Химические методы очистки сточных вод

При работе электролизера  необходимо свести к минимуму распад образованного NaClO. Для этого следует  процесс электролиза проводить  при низкой температуре и большой  плотности тока на аноде, воздерживаясь  от перемешивания электролита в  ванне.

В СНГ серийно изготовляются электролизеры непроточного типа марки ЭВ. На станции необходимо иметь не менее трех электролизеров, которые устанавливают в сухом отапливаемом помещении. В электролизной ванне должны быть трубопроводы для водяного охлаждения, над электролизером устанавливают зонт вытяжной вентиляции.

Концентрация рабочего раствора соли в электролизной ванне  принимается 100...120 г/л, высотное расположение электролизера должно обеспечить поступление  раствора NаСlO в бак-накопитель самотеком. Бак-накопитель размещают в вентилируемом помещения, дозировка раствора гипохлорита в воду происходит эжектором, насос-дозатором или другим устройством для подачи растворов и суспензий.

2.4 Перехлорирование и дехлорирование, с аммонизацией

Хлорирование воды с  повышенными дозами перед очистными сооружениями называют перехлорированием. Метод применяется в условиях, когда микробиологические свойства воды быстро и в больших пределах меняются, а также при высокой цветности природной воды, большом содержании в воде органических веществ и планктона. Перехлорирование используют в системах технического водоснабжения как средство против образования биологической пленки. Целесообразность применения перехлорирования в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения необходимо решить на основе технологических исследований и анализов. При этом надо особо принимать во внимание возможность образования хлорорганических соединений (тригалогенметанов). Это результат хлорирования воды, содержащей много органических веществ. Тригалогенметаны (хлороформ  и другие соединения) - канцерогенные вещества, содержание которых в питьевой воде во многих странах нормируется стандартом. В частности, Всемирная ассоциация здравоохранения рекомендует норму 30 мг/л. Для предотвращения образования хлорорганических веществ при подготовке хозяйственно-питьевых вод рекомендуется отказаться от введения хлора до очистных сооружений (первичное хлорирование), заменить С1₂ на ClO₂ или О₃, использовать окислители в комбинации c сорбентами. Например, по схеме: О₃ - активный уголь - вторичное хлорирование.  

Для обеспечения требуемого содержания в воде остаточного хлора после  перехлорировання, а также в других случаях необходимо воду дехлорировать. С этой целью применяют физические и химические способы.

При физических способах избыток активного хлора выделяется из воды сорбентами или аэрированием. Используют угольные фильтры с толщиной слоя угля 2,5 м при скорости фильтрования 20...25 м/ч. Аэрирование дает положительные результаты при рН<5 и небольшом количестве удаляемого хлора. Поскольку многие соединения хлора не улетучиваются, эффективность аэрирования низка.

При химическом дехлорировании избыточный активный хлор связывается  с сульфитом натрия или двуокисью  серы.

Как известно, хлорамины  по сравнению с молекулярным хлором органолептически менее ощутимы, их действие более долговременное, при наличии в воде фенолов они не образуют хлорфенольных запахов. С этой целью иногда целесообразно хлорировать с аммонизацией, т. е. подать в воду дополнительно к хлору аммиак. Технология аммонизации воды аналогична хлорированию жидким хлором. Аммиак также прибывает на станцию в баллонах в сжиженном виде. При реакции NH₃ с хлорноватистой кислотой в воде образуются моно- и дихлорамины. Следует учесть, что добавкой аммиака можно сэкономить до 60% хлора, израсходованного для обеззараживания. NH₃ и Cl₂ перемешиваются в пропорции 1:4...1:10.

Если цель аммонизации - предотвращение образования хлорфенольного запаха, аммиак добавляется в воду за 2... 3 мин до введения хлора (переаммонизация), если цель--снижение интенсивности хлорного запаха и привкуса, а также продление бактерицидного действия хлора, то аммиак добавляется после хлорирования (постаммонизация).

2.5 Озонирование воды

Озон (О₃) -более сильный окислитель, чем диоксид хлора или свободный хлор. В природе озон образуется из кислорода в верхних слоях атмосферы под действием солнечной радиации. Температура испарения озона при 0,1 МПа составляет - 111,9°С, температура плавления при этом же давлении - 192.5° С.

Растворимость О_з в воде при 0°С и атмосферном давлении составляет 1,09 г/л. Растворимость О_з быстро снижается с повышением температуры и при 60 °С практически равняется нулю. Масса 1 л газа - 2,144 г.

Синтетическим путем  озон получают при коронном (тихом) разряде, который образуется в узком  слое воздуха между электродами высокого напряжения (5...29 кВ) при атмосферном давлении. Соответствующие аппараты называются генераторами озона или озонаторами. На практике применяют озонаторы двух типов с пластинчатыми электродами н цилиндрические озонаторы с трубчатыми электродами.

Коронный разряд сопровождается выделением теплоты, поэтому озонаторы  должны быть оборудованы системой водяного охлаждения. Выход озона зависит  от температуры воздуха, подаваемого  в область коронного разряда. Поскольку с повышением температуры увеличивается распад О_з, то подаваемый воздух должен быть холодным, а также чистым и сухим. Как правило, выход озона составляет 10...20% от содержания в воздухе кислорода.

Озонаторная установка  состоит из узла подготовки воздуха, озонатора, контактной камеры и трансформатора. Расход электроэнергии на получение озона, а тем самым себестоимость озонирования во многом зависит от подготовки воздуха. В процессе подготовки воздух очищается, сушится и охлаждается. В современных озонаторах на изготовление 1 кг О₃ расходуется 20...30 кВт-ч электроэнергии, из которых на озонатор приходится 14...18 кВт-ч. Необходимое количество воздуха на получение 1 кг озона составляет 70...80 м³.

Осушение воздуха происходит в одну стадию при высоком давлении или в две стадии при низком давлении.

В первом случае давление воздуха составляет 0,5 ... 1,0 МПа. Воздух пропускают через теплообменник  с водяным охлаждением и автоматическую сушилку, представляющую собой фильтр, заполненный адсорбентом (например, активированным оксидом алюминия).

Двухстадийная сушка  происходит под давлением поступающего воздуха примерно 0,07 МПа и характерна для озонаторных установок большой  производительности. В данном случае между водяным теплообменником  и автоматической сушилкой установлен охладитель второй ступени - фреоновая холодильная установка.

Озонирование воды заключается  в ее перемешивании с озоновоздушной смесью в контактных камерах ври  времени контакта 5...20 мин. О₃ относится к малорастворимым газам, поэтому технология диспергирования озоновоздушной смеси в воду и конструкция контактной камеры имеют большое значение для эффективного использования и снижения потерь озона. Способы диспергирования озоновоздушной смеси можно классифицировать в три группы: подача газа в контактные колонны через пористые плиты (трубы) или перфорированные трубы; использование эжекторов; применение механических турбин и прочих диспергирующих устройств механического действия. Наиболее широко применяют способы первой группы, причем контактные колонны обычно противоточного типа - обрабатываемая вода подается сверху вниз, озон снизу вверх.

Озон является универсальным  реагентом, поскольку может быть использован для обеззараживания, обесцвечивания, дезодорации воды, для удаления железа и марганца. Озон разрушает соединения, не подчиняющиеся воздействию хлора (фенолы). Озон не придает воде запаха и привкуса. При этом он обладает сильными коррозионными свойствами, токсичен. Допустимое содержание О₃ в воздухе помещений 0,0001 мг/л. Озон может разрушать некоторые органические вещества, не окисляя их до конца. В результате в трубопроводе озонированной воды может повышаться интенсивность бактериальной жизнедеятельности. Главный недостаток озона - кратковременность действия, отсутствие остаточного озона. Таким образом О₃, первоначально использованный вместо хлора для обеззараживания воды н подаваемый в воду в конце технологической схемы, все чаще используется как вещество для очистки воды.

В таком случае озон подается в воду до основных очистных сооружений, причем обеззараживание выполняется либо только хлором, либо воду хлорируют после обеззараживания озоном для образования в воде требуемого остаточного хлора.

Эффективность озонирования зависит от количества и свойств  загрязняющих воду веществ, от дозы О₃, температуры и рН воды, от применяемого метода диспергирования озоновоздушной смеси в воду.

Доза озона и оптимальная  схема озонирования определяются на основе предварительных технологических  исследований. При отсутствии соответствующих  данных СНиП рекомендует для озонирования подземных вод принимать дозу О₃ 0.75...1.0 мг/л, для озонирования профильтрованных вод - 1... 2 мг/л.

Озонирование используется и для доочистки сточных вод. При этом расчетная доза О₃ принимается 2 ... 4 мг на 1 мг загрязнителя (нефтепродуктов, фенолов, ПАВ).

При доочистке биологически очищенных городских сточных вод с дозой озона 20 мг/л ХПК снижается на 40%, БПК₅ на 60...70%, ПАВ на 90%, окраска воды на 60%. Одновременно происходит обеззараживание воды.

В мировой практике наибольшую известность и распространение получили французские озонаторы фирмы «Трейлигаз».

2.6 Применение окислитилей и сорбентов для дезодорации воды и удаления токсичных веществ

По мере общего ухудшения  качества природных вод все больше приходится заниматься удалением веществ, придающих воде привкусы и запахи, а также токсичных веществ.

Как известно, мутность воды обусловлена содержанием нерастворенных, прежде всего грубодисперсных минеральных  примесей; цветность -содержанием минеральных  и органических соединений, причем главную роль играют коллоиды органического происхождения, планктон и другие вещества. Появление в воде привкусов и запахов вызывают минеральные растворенные и коллоидные вещества (сероводород, хлор, железо), а также органические соединения. К последним (относятся продукты биологических процессов, происходящих в самих водоемах, вещества, поступающие в водоемы в результате смыва почв и со сточными водами. В результате смыва с полей ядохимикатов и размыва промышленно загрязненных почв, а также со сточными водами в водоемы попадают токсичные вещества.

Выбор метода дезодорации  воды зависит от происхождения запахов  и привкусов. Если причиной являются минеральные растворенные и коллоидные вещества, проблема решается деминерализацней, обезжелезиванием, дегазацией воды. Однако основной вопрос дезодорации - вопрос удаления из воды растворенных органических веществ. Это требует специальной обработки воды. С данной проблемой тесно связана проблема удаления из воды токсичных веществ, находящихся там, как правило, в микроконцентрациях.

В настоящее время находят применение в основном методы окисления и сорбции, причем хорошие результаты дает их комбинирование (окислительно-сорбционный метод).

Из окислителей широко используют хлор и хлорсодержащие реагенты, озон, перманганат калия. Выбор реагента, его дозы и схемы реагентной обработки следует решить на основе технологических исследований. Ориентировочно можно дозу окислителя определить исходя из перманганатной окисляемости воды.

Как правило, окислители разрушают органическое вещество в  органолептически менее ощутимые, а также менее токсичные соединения. Но имеются и такие вещества, например некоторые фосфорорганические пестициды, при которых неполное окисление может привести к  усилению запахов и привкусов и образование токсичных веществ.

Наиболее распространенным и дешевым окислителем является хлор, при котором, однако, надо учесть возможность появления в воде запаха и привкуса хлора, а также нежелательных соединений (хлорфенолы).

О₃ и КМnО₄- сильные окислители, они не придают воде дополнительных запахов и привкусов. Для КМnO₄ необходимо принимать во внимание высокую цену и дефицитность реагента. Кроме того, требуется высокая точность дозировки, чтобы исключить опасность попадания в очищенную воду остаточного марганца (допустимая концентрация всего 0,1 мг/л). Озон, как было сказано, может в результате неполного окисления органических веществ вызвать интенсификацию бактериальной жизнедеятельности в воде после очистных сооружений.

Учитывая вышеупомянутые трудности, применение сорбентов для  удаления из воды растворенных органических веществ и токсичных соединений является более предпочтительным методом. Их большое преимущество в том, что они не разрушают вещества, поэтому отпадает опасность появления нежелательных продуктов деструкции. Особенно эффективно связывать с сорбентами гидрофобные соединения, например, фенолы и другие слабые органические электролиты. Лучше сорбируются при этом вещества в молекулярном виде, хуже - ионы.

В водоподготовке в качестве сорбента применяются активные угли, получаемые путем активации углеродсодержащих материалов (каменные угли, антрацит, торф, промышленные отходы). Активация заключается в термохимической обработке дробленого и отсортированного материала, в результате чего улетучивающиеся компоненты удаляются, материал уплотняется и приобретает микропористую структуру. Существуют два способа сорбционной обработки  - добавка активного угля в виде реагента (углевание воды) и фильтрование воды через слой гранулированного, зернистого сорбента в сорбционных фильтрах.