Методы очистки сточных вод промышленности

Решетки для предварительной очистки необходимо предусматривать на всех очистных станциях. Конструкции решеток, применяемых для процеживания производственных сточных вод, аналогичны используемым на городских очистных сооружениях.

Для  выделения  мелких  взвешенных  веществ  чаще  всего  применяют барабанные сетки с ячейками 0,5 × 0,8 мм. Для удаления волокна из сточных вод предприятий используют волокноуловители разных конструкций.

Волокноуловитель дискового типа (рис. 18.3) предназначен для извлечения волокнистых загрязнений из сточных вод предприятий шерстяной промышленности.

 

Поступающие сточные воды через распределительное устройство 2 изливаются на поверхность фильтрующего  диска  3.  Вода  процеживается  и  стекает  в  отводящий канал  4.  Волокна,  отлагающиеся  на  поверхности  фильтрующего диска, отделяются устройством 5 и направляются на транспортер 6 для последующей утилизации. Эффективность задержания волокна достигает 80%.

Существенным недостатком дискового волокноуловителя является необходимость создания значительного перепада уровней воды в поступающем и отводном каналах.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2Химическая очистки сточных вод

 

Эти методы применяют для удаления растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения, а иногда и для дополнительной очистки сточных вод до или после биологической очистки. Наиболее часто с помощью химической очистки удаляют ионы тяжелых металлов. Основными приемами химических методов очистки сточных вод являются нейтрализация, окисление- восстановление о осаждение малорастворимых соединений.

Нейтрализация применяется для обработки производственных сточных вод, содержащих щелочи и кислоты. Предварительная нейтрализация указанных вод является обязательной процедурой перед сбросом их в водоём.

Реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и гидроксид- ионами, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях:

                                  Н+ + ОН→Н2О .

Рациональным является взаимное объединение кислых и щелочных стоков , если при этом не происходит выпадения осадков в трубах и, как следствие, засорения сети.

В целях нейтрализации кислых вод применяют щелочные реагенты: известь CaO, гашеную известь Ca(OH)2 , кальцинированную соду Na2CO3 ,каустическую соду NaOH, аммиачную воду, а также фильтрование через нейтрализующие материалы природного происхождения: известняк СаСО3 ,доломит СаСО3 ∙MgCO3 и др.

При нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту, её концентрация не должна превышать 1,5 г/л, т.к. при большей концентрации поверхность нейтрализующих материалов покрывается плотным слоем малорастворимого гипса CaSO4 ∙ 2H2O,и процесс нейтрализации прекращается.

Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяются серная, соляная и азотная кислоты. В ряде производств используют также выбросные газы, содержащие CO2 ,SO2 ,NO2 ,N2 O3 и др., в частности, дымовые газы. При этом происходят нейтрализация сточных вод и одновременная очистка производственных газовых выбросов от токсичных компонентов, что характерно для ресурсосберегающей и малоотходной технологии. Преимуществом подобной технологии также является исключение кислот для нейтрализации и возможность создания бессточной системы водопотребления. Схема такого нейтрализатора с мешалкой представлена на рис.[5]

 

Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами использована в ряде производстве, в том числе и асбестоцементном производстве.

Окисление и восстановление как метод очистки применяется для обезвреживания промышленных сточных вод от цианидов, сероводорода, сульфидов, соединений ртути, мышьяка, хрома. В процессе окисления токсичные загрязнения переходят в менее токсичные. В качестве окислителей обычно используют хлор, диоксид хлора, гипохлориты натрия и кальция, перманганат калия, дихромат калия, пероксид водорода и др.

При хлорировании водных растворов цианидов, отличающихся весьма высокой токсичностью, процесс проводят в щелочной среде(рН≥9). Вначал цианиды переходят в цианаты:

                          CN+ 2OH+ Cl2 →CNO +2Cl +H2O,

а последние превращаются в молекулярный азот и диоксид углерода:

                    2CNO+4 OH + 3Cl2 →CO2+ 6Cl + N2+H2O .

Аналогично протекает окисление цианидов в присутствии производных хлора- гипохлоритов натрия и кальция.

Озон, в силу своей высокой окислительной способности, уже при нормальной температуре разрушает многие органические компоненты сточных вод. Благодаря озонированию одновременно происходят обесцвечивание и обеззараживание сточной воды, а также насыщение ее кислородом.[5]

Эффективность озонирования существенно повышается, а следовательно, сокращается и длительность процесса очистки, если совместно использовать ультразвук или УФ- облучение и озон.

Подобно хлору, озон энергично реагирует с цианидами в слабощелочной среде:

CN-+O3 →CN+O2 ↑

2CN- +H2 O+3O3 →2HCO- 3 +3O3 ↑+N2

Методы восстановительной очистки сточных вод применимы в тех случаях, когда они содержат легко восстанавливаемые вещества, в частности восстанавливают до металлической ртути, которую отделяют от воды отстаиванием или фильтрацией. Восстановителями служат сероводород, аллюминевая пудра, железный порошок, сильфид железа. Для восстановления шестивалентного хрома(Cr2 O2- 7) используют сульфат железа(II),диоксид серы, водород, отходы органических веществ, например газетную бумагу.

Ионы тяжелых металлов: цинка, меди, ртути, кобальта, кадмия, мышьяка, свинца и хрома можно удалить из промышленных сточных вод, переводя их в малорастворимые соединения с последующим отделением осадка от воды. Осаждение проводят в виде гидроксидов, карбонатов или сульфидов, характеризующихся низкими значениями произведений растворимости. В качестве раегентов-окислителей применяют гидроксиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфид натрия. При добавлении к сточной воде Ca(OH)2 или NaOH образуются гидроксиды соответствующих тяжелых металлов:

 

                              Men+ +n(OH)- →Me(OH)n ↓

Значение рН, соответствующие началу и окончанию осаждения некоторых металлов, представлены в таблице:

 

 

 

 

                                          табл.Величины рН осаждения гидроксидов  металлов

Вид катиона загрязнителя	Начало осаждения при исходной концентрации осаждаемого иона 0,01 М	Полное осаждение
Fe2+	7,5	9,7
Fe3+	2,3	4,1
Zn2+	6,4	8,0
Cr3+	4,9	6,8
Ni2+	7,7	9,5
Al3+	4	5,2
Cd2+	8,2	9,7

Примечание: Величина рН полного осаждения соответствует остаточной концентрации иона металла 10-5 М/л

 В случае использования реагентов, содержащих соду Na2 CO3 , тяжелые металлы осаждаются не только в виде гидроксидов,но и виде гидроксид- карбонатов. Например:

2ZnCl2+ 2Na 2CO3+ H 2O→4NaCl+ CO2↑+ (ZnOH)2CO3↓

2Cu2++ CO32-+ 2OH-→(CuOH)2CO3↓

2Ni+CO32-+OH-→(NiOH)2CO3↓

Pb2++CO2-3+2OH-→(PbOH)2CO3↓

В том случае, когда требуется глубокая степень очистки  сточных вод, тяжелые металлы рекомендуется выделять в виде сульфидов:

Me2++S2-→MeS↓,

растворимость которых ниже растворимости соответствующих гидроксидов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3Физико- химическая очистка сточных вод:

Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц( твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ. Они применяются как самостоятельные , так и в сочетании с механическими и биологическими методами. В последние годы область применения физико- химических методов очистки расширяется, причем они наиболее эффективны при локальной очистке сточных вод промышленности предприятий.

Коагуляция- процесс укрепления дисперсных частиц загрязняющих веществ в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Укрепление происходит под влиянием добавляемых коагулянтов, чаще всего солей алюминия и железа: сульфата алюминия, гидроксохлорида и хлорида железа. Их расхрд составляет 0,1-5 кг на кубометр сточных вод. Коагулянты в воде гидролизуют с образованием хлопьев гидроксидов металлов:

                              Me3++3HOH→Me(OH)3↓+ 3H+,

которые медленно оседают, захватывая тонкодиспергированные( взвешенные) частицы загрязняющих веществ

Однако решающим является следующее обстоятельство. Как известно, коллоидные частицы загрязняющих веществ имеют слабый отрицательный заряд. При добавлении к сточной воде электролита- коагулянта положительно заряженные ионы его Me3+ (Al3+ или Fe3+ ) нейтрализуют электрический заряд коллоидных частиц, что приводит к дестабилизации коллоидной системы и агрегированию высокодисперсных частиц в более крупные конгломераты- взвеси.

Флокуляция- процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Таким образом, введение флокулянтов в сточные воды позврляет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, а с другой- уменьшить продолжительность процесса хлопьеобразования и повысить скорость их осаждения. Применяют природные(крахмал, декстрин) и синтетические( полиакриламид, активный диоксид кремния) флокулянты.

Перспективным методом очистки сточных вод от хрома и других тяжелых металлов, а также от цианидов является электрокоагуляция- процесс образования нерастворимых гидроксидов при прохождении сточных вод через электрокоагулятор. Этот аппарат оснащен блоком электродов, изготавливаемых, как правило, из стали или сплавов алюминия. На электроды подается постоянный ток 3-5В. Под влиянием электрического поля, с одной стороны, дисперсные системы сточных вод становятся менее устойчивыми, а с другой- они коагулируют с трудно растворимыми гидроксидами железа или алюминия, которые возникают п переходят в воду с электродов. Далее сточные воды поступают в отстойники, где в течение 30-45 мин образуются агрегаты размером 500-1000мкм, которые в дальнейшем выпадают в осадок.

Флотация применяется для очистки производственных сточных вод от нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются: нефти, нефтепродуктов, масел,жиров, волокнистых частиц. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков( чаще воздушных), прилипании частиц примеси к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удалении образовавшегося пенного слоя.[5]

Возможность образования флотационного комплекса «частица- пузырек», скорость процесса образования и прочность связи, продолжительность существования комплекса зависят от природы частиц, а также от характера взаимодействия реагентов с их поверхностью и от способности чпстиц смачиваться водой.

Поверхностно- активные вещества(ПАВ) как реагенты- собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т.е. делают гидрофобными. В качечтве реагентов- собирателей используют жирные кислоты и их соли, меркапканы, амины, ксантогенаты, алкилсульфаты и др.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков воздуха. Оптимальный размер пузырьков находится в интервале 15-30 мкм. Размер частиц зависит от плотности материала и составляет 0,2-1,5 мм.

Различают методы флотационной обработки сточной воды: перенасыщенные сточной воды воздухом и механическую.

Флотацию за счет перенасыщения сточной воды воздухом подразделяют на вакуумную и напорную. При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэроционной камере, а затем направляют во флатационную камеру, где вакуум- насосом поддерживается разрежение 30-40кПа(225-300 мм РТ.ст). Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 мин. Концентрация взвешенных частиц не должна превышать 300 мг/л.

Напорная флотация протекает в две стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давления до атмосферного. Напорные флотационные установки позволяют обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнения до 5г/л при производительности от 5 до 2000 м3/ч.

Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сгребания пены в сборники.

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными при небольшой их концентрации. Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ПАВ, красителей, ароматических нитросоединений и др. Достоинствами метода являются высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперация этих веществ.

  Ионный обмен применяется для извлечения из сточных вод тяжелых металлов(цинка, меди, хрома, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианидов и радиоктивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой очистки воды.

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать собственные ионы на другие ионы в растворе.

Электрохимическая очистка применяется для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей; к ней относятся:        1) разложение нежелательных примесей за счет анодного окисления и катодного восстановления;

2)удаление растворенных неорганических  соединений с использованием  полупроницаемых мембран(электродиализ);

3)разложение примесей путем  электролиза с использованием  растворимых анодов и получение  нерастворимых соединений, выпадающих  в осадок.

Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду.[5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4Биологическая  очистка сточных вод: