Реагентные методы очистки

Задание для самостоятельной работы

Согласно варианту (табл. 29) оценить экологический ущерб поверхностным водам У_В от деятельности предприятия при условии, что сброс сточных вод после очистных сооружений осуществляется в открытый водоем. Все недостающие данные С_доп,i взять по результатам расчета п. 1.2.5 (расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах предприятия при сбросе стоков в водоем).

Таблица 29

Варианты заданий для самостоятельной работы

№ варианта	Категория водоема	Расход сточных вод, g, м^3/с	Вид загрязняющих веществ и их концентрация в стоках после очистных сооружений	Территория расположения предприятия
	Рыбохозяйственный	0,2	Ni^2+ – (СNi^2+ = Cдоп) Соляровое масло – (СМС = Сдоп + 0,02 мг/л) Толуол – (СТОЛУОЛ = Сдоп + 0,6 мг/л)	Бассейн реки Урала
	Санитарно-бытовой	0,25	Взвешенные вещества (Свзв = Сдоп + 5 мг/л) ПАВ (ОП-7) (СОП-7 = Сдоп + 0,1 мг/л) Нефтепродукты (Снефт = Сдоп)	Краснодарский край
	Рыбохозяйственный	0,2	Нефтепродукты (Снефт = Сдоп + 0,1 мг/л) Ni^2+ – (СNi^2+ = Cдоп) Fe^2+,3+ (СFe^2+ = Cдоп + 0,2 мг/л)	Бассейн реки Оби
	Рыбохозяйственный	0,025	Взвешенные вещества (Свзв = Сдоп + 10 мг/л) Нефтепродукты (Снефт = Сдоп + 0,6 мг/л) Фенолы (Сф = Сдоп)	Бассейн реки Амура
	Санитарно-бытовой	0,24	ПАВ (ОП-10) (СОП-10 = Сдоп + 0,2 мг/л) Цианистый бензил (СЦБ = Сдоп + 0,05 мг/л)	Московская область
	Санитарно-бытовой	0,025	Ртуть Hg^2+ (CHg^2+ = Cдоп) Формальдегид (СФОРМ = Сдоп + 0,02 мг/л	Бассейн реки Невы
	Рыбохозяйственный	0,004	Взвешенные вещества (Свзв = Сдоп + 50 мг/л) Медь Cu^2+ (СCu^2+ = Сдоп + 0,0008 мг/л) Ксилол (Сксил = Сдоп)	Ставропольский край
8	Рыбохозяйственный	0,0038	Ацетон (Сац = Сдоп) Латекс (Слат = Сдоп + 0,5 мг/л) Нефтепродукты (Снефт = Сдоп + 1,5 мг/л)	Бассейн реки Оби

Окончание табл. 29

№ варианта	Категория водоема	Расход сточных вод, g, м^3/с	Вид загрязняющих веществ и их концентрация в стоках после очистных сооружений	Территория расположения предприятия
	Рыбохозяйственный	0,008	Взвешенные вещества (Свзв = Сдоп+3 мг/л) Фенолы (Сф = Сдоп = 0,0005 мг/л) Свинец Pb^2+ (СPb^2+ = Сдоп)	Бассейн реки Енисея
	Санитарно-бытовой	0,06	Кадмий Cd^2+ (CCd^2+ = Cдоп) Взвешенные вещества (Свзв = Сдоп+60 мг/л) Мышьяк (As) (СAs = Cдоп + 0,03 мг/л)	Бассейн реки Лены
	Санитарно-бытовой	0,06	Ртуть Hg^2+ (CHg^2+ = Cдоп) Метанол (СМЕТ = Сдоп + 2,5 мг/л) Нитробензол (СНБ = Сдоп + 0,02 мг/л)	Бассейн реки Печоры
	Рыбохозяйственный	0,028	СПАВ (алкиносульфаты) (ССПАВ = Сдоп + 0,3 мг/л) Нефтепродукты (Снефт = Сдоп+0,1 мг/л) Медь Cu^2+ (СCu^2+ = Сдоп)	Бассейн реки Северной Двины
	Рыбохозяйственный	0,08	Взвешенные вещества (Свзв = Сдоп + 40 мг/л) Нефтепродукты Снефт = Сдоп + 0,05мг/л) Фенолы (Сф = Сдоп)	Бассейн реки Амура
	Санитарно-бытовой	0,48	Нефтепродукты Снефт = Сдоп + 0,15мг/л) Свинец Pb^2+ (СPb^2+ = Сдоп + 0,1 мг/л) Кадмий Cd^2+ (CCd^2+ = Cдоп)	Бассейн реки Волги
	Санитарно-бытовой	0,05	Кобальт Со^2+ (ССо^2+ = Сдоп+0,5 мг/л) Формальдегид (СФОРМ = Сдоп + 0,015 мг/л) Нефтепродукты Снефт = Сдоп + 0,25мг/л)	Бассейн реки Енисея

Приложение

Основные методы очистки сточных вод

и типы очистного оборудования

1. Механические методы очистки (предварительные) предназначены для очистки производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод от крупных плавающих твердых примесей, взвешенных частиц, а также прочих загрязнителей: нефтепродуктов, нерастворимых металлов и их соединений размером от 10^–2 до 10^–4 см.

Основные типы оборудования: отстойники, фильтры, песколовки, нефтеловушки.

Отстой (седиментация) – естественный процесс выделения из воды грубодисперсных примесей (ГДП, диаметр частиц d ³ 10^–5 см) путем осаждения под влиянием сил тяжести или всплывания частиц; , где 10 ⁿ –дисперсность частиц Д, для ГДП Д £ 10⁵.

Отстойники классифицируются в зависимости от расхода сточных вод и конструктивных особенностей (рис. 4).

21

1

2

1

а б в

2

Рис. 4. Отстойники: а – вертикальный; б – горизонтальный; в – радиальный:
1 – подача сточной воды; 2 – выпуск очищенной воды

Каждый вид отстойников наиболее эффективен в определенном диапазоне расходов стоков. Вертикальные отстойники целесообразно применять при производительности Q £ 10 000 м³/сут, горизонтальные
Q ³ 5 000 м³/сут, радиальные ³ 20 000 м³/сут. Эффект очистки Э по взвешенным веществам: вертикальные отстойники – Э = 40–50 %, горизонтальные – Э = 50 %, радиальные – Э = 50–60 %.

Интенсификация процесса отстаивания воды достигается путем предварительной обработки ее реагентами, способными образовывать с водными загрязнениями агрегаты большой гидравлической крупности. К ним относятся: гидроксиды тяжелых металлов, активный ил, пузырьки газов.

Продолжение приложения

Фильтрация применяется для частичной и глубокой очистки сточных вод от ГДП, дестабилизированных коллоидов и высокомолекулярных загрязнений (Д ³ 10⁵).

Фильтры (рис. 5) представляют собой емкость, изготовленную из различных материалов (металл, бетон, железобетон). Внутренний объем фильтра заполняется различным материалом, могут быть использованы природные материалы (песок, опилки, дробленый гравий, уголь, доменный шлак, мраморная крошка) и искусственные (полистирол, полипропилен и др.).

Эффект очистки Э = 80 %. Однако загрузку надо периодически промывать (не менее 2 раз в сутки), либо полностью менять, а загрязненную загрузку утилизировать или отправлять на захоронение.

Сепарация – выделение из воды загрязняющих веществ в поле центробежных сил.
К аппаратам подобного типа относятся центрифуги и гидроциклоны (рис. 6).

В системах водоочистки центрифугирование применяется главным образом при обезвоживании осадка, а гидроциклоны – для очистки воды от ГДП.

Эти устройства особенно эффективны, когда плотность ГДП существенно отличается от плотности воды – песок, металлическая и каменная пыль, окалина, жиры, масла и пр.
Эффект очистки достигает 90 %.

Для гидроциклонов упрощенной конструкции Q = 100–120 м³/ч, для многоярусных значительно выше.

2. Физико-химические методы очистки предназначены для очистки сточных вод от мелкодисперсных коллоидных соединений, а также веществ в молекулярной и ионной форме. К ним относятся очистка методом флотации, коагуляции с последующим осветлением, сорбции, экстракции, ионного обмена, реагентные методы.

Флотация основана на прилипании частиц загрязнений к пузырькам воздуха, которыми искусственно насыщается вода. Пузырьки воздуха, с

Продолжение приложения

прилипшими к ним загрязнениями, всплывают и на поверхности образуют пену, насыщенную загрязнениями, которую удаляют. Процесс флотации протекает в 8–10 раз быстрее, чем отстаивание, и заканчивается в течение 10–15 мин.

Слипание пузырьков газа с грязевыми частицами протекает наиболее интенсивно, если загрязнения гидрофобны (масла, нефтепродукты, угольная пыль др.).

В практике очистки производственных стоков наибольшее распространение получила напорная флотация (рис. 7), при которой воздух под давлением растворяется в воде.

Эффект очистки флотационных установок достигает 60 %. Процесс флотации можно интенсифицировать путем магнитной обработки воды (эффект очистки флотацией повышается на 30 %) или предварительной их гидрофобизацией загрязняющих веществ с применением реагентов.

Коагуляция с последующим осветлением. Коагуляция – процесс укрупнения коллоидальных частиц и перехода их в категорию ГДП. Очищает стоки от загрязнений II группы дисперсности
(Д = 10⁵–10⁶), т.е. размер частиц – 0,1–0,01 мкм.

К основным методам коагуляции относятся: обработка воды электролитами (химическая коагуляция), электрокоагуляция, гетерокоагуляция (физическая коагуляция).

Основной путь очистки воды от коллоидных загрязнений включает обязательный этап их дестабилизации коагулянтами с последующей флокуляцией.

Работа осветлителей со взвешенным слоем (рис. 8) осадка и фильтров основана на принципе контактной коагуляции. Контактной средой осветлителя являются грубодисперсные фракции осадка, взвешенного в восходящем потоке воды.
В процессе очистки происходит постоянное образование новых хлопьев осадка, его избыток отводится в илоуплотнитель.Эффект очистки сточных вод таким способом достигает 90 %. В качестве коагулянтов используют соли алюминия, железа, цинка. Скоагулированные хлопья осаждаются, а вода подвергается дальнейшей очистке.

Продолжение приложения

Сорбция – процесс поглощения растворенных в воде веществ поверхностью твердого сорбента (особенно эффективно улавливаются вещества в молекулярном состоянии). Сорбция возникает самопроизвольно и продолжается с убывающей скоростью до достижения равновесного состояния.

Важно, чтобы поверхность сорбента была достаточно большой. Этим требованиям удовлетворяют пористые гидрофобные материалы: активированные угли, цеолиты, бентонитовые глины.

Сорбция позволяет достаточно глубоко очистить сточную воду (Э» 80 %), но при этом требуется большое количество сорбента.

Для улучшения сорбционных свойств природных сорбентов проводится их модификация (при прокаливании цеолитов при t = 300–400 °С удаляется кристаллическая вода, полезная удельная поверхность сорбента увеличивается в 4–20 раз).

Сорбционная очистка может осуществляться в статических и динамических условиях. В первом случае сорбент перемещается вместе с водой, во втором вода перемещается относительно частиц сорбента.

Технология сорбционной очистки в статических условиях предус­мат­ри­ва­ет перемешивание воды с порошкообразным сорбентом (не менее 20 мин) и последующее отделение загрязненного сорбента отстаиванием. С целью эко­номии сорбента применяют многоступен­ча­тые схемы с параллельным и противоточным вводом сорбента (рис. 9).

Сорбция в динамических условиях предусматривает использование грану­лированных сорбентов.

Ионный обмен заключается в том, что твердый материал (ионит) погло­ща­­ет из воды ионы загрязнений в об­мен на эквивалентное количество дру­гих одноименно заряженных обменных ионов, переходящих в воду. Таким образом, общая концентрация ионов в воде не изменяется, хотя ионный состав становится другим. Иониты, участвующие в обмене катионов, называются катионитами, а анионов – анионитами. Процесс ионного обмена продолжается до достижения рав­но­весного состояния.

Продолжение приложения

Технология ионного обмена включает контакт очищаемой воды с ионитом и его последующую регенерацию (рис. 10).

Ионообменные методы применяются при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов, от органических кислот, оснований и их солей. Эффект очистки достигает 80 %.

Ионообменные материалы – синтетические высокомолекулярные соединения кислого или щелочного характера и сульфоугли.

Наряду с синтетическими смолами, в качестве катионитов применяются природные материалы: слоистые, слоисто-ленточ­ные и каркасные силикаты (вермикулит, цеолит, каолит).

Природные катиониты гидрофобны.
Их качество может быть улучшено модификацией (прокаливанием при
t = 300–400 °С, гидрофибизацией). Природные катиониты очищают воду от аммонийного азота, радиоактивных изотопов. Иониты применяются в установках (типа фильтров) с неподвижной и псевдосжиженной загрузкой.

В воду добавляется реагент, который связывает растворенные в воде загрязнения и переводит их в осадок. Метод применяется для удаления из сточных вод растворенных неорганических веществ ионного типа (соли, кислоты, основания), растворенных органических веществ (ПАВ), с переводом последних в нерастворимые комплексы. Эффект очистки достигает 97–98 %.

Окисление (озоном, ультрафиолетом (УФ), реагентами)

К сильным окислителям относятся озон, фтор, кислород, хлор и другие вещества, обладающие большими значениями окислительно-восста­но­ви­тель­ных потенциалов Е.

Методы окисления используют для доочистки сточных вод в основном от органических веществ (фенолы, органические кислоты, ПАВ и пр.). При этом продукты окисления – это нетоксичные компоненты: CO₂; H₂O; NH₃ и осколки органических веществ различного строения.
При правильном выборе режима окисления и четкого контроля за ним эффект очистки достигает 99 %.

Озон О₃ – сильнейший окислитель. В реакции O₃ + 2H⁺ + 2е^- «O₂ + + H₂O Е_О3 = +2,07 В.

Продолжение приложения

Взаимодействие озона с загрязнителями воды происходит поэтапно и медленно и завершается образованием молекулярного кислорода.
На промежуточных этапах выделяются анионы ОН^–, каталитически усиливающиеокислительные процессы с участием кислорода О₂.

Окисление сопровождается потерей озоном атома кислорода или внедрением молекул озона в окисляемое вещество (процесс ознолиза). Ход процесса оптимизируется правильным выбором рН воды и применением катализаторов – металлов с переменной валентностью.

Озонаторные установки (рис. 11) сложны, громоздки и требуют соблюдения техники безопасности. Кроме того, их производительность невелика q = 4–6 кг О₃/ч, а затраты электроэнергии значительны.

Особенностью реакторов для окисления озоном является создание условий экономного использования этого дорогостоящего реагента.
Задача заключается в максимальном ускорении процесса, так как озон достаточно быстро разлагается. Скорость саморазложения зависит от температуры, рН и солевого состава воды. Продолжительность пребывания в реакторе складывается из времени растворения озона в воде и продолжительности непосредственно химических реакций.

Окисление ультрафиолетом. В толщу воды помещается источник УФ-излучения (ксеноновые, вакуумные лампы). При контакте с водой образуется озон, который окисляет находящиеся в воде загрязнения. Слой воды над источником УФ-излучения – 0,5–2 мм, следовательно, производительность установок очень мала.

В качестве окислительных реагентов применяются также хлор (газ и хлорная известь), перманганат калия, кислород, перекись водорода.

Нейтрализация – реакция обмена между кислотой и основанием, при которой оба соединения теряют свои характерные свойства и происходит образование солей.

Кислоты и основания в водном растворе диссоциируют, насыщая его катионами Н⁺ (кислоты) или анионами ОН^– (основания). В результате водородный показатель (рН) уменьшается или увеличивается.

Для уменьшения рН воды ее обрабатывают кислотами, для повышения – основаниями.

Выбор нейтрализующих реагентов производится с учетом их эффективности (продолжительность и полнота процесса, удельные дозы реагента), количества и характера образующегося при нейтрализации ком-

Продолжение приложения

понентов (газы, осадки, растворенные вещества), условий применения (хранение, подготовка к использованию, удобство дозирования, безопасность обслуживания реагентного хозяйства).

Из кислот наиболее часто применяют серную, реже – соляную кислоту, из щелочных реагентов – гашеную известь, кальцинированную соду, едкий натр, реже – известняк, доломит CaMg(CO₃)₂.

Реагенты вводятся в виде порошков (известь, кальцинированная сода), водных растворов (NaOH, гашеная известь и др.), газов, активных загрузок фильтров (дробленый мрамор, известняк, доломит).

Если на промышленных предприятиях образуются кислые и щелочные стоки, представляется возможной их взаимная нейтрализация путем смешения в регулируемом режиме.

Химическая реакция происходит мгновенно, но условия, от которых зависит ее возможность, требуют контакта между нейтрализуемым веществом и реагентом в течение 5–10 мин и более.

Процесс осуществляется в нейтрализаторах (емкости снабжены перемешивающим устройством и дозатором реагентов), чаще с последующим осветлением.

Экстракция (от лат. извлечение)

метод очистки, альтернативный сорбции, применяющийся для удаления молекулярных примесей в основном органического характера (рис. 12).

В большинстве случаев экстракция целесообразна при глубокой очистке высококонцентрированной воды с содержанием загрязнений до
3–4 мг/л и более.

В качестве экстрагентов применяются плохо растворимые в воде органические жидкости: сложные эфиры, спирты, ароматические соединения, кетоны.

Технология экстракции включает следующие последовательные операции:

1) интенсивное перемешивание экстракта с водой для достижения максимальной площади контакта между этими фазами;

2) быстрое и полное разделение экстракта и рафината;

3) удаление экстракта и его регенерацию.

Окончание приложения

Дата добавления: 2014-11-06