Физико-химические методы очистки сточных вод

Эти методы используются для удаления из СВ монодисперсных взвешенных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ. Они применяются как самостоятельно, так и в сочетании с механическими и биохимическими.

Коагуляция - введение в сточные воды коагулянтов (солей аммония, железа, меди, шламовых отходов и т.п.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются. Коагуляция широко применяется для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной отраслей промышленности. В процессе механической очистки из сточных вод в основном удаляются частицы размером более 10 мкм, а мелкодисперсные и коллоидные агрегаты в них остаются. Производственные сточные воды, прошедшие сооружения механической очистки, представляют собой агрегативно устойчивую систему. При введении в сточную воду коагулянтов или коагулянтов совместно с флокулянтами агрегатная устойчивость нарушается, образуются борее крупные агрегаты частиц (хлопья), которые удаляются из сточных вод механическими методами. Расход коагулянта зависит от его вида, атакже состава и требуемой степени очистки сточных вод и составляет 0,1-5 кг/м³ сточных вод. В процессе коагуляции образуется значительный объем рыхлого хлопьевидного осадка (до 10-20 % объема обрабатываемой сточной воды), что вынуждает применять коагуляционные методы очистки при небольших расходах сточных вод и при наличии дешевых коагулянтов. Эффективность очистки может достигать 90-95 %. В практике находит применение и метод электрохимического коагулирования с использованием электродов, изготовленных из железа или сплавов алюминия. Металл анода под действием постоянного тока ионизируется и переходит в сточную воду, частицы загрязнений которой коагулируют образовавшимися труднорастворимыми гидроксидами алюминия или железа.

Флокуляция- процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. 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 процесс коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев. Механизм действия флокулянтов основан на следующих явлениях: адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц; ретикуляции (образование сетчатой структуры) молекул флокулянта; слипания коллоидных частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса. Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой; хлопьсобразование и осаждение хлопьев (рис. 46).

Адсорбция- способность некоторых веществ (бентонитовые глины, активированный уголь, цеолиты, силикагель, торф и др.) поглощать загрязнения. Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и т. д. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Рис. 46. Схема установки для очистки коагуляцией: 1 - емкость для приготовления растворов; 2 – дозатор; 3 – смеситель; 4 - камера хлопьеобразования; 5 – отстойник.

Адсорбционная очистка сточных вод может быть регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80-95 % и зависит от природы адсорбента, величины его поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе. В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок. Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдосжиженном слое на установках периодического и непрерывного перемешивания. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц размером 0,1 мм и меньше.

Обычно сорбционная установка представляет собой несколько па-|раллельно работающих секций, состоящих из трех-пяти последовательно расположенных фильтров. При достижении предельного насыщения головной фильтр отключается на регенерацию, а обрабатываемая вода подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр включается в схему очистки уже в качестве последней ступени.

Флотацияприменяется для очистки производственных сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, нефть, нефтепродукгы, масла, волокнистые частицы. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фаз, всплытии этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удаление образовавшегося пенного слоя. Примененне того или иного способа флотации зависит от состава сточных вод, необходимой степени очистки и обосновывается технико-экономическими расчетами. Наиболее широко применяется напорная флотация (рис. 47), позволяющая обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 4 - 5 г/л и более. При напорной флотации сточные воды насосом подаются в напорный бак. Насыщенная воздухом вода из напорного бака поступает во флотационную камеру, где выделяющиеся из сточной воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмами для cгребания пены в пеносборники. Продолжительность флотации составляет 15-30 мин, глубина камеры не менее 3 м. Пропускная способность флотаторов до 1000 м³/ч.

Рис. 47. Схема установки напорной флотации: 1– емкость; 2 – насос;
3 - напорный бак; 4- флотатор.

Экстракиионный метод очисткипроизводственных сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Его целесообразно применять при относительно высоком содержании в сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (фенолы, жирные кислоты).

В процессе экстракции экстрагент вводится в обрабатываемую воду, причем после достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте с подходящим коэффициентом распределения значительно превышает остаточную концентрацию в сточной воде. Экстракт (экстрагент с растворенным веществом) отделяется от обработанной сточной воды, а затем с помощью различных методов осуществляется отделение экстрагируемого вещества, которое утилизируется, а экстрагент вновь возвращается в технологический процесс.

Метод ионного обменамежду ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующнми на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть), радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до предельно-допустимых концентраций вредных веществ и использоваться в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

Обратный осмос и ультрафильтрация.Обратным осмосом и ультрафильтрацией называют процессы фильтрования раствора через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества. При обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеров молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отдельных частиц на порядок больше. От обычной фильтрации такие процессы отличаются отделением частиц меньших размеров. Давление, необходимое для проведения процесса обратного осмоса (6 - 10 МПа), значительно больше, чем для процесса ультрафильтрации (0,1 - 0,5 МПа). Обратный осмос широко используется для обессоливания воды в системах водоподготовки ТЭЦ и предприятий различных отраслей промышленности (полупроводниковой, медицинской и др.). Эффективность процесса зависит от свойств применяемых мембран. Они должны обладать следующими свойствами: высокой разделяющей способностью (селективностью), большой удельной производительностью (проницаемостью), устойчивостью к действию среды, достаточной механической прочностью, низкой стоимостью.

Электрохимические методы.Современные методы очистки воды путем воздействия электрических полей подразделяются на электрокоагуляционные, электрофлотационные, электрохимические, электрофоретические. электроосмотические, электродиализные и элсктроразрядные.

Электрокоагуляцияоснована на укрупнении примесных частиц при прохождении загрязненной воды между электродами, на которые накладывается постоянное напряжение. Коллоидные частицы ориентируются вдоль силовых линий поля и соединяются. Кроме того, при прохождении постоянного тока происходит электролиз воды с образованием ионов водорода ОН^- на катоде и растворением металла анода (Al, Fе, Zn). Образующиеся гидроксиды металлов, как и при химической коагуляции, захватывают в свою структуру и адсорбируют на поверхности мелкодисперсные примеси и расгворенные вещества.

Электрофлотация- использование газов, выделяющихся при электролизе на электродах, для удалсния взвешенных в воде примесей. При этом, измеряя плотность тока, можно легко регулировать размеры возникающих пузырьков и необходимую глубину очистки. Поэтому схемы элсктрофлотационных установок просты и разнообразны. Применсние элсктрофлотации эффективно для очистки небольшого количества вод, сильно загрязненных маслами, целлюлозой, гидроксидами металлов и др.

Электрофоретические методыприменяются для удаления из воды отрицательно заряженных частиц примеси. Наличие отрицательного заряда частиц в присутствии электрического поля препятствует их коагуляции. Это обстоятельство и определяет области применения электрофореза в противоположность элсктрокоагуляции и электрофлотации

Электроосмос- движение жидкости через капилляры пористых перегородок под действием электрического поля, в результате чего происходит уменьшение содержания примесей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: