. Очищенная вода насыщает- ся в сатураторе воздухом под избыточным давлением 0,3 – 0,5 МПа. Продолжительность насыщения – 1 – 3 мин. Количество растворяющегося в сатураторе воздуха составляет 3 – 5% от объема обрабатывае- мой воды. Насыщенная воздухом вода направляется во флотационную камеру, где из нее выделяются пузырьки воздуха, которые взаимодействуют с загрязнителями и переводят их в слой пены на поверхно- сти воды. Образующаяся пена удаляется в пеносборник. Продолжительность флотации составляет около 20 мин. Рис. 32. Схема процесса напорной флотации 1 – подача сточной воды; 2 – подача воздуха; 3 – насос4 4 – сатуратор (напорный бак); 5 – флотационная камера; 6 – механизм для сгребания пены; 7 – пеносборник; 8 – отвод пены; 9 – отвод обработанной сточной воды Напорная флотация позволяет регулировать степень пересыщения в соответствии с требуемой эф- фективностью очистки сточных вод. Флотаторы могут представлять собой отстойники радиального типа со встроенной флотационной камерой, имеющей механизм для сгребания пены (рис. 33). Рис. 33. Радиальный флотатор 1 – кольцевая перегородка; 2 – шламоприемник; 3 – скребок; 4 – отвод очищенной воды; 5 - флотационная камера; 6 – вращающийся водораспределитель; 7 – отвод осадка; 8 – подвод сточной воды 3) Флотация с механическим диспергированием воздуха создается в импеллерных установках. В них интенсивное перемешивание сточной воды производится импеллером, расположенным на дне ка- меры, который диспергирует засасываемую струю воздуха на отдельные пузырьки определенного раз- мера. Перемешанные в импеллере вода и воздух выбрасываются через статор. Решетки, расположенные вокруг статора, способствуют более мелкому диспергированию воздуха в воде. Пена, содержащая флотируемые частицы, удаляется лопастным пеноснимателем. 4) Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой аппаратурного оформления и относительно малыми расходами энергии. Воздух во флотационную камеру подается че- рез мелкопористые фильтросные пластины, трубы, насадки и другие барботажные устройства, уложен- ные на дне камеры. Величина отверстий находится в пределах 4 – 20 мкм, давление воздуха 0,1 – 0,2 МПа, продолжительность флотации 20 – 30 мин. Недостатком этого метода является возможность за- растания и засорения пор, а также трудность подбора мелкопористых материалов. 4.4. Экстракция Экстракция – метод избирательного растворения. Это процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Метод применяется при высоком (не менее 3 г/л) содержании в сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (фенолы, масла, жирные кислоты), а также для выделения тяжелых цветных металлов. В качестве экстрагентов используют углеводороды, спирты, водные растворы неорганических ки- слот и щелочей и др. Например, для выделения фенола сточную воду смешивают с бензолом (раствори- телем). Процесс протекает в такой последовательности: - в сточную воду вводят экстрагент; - после достижения равновесия концентрация вещества в экстрагенте значительно превышает оста- точную концентрацию в сточной воде; - производят отделение и утилизацию загрязняющего вещества. Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе очистки. Для успешного протекания процесса экстракции экстрагент должен иметь следующие свойства: - хорошую экстрагирующую способность (высокий коэффициент распределения); - селективность (способность экстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу); - малую растворимость в воде; - плотность, значительно отличающуюся от плотности воды; - низкую степень токсичности, взрыво- и пожароопасности; - низкую стоимость и др. Для очистки сточных вод наиболее часто применяют противоточные многоступенчатые установки. В этих установках практически полностью используется емкость экстрагента. Различают горизонтальные, вертикальные и центробежные смесительно- отстойные экстракторы. Каждая ступень имеет смеситель- ную и отстойную камеры. Смеситель представляет собой вертикальный цилиндр, имеющий сферическое днище и гладкую внутреннюю поверхность или отражательные перегородки на стенках. Более компакт- ны смесительно-отстойные экстракторы ящичного типа (рис. 34). Рис. 34. Ступень ящичного экстрактора (конструкция НИИхиммаш) 1 – смесительная камера; 2 – статорная перегородка; 3 – вал с дисками; 4 – гидрозатвор; 5 – отвод тяжелой фазы; 6 – отстойная камера; 7 – перегородка между смесительной и отстойной камерой; 8 - предкамера; 9 – смесительно-транспортирующее устройство; 10 – подвод тяжелой фазы; 11 – подвод легкой фазы 4.5. Ионный обмен Ионный обмен является одним из основных способов умягчения, опреснения и обессоливания вод, а также способом рекуперации растворенных ионных компонентов. Ионный обмен (ионообменная сорб- ция) – процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на по- верхности твердой фазы (ионита). Это извлечение из сточных вод загрязнений с помощью ионитовых фильтров. Иониты подразделяются на природные и искусственные (синтетические). Они заполняются синтетической ионообменной смолой, цеолитами. Метод позволяет извлекать из сточных вод ценные примеси, такие как соединения мышьяка, фосфора, хром, ПАВ, радиоактивные вещества, тяжелые цветные металлы. Метод применяется для очистки сточных вод предприятий металлургической, хими- ческой, машиностроительной и других отраслей промышленности. Сточные воды, содержащие катионы металлов, проходят через фильтры, при этом происходит об- мен ионами, находящимися в растворе и на поверхности твердой фазы. Металлы задерживаются в фильтре. Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность. Характерной особенно- стью ионитов является их обратимость, т. е. возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит в основе их регенерации. Различают ионообменные установки периодического и непрерывного действия. Установки перио- дического действия – это различные ионитные фильтры и колонны, а также устройства для перемеще- ния жидкостей (насосы), емкости для хранения и контрольно-измерительная аппаратура. По обмениваемому иону фильтры делят на катионитные, анионитные и фильтры смешанного дейст- вия, по технологическому применению – на фильтры различных ступеней. По способу проведения реге- нерации различают параллельно-точную, противоточную и ступенчатую регенерацию. Цикл работы пе- риодических установок включает: ионный обмен, взрыхление слоя ионита, регенерацию ионита и его отмывку от регенерирующего раствора. Установки для непрерывного ионообмена обладают более высокой производительностью, они более компактны и экономичны как по расходам реагентов, так и по энергозатратам. На рис. 35 представлена схема ионитового фильтра (или адсорбера) с неподвижным слоем поглотите- ля. Основные узлы этих емкостных аппаратов – распределительные и дренажные устройства для воды и регенерирующего раствора. Рис. 35. Ионитовый вертикальный параллельно-проточный фильтр 1 – верхнее распределительное устройство для обрабатываемой воды и регенерирующего раствора; 2 – люки; 3 – нижнее дренажное устройство; 4 – отвод обработанной воды; 5 – спуск первого фильтрата; 6 – подвод промывной взрыхляющей сорбент воды; 7 – спуск промывной воды; 8 – подвод воды на обработку; 9 – подвод регенерирующего ионит (сорбент) раствора; 10 – слой сорбента Метод эффективен, экологичен, но не нашел широкого применения из-за дефицита ионообменных смол и необходимости регенерации ионитов. 5. Установки для электрохимической очистки сточных вод Для очистки производственных сточных вод широко применяются также электрохимические мето- ды: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ и другие. Методы электрохимической очистки сточных вод используют для выделения из них различ- ных растворимых и диспергированных органических и неорганических примесей. Методы характери- зуются достаточной простотой технологической схемы, при очистке не используются химические реа- генты. К недостаткам этих методов относятся большие затраты электроэнергии. 5.1. Электролизеры Устройства, в которых происходят те или иные процессы электрохимического воздействия на вод- ные растворы, называют электролизерами. Общая принципиальная схема таких устройств представле- на на рис. 36. Рис. 36. Схема электролизера 1 – внешняя цепь; 2 – емкость; 3 – анод; 4 – катод; 5 - источник питания Вода поступает в емкость, в которую погружены два электрода, соединенные источником тока. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к отрицательному электроду – катоду, а отрицательно заряженные ионы – к положительно заряженному электроду – ано- ду. На электродах происходит переход электронов. Катод отдает электроны в раствор, и на нем происхо- дят процессы восстановления, а на аноде – процессы окисления. В качестве анодов используют графит, магнетит, свинец и и его соединения, кремниевые сплавы и др. Катоды изготавливают из графита, молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, нержавеющей стали и ряда других веществ. Иногда представленную схему усложняют, разделяя пористой полунепроницаемой перегородкой (диафрагмой или ионообменной мембраной) катодное и анодное пространства. Назначение перегородки – не допускать смешения растворов, препятствовать диффузии, переносу нерастворимых частиц, не за- трудняя при этом переноса ионов. Тогда поступающая на обработку вода либо последовательно прохо- дит каждую из двух образовавшихся камер, либо циркулирует в одной из них. В зависимости от природы процессов, протекающих в таких аппаратах и обеспечивающих извлече- ние или обезвреживание загрязняющих компонентов, электролизеры разделяют на следующие типы: электрофлотаторы, электрокоагуляторы, электролизеры для проведения реакций окисления и восстанов- ления и электродиализаторы. Такими методами сточные воды очищаются от цианидов, родианидов, нитросоединений, формальде- гида, сульфидов, меркаптанов и ряда других веществ. 5.2. Установки для электрокоагуляции Электрокоагуляционный метод очистки сточных вод получил наибольшее распространение из всех известных электрохимических методов. Процесс аналогичен обработке воды соответствующими реагентами, однако при электрокоагуляции вода не обогащается сульфатами или хлоридами, содер- жание которых лимитируется при сбросе очищенных сточных вод в водоемы или использовании в обо- ротных системах. Электрокоагулятор обычно представляет собой корпус прямоугольной формы, в который помеща- ют электродную систему – ряд (блок) электродов. Расстояние между электродами не более 20 мм. Об- рабатываемая вода протекает между электродами. По форме и расположению электродов бывают аппа- раты с плоскими и цилиндрическими электродами, расположенными обычно вертикально. Аноды и ка- тоды часто изготавливают из одного и того же материала, что позволяет повысить ресурс работы аппа- рата, периодически изменяя полярность электродов. Электроды чаще всего изготавливают из железа или алюминия. Под действием постоянного электрического тока аноды растворяются с образованием гидроксидов или солей металлов, способных к коагуляции. Как правило, электрокоагулятор служит только для образования гидроксидов металлов и агрегации частиц. Процесс разделения фаз производят в других аппаратах – отстойниках, гидроциклонах и др. Есть конструкции, в которых эти процессы совмещены и протекают в одной камере. Метод используется в системах локальной очистки сточных вод, загрязненных тонкодисперсными и коллоидными примесями. Очистка производится от различных эмульсий, масел, жиров, нефтепродук- тов, некоторых полимеров, соединений хрома и других тяжелых металлов. Метод используется преиму- щественно в гальваническом производстве. Эффективность очистки составляет: от нефтепродуктов и масел 54 – 68%, от жиров – 92 – 99%. Электрокоагуляционные установки имеют производительность 50 м 3 /ч. Метод также находит применение в системах водоподготовки в процессах осветления, обесцве- чивания, обеззараживания и умягчения воды. Электрокоагуляция применима главным образом для очистки нейтральных и слабощелочных сточ- ных вод. Применение электрохимических методов целесообразно при относительно высокой электро- проводности сточных вод, обусловленной наличием в них неорганических кислот, щелочей или солей (при минимальной концентрации солей, равной 0,5 г/л). При низких концентрациях солей к сточным во- дам добавляют электролиты (обычно NаСl), повышающие электропроводность сточных вод, в резуль- тате чего снижаются удельные затраты электроэнергии на их обработку. К достоинствам метода относятся универсальность, компактность установки, простота управления. Недостатки метода: существенный расход электроэнергии и металлов, пожаро- и взрывоопасность ус- тановки за счет выделения водорода (на катоде). В качестве примера рассмотрим электрокоагуляционную установку непрерывного действия для очи- стки сточных вод, содержащих нефтепродукты и другие загрязнения в мелкодисперсном состоянии (рис. 37). Обрабатываемая вода проходит сначала предварительную грубую очистку в механическом фильтре и гидроциклоне. Электрокоагуляционный аппарат является флотатором-отстойником. Часть скоагулированных примесей флотируется, другая осаждается в нижней части аппарата. Рис. 37. Схема электрокоагуляционной установки для очистки воды от нефтепродуктов I – поток воды, прошедшей очистку; II – линия удаления осадка из электрокоагулятора; III – удаление осадка из гидроциклона 1 – механический фильтр для грубой очистки; 2 –гидроциклон; 3 – электрокоагулятор; 4 – источник тока; 5 – сборник; 6 - фильтр 5.3. Электрофлотационные установки Сущность электрофлотационной очистки сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц из жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе сточной во- ды. Устройства, в которых производится процесс, называют электрофлотаторами. В процессе электро- лиза сточной воды на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Основную роль в процессе флотации играют пузырьки, выделяющиеся на катоде (основные флотационные процессы протекают с участием водорода). Методами электрофлотации очищают сточные воды нефтеперерабатывающих заво- дов, целлюлозно-бумажных комбинатов и других предприятий. Одновременное воздействие на загрязнения коагулянтов (гидроксидов железа или алюминия) и пу- зырьков газа обеспечивает высокую эффективность очистки сточных вод. Такие установки называют электрокоагуляционно-флотационными. При эксплуатации электрофлотационных установок следует учитывать существенное количество водорода и кислорода, выделяющихся при протекании процесса, и принимать соответствующие меры безопасности. Существуют однокамерные и двухкамерные электрофлотационные установки, горизонтального или вертикального типа. Схема горизонтального электрофлотатора приведена на рис. 38. Рис. 38. Схема горизонтального электрофлотатора 1 – впускная камера; 2 – решетка-успокоитель; 3 – электродная система; 4 – механизм для сгребания пены; 5 – пеносборник; 6, 7 – отвод соответственно обработанной сточной воды и пенного шлама; 8 – опорожнение электрофлотатора и выпуск осадка Таким образом, суть электродных процессов при электрокоагуляции сводится к следующему: - генерация в процессе анодного растворения металла коагулянта – гидроксида соответствующего ме- талла; - подщелачивание воды в процессе электролиза; - получение на катоде газообразного водорода, который может быть использован для обеспечения флотации скоагулированных примесей. 5.4. Электродиализ Метод используют для опреснения высокоминерализованных вод, а также для очистки промышлен- ных сточных вод и отработанных технологических растворов. Электродиализом называют процесс пе- реноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для этого ис- пользуются электрически активные ионитовые мембраны. Ионитовая мембрана, помещенная в электролизную ванну, действует как ионитовый фильтр. Она оказывается проницаемой только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и у подвижных ионов ионообменной смолы. Различают два типа ионитовых мембран: катионитовые и анионитовые. Первые пропускают лишь катионы, вторые – анионы. Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, обра- зующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие камеры. Процесс электродиализа осуще- ствляется следующим образом. Катионы, двигаясь под действием электрического тока к отрицательно заряженному катоду, проходят катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми мембранами. Анионитовые мембраны пропускают ионы, направляющиеся к аноду, но являются преградами для ка- тионов. В результате протекания этого процесса соли переносятся током из четных камер в нечетные, вода в четных камерах опресняется, а в нечетных рассольных камерах накапливаются соли. Так проис- ходит процесс очистки воды от присутствующих в ней солей. Мембраны для электродиализатора из- готавливают в виде гибких листов прямоугольной формы или рулонов из термопластичного полимерно- го связующего и порошка ионообменных смол. 6. Биологическая очистка сточных вод После механической обработки в воде остаются часть взвешенных веществ, растворенные органи- ческие вещества и большое количество микроорганизмов. Биологический метод основан на исполь- зовании жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, для которых органические вещества сточ- ных вод (в растворенном и коллоидном состоянии) являются источником питания. При наличии сво- бодного кислорода в сточных водах микроорганизмы окисляют (минерализуют) органические вещест- ва. Основной целью биологической очистки городских сточных вод являются разложение и минерализа- ция органических веществ, находящихся в коллоидном и растворенном состоянии. Эти вещества нельзя удалить из стоков механическим путем. Распад и минерализация органических веществ при биологиче- ской очистке сточных вод происходит так же, как и в естественных условиях. Освобождение сточных вод от органических веществ происходит в две фазы. Первая – фаза сорбции. В основе ее лежат физи- ко-химические процессы адсорбции органических веществ и коллоидов поверхностью микробной клет- ки. Вторая фаза – последовательное окисление растворенных и адсорбированных органических ве- ществ, в основе которого лежит усвоение микроорганизмами органических веществ. Условиями жизнедеятельности микроорганизмов являются: - температура в пределах 20 – 30 о С; - рН в пределах 6,5 – 7,5; - БПК полн : N : Р = 100 : 5 : 1; - концентрация кислорода не менее 2 мг/л; - БПК нач 5000 мг/л; БПК кон 10 мг/л; - невысокое содержание токсичных веществ (в пределах ПДК), в противном случае гибнет микрофло- ра. Очистка сточных вод биологическим методом производится в естественных условиях и в искусст- венно созданных сооружениях. 6.1. Очистка сточных вод в естественных условиях Способ очистки сточных вод в естественных условиях известен с древних времен. Он используется в основном для очистки бытовых и городских сточных вод, а не чисто производственных. Для очистки сточных вод применяют поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды (биопруды). А) Поля орошения – это специально подготовленные (спланированные) участки земли для приема предварительно очищенных (прошедших механическую очистку) сточных вод с целью их доочистки. При фильтрации сточных вод через почву в ее верхнем слое задерживаются взвешенные и коллоид- ные вещества, образующие на поверхности густонаселенную микроорганизмами пленку. Пленка адсор- бирует на своей поверхности растворенные вещества, находящиеся в сточных водах. Микроорганизмы минерализуют органические вещества с использованием растворенного кислорода. Затем эти участки используют для сельскохозяйственных целей, На них выращивают сельскохозяйственные культуры, то есть сточные воды используются как удобрение. При использовании метода достигается высокий (до 99%) эффект бактериальной очистки. Однако для полей орошения основной задачей является очистка сточных вод. Б) Поля фильтрации – это земельные участки, предназначенные только для очистки сточных вод. Их устраивают на песках, супесях, суглинках. На них производится распределение и фильтрация через почву сточных вод. В) Биопруды – это искусственно созданные неглубокие водоемы глубиной 0,5 – 1 м. Их применяют в случаях, когда при наличии достаточных площадей отсутствуют хорошо фильтрующие почвы. Ино- гда устраивают биопруды с искусственной аэрацией глубиной до 3 м. К недостаткам метода очистки сточных вод в естественных условиях относятся: - низкая окислительная способность; - сезонность работы; - потребность в больших территориях. 6.2. Сооружения с очисткой сточных вод в искусственно созданных условиях Разработка искусственных методов очистки началась в начале прошлого века. Для очистки сточных вод применяют биофильтры и аэротенки. 6.2.1. Биофильтры Биофильтр (рис.39) представляет собой слой фильтрующего материала высотой 1,5 – 2 м (щебень, гравий, шлак, керамзит, пластмасса), через который пропускается сточная вода. Через 2 – 3 недели (пе- риод адаптации микроорганизмов) на загрузочном материале образуется биопленка толщиной 1 – 3 мм и более, способная сорбировать на своей поверхности органические вещества. По мере увеличения толщины пленки ее нижние минерализованные слои отмирают и уносятся вместе с водой. Отличитель- ной особенностью биофильтров является то, что фильтрующая загрузка (следовательно, и активная биомасса) закреплена на неподвижном материале. 1 2 3 4 5 СВ Рис. 39. Схема устройства биофильтра 1 – ограждающая стенка; 2 – горизонтальное дырчатое дно фильтра; 3 – сплошное непроницаемое дни- ще; 4 – загрузка (слой фильтрующего материала); 5 – распределительное устройство для равномерного распределения сточной воды по поверхности Сточная вода проходит через толщу фильтрующего материала, дырчатое дно фильтра, а затем по- ступает через междудонное пространство на непроницаемое днище, откуда отводится по лоткам, распо- ложенным за пределами биофильтра. Биофильтры классифицируются по различным признакам: - по типу вентиляции они бывают с естественной и искусственной вентиляцией. Естественная вентиляция осуществляется при помощи окон в междудонном пространстве в ограждающей стене, при искусственной вентиляции воздух в междудонное пространство подается при помощи вентиляторов; - по производительности биофильтры делятся на капельные производительностью до 1000 м 3 /сут (с естественной вентиляцией) и высоконагружаемые производительностью до 50000 м 3 /сут (с искусст- венной вентиляцией, с продувкой воздухом, с большей крупностью зерен загрузки); - по типу загрузки биофильтры бывают с объемной загрузкой (гравий, керамзит, шлак с крупно- стью отдельных фракций 15 – 80 мм) и с плоскостной загрузкой (поастмасса, керамика, металл, ткани). В биофильтрах насадкой могут служить блоки из листовой пластмассы с развитой удельной поверх- ностью (90 – 110 м 2 /м 3 ) и высокой долей свободного объема (93 – 96%). Блоки могут быть выполнены из поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена, полипропилена, полиамида и других материалов, ком- поненты которой не отравляют активную биопленку. Для насадки часто используют также щебень, галь- ку, керамзит, асбестоцемент. Эффект очистки сточных вод на биофильтрах по БПК 20 свыше 90%. 6.2.2. Аэротенки Аэротенк – это проточное сооружение со свободно плавающим активным илом. Аэротенки выпол- няют в виде длинных железобетонных прямоугольных резервуаров глубиной 3 – 6 м, шириной 6 – 10 м. длиной до 100 м. Аэротенки состоят из нескольких секций (коридоров), разделенных перегородками. В аэротенках происходит образование активного ила – совокупности микроорганизмов и твердых частиц. Активный ил включает в себя бактерии, простейшие, грибы, водоросли, способные сорбиро- вать на своей поверхности органические загрязнения и окислять их в присутствии кислорода. Принци- пиальная схема работы аэротенка показана на рис. 40. Для обеспечения микроорганизмов кислородом, а также для поддержания ила во взвешенном состоя- нии применяют непрерывную искусственную аэрацию смеси сточных вод и активного ила. Таким обра- зом, активная биомасса находится в аэротенке во взвешенном состоянии. Система аэрации является важнейшим конструктивным элементом аэротенка. Различают три сис- темы аэрации: - пневматическая (воздух нагнетается в аэротенк под давлением); - механическая (воздух поступает в аэротенк при вращении в нем жидкости мешалкой-аэратором); - комбинированная (смешанная). Наибольшее распространение получили пневматические системы аэрации. Смесь сточной воды и активного ила Впуск сточных вод Выпуск сточной воды Циркулирующий активный ил Избыточный активный ил На илоуплотнители Подача воздуха из компрессорной станции 1 2 3 4 5 6 7 Рис. 40. Принципиальная схема работы аэротенка 1 – первичный отстойник; 2 – аэротенк; 3 – вторичный отстойник; 4 – насосная станция; 5 - циркули- рующий активный ил; 6 – избыточный активный ил; 7 – подача воздуха в аэротенк В зависимости от типа применяемых аэраторов и размеров образующихся пузырьков различают три вида аэрации: - мелкопузырчатая (с размером пузырьков 1 – 4 мм); - среднепузырчатая (5 – 10 мм); - крупнопузырчатая (более 10 мм). К крупнопузырчатым аэраторам относятся открытые снизу вертикальные трубы, сопла. К мелкопу- зырчатым относят аэраторы из пористых материалов (керамических, тканевых и пластиковых). В России наиболее распространенным типом мелкопузырчатого аэратора является фильтросная пластина. Ее изготавливают из шамота (огнеупорная глина, каолин), который связан смесью жидкого стекла с мелкой шамотной пылью. Также ее изготавливают из кварцевого песка и кокса, которые связа- ны бакелитовой смолой (феноло-формальдегидной). Размер пластин составляет 300х300 мм, толщина пластин – 35 - 40 мм. Резервуар оборудован воздуховодами, из которых по стоякам воздух подается в фильтросные каналы, закрытые фильтросами – пористыми шамотными или пластиковыми пластина- ми. Их заделывают цементным раствором в железобетонные каналы, устраиваемые в днище аэротенка вдоль длинной его стороны (рис. 341). Через такие пластины происходит мелкопузырчатая аэрация сме- си в аэротенке. Рис. 41. Типовой четырехкоридорный аэротенк: 1 – воздуховоды; 2 – стояки; 3 – фильтросный канал Пластины подвержены засорению и зарастанию бактериальной пленкой. Поэтому их периодически очищают, и в среднем через каждые 7 лет заменяют новыми. В зарубежной практике вместо фильт- росных пластин применяют диффузоры различной формы, устанавливаемые на подводящем трубопро- воде. Сточная жидкость после осветления в первичных отстойниках поступает в аэротенк и смешивается с циркулирующим активным илом. Смесь сточных вод и активного ила по всей длине аэротенка проду- вается воздухом, поступающим из компрессорной станции. Аэробные микроорганизмы сорбируют органические вещества из сточных вод и в присутствии кислорода окисляют их. Из аэротенка смесь сточных вод с активным илом направляется во вторичный отстойник, где актив- ный ил оседает. В результате роста микроорганизмов масса ила в аэротенке непрерывно возрастает. Поэтому насосная станция перекачивает избыточный активный ил из вторичного отстойника в илоуп- лотнители, а циркулирующий активный ил – обратно в аэротенк. Вторичные отстойники служат для отделения очищенной воды от активного ила. Их конструкция практически не отличается от конструк- ции первичных отстойников (они бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные). Для обеспечения устойчивой работы аэротенков устраивают регенераторы – сооружения, в кото- рых восстанавливается сорбирующая способность активного ила. Ил в регенераторах постоянно аэри- руется. Под регенераторы обычно выделяют |