Глава 8. Очистка и доочистка сточных вод.

Очистку сточных вод (далее СВ) промышленных предприятий осуществляют механическими, физико-химическими, биохим и ч е скими и термическими методами.

Выбор схемы очистки СВ должен обеспечивать:

● минимальный сброс СВ в водоемы или региональную систему водоснабжения;

● макстмальное использование очищенных СВ в технологических процессах и схемах оборотного водоснабжения;

● более полное извлечение из СВ ценных примесей.

Для очистки СВ применяют три основных типа очистных сооружений:

Первые стадии очистки СВ осуществляют в основном механическими методами, включающими: 1)отстаивание, 2)осветление3)фильтрование. Этими методами удаляют удаляют в основном крупнодисперсные взвеси.

На следующем этапе мелкодисперсные, коллоидные и растворенные в СВ вещества удаляют такими физико-химическими методами как флотация, дистилляция, ректификация, абсорбция, ионный обмен, обратный осмос и др.

Флотацию широко применяют для осветления СВ, загрязненных легкими и высокодисперсными взвесями. При флотации диспергированные в суспензии пузырьки воздуха прилипают к частицам взвеси и всплывают вместе с ними на поверхность жидкости, образуя над ней пену. В пенный слой помимо твердых взвесей переходят многие эмульсии, а также растворенные в СВ ПАВ разных классов.

Мелкодисперсные и коллоидные частицы, а также низкоконцент-рированные эмульсии удаляют из СВ с помощью коагулянтов и флокулянтов. Как коагулянты (осадители) используют А1₂(SO₄)₃ и FеС1₃ раздельно или в смеси, вызывающие укрупнение частиц в хлопья и их осаждение. Образование хлопьев ускоряют флокулянты (додиакриламина, активная кремниевая кислота, полиакриламид и др.).

Основные очистные сооружения дополняют в случае необходимости установками для осуществления следующих методов удаления из СВ растворимых неорганических соединений (РНС):

● перевод РНС в малодиссоциированные соединения реакциями нейтрализации, комплексообразования;

● фиксация РНС на твердой фазе ионитов (Н- и Na-катионирование, ОН- анионирование);

● сепарация РНС путем изменения фазового состояния воды с переводом ее в парообразное состояние (процесс дистилляции) или в твердую фазу (процессы вымораживания, гидратообразования);

● перераспределение ионов РНС в жидкой фазе (экстракция, обратный осмос);

● разделение ионов РНС в электрическом поле и т.п.

Растворенные органические соединения из СВ удаляют следующими методами: 1)экстракция, 2)адсорбция, 3)перегонка,4)ректификация, 5)ионный обмен, 6)обратный осмос и ультрафильтрация, 7)флотация и др.)

Растворенные в СВ газы и молекулярно-растворимые органические. вещества удаляют активированным углем, на котором хорошо адсорбируются малорастворимые в воде соединения.

Биохимические методы очистки применяют для обработки СВ, содержащих органические вещества в растворенном или тонкодисперсном виде в рамках данной работы не рассматриваются.

Регенерационные методы применяют не только для обезвреживания СВ, но и для извлечения из них ценные примесей. В качестве малоотходного химического производства рассмотрим гальваническое производство. При промывке деталей после хромирования, электрохимического полирования и удаления некачественных покрытий образуются хромсодержащие стоки. Попадая со сточными водами в водоем, хром губительно действует на флору и фауну, ухудшает качество воды, тормозит процессы самоочищения водоема.

К настоящему времени разработаны и внедрены в практику различные способы очитки воды от хрома: химические (реагентные), сорбционные, флотация, электрохимические и биологические.

По химическому способу введение в сточную воду реагентов с образованием труднорастворимых При очистке сточных вод от хрома чаще всего ионы Cr⁶⁺ восстанавливают до Cr³ с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде. Как восстановители используют активный уголь, сульфат железа (закисного), бисульфит натрия, водород, диоксид серы, отходы органических веществ (например, газетная бумага), пиритный огарок и др. На практике для восстановления наиболее часто используют растворы гидросульфита (бисульфита) натрия (рис.8.1):

Восстановление проводят в течение 10 минут (присутствие ионов Fe, Cd, Zn увеличивает продолжительность процесса в 2 раза). Образующиеся ионы Cr³⁺ осаждают NaOH и осадок Cr³⁺отфильтровывают.

Данный метод недостаточно эффективен, поскольку характеризуется значительным расходом химикатов, образованием труднорастворимых соединений Cr³⁺ и самое главное вторичным загрязнением очищенной воды, что препятствует ее возвращению в производство. Этот метод в сочетании механическим отстаиванием позволяют извлекать 50-80% загрязнений, обра зуется значительное количество шлама, переработка или утилизация которого требует дополнительных затрат.

Рис.8.1.Схема установки для восстановления хрома непрерывного действия:

1 – усреднитель, 2 – смеситель, 3 – емкость для нейтрализации и отстаивания.

Более эффективны такие физико-химические методы как сорбционный способ и очистка ионно-обменной технологией. При использовании высокоактивных сорбентов можно получать воду практически с нулевыми остаточными концентрациями загрязняющих веществ. В качестве сорбентов используют ионно-обменные смолы, активные угли семена бобовых культур, древесные опилки, а также резиновую крошку и шинный кокс.

Один из перспективных для извлечения из СВ хрома - физико-химический метод электрокоагуляции (рис.8.2), позволяющий извлекать из нее ценные металлы и применимый при любых значениях рН. В процессе электрокоагуляции бихромат- и хромат-ионы восстановливаются ионами Fe³⁺, образующимися при электролитическом растворении стальных анодов, а также гидроксидом Fe(OH)_3..Электрокоагуляции обеспечивает 100%-ое восстановление Cr⁶⁺до Cr³⁺ и осаждение ионов тяжелых металлов.

Рис. 8.2.Схема электрокоагуляционной установки: 1 — усреднитель; 2 — бак для приготовления раствора; 3 — источник постоянного тока; 4 — электрокоагулятор;

5 — отстойник; 6 — аппарат для обезвоживания осадка

Для повышения эффективности извлечения хрома комбинируют коагуляционный (электрокоагуляционный) метод с флотацией (рис.8.3).

Рис. 8.3. Схема установки напорной флотации:

1- емкость; 2 — насос; 3 — напорный бак; 4 — флотатор

Технологическая схема включает стадии: смешение,осаждение, образование нерастворимых соединений при добавлении NaOH или Nа₂CO₃, ввод ПАВ, флотацию с целью удаления соединений металла. В оптимальных условиях очистка от ионов тяжелых металлов равна 98-100%.

Эффективность флотации в значительной степени определяет правильность выбора собирателей ионов металлов. Высокоэффективными собирателями из четвертичных аммониевых оснований являются катамины АБ и ХА, ДАДМАХ, ГСБ; из анионных ПАВ – карбоксильный реагент ЭМКО; из комплексообразующих соединений – техническая смесь гидразитов карбоновых кислот (Гидразекс-79М) и ДАТ.

Пероксид водорода можно использовать для очистки от соединений тяжелых металлов. Так, в сточных водах цехов гальванических покрытий присутствуют соединения серебра. В форме свободных ионов серебро токсично для микроорганизмов, поэтому присутствие серебра в сточных водах, поступающих на биологическую очистку, нежелательно. При обработке таких сточных вод пероксидом водорода в кислой среде ионы серебра восстанавливаются до металлического состояния:

В промышленности пероксид водорода получают, главным образом, окислением изопропилового спирта с последующим каталитическим гидрированием образующегося ацетона. Разработан способ производства пероксида водорода, основанный на каталитическом окислении алкилантрахинонов с последующим гидрированием хинонов на платиновых, палладиевых, алюмосиликатных катализаторах. Известен также метод электрохимического синтеза пероксида водорода на основе процесса катодного восстановления кислорода. Затраты на получение 1кг пероксида водорода в новых разработках достигают 4,5 кВт∙ч, что намного ниже, чем затраты на производство озона, хотя несколько выше, чем на производство хлора. В то же время, учитывая разность в молекулярных массах пероксида водорода и хлора в расчете на окислительный эквивалент, стоимость пероксида водорода приближается к стоимости активного хлора.

Снижение расхода пероксида водорода достигают путем облучения очищаемых сточных вод импульсным УФ-излучением с добавлением в раствор ионов железа. При этом пероксид водорода более интенсивно распадается на активные НО-радикалы.

Разработан способ химической утилизации полихлорированных дифенилов (ПХД), которые до недавнего времени полихлорированные дифенилы (ПХД) использовали в электротехнических изделиях в качестве изолирующих и теплообменных материалов[46].

В настоящее время установлено, что ПХД обладают высокой токсичностью (иммунотоксичность), попадают в сточные воды, водоемы, почву и способны накапливаться в организмах, эмбриотоксический и онкогенный эффекты). Кроме того, в условиях эксплуатации (особенно при повышенной температуре) ПХД частично трансформируются в хлорсодержащие диоксины, одни из самых опасных по своей биологической активности вещества, которые могут стать одной из причин долговременного заражения биосферы.Эти факты явились основанием для запрещения международным сообществом в 1977 году производства и использования ПХД. В России производство ПХД прекращено лишь в 1990 году, а на её территории скопилось более 400тыс.т ПХД, что делает проблему поиска эффективных и экономически целесообразных методов обезвреживания ПХД актуальной.

Взаимодействием ПХД с полиэтиленгликолями (ПЭГ) в присутствии гидроксидов калия и/или натрия в открытой системе при повышенной температуре получены продукты, хорошо растворимыми в воде, что обеспечивает их использование в качестве смазочных охлаждающих жидкостей (СОЖ)

Исследована возможность очистки водных растворов от синтетических алкилбен-золсульфонатов натрия (АБС-Na),которые являются основой большинства современных моющих средств, чистящих паст, обезжиривающих составов и т.д., широко используемых в быту и технике[47].Отработанные растворы АБС-Na, содержащие различные загрязнители, в том числе нефтепродукты, жиры, масла и т.д., обычно сливают в канализацию, в сельских местностях прямо на землю, в результате чего они попадают в водоемы и оказывают токсическое действие на гидробионты, истощают запас растворенного кислорода, образуют устойчивую пену. Поэтому наряду с поисками новых, более экологичных моющих средств весьма актуальной является задача очистки (детоксикации) сбрасываемых водных растворов ПАВ (АБС-Na и других.) с учетом объемов сбросов.В настоящее время для очистки воды от ПАВ используют механические, химические, физико-химические методы, а также их комбинации. Большинство известных практических методов очистки воды от АБС-Na, например фильтрация через песчаные фильтры, коагуляция сульфатом алюминия, флокуляция полиакриламидом, использование активного ила, не избавляет ее в достаточной степени от детергентов. Так, фильтрация воды через песчаные фильтры снижает их содержание лишь на 13-50%, коагуляция сернокислым алюминием (рН_опт4,5-6,0) на 39-50%, хлорным железом на 66-80%, смесью сульфата алюминия и активированного угля на 73-87%, биологическая очистка вообще не эффективна в связи с плохой биоразлагаемостью АБС-Na.Более эффективен метод очистки водных растворов от синтетических алкилбензолсульфонатов натрия осаждением солями Zn²⁺ в виде ассоциатов с имидазолом или его производными при массовом соотношении алкилбензолсульфонат натрия: соль цинка: имидазол или его производные, равном 1,0:0,6-1,0:0,6-1,0 с образованием смешанных водонерастворимых комплексов.

Создание водооборотных циклов технологических систем отдельных производств, цехов предприятий и целых промышленных комплексов являются одним из главных направлений экономически рационального использования водных ресурсов, дефицит и стоимость которых возрастают с каждым годом.

Для предупреждения обрастания оборудования бактериями в водооборотном цикле также целесообразно проводить обработку воды хлором, гипохлоритом натрия, озоном, ультрафиолетовым облучением.

Среди промышленных методов обеззараживания на станциях водоподготовки воды ведущее место до сих пор принадлежит хлорированию. Однако специальные меры безопасности при транспортировке, хранении и применении высокотоксичного хлора (первого в истории войн боевого отравляющего вещества), высокая вероятность образования в процессе обработки воды токсичных, мутагенных и канцерогенных галогенсодержащих органических соединений стимулировали поиски других методов

Сравнительные исследования качества питьевой воды, подготовленной с использованием жидкого хлора и гипохлорита натрия показали, что нормируемые показатели качества воды, обработанной гипохлоритом натрия, отвечают требованиям ГОСТ 2874-82.

Важно подчеркнуть, что использование гипохлорита натрия улучшает экологическую обстановку вследствие ликвидации хранилищ опасного и токсичного хлора в черте города и значительную часть реагентного хозяйства станции водоподготовки.

Преимуществом данного метода является получение раствора гипохлорита натрия непосредственно на станции водоподготовки путем электролиза хлорида натрия (всем известная поваренная соль).

Авторы патента РФ 2100483 [39] защитили метод получения гипохлорита натрия путем электролиза подземных минеральных вод соответствующего состава. Процесс проводят в проточном электролизере, схема которого представлена на рис.8.4.и рис.8.5.

Метод обеззараживания гипохлоритом натрия в настоящее время применяют на одной из станций водоподготовки в Москве.

Озон (О₃), представляя собой соединение трех атомов кислорода, сильно отличается по своим свойствам от молекулярного кислорода. Озон интенсивно

окрашен, диамагнитен, токсичен и взрывоопасен. Предельная концентрация его в воздухе рабочей зоны составляет 10^-4 мг/л. Реакции, в которых участвует озон, обычно протекают быстро. В то же время растворимость в воде у озона, как и у кислорода, очень низка и зависит от температуры. С ростом температуры увеличивается скорость разложения озона в воде. Все это создает трудности для использования озона и изучения технологий на его основе.

Рис.8.4. Технологическая схема обработки минерализованной подземной воды, содержащей хлорид натрия 1,5-15 г/л, гипохлоритом натрия: 1 - скважина,

2 - трубопровод, 3 - распределительный резервуар, 4 - проточный электролизер,

5 - задвижки, 6 - расходомер, 7 - буферный резервуар, 8 - насос, 9 - накопительный резервуар. Из резервуара 9 раствор гипохлорита натрия самотеком поступает на обеззараживание воды.

Создан ряд эффективных установок, позволяющих постоянно генерировать озон из кислорода воздуха и соответственно при синхронном его использовании для целей обезвреживания можно избежать угрозы отравления самим озоном. Обезвреживающее действие озона связано с протеканием процессов двух типов: прямого молекулярного взаимодействия озона с веществом-загрязнителем и взаимодействия с последними через промежуточные свободные радикалы (весьма активные частицы, содержащие свободную неспаренную «активную» валентность):

Рис. 8.5. Схема проточного электролизера для получения гипохлорита натрия

из слабо концентрированного раствора хлорида натрия: детали 1-9 приведены в рис.8.2; 10 - емкость, 11 и 12 - входной и выходной патрубки, 13 - электродные

кассеты, 14 - группа вертикальных пластинчатых электродов, 14, 15 - общий стабилизированный пульт электропитания, 16 - канал, 17 и 18 - входная и выходная перегородки, 19 и 20 - камеры,21 - крышка, 22 - сливной патрубок.

Все больше применяют окислительные системы (редокс-системы) с озоном Сочетание озона с перекисью водорода (пероксидом водорода) позволяет эффективно очищать сточные воды одновременно от фенолов, роданидов, акрилатных соединений.

В силу своих технологических преимуществ (хорошая растворимость в воде, устойчивость в растворах в широком диапазоне рН и температур, простота аппаратурного оформления процессов с его участием) пероксид водорода (Н₂О₂) получил широкое распространение в зарубежной практикепри очистке промышленных сточных вод. Широкому применению пероксида водорода в России препятствует сравнительно высокая его стоимость и дефицитность.

1. Опишите современные методы очистки сточных вод промышленных предприятий

2. Найдите в Интернете патенты по технологиям:

2.2.выделения ценных компонентов из сточных вод гальванических производств.

2.3.оборотной системы водоснабжения, приемлемой для предприятий машиностроения.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: