Очистка сточных вод методом нейтрализации

 

 

 

 

 

Рис.7. Схема установки обратного осмоса: 1- насос высокого давления, 2- модуль обратного осмоса, 3- мембрана, 4- выпускной клапан [3].

Ионный обмен

   Применяется для извлечения из сточных вод ионов металла, а также соединений мышьяка, фосфора, цианосоединений, а также радиоактивных веществ. Метод позволяет извлекать ценные вещества при высокой степени очистки. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твёрдой фазой, причём эта твёрдая фаза обладает свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе.

 Рис.6.Принципиальная схема очистки промывных и сточных вод ионообменным методом: 1- накопитель-усреднитель стоков, 2- насос, 3- механический фильтр, 4- сорбционный фильтр, 5- фильтры катионитовые, 6- фильтры анионитовые.

Биологическая очистка сточных вод

    Биологическая очистка сточных вод – один из самых распространенных способов обезвреживания сточных вод при подготовке их к спуску в водоемы, основанный на микробиальных (под воздействием микробов) процессах распада  и минерализации органических веществ по аналогичной схеме [7].

   Процессы биологической  очистки во многом аналогичны  процессам самоочищения  в природных водоемах, интенсифицированных применением систем инженерных сооружений, таких, как: аэротенки, биологические фильтры, биологические пруды, поля орошения, поля аэрации [3].       

 Биологические пруды – серии из нескольких неглубоких (до 1 м.) сообщающихся прудов, по которым сточные воды, насыщенные кислородом за счет поверхностной аэрации,  медленно перетекают из одного в другой.   

 Аэротенки – проточные резервуары глубиной 4 – 6 м., в которых  создаются условия очистки введением: необходимого количества аэробных микроорганизмов в виде активного ила, а также кислорода (искусственной аэрации). На выходе аэротанков смесь очищенной жидкости и активного ила разделяется во вторичных отстойниках за счет оседания активного ила (сточная жидкость осветляется). Из вторичных отстойников активный ил частично перекачивается в аэротенк (возвратный ил – ВИ) для повторного участия в процессе, а частично удаляется (избыточный ил –ИИ). Широкое применение находят аэротенки, действующие по типу вытеснителей, а также  по принципу смесителей или аэротенков с регенераторами [8].   

Поля орошения – сооружения, где процессы самоочищения сточных вод совмещаются с процессами орошения почвы для возделывания кормовых культур сточными водами (агрокультурное использование).   

 Поля фильтрации – сооружения, в которых межполивной период используют для того, чтобы поры почвы успевали освобождаться от вод и заполнялись атмосферным воздухом (для создания аэробных условий в почве).    

 Биологические фильтры – сооружения для биологической очистки сточных вод, в которых фильтрующая почва заменена фильтрующими материалами из шлака, кокса, щебня, пластмассы и др. Поверхность загрузочного материал обрастает биологической пленкой, состоящей из аэробных бактерий, различных видов безпозвоночных и водорослей. Пленка утолщается, нижние слои стареют, отмирают и вместе с очищенной водой уносятся во вторичные отстойники. Широкое применение нашли : капельные биологические фильтры и высоконагружаемые фильтры (аэрофильтры) и биофильтры с пластмассовой загрузкой [8].   

 В биологических прудах и  аэротенках микроорганизмы, осуществляющие очистку вод (планктон и активный ил) взвешены в толще, протекающей через сооружения жидкости. В биологических фильтрах и почве полей орошения и  фильтрации сточные воды сочатся через слои почвы или гранулы заполнителя, на которых развивается бактериальная флора [7].

 Живыми агентами процессов  биологической очистки являются:  

 Планктон- совокупность организмов, населяющих толщу воды и  перемещаемых с ее течением.  

Активный ил – сложная экосистема, включающая большое количество представителей микрофлоры и микрофауны. Основу этой системы в процессе очистки составляют бактерии в виде хлопьевидных скоплений (зооглей). Присутствуют также нитчатые бактерии, грифы водных грибов, дрожжи, безцветные жгутиконосцы, саркодовые (голые и раковинные), и инфузории, между которыми устанавливаются пищевые связи.    

 В биологических прудах основную  роль окислителей и минерализаторов  загрязнений выполняет бактериальный  планктон. В аэротенках – активный ил. Микробиальные агенты полей орошения – бактериальные формы почвы, приспособившиеся к обстановке и бактериальная флора поступающих стоков.   

  Сущность биохимического окисления  загрязнений – потребление их  в качестве питания микробиальными клетками. Кислород при этом потребляется микроорганизмами в процессе их дыхания и расходуется в клетках на ферментативное окисление. Продуктами биохимического окисления являются: углекислота, вода, инертная масса, экзотермическая энергия и новые клетки (активный ил) [3].

1.2. Метод очистки сточных вод  нейтрализацией

   Производственные сточные воды от технологических процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из сточных вод.

    С целью предупреждения коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации [3].

   Реакция нейтрализации – это химическая реакция между веществом, имеющим свойства кислоты, и основания, которая приводит потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типична реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксила, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях. В результате концентрация каждого из этих ионов становится равно той, которая свойственна самой воде, т. е. активная peaкция водной среды приближается к рН=7.

   При спуске производственных сточных вод в водоем или в городскую канализационную сеть практически нейтральными следу е считать смеси с рН = 6,5-8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с рН менее 6,5 и более 8,5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственных стоков в водоем или городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные (количество производственных сточных вод с рН более 8,5 невелико).

   Если отработанные производственные сточные воды подаются систему оборотного водоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики технологических процессов [3].

   Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами:- серной H2S04, азотной HN03, соляной НСl, а также их смесями. Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HN02; фосфорная Н3Р04, сернистая H2SO3, сероводородная H2S, плавиковая HF, хромовая Н2Сг04 кислоты, а также органические кислоты: уксусная, пикриновая, салициловая и др.

   Концентрация кислот в сточных водах обычно не превышает 3 %, но иногда достигает большей величины; например, в отдельных производствах органического синтеза содержание серной кислоты в сточных водах составляет 40 % и более.

   При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации:

а) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

б) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная из 
весть СаО, гашеная известь Са(ОН)2, кальцинированная сода Na2C03, каустическая сода NaOH, аммиачная вода NH4OH);

в) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк СаСОз, доломит CaC03- MgC03, магнезит MgC03, обожженный магнезит MgO).

   Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды, расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию, наличия реагентов и т. п. [3].

 

 

 

 

 

 

 

1.2.1 Нейтрализация смешением

  Этот метод применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязнённые другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в ёмкости с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом при его скорости в линии подачи 20 – 40м/с. Нейтрализация производственных сточных вод реагентами затруднена тем, что состав и приток сточной воды на установку резко колеблются в течение суток. Вместо устройства усреднителей большой вместимости в этих условиях следует применять автоматическое регулирование подачи реагентов. За регулируемый параметр во многих случаях может быть взята величина рН сточной воды. Для измерения рН поступающих сточных вод следует применять погружные датчики, которые в меньшей степени подвержены засорению. Для измерения рН очищенных стоков могут применяться проточные датчики [3].

    Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически один или два раза в смену по мере того, как срабатывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод часто необходимо устранить регулирующий резервуар, объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное количество щелочных вод. Из резервуара щелочные воды равномерно выпускают в камеру реакции, где в результате смешения их с кислыми водами происходит взаимная нейтрализация. Баланс кислых и щелочных сточных вод составляется на период, в течение которого производится выпуск сточных вод от всех цехов и агрегатов, в том числе таких, от которых стоки спускаются периодически.

 

1.2.2 Нейтрализация сточных вод добавлением реагентов.

    Если на промышленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные стоки, то применяют реагентный метод нейтрализации. Этот метод наиболее широко используют для нейтрализации кислых сточных вод.

   Выбор реагента для нейтрализации кислых стоков зависит от вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции [3].

  Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушонки или известкового молока и карбоната кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: обязательнее устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительность регулирования дозы реагента по рН нейтрализованной воды, сложность реагентного хозяйства. Скорость реакции между раствором кислоты и твердыми частицами суспензии относительно невелика и зависит от размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции нейтрализации соединения. Поэтому окончательная активная реакция в жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени (10-15 мин).

   При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих серную кислоту, реакция, в зависимости от применяемого реагента протекает по уравнениям:

H2SО4 + Са (ОН)2 = CaSО4 + 2Н2О, 

 H2SО4 + СаСОз = CaSО4 + 2Н2О + СО2

    Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaSО4·H2О. При высокой концентрации сульфат кальция выпадает в осадок, поэтому при нейтрализации сильных кислот, кальциевые соли которых труднорастворимы в воде, необходимо устраивать отстойники-шламонакопители. Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является также образование пересыщенного раствора гипса, выделение которого из воды может продолжаться несколько суток, что приводит к зарастанию трубопроводов и аппаратуры. Присутствие в сточных водах многих химических производств высокомолекулярных органических соединений усиливает устойчивость пересыщенных растворов гипса, поскольку эти соединения сорбируются на гранях кристаллов сульфата кальция и препятствуют их дальнейшему росту.

     Для нейтрализации небольших количеств кислых вод (до 200 м3/сут) могут быть применены также растворы гидроксида натрия, соды и др.

   В качестве реагента известь вводится в виде известкового молока или в виде сухого порошка. Реже применяются мелкодробленый известняк, мел или доломит крупностью зерен не более 0,5 мм.

     При производительности установки более 5 т/сут нейтрализуемой кислоты выгоднее применять в качестве реагента известь-пушонку. Для установок с небольшим суточным количеством поступающей в сток серной кислоты (примерно до 5—7 т/сутки) более рациональной является нейтрализация известковым молоком. Процессы реагентной нейтрализации осуществляются на нейтрализационных установках или станциях. Основными элементами, которых являются: песколовки, резервуары-усреднители, склады нейтрализующих реагентов, растворные баки для приготовления рабочих растворов реагентов, дозаторы рабочих растворов реагентов, смеситель сточных вод с реагентом, камеры реакции (нейтрализаторы), отстойники для нейтрализованных сточных вод, осадкоуплотнители, сооружения для механического обезвоживания осадков, а при их отсутствии – шламовые площадки, места для складирования обезвоженных осадков, устройства химического контроля процессом нейтрализации.

    Для перемешивания реагента со сточной водой применяют гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителях смешение реагентов с водой достигается за счет энергии потока воды. В механических смесителях турбулентность потока усиливается мешалками различных типов.