Изложить метод химической очистки сточных вод предприятия и привести схемы очистных устройств

Изложить метод химической очистки сточных вод предприятия  и привести схемы очистных устройств.

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или  могут создать неудобства, делая  воду данных водоемов опасной для  использования, нанося ущерб народному  хозяйству, здоровью и безопасности населения. Главными загрязняющими  поверхностные воды веществами являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые  органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный  азот.[1]

Загрязнение поверхностных и подземных  вод можно распределить на такие  типы:

механическое – повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое – наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

тепловое  – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Очисткой сточной воды является ее обработка различными методами с целью разрушения и извлечения органических и минеральных веществ  до степени, позволяющей сбрасывать такую воду в водотоки и водоемы  или повторно использовать их в производственных и других целях.

Важным элементом очистки  бытовых сточных вод является также ее обеззараживание с целью  удаления вредных веществ и болезнетворных организмов. В этих случаях используется система очистки стоков с применением септика, аэротенков и ультрафиолетовых облучателей.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.[2]

а) Один из видов обработки  сточных вод – реакции нейтрализации. Нейтрализация – химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных  свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора –  с помощью кислот. Поскольку химическая природа отходов может быть различной, то для нейтрализации одного вида отходов необходимо уменьшить кислотные  свойства, а для другого вида отходов  – щелочные свойства. О степени  кислотности или щелочности раствора судят по величине водородного показателя рН. Значение величины рН растворов  различных веществ колеблется от 0 до 14. Небольшие значения рН свидетельствуют  о наличии кислотной среды.

Чтобы контролировать реакцию  нейтрализации, надо знать, какое количество кислоты или щелочи надо добавить в раствор для получения необходимого значения рН. Для этого используют метод титрования, по объему израсходованного титранта вычисляя количество определяемого  вещества.

Самую простую систему  очистки на основе реакции нейтрализации  можно представить в виде измельченного  известняка, на который вылили раствор  кислоты, а осадок собрали в отстойник.

б) Реакции окисления-восстановления. Любая реакция окисления-восстановления есть одновременное окисление одних  компонентов и восстановление других. Наиболее распространенные окислители (кислород или воздух, озон, хлор, перекись водорода, перманганат калия и восстановители (хлорит, сульфат, гидросульфат, диоксид серы, сероводород).

Одним из важнейших окисляющих агентов является хлор, поэтому большинство химических операций со сточными водами начинается с хлорирования, чтобы высокотоксичный хлор к концу реагентной обработки полностью удалялся из воды. Окислительно-восстановительные реакции используются для превращения токсичных веществ в безвредные. [1,2]

Сброс неорганических соединений в пресные водоемы ухудшает качества воды (засоление водоемов), а ряде случаев оказывает неблагоприятное  воздействие на флору и фауну  водоемов и может служить причиной тяжелых заболеваний. Попадание  в воду солей фосфора и азота  приводит к бурному развитию водорослей, особенно сине-зеленых.

В зависимости от состава  неорганических примесей и их концентраций применяют различные методы очистки: реагентные, термические, ионнообменные, электрохимические и др.

Коагуляция - это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты - более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае - жидкости). Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных - гетерокоагуляцией.

Рис. 1. Строение мицеллы

a)x>0.03;   б)x=0; 
А - адсорбционный слой; Б-диффузионный слой; I-ядро

Производственные сточные  воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие Коллоидные частицы размером 0,001 - 0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1 - 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более.

Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления. [1]

Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки  сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной  и других отраслей промышленности. Эффективность коагуляционной очистки  зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и степени  дисперсности; наличия в сточных  водах электролитов и других примесей; величины электрокинетического потенциала. В сточных водах могут содержаться твердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные  минеральные коагулянты.

1. Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозем) А1₂(SO₄)_3× 18H₂O (плотность 1,62 т/м³, насыпная масса 1,05-1,1 т/м³, растворимость в соде при температуре 20⁰С-362 г/л). Процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить при значениях рН=4,5¸ 8. В результате применения сульфата алюминия степень минерализации воды увеличивается. Алюминат натрия NaAlO₂, оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl, полихлорид алюминия [А1₂(ОН)_nСl_6-n]_m(SO₄)_x (где 1<=n<=5m<=10), алюмокалиевые [АlК(SO₄)_{2 ×} 18H₂O] и алюмоаммонийные [Al (NH₄) (SO₄)_{2 ×} 12Н₂О] квасцы имеют меньшую стоимость и дефицитность, чем сульфат алюминия.

2. Соли железа. Сульфат двухвалентного железа, или железный купорос FeSO_{4 ×} 7H₂O (плотность 3 т/м³, насыпная масса 1,9. т/м³, растворимость в воде при температуре 20 °С-265 г/л). Применение процесса коагуляции оптимально при рН>9. Гидроксид железа - плотные, тяжелые, быстро осаждающиеся хлопья, что является несомненным преимуществом его применения. Хлорид железа FeCl_{3 ×} 6H₂O; сульфат железа Fe₂(SO₄)₃ × 9H₂O.

3. Соли магния. Хлорид магния MgCl₂ × 6H₂O; сульфат магния MgSO₄-7H₂O.

4. Известь.

5. Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств. Хлорид алюминия (производство этилбензола), сульфат двухвалентного железа (травление металлов), известковый шлам и др.

Количество коагулянта, необходимое  для осуществления процесса коагуляции, зависит от вида коагулянта, расхода, состава, требуемой степени очистки  сточных вод и определяется экспериментально.

На рис. 2 приведена схема  электрокоагуляционной установки  по очистке производственных сточных  вод, содержащих нефтепродукты и  взвешенные вещества в концентрации соответственно 0,3-7,5 и 0,5-8 г/л. При электрокоагуляции в резервуаре (электрокоагуляторе) через систему плоских стальных электродов, установленных на расстоянии 10 мм друг от друга, пропускается постоянный ток плотностью 0,6 А/дм² под напряжением 10-18 В. При продолжительности контакта сточных вод в электрическом поле 15-30 с и пропускной способности 1,5-3 м³/на 1 м² площади поверхности электродов одного полюса эффективность очистки достигает 99 %. Положительные результаты получены также при обработке сточных вод цеха гальванопокрытий, где расход электроэнергии на 1 м³ обрабатываемой сточной воды составляет 0,4-0,5 кВт-ч.

Рис. 2. Электрокоагуляционная установка

1- подача сточных вод; 2- отстойник; 3 - резервуар-электрокоагулятор; 4 - пакет плоских листовых стальных  электродов; 5 - выпуск обработанных  сточных вод в систему оборотного  водоснабжения; 
6 - выпрямитель электрического тока; 7 - выпуск осадка.

Флотация - это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела 2-х фаз, обычно газа( воздуха ) и воды. [2]

Процесс очистки сточных  вод, содержащих поверхностно активные вещества, нефте продукты, масла, волокнистые  материалы методом флотации заключается  в образовании комплексов частица-пузырек. Всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с  поверхности обрабатываемой воды. Принципиальное отличие способов флотации связано  с насыщением жидкости пузырьками воздуха  определенной крупности.

Метод напорной флотации заключается  в насыщении сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующим  резким снижением давления до атмосферного, выделяемые при этом пузырьки флотируют  частички загрязнения на поверхность  воды.

Пневматические флотационные установки применяются при очистке  сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные к механизмам: насосам, мешалкам и др. Флотация с  подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой  аппаратурного оформления процесса и малыми энергозатратами. Воздух во флотационные камеры подается через  мелкопористые фильтросные пластины, в трубы, насадки, уложенные на дне  полимеры.

На рис.3 показана схема  процесса флотации с выделением воздуха  из раствора.

Рис. 3. Схема процесса флотации с выделением воздуха из раствора

(вакуумной и напорной).

1 - подача сточной воды; 2 - аэратор; 3- деаэратор; 4 - флотационная  камера; 5- механизм сгребания пены; 6 - пеносборник; 7,8 - отвод соответственно  пены и отработанной сточной  воды; 9 - подача воздуха; 10 - насос; 11 - напорный бак (сатуратор).

Сточная жидкость, поступающая  на флотацию, предварительно насыщается воздухом в течение 1-2 минут в  аэрационной камере, откуда она поступает  в деаэратор для удаления не растворившегося  воздуха. Далее под действием  разрежения сточные воды поступают  во флотационную камеру, в которой  растворившийся при атмосферном  давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы  загрязнений в пенный слой. Продолжительность  пребывания воды во флотационной камере 20 мин. а нагрузка на квадратный метр площади поверхности около 200 м ³/сут. Скапливающаяся пена вращяющимися скребками удаляется в пеносборник.