Методы очистки сточных вод

 

При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации:

 

1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

2) нейтрализация реагентами;

3) фильтрование через нейтрализующие материалы.

 

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. Нейтрализация смешением кислых сточных вод с щелочными. 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.

 

Нейтрализация сточных вод добавлением реагентов

 

Если на промышленных предприятиях имеются только кислые или только щелочные стоки, невозможно обеспечить взаимную нейтрализацию, применяют реагентный метод нейтрализации. Этот метод 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. Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде 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).

Процессы реагентной нейтрализации производственных сточных вод 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 (перед механическим обезвоживанием обратившихся осадков); сооружения для механического обезвоживания осадков, а при их отсутствии - шламовые площадки; места для складирования обезвоженных осадков; устройства химического контроля процессом нейтрализации.

Песколовки предусматриваются при наличии в сточных водах тяжелых механических примесей. Резервуары-усреднители для кислых и щелочных сточных вод выполняются из материалов с антикоррозионной защитой. Их объем определяется в зависимости от графика притока сточных вод и колебаний концентраций кислоты или щелочи. При отсутствии таких графиков объем резервуаров определяется по технологическим данным. Поступающие в резервуары стоки перемешиваются воздухом. При наличии на предприятии одновременно кислых и щелочных стоков учитывается их взаимная нейтрализация.

Для перемешивания реагента 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. Из смесителей сточные воды поступают в камеру реакции, где продолжительность контакта колеблется в пределах 5-30 мин.

Для отстаивания получающейся в результате нейтрализации осадков применяют отстойники, рассчитанные на пребывание в них сточной воды не менее 2 ч. После отстойников осадок обезвоживается на шламовых площадках с дренажем.

 

Ферритизация

 

В последнее время находит применение ферритный метод, как модификация реагентного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью железосодержащих реагентов.

Очистка сточных вод методом ферритизации заключается в сорбции примесей (в т. ч. ионов тяжелых металлов) гидроксидом железа (III), образование ферритов и последующей топохимической реакции захвата сорбированных веществ в кристаллы решеткой феррита. Ферриты тяжелых цветных металлов (Ni, Cu, Zn и др.) в отличие от гидроксидов тех же металлов при обычной температуре практически нерастворимы не только в воде, но и в разбавленных водных растворах сильных минеральных кислот и едких щелочей.

Основным реагентом ферритизационной обработки сточных вод служит гидрат сернокислого закисного железа FeSO4*7H2O, являющихся отходом производства двуокиси титана или травления стали.

 

Главными преимуществами ферритной очистки стоков являются:

 

• возможность одновременного удаления различных ионов тяжелых металлов в одну стадию;
• ионы тяжелых металлов клатратируются в виде кристаллических химически инертных продуктов;
• наряду с растворенными тяжелыми металлами эффективно удаляется диспергированные взвеси и эмульгированные загрязнения;
• процесс не чувствителен к влиянию других солей, которые могут присутствовать в стоках в больших концентрациях.

 

Аппаратурное оформление ферритной очистки отличается простотой, в основе него лежит принцип магнитного выделения ферритов с клатратированными загрязнениями (в т. ч. ионами тяжелых металлов). Главным рабочим узлом ферритной очистки является резервуар-накопитель, снабженный мешалкой и магнитными клапанами для спуска обработанной воды.

Физико-химические методы

 

Физико-химические методы играют значительную роль при очистке производственных сточных вод. Они применяются как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, химическими и биологическими методами. В последние годы область применения физико-химических методов очистки расширяется, а доля их среди др. методов очистки возрастает.

К физико-химическим методам очистки сточных вод относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ.

 

Очистка сточных вод коагуляцией

 

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.

Методы коагуляции 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.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты: сульфат алюминия, железный купорос, гидроксид железа, хлорид железа, хлорид магния, сульфат магния. Кроме названных коагулянтов для обработки сточных вод могут быть использованы различные глины, алюминий-содержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси, шлаки, содержащие диоксид кремния.

Значительный расход коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и последующего складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемых сточных вод не позволяют в большинстве случаев рекомендовать коагуляцию как метод самостоятельной очистки. Коагуляционный метод очистки применяется в основном при небольших расходах сточных вод и при наличии дешевых коагулянтов.

 

Очистка сточных вод флокуляцией

 

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.

В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта.

Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Скорость и эффективность процесса флокуляции зависят от состава сточных вод, их температуры, интенсивности перемешивания и последовательности введения коагулянтов и флокулянтов.

Механизм действия флокулянтов основан на следующих явлениях: адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц; рециркуляции (образование, сетчатой структуры) молекул флокулянта; слипании коллоидных частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса. При действии флокулянтов между коллоидными частицами образуются трехмерные структуры, способные к более быстрому и полному отделению от жидкой фазы. Причиной возникновения таких структур является адсорбция макромолекул флокулянта на нескольких частицах с образованием между ними полимерных мостиков. Коллоидные частицы заряжены отрицательно, что способствует процессу взаимной коагуляции с гидроксидом алюминия или железа. При добавлении активированного силиката увеличивается в 2-3 раза скорость осаждения и повышается эффект осветления.

Процесс очистки сточных вод методами коагуляции или флокуляции включает приготовление водных растворов коагулянтов и флокулянтов, их дозирование в обрабатываемую сточную воду, смешение со всем объемом воды, хлопьеобразование, выделение хлопьев из воды.

Растворение коагулянтов в воде осуществляется в растворных баках с устройствами для барботажа сжатым воздухом интенсивностью 4-5 дм/с на 1 м; площади колосниковой решетки. Применяются также баки с лопастными мешалками для растворения зернистых материалов и с пропеллерными мешалками для растворения кусковых материалов (размером не более 20 мм).

Из растворных баков растворы коагулянтов перекачивают в расходные баки, а оттуда дозируют в обрабатываемую воду с помощью дозаторов различных конструкций. Коагулянты вводят в обрабатываемую сточную воду обычно в виде 1-10%-ных растворов, а флокулянты - в виде 0.1-1%-ных растворов.

Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в смесителях, продолжительность пребывания воды в которых составляет 1-2 мин. Применяют перегородчатые, дырчатые, шайбовые и вертикальные смесители, а также механические смесители с пропеллерными или лопастными мешалками.

После смешения обрабатываемых сточных вод с коагулянтами начинается процесс образования хлопьев, который происходит в камерах хлопьеобразования. Эти камеры могут быть водоворотные, перегородчатые, вихревые, а также с механическим перемешиванием.

 

Очистка сточных вод методом жидкостной экстракции

 

Экстракцией называют процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твёрдых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). В основе метода жидкостной экстракции лежит массообменный процесс, протекающий с участием двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество. Для повышения скорости процесса исходный раствор (сточную воду) и экстрагент приводят в тесный контакт. В результате взаимодействия фаз получается экстракт – раствор извлекаемого компонента в экстрагенте, и рафинат – остаточно исходный раствор (очищенная сточная вода), из которого с той или иной степени полноты удалён экстрагируемый компонент.

Полученные жидкие фазы (экстракт и рафинат) отделяют друг от друга отстаиванием, центрифугированием или другим механическим способом. После этого производят извлечение экстрагируемого вещества из экстракта с целью возврата экстрагента в процесс экстракции путём реэкстракции другим растворителем, а также выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием или осаждением.

В процессе очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов методом жидкостной экстракции металлы переходят в органическую фазу, а за тем в результате реэкстракции – из органической фазы (экстракт) в водный раствор. Таким образом, достигается очистка сточных вод и концентрирование металла, то есть создаются условия для его регенерации (например, электролизом).

Органическая фаза содержит экстрагент и органическую жидкость – растворитель экстрагента (керосин, бензол, хлороформ, толуол и т. д.). В качестве экстрагентов используют органические кислоты, эфиры, спирты и др., а реэкстрагентов – водные растворы неорганических кислот и оснований. Извлечение металлов из водной в органическую фазу проводят тремя способами: