Расчет и проектирование установки по очистке сточных вод для предприятия целлюлозно-бумажной промышленности

 

 

2.2 Физико-химические методы  очистки сточных вод

 

 

Коагуляционная очистка - это метод очистки сточных вод от коллоидных частиц, основанный на свойстве коллоидной системы в определенных условиях терять агрегативную устойчивость. Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц загрязнений с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов. В промышленности находят применение различные коагулянты:

 

соли алюминия: cульфат алюминия (глинозем) Al2 (SO4) 3 ·18H2O, алюминат натрия NaAlO2;

 

соли железа: железный купорос FeSO4 ·7H2O, хлорид железа (III) FeCl3;

 

соли магния: хлорид магния MgCl3·6H2O, сульфат магния MgSO4·7H2O;

 

известь, шламовые отходы.

 

Сорбционная очистка - это  метод очистки, основанный на поглощении загрязняющих веществ из сточных  вод твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называют сорбентом, а поглощаемое вещество - сорбатом. Абсорбция - поглощение вещества всем объемом жидкого сорбента. Адсорбция - поглощение вещества поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента. Сорбция, сопровождающаяся химичесим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно или совместно с другими методами очистки для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ, а также в целях последующего использования очищенной воды в системах оборотного водоснабжения. Метод применим для очистки сточных вод от ароматических соединений, красителей, углеводородов, слабых электролитов. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод неприменим. В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины, уголь и др. Активность сорбента характеризуется массой поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).

 

Флотация - метод очистки  промышленных сточных вод от гидрофобных  мелкодисперсных загрязнений, основанный на явлении смачивания жидкостью  твердых или жидких несмешивающихся  с ней поверхностей. Метод применяют  для удаления из сточных вод нерастворимых  в воде диспергированных загрязнений, которые самопроизвольно плохо отстаиваются в условиях механической очистки. Процесс флотационной очистки заключается в удалении гидрофобных частиц загрязнений за счет прилипания их к всплывающим пузырькам воздуха с образованием пенного слоя на поверхности очищаемой сточной воды.

 

Экстракционная очистка  сточных вод основана на распределении  загрязняющего вещества между двумя  несмешивающимися жидкостями в соответствии с растворимостью в них (жидкофазная  экстракция). Отношение равновесных  концентраций извлекаемого вещества в  двух взаимно несмешивающихся жидкостях  величина постоянная, называемая коэффициентом  распределения: . Величина его зависит от химической природы веществ, температуры и других факторов, влияющих на состояние равновесия в рассматриваемой системе. Метод экстракционной очистки целесообразно применять при значительной концентрации растворенных в воде органических веществ (3-4 г/л) или при высокой стоимости извлекаемого вещества.

 

Ионный обмен (ионообменная сорбция) - метод очистки сточных  вод, основанные на реакции обмена между  ионами, находящимися в составе очищаемой  воды, и подвижными ионами, входящими  в состав полиэлектролита - ионита.

 

 

2.3 Химическая очистка

 

 

Окислительный метод очистки  применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные  примеси (цианиды, комплексные цианиды  меди и цинка) или соединения, которые  нецелесообразно извлекать из сточных  вод, а также очищать другими  методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горно-добывающей (обогатительные фабрики свинцо-цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности.

 

В узком смысле окисление - реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком - всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии  электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживание производственных сточных вод в качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

 

Хлорирование - обезвреживание сточных вод хлором или его  соединениями - один из самых распространенных способов их очистки от ядовитых цианидов, а также от таких органических и неорганических соединений, как  сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и др.

 

Озонирование - озон обладает высокой окислительной способностью и при нормальной температуре  разрушает многие органические вещества, находящиеся в воде. При этом процессе возможно одновременное окисление  примесей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание сточной воды и  насыщение ее кислородом. Преимуществом  этого метода является отсутствие химических реагентов при очистке сточных  вод.

 

Перспективность применения озонирования как окислительного метода обусловлена также тем, что оно  не приводит к увеличению солевого состава очищаемых сточных вод, не загрязняет воду продуктами реакции, а сам процесс легко поддается  полной автоматизации.

 

Смешение очищаемой воды с озонированным воздухом может  осуществляться различными способами: барботированием воды через фильтры, дырчатые (пористые) трубы, смешением с помощью эжекторов, мешалок и т.д.

 

 

2.4 Биологическая очистка

 

 

Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению  или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах  в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов  источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных  вод от загрязнения.

 

Очистные сооружения биологической  очистки можно разделить на два  основных типа:

 

сооружения, в которых  очистка происходит в условиях, близких  к естественным;

 

сооружения, в которых  очистка происходит в искусственно созданных условиях.

 

К первому типу относятся  сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных  вод через почву (поля орошения и  поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких  сооружениях дыхание микроорганизмов  кислородом происходит за счет непосредственного  поглощения его из воздуха. В сооружениях  второго типа микроорганизмы дышат  кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.

 

При повышенных требованиях  к очистке биологически очищенную  воду очищают дополнительно. Наиболее широкое распространение в качестве сооружений для дополнительной очистки  получили песчаные фильтры, главным  образом двух - и многослойные, а  также контактные осветлители (микрофильтры применяют реже).

 

Снижение концентрации трудноокисляемых веществ возможно методом сорбции, например активированным углем и химическим окислением или путем озонирования. Концентрацию солей можно снижать методами обессоливания.

 

3. Общая характеристика  гидроциклонов

 

 

Гидроциклон - (от гидро - вода и греч. kyklon - вращающийся) (центробежный сепаратор) аппарат, предназначенный для обесшламливания, сгущения шламов и продуктов флотации, осветления оборотных вод, классификации рудной пульпы в стадиях тонкого измельчения в замкнутом цикле с шаровыми мельницами и обогащения тонких фракций угля и руд в водной среде и тяжелых суспенциях в центробежном поле, создаваемом в результате вращения пульпы.

 

 

 

 

Принцип действия гидроциклонов  основан на сепарации частиц твердой  фазы в возвращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования частицы  в центробежном поле гидроциклона может  превышать скорость осаждения эквивалентных  частиц в поле гравитации в сотни  раз.

 

К основным преимуществам  гидроциклонов следует отнести:

 

высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии;

 

сравнительно низкие расходы  на строительство и эксплуатацию установок;

 

отсутствие вращающихся  механизмов, предназначенных для  генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет тангенциального  ввода сточной воды;

 

возможность создания компактных автоматизированных установок.

 

Характеристики гидроциклонов:

 

диаметр цилиндрической части - до 2000мм

 

угол конуса - до 20°

 

эквивалентный диаметр питающего  отверстия - до 420мм

 

диаметр сливового отверстия - до 520мм

 

диаметр пескового отверстия - до 500мм

 

давление на воде - до 4,5кг/смІ

 

крупность слива - до 300мкм

 

габаритные размеры: длина - до 3400мм, ширина - до 3500мм, высота - до 8500мм

 

производительность - до 2100мі/час

 

масса - до 11 500кг

 

Применение гидроциклонов:

 

разделение по крупности  в водной среде измельченных руд  и других материалов в процессе классификации

 

обогащение мелко - и среднезернистых  руд в тяжелых суспензиях

 

обезвоживание продуктов  обогащения рудных и других полезных ископаемых

 

дешламация продуктов обогащения рудных и других полезных ископаемых

 

Рабочие инструменты гидроциклонов:

 

цилиндрично-конический сосуд

 

питающая насадка

 

песковая насадка

 

сливной патрубок

 

сливная труба

 

Классификация гидроциклонов:

 

цилидроконические гидроциклоны

 

батарейные гидроциклоны

 

стандартные гидроциклоны

 

Производители гидроциклонов:

 

Первоуральский завод горного оборудования

 

НПО Ривс

 

Weir Warman торговая марка Cavex

 

НПК Механобр-техника

 

Усольмаш

 

Завод Ротор

 

Сточные воды очищают в  открытых и закрытых (напорных) гидроциклонах. Открытые гидроциклоны обычно проектируют  для очистки сточных вод от тяжелых примесей. Обычно гидроциклоны применяют в комплексе с другими  очистными сооружениями.

 

Решающее влияние на рабочий  эффект открытого гидроциклона оказывают  физические свойства частиц (размер, форма, плотность и др.), для задержания которых он предназначен, а также  геометрические размеры гидроциклона и гидравлический режим его работы.

 

 

3.1 Напорные гидроциклоны

 

 

В напорные гидроциклоны вода подается через тангенциально направленный патрубок в цилиндрическую часть. В  гидроциклоне вода, двигаясь по винтовой спирали наружной стенки аппарата, направляется в коническую его часть. Здесь основной поток изменяет направление  движения и перемещается к центральной  части аппарата. Поток осветленной  воды в центральной части аппарата по трубе выводится из гидроциклона, а тяжелые примеси вдоль конической части перемещаются вниз и выводятся  через патрубок шлама.

 

Промышленность выпускает  напорные гидроциклоны нескольких типоразмеров. Для грубой очистки применяют  гидроциклоны больших диаметров. При  целесообразности глубокой очистки  сточной воды используют схему последовательного  соединения различных типоразмеров гидроциклонов. При такой сложной  схеме соединения гидроциклонов  подача воды может осуществляться от одного насоса или от ряда насосов, установленных перед последующими гидроциклонами.

 

Применение гидроциклонов  обычной конструкции не всегда приводит к необходимой степени очистки  сточных вод. Поэтому был предложен  ряд новых конструкций усовершенствования напорного гидроциклона. Он отличается от обычного напорного гидроциклона тем, что в нем установлены  коаксиально три сливных патрубка, различных по диаметру и глубине  погружения. Такое расположение патрубков  позволяет работать данному гидроциклону как трем совмещенным гидроциклонам, имеющим различный диаметр, производительность и степень очистки.

 

Твердая частица, попадая  в цилиндрическую часть гидроциклона, под действием центробежных сил  перемещается вдоль стенки и опускается вниз. В центре гидроциклона образуются восходящие потоки легких фракций, которые  удаляются через коаксиально  расположенные патрубки. Чем меньше глубина погружения патрубка, тем  больше и крупнее взвесь идет по нему в слив.

 

Частицы, не вынесенные потоком  через патрубки, оседают на дне  конической части гидроциклона и  удаляются через песковой штуцер.

 

 

3.2 Безнапорный гидроциклон

 

 

Одним из технических приспособлений для очистки сточных вод является безнапорный гидроциклон.

 

Если в предыдущих конструкциях для вращения жидкости в гидроциклоне применяли подачу воды в гидроциклон  по патрубку, расположенному по касательной  в цилиндрической части, то в данном случае проводят отсос воды из гидроциклона по патрубку, расположенному по касательной  внизу конической части гидроциклона. Такое расположение патрубка дает возможность  образовывать внутри гидроциклона вращение жидкости, причем поступление воды из водоема происходит в верхней  части гидроциклона.

 

Собранная с поверхности  воды пленка, попадая в гидроциклон  как более легкая, собирается в  центре гидроциклона. По мере увеличения количества нефтепродуктов в гидроциклоне внутри него образуется конус из нефтепродуктов, который, увеличиваясь в размере, достигает  нефтяного отборного патрубка, расположенного в центре гидроциклона. Нефтепродукты  по этому патрубку сбрасываются в  специальные емкости на берегу водоема. Концентрация воды и нефти в этом потоке может быть различной. Поэтому  в отстойных емкостях происходит гравитационное разделение воды и нефтепродуктов, после чего условно чистую воду сбрасывают в водоемы. Если концентрация нефтепродуктов в сбрасываемой воде велика, то необходимо эту воду пропускать через очистные сооружения.

 

 

3.3 Открытые гидроциклоны

 

 

Открытые гидроциклоны применяют  для выделения из суспензий частиц диаметром >0,1 мкм при очистке  грубодиспергированных примесей.