Классификация и общая характеристика методов очистки сточных вод

В основу классификации методов очистки положено агрегатное состояние и свойства ЗВ.

ЗВ представлены:

1) Взвешенными веществами (крупногабаритные; грубодисперсные; вещества в коллоидном состоянии < 1мкм)

2) Растворенные вещества

- органические

- неорганические

- газы

93. Нейтрализация сточных вод. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Нейтрализация СВ

СВ должны иметь рН = 6,5-8,5 (которые сбрасываются в водоемы). Чаще всего встречаются кислые СВ и низкое значение рН этих вод обусловлено присутствием (H₂SO₄, HCl), менее H₂S, органич., HNO₂.

Щелочные СВ встречаются реже –это воды которые образуются при мойке оборудования и др (каустическая сода, NaCO₃). Особенность в том что мойка проводится периодически

Основные методы нейтрализации:

- взаимная нейтрализация, которая определяет смешивание в определенных V кислотных и щелочных СВ. Иногда взаимная нейтрализация может быть организованна на региональном уровне, когда СВ одного предприятия смешивается со СВ другого

- реагентная нейтрализация, предполагает использование реагентов; для кислых СВ используются: известь, известняк в виде водных суспензий, NaOH, Na₂CO₃

При определении расходов нейтрализующих агентов необходимо учитывать содержание активного вещества; необходимо учитывать V соответствующей реакции.

Реагентная нейтрализация может проводиться как введением нейтрализ. Агента в СВ, так и через пропускание СВ через слой нейтрализ. Агента, который имеет форму зерен, кусков. Причем последний вариант хорошо подходит для очистки СВ с переменным расходом

- нейтрализация кислыми газами (например дымовыми газами, которые содержат SO₂, CO₂ и др.) В этом случае нейтрализация проводится в абсорбере

Особенностью нейтрализации кислых СВ в большинстве случаев сопровождаются образованием труднорастворимых соединений. Кислые СВ часто содержат ионы тяжелых Ме, которые при нейтрализации СВ, которые переводятся в труднорастворимые соединения. Если такое имеет место, то необходимо учитывать расход нейтрализующего агента.

Часто при нейтрализации приходится использовать коагулянты и флокулянты. Образующися шлам необходимо уплотнять, обезвоживать, решать вопрос о его использовании или размещении.

Использование реакций окисления для очистки СВ от неорганических примесей.

Окисление позволяет обезвредить Св, которые содержат следующие ЗВ: цианиды, сульфиды и др., S – содержащие соединения.

На реакции окисления основана очистка СВ от соединений железа. Обычно Fe представлено Fe²⁺ и очистка от Fe основана на доокислении до Fe³⁺ с последующим осаждением Fe в форме Fe(OH)₃

Fe²⁺→ Fe³⁺→ Fe(OH)_3.

В качестве окислителя межет применяться О₂ воздуха, и более сильные окислители. Очистка СВ от цианидов основана на их окислении свободным активным хлором или О₃ в щелочной среде при рН=10-11. Цианиды переводятся в азот и СО₂. Очистка СВ от S^2- также производится путем их окисления до сульфитов (окислители О₂ и О₃)

Использование реакций восстановления.

1) от ртути причем Hg восстанавливается до металлической ртути

2) от соединений мышьяка As

3) от соединений Cr хрома

Соединения Cr⁺⁶ хорошо растворяется в воде, для их очистки необходимо восстановить Cr до Cr⁺³ и осадить Cr⁺³ в виде Cr(OH)₃. В качестве восстановителя могут использоваться сульфиты, ионы Fe²⁺ иногда Н₂

Очистка СВ от ионов тяжелых металлов

СВ с содержанием тяжелых Ме образуются на предприятиях машиностроения, приборостроения, т.е. где используются процессы травления, покрытий. Основным методом очистки СВ является осаждение их в форме гидроксидов.

В общем случае схема очистки СВ от ионов тяжелых Ме включает:

- обезвреживание циансодержащих растворов

- обработку Cr содержащих СВ

- нейтрализацию всех растворов и жидкостей

В результате такой очистки образуется гальваношлам степень очистки таким способом достаточно высокая, можно обеспечить концентрацию соответствующую требованиям. Однако из-за образования шлама признать что эта технология решает задачу ↓ воздействия на ОС

94 Очистка сточных вод флотацией.

Флотация основана на создании условий для перемещения взв в-в на поверхность жидкости. В процессе на поверхность всплывают частицы имеющие плотность не только < ρ воды; но и > ρ воды. Используются для разделения суспензий.

Для того чтобы произошло флотационное разделение необходимо чтобы на взв частицах СВ сорбировались пузырьки газа, т. е. чтобы образовался комплекс взв частицы – пузырьки газа и для этого комплекса ρ будет меньше ρ воды, хотя сама частица может иметь ρ> ρ воды

На образование этих комплексов существенное влияние оказывают показатели

- поверхностное натяжение на грани раздела фаз

- t°

- вязкость жидкости

- условия перемешивания

Т. к. существенную роль играет пов. натяжение необходимо обеспечить соответствующую поверхность, для этого применяются ПАВ (флотореагенты).

Флотореагенты могут быть как коагулянты так и флокулянты которые влияют на поверхность как твердых частиц так и пузырьков.

По способу получения пузырьков газа в объеме жидкости различают следующие способы флотации:

1 Напорная флотация, заключается в том, что СВ насыщается газом входящим под давлением, а затем после смешения происходит выделение пузырьков по всему объему.

2 пневматическая флотация – в-х подают в объем жидкости через специальные устройства (как пневматическая аэрация при биологической очистке)

3 импеллерная флотация - в-х (газ) подается в объем жидкости за счет вращения импеллера турбины, мешалки.

4 электрофлотация - пр-с насыщения жидкости газом за счет электродных пр-сов (катод Н₂, на аноде – О₂)

5 биологическая флотация – побочный процесс в результате анаэробных процессов

6 химическая т. е образование пузырьков газа в результате хим реакции

Эти способы отличаются способом создания требуемой концентрации частиц (пузырьков) дисперсной фазы

Пневматическая и импеллерная флотация и их модификации предполагают подачу воздуха в рабочий объем, камеру флотатора, при этом формируется комплекс газово-дисперсный

Если в СВ присутствуют растворенные вещества которые обладают поверхностно активными свойствами, то также могут адсорбироваться на поверхности раздела и формируют комплекс

Газово-молекулярный

В случае напорной, электро, химической, биологической пузырьки газа образуются по всему объему жидкости в результате различных процессов. И размеры этих пузырьков меньше по сравнению с ранее рассмотренными.

В результате образуются комплексы вида

дисперсно-газовый

Дисперсные частицы являются центрами, на которых образуются пузырьки

В плане степени очистки этот комплекс более предпочтителен. Причем высокая степень очистки обеспечивается при меньшем количестве воздуха.

Расход воздуха на флотацию зависит от:

1 концентрации дисперсной фазы

2 колоидно-химических свойств дисперсной фазы

3 t°

4 размеров пузырьков газовой фазы

В процессе флотационной очистки получают очищенную воду и флотошлама, Однако если в СВ содержится ПАВ, то флотошлам может представлять стойкую пену которую трудно обработать.

Конструкции флотаторов технологические схемы

Конструкция зависит от способа флотации, существуют и общие элементы:

Все флотаторы имеют элементы для удаления флотошлама с поверхности. Чаще всего используются скребковый транспортер, но иногда используют сдув сжатым воздухом.

Глубина работы камеры небольшая (1-1,5 м), глубина не может быть < 3 м

Флотаторы – прямоугольной или круглой формы, прямоугольные меньше производительные

Пневматические (барботажные) флотаторы

Самые простые, используются при небольших концентрациях веществ

На ДУ подается воздух, он диспергируется на пузырьки определенных размеров. В нижнюю часть подается ст вода. В рабочем объеме происходит взаимодействие на поверхности жидкости собирается шлам, который с помощью скребкового транспортера перемещается в лоток для сбора шлама.

Проблема: возможно забивание отверстий дисперг. => ухудшение условий диспергирования => увеличение размеров пузырьков (т.к. повышается расход) => меньше эффективность

Импеллерный Флотатор

В нем воздух поступает в жидкость за счет подсасывания в зону работы мешалки, турбины, импеллера

1 - камера, 2 – труба, 3 – вал, 4 - импллер

По центру установлен импеллер (мешалка), похож на рабочее колесо насоса. Вал находится в перфорированной трубе через которую в зону действия импеллера подсасывается воздух.

Под импеллером находится статор; который имеет отверстия через которые жидкость проходит поступает в камеру флотатора.

Решетка, которая установлена вокруг выполняет роль направляющих (направляет поток жидкости вверх). Флотошлам удаляется в верхней части, а ОВ в нижней части

Достоинства: не требуется системы подачи сжатого воздуха; аппарат компактен но как и пневматический характеризуется невысокой степенью очистки. Для ↑ степени очистки могут использоваться до 6 импеллерных флотаторов

Напорная флотация

Обеспечивается формирование комплекса дисперсно-газовой фазы; который характеризуется малыми размерами пузырьков => характеризуется высокой степенью очистки. Для ее осуществления необходимо провести насыщение жидкости газом. Используются несколько форм; которые отличаются способом насыщения СВ газом и степенью подачи жидкости в аппарат

Сжатый воздух может подаваться в сатуратор или на всасывающую линию насоса

Сатуратор – обеспечивает более полное растворение газа в жидкости. В нем вода находится 2-3мин. Редукционный клапан – для регулирования давления перед подачей СВ во флотатор (Ф)

Реагируя давление можно регулировать дозировку воздуха

1) часто обработка воды, насыщение воздухом производится не для СВ на воде, а для а для очищенной воды, часть ОВ подается на вход

2) СВ подается не в 1 точку флотатора, а по комбинации таких схем

Разновидностью напорной флотации является вакуумная флотация. Ее особенность: сам аппарат, камера вакуумируется, а для насыщения воды используется сжатый воздух. Для нее меньше диапазон управления расходом и параметрами пузырьков газа.

В некоторых случаях во флотаторах могут устраиваться осадительные секции

Тонкослойные блоки способствуют равномерному распределению жидкости по раб. Объему, а ТБ на входе способствует более полному отделению флотац. комплексов от ОВ. Если многосекционный, то обеспечивается подача в каждую секцию за исключением последней

Электрофлотация – универсальный способ, т. к. электрофлотаторы работают в диапазоне концентраций ЗВ, легко поддаются управлению, автоматизации. Отличаются широким диапазоном по производительности.

В них газы – это не воздух, а Н₂ и О₂ который образуется в результате электродных процессов (Н₂ – катод, О₂ - анод). Всегда электродная система располагается в данной части (нижней) аппарата.

Флотационные системы настоящее время активно развиваются и в процессе очистки производственных СВ в ряде случаев вытесняют отстойники. Большинство таких систем предполагает использование вспомогательных веществ (флотореагентов). Помимо очистки от взв веществ флотационные установки могут использоваться для очистки от растворенных веществ. Например пенная сепарация (флотация) которая используется для очистки от ПАВ и веществ, способных сорбироваться на пузырьках газа

Ионная флотация. Используется для очистки СВ от ионов тяжелых металлов. Для фиксации, перевода в труднорастворимое состояние используют соли жирных кислот или жирные кислоты. В результате образуются труднорастворимые комплексы, которые легко флотируются

Этот процесс ведут следующим образом: в СТ воду вводят воздух, разбивая его на пузырьки каким- либо способом, и собиратель. Собиратель образует в воде ионы, которые имеют заряд, противоположный заряду извлекаемого иона. Ионы собирателя и загрязнений концентрируются на поверхности газовых пузырьков и выносятся ими в пену.

95 Обезвреживание и обеззараживание сточных вод с использованием сильных окислителей.

Химическое окисление при очистке СВ применяется в том случае если органические вещества не поддаются биохимическому окислению. К таким веществам относятся ПАВ, красители, некоторые нефтепродукты, УВ с большим числом атом. углерода.

В таких СВ присутствует смесь веществ, которые другими методами очистить не удается.

В качестве окислителей применяются:

- Cl и Clсодержащие реагенты

- озон

- технический О₂ и О₂ воздуха

- Н₂О₂

Окисление лежит также в основе обезвреживания СВ под действием УФ излучения.

Выбор окислителей зависит от целого ряда факторов:

- t°

- рН

- режим отведения

- требований к качеству очищенной воды

Окисление ЗВ Cl и Clсодержащими реагентами

Cl- самые распространенные реагенты для обезвреживания.

Используются хлор, хлораты, гипохлориты, ClO2, на практике чаще всего применяют газообразный Cl и гипохлорит Na, который удобнее получать на месте из р-ра NaCl электролизом.

Недостатки:

- Cl – вещество 1-го класса опасности =>необходимость соблюдать соответствующие требования безопасности

- при использовании Cl увеличивается минерализация воды

- в результате возможно образование продуктов прямого хлорирования некоторых ЗВ

Использование О₃ известно~35 лет. О₃ – сильный окислитель, 1-го класса опасности, озоно - воздушные смеси взрывоопасны, нижний предел взрывоопасности ~ 5 об%

О3 окисляет большинство органических соединений

Достоинства:

1) не использует минерализацию воды, но обогащает Н₂О кислородом

2) получают непосредственно на месте из технического О₂ или из воздуха

Обезвреживание СВ О₃ может происходить за счет:

1) прямого окисления ЗВ – характерно для неорганических веществ

2) косвенное окисление (непрямое) – окисление, которое обеспечивается продуктами разложения О₃ или его реакцией с Н₂О. Это не только ионы, но и радикалы. Самым сильным окислителем является гидроксильный ион радикал ОН^-

3) озонолиз – процесс имеет место при взаимодействии органических вещеист имеющими кратные связи с О₃ с образованием промежуточных продуктов, которые в последующем разлагаются до простейших соединений

4) О₃ катализирует реакции окисления с участием молекулярного О₂.

Ффективность применения О₃ зависит от:

- t°

- рН

-концентрации органических веществ

- присутствия неорганических веществ

- продолжительности контакта

Расход О₃ можно ↓-ть, если сочетать обработку озоном с ультрозвуковой или УФ обработкой. Это позволяет в несколько раз ↓-ть долю О₃

Недостатки:

1) значительные затраты на получение О3

2) взрывоопасностьО3

3) проблема остаточного содержания озона

О3 получают на специальных установках – озонаторах. Воздух который поступает на озонатор должен пройти 2-х ступенчатую очистку примесей, 2-х ступенчатую очистку от влаги и только затем подается на электродную систему, которая создает тлеющий коронный разряд.

Многоступенчатая очистка проводится т.к. примеси могут вывести из строя установку, а влага увеличивает энергозатраты.

Выбор технологической схемы определяются характеристиками СВ, требуемой продолжительностью обработки и необходимостью максимально полного использования О₃

Самой простой является схема с 1-щй контактной ступенью

Отходящие газы подвергаются разложению ост О₃, котрые могут производиться:

1. термическим методом. Который заключается в нагреве отходящих газов до t° 340-350°С

2. термокаталитический – в присутствии катализатора при t° 60-20°С

Тепло отходящих газов при использовании термического метода должно рекуперироваться

Если в СВ содержатся трудноокисляемые органические вещества, то целесообразно использовать 2-х ступенчатую противоточную схему озонирования

Обычно остаточная концентрация не > 0,01% по массе и тогда не требуется дополнительного разложения О₃.

Обеззараживание СВ

Сильные окислители помимо обезвреживания обеспечивают и обеззараживание воды. Обеззараживанию подлежат городские СВ после очистки, производственные СВ после биологической очистки, поверхностные воды, которые используются для целей питьевого водоснабжения. Обеззараживание заключается в обработке воды окислителями и создании определенной остаточной концентрации окислителя. Обеззараживание - ↓-ие уровня бактериального значения

УФ обработка

УФ используются для обеззараживания. УФ обработка используется также для обезвреживания СВ. Механизм действия УФ излучения близок к действию полизир излучения, т. е. обезвреживание может происходить за счет фотохимической реакции за счет ЗВ, а также получения в объеме воды атомарного О₂ и некоторых радикалов, в некоторых случаях используется О₃

УФ излучении не используются вещества поэтому для повышения степениь обезвреживания СВ требуется более длительная обработка. УФ – самый применяемый вариант для некоторых случаев, т. к. не требуется введение реактивов и обеспечивает высокий эффект.

Конструктивно аппараты для УФ обработки представляет собой установки проточного типа, в которой установлены пучки цилиндрич. УФ лампы

Вода движется вдоль трубок между лампами. Затраты определяются продолжительностью работы лампы