Физико-химическая очистка сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Физико-химическая очистка сточных вод

1. Метод нейтрализации

Сточные воды, рН которых ниже 6,5 или выше 8,5, перед отводом в канализацию или в водоем подлежат нейтрализации.

Рис. 1. - Принципиальная технологическая схема водно-реагентной нейтрализации сточных вод:

Где:

1 - усреднители;

2 - смеситель;

3 - контактный резервуар;

4 - отстойник;

5 - уплотнитель осадка;

6 - механическое обезвоживание;

7 - шламовые площадки;

8 - накопитель обезвоженного осадка;

9 - реагентное хозяйство;

I - кислые сточные воды;

II - щелочные сточные воды;

III - нейтрализованные стоки.

Нейтрализация сточных вод (рис. 1) может проводиться следующими способами:

- путем смешения кислых и щелочных стоков;

- добавлением реализующих реагентов;

- фильтрованием сточных вод через нейтрализующие материалы.

Дозу реагентов надлежит определять из условий полной нейтрализации кислот или щелочей, а также выделения в осадок соединений тяжелых металлов. Избыток реагентов надлежит принимать равным 10% расчетного количества.

Из условия сброса производственных стоков в водоемы или в городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются значительно чаще.

Для реализации кислых стоков чаще всего применяется известь. Применение гашеной извести надлежит предусматривать в виде известкового молока 5%-й концентрации по активной окиси кальция.

2. Флотация

Под флотацией понимают сложный физико-химический процесс выделения загрязнений из гомогенных и гетерогенных систем, сопровождающийся всплыванием частиц удаляемых компонентов, закрепленных на пузырьках газа, образующих пену на поверхности жидкости.

Флотацию необходимо рассматривать как процесс, сопровождающийся рядом взаимосвязанных механических, физических и физико-химических явлений, где прилипание частиц загрязнений к пузырькам газа является наиболее ответственным.

При оптимальных условиях эффект очистки достигает 85-95%. Процесс образования аэрофлокул - комплексов «частица-пузырек» может быть интенсифицирован за счет применения различных реагентов, которые способствуют гидрофобизации поверхности частиц, повышению дисперсности и устойчивости газовых пузырьков, активации процесса флотации. При флотационной очистке применяют следующие реагенты: соли железа и алюминия, флокулянты марок ВПК - 101, ПЭИ, ППС, ПАА, а также для корректирования рН - едкий натр, известь или кислоту.

Выбор метода флотационной очистки сточных вод является первоочередной задачей, которая должна решаться с учетом подробной качественно-количественной и физико-химической характеристик сточных вод. В настоящее время нет общепринятой классификации способов флотационной очистки.

Наиболее распространенной является классификация по способу образования газовых пузырьков в жидкости.

При этом чаще всего в области очистки воды применяются флотационные методы, основанные на образовании мелких пузырьков размером от 10 до 500 мкм, которые сравнительно легко могут быть получены при реализации механического, напорного, пневматического и электрохимического методов флотации. При выводе метода флотации следует принять во внимание, что в настоящее время наиболее широкое применение получил метод напорной флотации, в процессе которого при снижении давления происходит выделение мелких однородных пузырьков.

2.1. Метод напорной флотации

Этот метод используется для очистки сточных вод, которые загрязнены отходами нефти, продуктами ее переработки, жирами, маслами, продуктами органического синтеза, поверхностно-активными веществами, тонко-диспергированными взвесями, имеющими гидравлическую крупность до 0,01 мм/с.

Сущность метода напорной флотации состоит в создании в сатураторе, при давлении 0,2-0,5 МПа, перенасыщенных газами растворов жидкости и подаче их через дросселирующее устройство во флотационную камеру, где за счет снижения давления до атмосферного происходит выделение газовых пузырьков и образование аэрофлокул, которые в виде пены всплывают на поверхность жидкости (рис. 2).

Рис. 2. - Принципиальная схема установки напорной флотации с радиальным флотатором-отстойником без рециркуляции:

Где:

1 - исходная вода;

2 - отвод осветленной воды;

3 - для воздуха;

4 - сатуратор;

5 - флотатор;

6 - реактивный водораспределитель;

7 - скребковый механизм.

Установки напорной флотации рекомендуется применять для снижения содержания в сточных водах нефти и нефтепродуктов с 70-150 до 10-30 мг/л и механических примесей со 100-150 до 10-15 мг/л. Эффективность очистки сточных вод значительно повышается за счет применения реагентов и рециркуляции сточных вод.

2.2 Метод электрофлотации

Электрофлотацией называют процесс извлечения загрязнений из сточных вод пузырьками газа, полученными в результате электрохимических реакций. Электрохимический метод флотации загрязнений из сточной жидкости проводится за счет выделения газовых пузырьков, образующихся на электродах при пропускании через них постоянного электрического тока в результате электролиза воды.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс флотации, называют следующие: электропроводность раствора, масса газа, находящегося в виде пузырьков в единице объема жидкости, средний радиус газовых пузырьков, солевой состав и рН стоков, материал электродов и степень шероховатости их поверхности, анодная плотность тока.

Метод электрофлотации рекомендуется применять для очистки сильнозагрязненных небольших количеств сточных вод:

- отработанных моющих растворов;

- стоков пищевой и масло-жировой промышленности.

В настоящее время разработаны проекты электрофлотационных сооружений производительностью 40-50 и 100 м. куб./ч.

Реализация основного процесса электрофлотации может проводиться по тем же принципиальным технологическим схемам, что и для напорной флотации.

При проектировании электрофлотаторов следует принимать:

- продолжительность пребывания в электрофлотационной камере - 20-30 мин.;

- общая продолжительность пребывания в электрофлотаторе - 50-60 мин.;

- плотность тока - 20,30 мА на 1 см. кв. поверхности электродов, напряжение - 12 В.

2.3 Электрокоагуляция

Метод электрокоагуляции в практике очистки сточных вод может быть использован для решения следующих технологических задач:

- удаление дисперсных загрязнений за счет изменения их агрегатного состояния под действием ионов металла, поступающих в раствор в процессе анодного растворения электродов;

- удаление ионов шестивалентного хрома путем восстановления их до трехвалентного ионами двухвалентного железа и последующего их осаждения в виде нерастворимых гидроксидов;

- выделение из сточных вод ионов тяжелых металлов, например Ni2+, Zn2+, Cu2+ и др., за счет образования нерастворимых гидроксидов этих металлов.

Удаление из сточных вод перечисленных загрязнений связано, главным образом, с анодным растворением металла и разрядом ионов водорода на катоде. Поэтому при реализации процесса электрокоагуляции следует стремиться к созданию таких условий процесса, при которых основной реакцией на аноде будет окисление металла, а на катоде - восстановление водорода. При оценке процесса электрокоагуляции следует учитывать, что скорость анодного растворения металла зависит от совокупности всех факторов, сопутствующих этому процессу:

- солевого состава и рН стоков;

- материала, степени шероховатости их поверхности, степени поляризации и анодной плотности тока;

- возможности образования оксидов и гидроксидов, способных ускорять или тормозить процесс.

Для характеристики степени использования протекающего между электродами тока вводится понятие «выход потоку», который определяется как отношение величины тока, расходуемого на основную реакцию, к общему количеству тока, %:

Теоретическое количество выделившегося при электролизе вещества определяется по закону Фарадея.

Для выделения моль любого вещества требуется пропустить 26,8 А/ч электричества.

Действительное количество вещества, выделившегося в процессе электролиза, можно определить по формуле:

Где:

М - молярная масса вещества, г/моль;

I - сила тока, А;

F - число Фарадея;

z - валентность вещества.

Рис. 3. - Схема электрокоагулятора вертикального типа:

Где:

1 - подвод исходной воды;

2 - отвод осветленной воды;

3 - отвод шлама;

4 - электроды;

5 - камера электрокоагуляции.

2.4 Электродиализ

Очистка сточных вод электродиализом основана на том, что в электрическом поле катионы растворенных солей движутся к катоду, а анионы - к аноду.

Детализировано и схематично рассматриваемый процесс электродиализа представлен на рисунке 4.

Рис. 4. - Схема процесса электродиализа:

Где:

1 - катод;

2 - анод;

3 - выход газообразного водорода;

4 - подача воды на промывку катодной камеры;

5 - подача солоноватой воды в рассольные камеры;

6 - подача солоноватой воды в опреснительные камеры;

7 - подача воды на промывку анодной камеры;

8 - выход газообразных кислорода и хлора;

9 - отвод анолита;

10 - отвод очищенной воды;

11 - отвод концентрированного рассола;

12 - отвод католита.

Согласно закону Фарадея, на перенос 1 моль вещества затрачивается 96491 Кл электричества (26,8 А/ч). Количество электричества, которое нужно затратить на очистку 1 м. куб. воды, содержащей начальную концентрацию:

Выразив количество электричества через силу тока I, А и время его протекания, ч., получим:

Степень совершенства электролизатора характеризуется величиной выхода по току, которая составляет 0,7-0,9 в многокамерном электролизаторе, 0,3-0,5 - в трех-камерном.

Очищаемая в электродиализаторах вода в большинстве случаев требует предварительной обработки.

Из сточной воды необходимо удалить грубодисперсные и коллоидные примеси, которые могут осаждаться в камерах и вызывать повышенную поляризацию мембран.

При высокой щелочности или повышенном содержании магния в исходной воде на мембранах или электродах возможно появление отложений СаСО3 или Mg(OH)2.

Это приводит к увеличению омического сопротивления аппаратов. Борьбу с такими отложениями ведут путем подкисления промывной воды, подаваемой в катодную камеру, или исходной воды.

Кроме того, сокращения отложения солей можно достигнуть путем переполюсовки электродиализатора, меняя полярность электродов на 2,4 ч. с интервалом в 24-48 ч.

При высоком содержании в исходной воде сульфатов и ионов кальция в рассольном тракте возможно появление отложений гипса, не растворяющихся в кислоте.

Устранение таких отложений может достигаться путем снижения концентрации рассола или частичного умягчения воды. Необратимое накопление в мембранах поливалентных ионов, имеющих малую подвижность, приводит к «отравлению» мембран, т. е., к снижению их селективности и электрической проводимости.

Частично удаляют их с мембран кислотой с последующим переводом в натриевую форму.

Чтобы продлить срок службы мембран, необходимо предварительно устранить из исходной воды вредные ионы. Так, рекомендуется не допускать в исходной воде содержания железа более 0,3-0,5 мг/л, марганца более 0,05 мг/л, взвешенных веществ более 1,5 мг/л.

2.5 Сорбция

Сорбция - процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое - сорбатом.

Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождаясь химическими взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.

Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ.

Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой как метод предварительной и более чем глубокой очистки.

Преимуществами этого метода является возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки, особенно слабо-концентрированных сточных вод.

Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Адсорбция растворенных веществ - результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности.

При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (атомами) поверхности сорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация).

Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента.

Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.

Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, не электролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные простые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные гели и т. д.

Эффективными сорбентами являются активные угли различных марок. Пористость этих углей составляет 60-75%, а удельная площадь поверхности - 400-900 м. кв./г.

Обычно сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций, состоящих из трех - пяти последовательно расположенных фильтров. флотация отстойник сорбция

При достижении предельного насыщения головной фильтр отключается на регенерацию, а обрабатываемая вода подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр включается в схему очистки уже в качестве последней ступени. Процесс сорбции в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды отстаиванием, фильтрованием и т. п.

При последовательном введении новых порций сорбента в очищаемую воду можно очистить её от загрязняющих веществ до любой концентрации.

Размещено на Allbest.ru