3.1 Выбор метода очистки сточных вод. Физико-химическая очистка. Физико химические методы очистки сточных вод

Физико химические методы очистки сточных вод: ообщая характеристика

Для очистки сточных вод применятся различные методики. Это могут быть механические процессы фильтрации и отстаивания, биологические процессы разложения и окисления стоков. Помимо указанных способов, большой эффективностью отличаются физико-химические методы.

Существует множество физико-химических методов очистки сточных вод

Физическая и химическая очистка сточных вод отличается большим разнообразием способов, каждый из которых активно применяется при определённых условиях. Что же подразумевается под этим способом очистки с использованием технологий, законов и материалов физики и химии во взаимодействии и сочетании? Какие методы могут быть использованы для удаления загрязнений?

Понятие и общая характеристика

Задачи физико-химических методов:

Удаление мелкодисперсных твёрдых элементов.
Выведение растворённых веществ неорганического характера.
Расщепление трудноокисляемых элементов.
Разложение органики.

Рассматриваемые методы должны включать три функции: нейтрализацию, окисление и восстановление. Физико-химические методы эффективно применяются, когда вода загрязнена трудноудаляемыми загрязнениями или необходима глубокая очистка жидкости.

Преимущества:

Тщательная очистка.
Эффективно разрушаются неокисляемые токсины.
Нечувствительность к изменению нагрузок поступления стоков.
Применяемые технологии и средства позволяют полностью автоматизировать процесс.
Для проведения мероприятий удаления загрязнений нет необходимости в резервуарах больших размеров.
Возможность рекуперации веществ (улавливание и возвращение в рабочий цикл после первичного применения).

Недостатки:

Применение некоторых технологических способов приводит к реакциям, при которых образуются побочные продукты с токсичными параметрами.
Необходимость применения достаточно дорогостоящего оборудования и материалов.

Виды физико-химической очистки:

флотация;
ионизация;
коагуляция;
флокуляция;
абсорбция;
экстракция;
сорбция;
диализ.

Физико-химические методы очистки чаще всего применяются в процессах промышленного производства. Очистные сооружения системы централизованных канализационных сетей имеют в своей структуре блоки, где используются физико-химические способы удаления загрязнений. Использование таких очистных видов нерационально на частном уровне или в системах автономной канализации.

Физико-химические методы не используются в качестве самостоятельных методов. На очистном сооружении не применяется весь комплект методов: в зависимости от задач выбирается одна или несколько технологий, которые способны решить задачи очистки с учётом особенностей и состава стоков. Использованию физических и химических методов предшествует механическая очистка, а после или параллельно эффективно применяются биологические способы.

Выбор метода зависит от сферы применения сточных вод, их объема и степени загрязнения

Выбор конкретного метода зависит от сферы применения, характера загрязнений стоков и их объём. Для эффективного применения каждого вида нужно учитывать технические и санитарные требования для конкретного случая.

Коагуляция

Коагуляция – сгущение определённых элементов и частиц в жидкости, формирование крупных образований из мелкодисперсных частиц. Метод подразумевает добавление в жидкость активных коагулянтов, которые провоцируют процессы формирования крупных соединений.

Чаще всего коагуляционные структуры, образованные в результате применения метода, выпадают в осадок. В качестве коагулянтов могут применяться определённые виды солей или металлы. Формирование образований может быть однородным или неоднородным.

Метод коагуляции активно применяется в качестве этапного вида очистки на сооружениях промышленных предприятий. После этапов механической очистки жидкость приобретает стабильный состав, её структура нарушается за счёт добавления коагулянтов, которые выводят загрязнения в осадок.

Реакция сцепления активизируется за счёт механического перемешивания в резервуарах. После завершения реакции, стоки отправляются на механическую очистку, где осадок и крупные образования веществ эффективно удаляются.

Разновидностью метода является электрохимическая коагуляция. Для её реализации используются алюминиевые или медные электролиты, на которые подаётся постоянный электрический ток.

Коагуляция — эффективный метод удаления загрязнений. При её применении ХПК снижается на 75%, мутность – до 90%, количество бактерий – на 80%. Крупнодисперсные частицы коагулируют лучше. Они захватывают не только однородные элементы, но и тянут с собой более мелкие частицы. Округлые частицы подвергаются сгущению хуже, чем вытянутые.

Флокуляция

Флокуляция – разновидность коагуляционных процессов, характеризующаяся образованием во взвешенной среде жидкости из мелких частиц флоккул (рыхлых хлопьеобразных образований).

Структура флокуляционной системы

Структура флокуляционной системы:

Резервуар-отстойник.
Флотационная камера.
Лодки по забору жидкости в камеру (кольцевые и радиальные).
Насос.
Воздухораспределительная ёмкость.
Трубы, подающие и выводящие жидкость из системы.
Линия возврата насыщенной кислородом жидкости в отстойник из воздухораспределителя.
Линия подачи сжатого воздуха в воздухораспределитель.

В качестве флокулянтов применяются высокомолекулярные соединения. Они подразделяются на два вида: органические (целлюлоза, крахмал) и неорганические (полиакрилы, полиэтилен). Используются анионные (анод с положительным потенциалом), катионные (катод с отрицательным показателем) и неионогенные флокулянты.

После завершения реакции очищенная жидкость выводится дальше, а образовавшиеся хлопья убираются с помощью механических приспособлений. Скорость протекания процессов образования хлопьев зависит от нескольких факторов: последовательности добавления реагентов, характер перемешивания, температурной среды, степени загрязнённости жидкости.

Сорбция

Сорбционная очистка – поглощение жидким или твёрдым телом (сорбентом) различных видов загрязнений (сорбатов). Разновидностями этого метода является адсорбция (поглощение сорбентом поверхностных слоёв сорбата, без глубокого проникновения по всему объёму) и абсорбция (объёмное поглощение по всему пространству сорбата). Кроме вышеуказанных разновидностей, используется метод хемосорбции, при котором стоки и сорбент вступают в активную химическую реакцию.

Схема сорбции с последовательным введением сорбента

Структура сорбционного блока с функционалом последующего выведения сорбента:

Подающие каналы стоков и сорбента.
Последовательные ёмкости смешивания со специальным «смесителем».
Несколько последовательных отстойников для отделения сорбента от жидкости.
Выводящий канал для очищенной воды.
Выпускные трубы из отстойников для выведения сорбента.

Эффективный и универсальный способ очистки. Конкурентный аналог методам биологической очистки. Недостатком сорбции для применения везде является высокая стоимость.

Адсорбция

Абсорбция – процесс, при котором одно вещество в результате химической реакции поглощает другое вещество. В результате реакции абсорбирующий материал увеличивается в объёме и массе. Происходит изменение его физических характеристик. Под воздействием разбавления или нагревания возможна регенерация и обратное выделение абсорбента для последующего применения.

В качестве эффективного абсорбента чаще всего применяется активированный уголь. Реже для очистки стоков используются торф, глины и другие подходящие вещества.

Преимуществами абсорбции являются следующие моменты:

Одновременный «захват» больших объёмов стоков.
Возможность выборочного удаления определённых видов загрязнений.
Последующая регенерация абсорбента и абсорбирующего вещества.

При применении абсорбции эффективность очистки достигает 95%.

Флотация

Флотация – метод выделения веществ из жидкости за счёт различных свойств «смачиваемости» элементов.

Под действием кислорода и реагентов, которые перемешивают и связывают массу, плохо смачиваемые вещества под действием пузырьков оказываются на поверхности. Образуемая пенистая плёнка легко удаляется путём механической очистки.

Схема флотационного сооружения

Структура флотационной установки:

Вводная труба.
Ёмкость с флотационным реагентом.
Устройство подачи кислорода.
Разделительная камера.
Выводящие трубы.

Метод очень эффективен при удалении продуктов переработки нефти, масел и т. д. На результат, скорость и качество удаления загрязнений влияет скорость насыщений кислородом, вид реагента, размер и количество пузырьков. Пузырьки не должны быть слишком крупными или чрезмерно мелкими.

Экстракционный метод

Основан на различных свойствах, благодаря которым жидкости не растворяются друг в друге. В стоки добавляется другая жидкость, параметры которой позволяют удалять и расщеплять органические элементы. Принцип основан на закономерностях распределения, когда при соприкосновении двух не растворяющихся друг в друге жидкостях, вязкие вещества из одной начинают перераспределяться на другую. Таким образом, из стоков выводятся загрязнения органического характера.

Метод эффективен на производстве, где в стоках находится большое количество полезной органики (фенолы, жирные кислоты). Для их выведения из стоков в качестве экстрагента применяется бензол. Он вводится в сточные воды. После перераспределения, экстрагент отделяется от очищенной воды. В последующем с помощью специальных методик из экстрагированного вещества выделяется экстрагент для последующего применения. Загрязнения выводятся для переработки или утилизации.

Экстрагент должен соответствовать следующим параметрам:

Не должно происходить образование эмульсии.
Отсутствие токсичности.
Возможность простого выделения и восстановления вещества для многократного применения.

Другие методы

Эвапорационный метод подразумевает применение термической и паровой обработки. Стоки нагревают до температуры кипения и обрабатывают парами. Пар вбирает испаряющиеся примеси. В специальном резервуаре из паров выделяются загрязнители, а сам газ используется по циклу далее. Эффективность очистки достигается встречным движением жидкости и пара. Метод обладает рядом преимуществ:

экономичность;
отсутствие реагентов;
техническая простота установки.

При высокой токсичности стоков эффективно применять ионный метод. Ионы твёрдого реагента контактируют с ионами жидкости, в результате чего из неё удаляется ряд опасных элементов высокой токсичности.

Метод обратного осмоса подразумевает пропуск жидких стоков через специальную мембрану, где создаётся высокое давление. Через «фильтр» проходят только молекулы h3O. Все остальные элементы отсеиваются и выводятся. Диализ – очистка сточных вод отделением из высокомолекулярных соединений частиц низкомолекулярных путём пропуска жидкости через специальные мембраны низкой «проникаемости». Метод совмещает диффузию (взаимное проникновение) и осмос. Процесс такой очистки длительный по времени.

Метод кристаллизации позволяет удалить примеси путём выпаривания стоков. Использование метода возможно только в случаях, когда в сточных водах высокая концентрация примесей.

Применение электричества

Для удаления загрязнителей из стоков используется метод электрокоагуляции. Он подразумевает пропуск между двумя электродами с постоянным током жидкости. Под воздействием электромагнитного поля частицы загрязнений объединяются и увеличиваются в размерах.

Электрокоагуляционная очистка происходит по следующей схеме:

Стоки попадают в промывочную камеру.
После промывки через трубопровод подаются в резервуар с электродами (электролизёр).
Из выпрямителя электрического тока ведётся подача к электродам.
После прохода через электролизёр жидкость подаётся в центрифугу.
В центрифуге происходит разделение осадков и жидкости.
Через раздельные выводные каналы выводится очищенная вода и загрязнения.

Применение электродов и тока при флотации позволяет получить газ, состоящий из мелких пузырьков. Электрический ток позволяет им равномерно распределиться по объёму стоков. В таком случае происходит более качественный охват жидкости и вывод загрязнений. Метод эффективен при небольших объёмах и высоких концентрациях загрязнений.

vodospec.ru

Физико-химические методы очистки сточных вод

Под подготовкой стоков к дальнейшему использованию подразумевается их очистка от загрязняющих веществ и различных примесей. Чаще всего для водоочистки применяются физико-химические методики. Они подбираются с учетом структуры загрязнений, сферы деятельности предприятия и особенностей его работы. Физико-химические методы очистки сточных вод

Современные проблемы нехватки питьевой воды. Основные источники загрязнения

С каждым годом чистой питьевой воды становится все меньше, при этом основными ее загрязнителями являются предприятия разных сфер деятельности. Организации работают с агрессивными, токсичными веществами, которые в скапливаются в сточных водах. При отсутствии должной водоподготовки использовать стоки в бытовых и, тем более, пищевых целях нельзя, поскольку в них содержатся ПАВы, токсины, соли тяжелых металлов и другие небезопасные для здоровья человека компоненты. Для удаления загрязнений сегодня широко применяются физико-химические методы очистки воды, о которых мы поговорим далее.

Физико-химические методы очистки сточных вод. Классификация способв и методов очистки воды

Физико-химическая обработка предполагает удаление из сточных вод тонкодисперсных и растворенных в них неорганических веществ, разрушение трудноокисляемых и органических соединений. Основные способы:

коагуляция;
адсорбция;
ионный обмен;
флотация;
экстракция;
диализ и др.

Физико-химические методы очистки стоков имеют следующие преимущества:

Глубокая очистка.
Минимальные габариты оборудования.
Эффективное удаление в том числе токсичных неокисляемых веществ.
Максимально автоматизированный рабочий процесс.
Минимальная чувствительность к перепадам нагрузок.
Отсутствие необходимости контроля за работой людей.
Возможность рекупилации веществ.

В целях составления максимально эффективной программы очистка на производствах учитывают санитарные, технические требования, объемное содержание примесей и количество стоков.

Эффективная очистка воды путем коагуляции. Применение химических и электрохимических средств очищения на производстве

Методика очистки сточных вод путем коагуляции состоит в добавлении активных реагентов – это могут быть соли меди, аммония, железа и других веществ. Вредные компоненты в результате такой обработки начинают выпадать в осадок в виде хлопьев. Коагуляция – главная очистная методика на большинстве современных промышленных предприятий всех направлений деятельности. За счет механической обработки стоки становятся агрегативно устойчивыми, а баланс нарушается только при использовании флокулянтов и коагулянтов. При коагуляции осадочные массы в виде хлопьев составляют примерно пятую часть фильтруемых сточных вод. Эффективность очистки составляет не более 95%. Для ускорения процесса в ряде случаев используются специальные тонкодисперсные и эмульгированные вещества.

Отдельная разновидность коагуляции – электрохимическая коагулирование. Для его осуществления применяются железные либо алюминиевые электроды и постоянный ток. Анодный металл после ионизации попадает в воду, в результате чего примеси коагулируют гидроксидами железа либо алюминия. Скорость очистки находится в непосредственной зависимости от концентрации электролита. Химические и электрохимические способы очистки активно применяются на современных производствах.

Физико-химическая очистка сточных вод методом флокуляции

Для очистки стоков путем флокуляции применяется специальное оборудование – а именно флотаторы-отстойники. В их состав входит непосредственно отстойник, камера для флотации, водосборные лотки (кольцевой и радиальный), сатуратор, насос, рециркуляционная линия аэрации. Флокулянты – это высокомолекулярные соединения, в которых молекулы флокулянта контактируют с частичками посторонних примесей, что в итоге приводит к агрегации загрязнений и переходе мелких частиц во взвешенное состояние. Для ускорения выпадения хлопьев в осадок используется также коагуляция.

При добавлении флокулянта в сточных водных массах начинают происходить следующие процессы:

в поверхностном слое коллоидных частиц постепенно адсорбируются молекулы коагулянта;
частицы флокулянта образуют новую сетчатую структуру;
под воздействием сил Ван-дер-Ваальса коллоидные частицы слипаются.

Очистка стоков путем флокуляции не представляет сложностей в реализации – достаточно подобрать оптимальный объем флокулянта, добавить его в воду и забрать механическим методом выпавшие в осадок хлопья. Скорость протекания процессов во многом зависит от последовательности добавления реактивов, силы, частоты перемешивания, температуры и уровня загрязненности воды.

Адсорбция как эффективный реагентный способ очистки воды

Такая методика очистки воды как адсорбция основывается на способности определенных веществ впитывать посторонние примеси. Основные реагенты – бентонитовые глины, цеолиты, торф, активированный уголь, но используются и другие вещества. Главное преимущество методики – высокая результативность, способность удалять из стоков сразу несколько видов загрязнений, рекуперация.

Адсорбционная очистка бывает деструктивной и регенеративной. При регенеративной обработке примеси сначала удаляют из адсорбента, а затем подвергают утилизации. Деструктивная очистка предполагает уничтожение примесей вместе с адсорбентом. В состав сорбционной установки входит 3-5 фильтров, которые располагаются строго в определенной последовательности.

Методы физико-химической очистки: напорная и пневматическая флотация

Флотационная установка состоит из трубы, сосуда, места для оседания пустой породы, стока пены с полезной породой. Главный принцип флотации – образование воздушных пузырьков, которые поднимают содержащиеся в воде примеси наверх с образованием слоя пены (пену легко удалять). Методика имеет высокую эффективность при очистке стоков от волокнистых частиц, нефтепродуктов, масел, пр. Прилипают примеси в зоне раздела двух сред – газообразной и жидкой. Флотатор

Самая популярная разновидность флотации – напорная. Методика применяется для очистки стоков с концентрацией примесей до 5 г на 1 л. Обогащение пузырьками газов производится под давлением. Качество очистки во многом зависит от числа и размеров пузырьков.

Экстракционный метод

При экстракции примеси особым образом распределяются в смеси жидкостей, которые одна в другой не растворяются. Методика используется для удаления из водных масс органических примесей. В ее основе лежит закон распределения, поскольку в ходе активного перемешивания двух нерастворимых жидкостей любое вещество, которое растворено в одной из них, будет распределяться в соответствие со степенью своей растворимости. После выделения первой жидкости из второй произойдет процесс ее частичной очистки.

В ходе экстракции в жидкость вводится определенное количество экстрагента. Когда примеси накапливаются в экстракционном слое и покидают воду, то экстракт удаляется. Экстрагент должен быть не токсичным, иметь не сложную регенерацию и не образовывать эмульсию в процессе переработки. Для достижения максимальных результатов очистки стоки могут подвергаться экстракции несколько раз подряд, главное для каждой заливки использовать новый экстрагент в одних и тех же количествах.

Сорбционная очистка

Сорбционная очистка сточных вод – самое универсальное решение, кстати, сегодня все чаще говорят о возможности замены биологической очистки более современными сорбционными методиками. Сорбция бывает трех типов:

адсорбция – в процессе участвует поверхность твердого поглотителя полностью;
абсорбция – поглощенные вещества поступают во внутреннюю часть сорбента за счет процессов диффузного поглощения;
хемосорбция – примеси и сорбент вступают в химические реакции.

В качестве сорбентов могут использовать и природные, и синтетические (более пористые) материалы. Сорбенты характеризуются определенной структурой пор и химическим составом. Главный недостаток методики – довольно высокая стоимость ее реализации.

Эвапорация как способ удаления загрязнений из стоков

При водоподготовке с применением методики эвапорации стоки сначала нагревают до температуры кипения, а потом обрабатывают водяным паром (он эффективно забирает летучие примеси). Пар направляется на горячий поглотитель, изымающий загрязняющие вещества, и снова используются для обработки стоков. Главное условие эффективной очистки в данном случае – пар и вода обязательно должны идти друг на друга. Методика экономична, не требует применения реагентов, очистные сооружения имеют простую конструкцию.

Метод ионного обмена

За счет процессов обмена ионитов твердой фазы и ионов, содержащихся в растворе, из сточных вод можно удалять радиоактивные примеси (свинец, ртуть, мышьяк, пр.). Особенно эффективным данный способ является при обработке высокотоксичных соединений. В качестве ионообменного материала могут использоваться природные и искусственные вещества – например, смолы с активными ионными группами.

Мембранный метод очистки (обратный осмос)

Ультрафильтрация предполагает пропускание сточных вод через особую мембрану. В результате создает давление, превышающее осмотическое. Вещества, молекулы которых больше молекул воды, мембрана не пропускает. Результаты очистки определяются в зависимости от типа используемых мембран, их проницаемости, селективности, физической и химической стойкости.

Диализ

В ходе диализа полупроницаемая мембрана высвобождает коллоидные растворы и соединения низкомолекулярного типа из высокомолекулярных веществ (низкомолекулярные вещества без особых проблем проходят через мембрану). Обычный диализ имеет вид мешка из полупроницаемого материала, мешок при этом заполняется диализируемой жидкостью и опускается в очищаемую воду. С течением времени содержание диализируемого вещества в растворах уравнивается. Растворитель в мешочке заменяется, после чего производится повторная обработка стоков – любое требуемое до полного их очищения количество раз.

Минус диализа – длительность очистки. Чтобы ускорить процесс, увеличивают активную площадь обработки либо повышают температуру жидкости. Диализ объединяет диффузию и осмос.

Кристаллизация

Ну и последняя в нашем списке физико-химическая методика очистки – это кристаллизация. Она предполагает удаление кристаллов примесей, используется в прудах и водоемах путем выпаривания. Кристаллизация эффективна только при высоком содержании примесей.

Электрохимические методы очистки сточных вод

В отдельную категорию выделим электрохимические методики очистки стоков. Это:

Электрокоагуляция – жидкость пропускают между электродами при воздействии постоянной силы тока. В процессе электрокоагуляции коллоидные частички увеличиваются в размерах за счет ориентации по силовым линиям электромагнитного поля и их объединения. Постоянный ток вызывает процессы электролиза при образовании водородных ионов на катоде, а также растворение анодного металла. Гидроксиды металлов, в свою очередь, захватывают тонкодисперсные, растворенные вещества.
Электорофлотация – очистка сопровождается образованием газов, захватывающих взвешенные примеси. Размерные параметры пузырьков оказывают непосредственное влияние на качество, степень очистки воды. В отличие от обычной флотации, при электролизе пузырьки имеют маленькие размеры и распределяются максимально равномерно.
Электрофоретический метод – идеальный способ изъятия веществ с отрицательным зарядом. Электрическое поле не дает отрицательно заряженным частичкам коагулировать.
Электроосмос – вода под воздействием электрического поля проходит по капиллярам, а все примеси остаются на поверхностях пористых перегородок.

Учтите, что степень загрязнения сточных вод определить визуально невозможно – жидкость может выглядеть достаточно чистой и прозрачной, но при этом будет содержать большое количество вредных или даже опасных для здоровья примесей. Пестициды, тяжелые металлы, радиоактивные элементы, нефть – ВОЗ говорит, что 80% заболеваний развивается именно по причине постоянного употребления некачественной питьевой воды. Поэтому очистка стоков – важная задача, решению которой нужно уделять максимальное внимание.

global-aqua.ru

Физико-химические методы очистки сточных вод.

Количество просмотров публикации Физико-химические методы очистки сточных вод. - 665

Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ. Οʜᴎ применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами. Физико-химические методы очистки сточных вод наиболее активны при локальной очистке.

Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидрооксидов металлов.

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

Хлопья, обладая способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их, быстро оседают под действием силы тяжести на дно резервуара. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.

Флокуляция – процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении вводу высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидрооксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, введение коагулянтов в сточные воды позволяет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, а с другой – уменьшить процесса хлопкообразования и повысить скорость их осаждения.

Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод эмульгированных веществ и тонкодисперсных частиц размером 8¸100 мкм. Эффективность очистки может достигать 0,9¸0,95.

Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа. Их расход составляет 0,1¸5 кг на м3 сточных вод.

Весьма перспективным методом очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также цианов является электрокоагуляция – процесс образования нерастворимых гидрооксидов в сточных водах при их прокачке через электрокоагулятор. Размещено на реф.рфЭлектрокоагуляционная установка включает приемные емкости, усреднитель, электрокоагулятор с пеногасителями, илонакопитель, отстойник, обезвоживающую установку и осадкоуплотнитель

Несмотря на повышенный расход электроэнергии электрокоагуляционный метод очистки сточных вод позволяет перейти на оборотное водоснабжение, т.к. в результате действия электрического поля вода практически полностью очищается от бактерий. Это приводит к увеличению сроков службы воды, а также исключает возможность появления у обслуживающего персонала экзем, грибковых и других заболеваний кожи, неизбежно возникающих при обращении с бактериально загрязненной водой.

Флотация применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Сам процесс флотации состоит в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удаление образовавшегося пенного слоя.

Различают следующие методы флотационной очистки сточной воды: перенасыщение сточной воды воздухом, механическую и электрофлотацию.

Флотацию за счёт перенасыщения сточной воды воздухом подразделяют на вакуумную и напорную. При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную 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 минут. Концентрация взвешенных частиц не должна превышать 30 мг/л.

Напорная флотация протекает в 2 стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давление до атмосферного. Напорные флотационные установки позволяют обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 5 г/л при производительности от 5 до 2000 м3/час. Давление в напорной емкости поддерживают в пределах 0,17¸0,39 МПа, время пребывания сточной воды в напорной емкости 14 минут, а во флотационной камере 10¸20 минут. Объем подаваемого воздуха составляет 1,5¸5% объёма очищаемой воды. В ряде случаев сточную воду насыщают кислородом или озоном. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сгребания пены в пеносборник.

Для механической флотации используют турбины насосного типа, форсунки и пористые пластины.

Суть метода электрофлотации состоит в том, что в процессе электролиза воды выделяющиеся на электродах пузырьки газов (водорода и кислорода) сталкиваются со взвешенными частицами, прилипают к ним и ʼʼфлотируютʼʼ их на поверхность жидкости. Основную роль в процессе флотации частиц выполняют пузырьки водорода, выделяющиеся с поверхности катода. Эффективность процесса флотационной очистки связана с числом и размером пузырьков. По этой причине размер отрывающихся пузырьков зависит не только от краевого угла, но и от кривизны поверхности электродов, последние изготавливают в виде проволочной сетки. При этом на размер пузырьков влияет толщина проволоки: с её увеличением размеры пузырьков возрастают. Число пузырьков зависит от плотности тока и материала электродов. Электрофлотацию можно осуществлять либо с применением дафрагмы, либо ьез неё. Во избежание перемешивания газов и образования гремучей смеси (2/3 водорода и 1/3 кислорода) предпочтение отдается диафрагменному варианту, тем более что при этом можно уменьшить расстояние между электродами.

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, в случае если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными при небольшой их концентрации. Адсорбционная очистка должна быть регенеративной, то есть 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 0,8¸0,95.

В качестве адсорбентов используют активизированные угли, синтетические вещества и некоторые отходы производства (золу, шлаки и т.д.).

Процесс адсорбционной очистки сточных вод ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента.

Расход вводимого в воду адсорбента для одноступенчатого процесса: G=Q(Cн-Ск)/а, где Q – объём сточных вод; Сн, Ск – начальная и конечная концентрация загрязненной воды; а –коэффициент адсорбции.

Ионный обмен – обмен ионами, находящимися в растворе и присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть) и радиоактивные вещества. При этом сточная вода должна быть очищена до ПДК вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.

Иониты, которые способны поглощать из воды положительные ионы, называются катионами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые – основными. Иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, природного происхождения или полученными искусственно. Наиболее распространены синтетические ионообменные смолы, представляющие синтетические полимеры с сетчатой структурой. Οʜᴎ отличаются высокой поглотительной способностью, механической прочностью, химической устойчивостью. Применение ионитов позволяет обеспечить высокую эффективность очистки, а также выделить из сточных вод металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.

Экстракция – способ разделения и извлечения из жидкости компонентов смеси. С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот и др. Размещено на реф.рфЦелесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. В общем случае экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3¸4 г/л.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из 3 стадий. Первая – интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим раствором), благодаря чему образуются 2 жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, и рафинат, который содержит сточную воду и экстрагент. Вторая стадия – разделение экстракта и рафината и заключительная стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов – бензол.

Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,8¸0,95.

Для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей электрохимическими методами применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, а также электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения и т.д.), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя СО2, Nh4 и воду или более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить другими методами. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых металлов, которые осаждаются на катоде и бывают рекуперированы.

Для удаления солей из сточных вод широко используют метод электродиализа, который осуществляют в электролитической ванне, разделенной на 3 отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещают электроды. При этом можно получать кислоты и щелочи и вновь использовать в производстве. Метод электродиализа перспективен для очистки сточных вод не только от растворенных солей, но и от ионов тяжелых металлов и фтора. Так, технико-экономическая оценка показала, что извлечение 1 кг фтора электродиализом обходится примерно в 5 раз дешевле реагентного метода. Электродиализ дает хорошие результаты при очистке сточных вод и от радиоактивных загрязнителей, особенно от изотопов сурьмы, кобальта. Недостаток метода состоит в крайне важно сти предварительной очистки сточных вод от взвешенных частиц, которые засоряют диафрагмы.

referatwork.ru

Физико-химическая очистка сточных вод НПЗ

Часть 2 из 5 30 января 2014 г

Физико-химическая очистка

Физико-химические методы наиболее эффективны для очистки сточных вод НПЗ с высоким содержанием примесей в растворенной или коллоидной форме. Физико-химические методы для очистки стоков с эмульгированными нефтепродуктами включают в себя методы коагуляции, флокуляции, электрокоагуляции и электрофлотации, жидкофазного окисления, коалесценции, электромагнитной сепарации и другие.

Наиболее часто в практике нефтехимических производств используются физико-химические методы:

коагуляция,
флотация,
флокуляция.

Коагуляция

Процесс коагуляции используют для увеличения скорости осаждения взвешенных примесей и эмульгированных веществ. В процессе коагуляции под воздействием реагента - коагулянта мелкодисперсные частицы укрупняются и агрегируются. Эффективность удаления примесей коагуляцией максимальна для частиц размерами 1-100 мкм.

При добавлении коагулянта в сточной воде происходит интенсивное хлопьеобразование. Осаждение хлопьев происходит механически, под действием силы тяжести.

Образование хлопьев запускает сопутствующие процессы агрегирования и улавливания коллоидных веществ. Взаимное притяжение между хлопьями коагулянта и примесными частицами объясняется силами электростатического взаимодействия. Процесс коагуляции нейтрализует отрицательный заряд коллоидных частиц, вследствие чего они теряют стабильность.

Самый распространенный коагулянт — сульфат алюминия с химической формулой Al₂(SO₄)₃. Широко зарекомендовал себя на практике еще один коагулянт — оксихлорид алюминия (ОХА) с общей формулой Aln(OH)mCl3n-m.

Недостатки реагентной очистки минеральными коагулянтами сточных вод НПЗ:

Необходимость добавлять относительно большие дозы коагулянта.
В очищенной воде возрастает концентрация сульфат- и хлорид-ионов, что приводит к нежелательным эффектам коррозии сетей водоотведения.
В результате химических реакций образуется осадок, который трудно обезвоживается и требует дальнейшей утилизации.

Недостатки минеральных коагулянтов в значительной мере устраняют высокомолекулярными флокулянтами органической или неорганической природы.

Флокуляция

Процесс флокуляции представляет собой агрегацию взвешенных примесей, как в результате «слипания», так и под воздействием частиц реагента - флокулянта. Флокулянт вызывает интенсивное образование и последующее осаждение хлопьев гидроксидов алюминия. Добавление флокулянта позволяет снизить дозу основного коагулянта, увеличить скорость и уменьшить продолжительность процесса осаждения хлопьев.

В практике очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов используют флокулянты как природные, так и синтетические:

Естественные органические флокулянты— крахмал, целлюлоза, декстрин, эфиры.
Из неорганических флокулянтов наиболее распространен диоксид кремния с химической формулой xSiO₂ yH₂O.
Синтетические флокулянты — это полимерные вещества, такие как полиакриламид с химической формулой [-CH₂-CH-CONH₂]n , технический полиакриламид и гидролизованный (ГППА).

При выборе конкретной марки флокулянта необходимо учесть его макромолекулярные свойства и природу растворенных в воде примесей.

Очистка нефтесодержащих сточных вод методом флокуляции ведется при рекомендуемой дозе ПАА в 0,75-1,5 мг/л.

Сточные воды НПЗ после коагулирования, можно подвергать дальнейшей очистке в отстойниках.

Наиболее эффективным методом очистки нефтесодержащих сточных вод, лишенным недостатков перечисленных методов, является флотация.

Флотация

Установки напорной флотации могут служить эффективным способом очистки сточных вод заводов по нефтепереработке от растворенных и эмульгированных нефтепродуктов.

В линию неполной рециркуляции потока направляют воздух, который растворяется в воде под избыточным давлением. При падении давления в воде образуются мелкие пузырьки воздуха, которые поднимаются к поверхности, увлекая с собой частицы растворенных примесей. На поверхности камеры пена вместе с загрязняющими веществами образуют слой флотошлама. Удаление флотошлама с поверхности осуществляется специальным скребком.

В процессе флотации тяжелые частицы загрязняющих веществ оседают на дно бункера и легко оттуда удаляются. Осветленные сточные воды после флотации поступают на следующие этапы очистки.

Для интенсификации процесса флотации возможно совмещать его с другими методами очистки, добавляя расчетные дозы коагулянта и флокулянта. Неорганические коагулянты (соли алюминия и железа), подкисляют сточные воды, вследствие чего происходит разрушение эмульгированной нефти. Тот же эффект могут дать некоторые полимерные органические вещества.

Эффективность метода флотации максимальна при очистке сточных вод нефтеперегонных заводов от гидрофобных загрязнителей:

нефти,
масел,
жиров,
синтетических моющих средств.

Лабораторные исследования доказали эффективность флотации для очистки нефтесодержащих стоков НПЗ. При анализе метода флотации с коагулянтом сернокислым алюминием выявлено, что конечное содержание нефтепродуктов в очищенной воде составляет 15-25 мг/л. Если в качестве реагента применялись полиэлектролиты, то концентрация нефтепродуктов снижалась до 10-15 мг/л. К сожалению, в практических условиях большинство флотационных установок не способны достичь глубокой очистки стоков нефтеперерабатывающих заводов от нефти.

Современные флотационные установки под маркой Flotomax, производимые компанией Argel, отвечают всем требованиям к очистному оборудованию. Оборудование представлено в широком диапазоне производительности, что позволяет подобрать наиболее оптимальное решение для очистки нефтесодержащих сточных вод.

Электрохимические методы

Электрохимические методы способны составить серьезную конкуренцию химическим и физико-химическим методам очистки стоков НПЗ при соблюдении требуемых условий.

Преимущества данного метода:

В процессе очистки образуется меньше осадков, требующих дальнейшей утилизации.
Минеральный состав сточных вод не изменяется.
Простая технологическая схема процесса.
Нет необходимости в реагентном хозяйстве.
Производственные установки могут работать в полностью автоматическом режиме.
Не требуется значительных площадей для размещения очистного оборудования.

Недостатки электрохимических методов очистки:

Капитальные и эксплуатационные затраты на оборудование.
Отложение солей на поверхности электродов.
В электрохимических процессах выделяются газы, способные образовывать взрывоопасные смеси с воздухом, что требует устройства противопожарной вентиляции.

Применяемое оборудование компании Argel для физико-химической очистки стоков НПЗ: - Flotomax — напорный флотатор большой производительности; - Armoplast SE — усреднитель с преаэратором.

www.vo-da.ru

Физико-химическая очистка сточных вод

Физико-химическая очистка сточных вод – это специальная обработка стока, в результате которой удаляются механические примеси и химически растворенные вещества.

Методы физико-химической очистки

- Коагуляция;- Флотация;- Нейтрализация;- Экстракция.

Эти методы могут применяться как отдельно, так и в качестве дополнительной обработки сточной воды во время или перед осуществлением механической или биологической очистки, с целью улучшения эффекта.

Коагуляция – это метод обработки стока при помощи введения в него химических реагентов (солей алюминия или железа), под действием которых мелкодисперсные частички взвеси слипаются друг с другом. В результате образуются агрегаты большей массы, а чем больше масса взвешенных частичек, тем выше эффект гравитационного осаждения. Коагуляция применяется при очистки эмульсий, суспензий, коллоидов (потому то эти смеси представляют собой агрегативно устойчивые системы и следовательно механические методы осаждения в этом случае результатов не дадут).Процесс коагуляции основан на действии межмолекулярных и Ван-дер-ваальсовых силах.Он осуществляется в сооружениях, называемых коагуляторами или в смесителях с механической системой перемешивания (для увеличения скорости протекания процесса).

Флокуляция очень похожа на коагуляцию, ее называют частным случаем последней. Этот процесс также связан с укрупнением взвешенных частичек. Но химические реагентытут уже другие– высокомолекулярные соединения: полиэлектролиты и неионогенные полимеры. Их еще называют флокулянтами.В результате флокуляции мелкие взвеси образуют хлопья-флокулы, которые держатся за счет «мостиков» - адсорбции некоторых сегментов макромолекул цепи на разных частичках. Этот процесс осуществляется в сооружении под названием флокулятор.[1]

Эти два метода применяются для очистки сточных вод горнодобывающей, металлургической, легкой, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, химической, текстильной промышленностей.

Нейтрализация – это химический метод очистки промышленных сточных вод, основанный на реакции нейтрализации. Это реакция между кислотой и щелочью в результате которой образуются соли металлов и вода. Таким образом, для осуществления этого метода очистки в сток добавляют жидкость или реагенты с необходимым значением рН. Ими могут быть: едкий натр, известь, доломит, сода, шлак; серная, азотная, соляная, фосфорная кислоты. Недостатком метода является высокая стоимость.Для ее осуществления необходим целый комплекс сооружений: для хранения и дозирования реагентов, обработки сточной жидкости.

Виды нейтрализации:

- Фильтрационная;- Полусухая;- Водно-реагентная.

Этим методом очищают травильные сточные воды.

Экстракция применима для извлечения органических загрязнений. Дорогой метод, поэтому он экономически целесообразен при высоких концентрациях загрязняющих веществ или при высокой их стоимости. Принцип экстракции: в агрегативно устойчивою систему (вода + загрязнитель) добавляют вещество (экстрагент), в котором загрязнитель растворяется лучше чем в воде. В результат нежелательные примеси переходят в экстрагент, который потом удаляется при помощи отстаивания или центрифугирования. [2]

Источники информации по физико-химической очистке сточных вод:

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/5318/Флокуляция
http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%F2%F0%E0%EA%F6%E8%FF
Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Ларин

ochistivodu.ru

10.2 Физико-химические методы очистки сточных вод (Очистка сточных вод от растворимых примесей).

Для очистки сточных вод от растворимых примесей существует много разнообразных методов. Выбор метода очистки сточных вод от растворимых примесей зависит от вида примеси (органическая или неорганическая) и ее концентрации в очищаемой воде. К основным методам очистки сточных вод от растворенных примесей, которые широко используют в промышленности, относятся: экстракция, адсорбция, ионный обмен, электрохимические методы, химические и др.

Экстракция. Процесс, основанный на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента) в соответствии с коэффициентом экстракции КЭ = СЭ / СВ, где СЭ, СВ - концентрации примесей в экстрагенте и воде по окончании экстракции. Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содержащих фенолы масла, органические кислоты, ионы металлов и др.

Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение. Для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3-4 г/л их рациональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий:

1. Интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). В условиях развитой поверхности контакта между жидкостями, образуются две жидкие фазы. Одна - экстракт- содержит извлекаемое вещество и экстрагент, другая - рафинат - сточную воду и экстрагент.

2. Разделение экстракта и рафината.

3. Регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Чтобы снизить содержание растворимых примесей до концентраций ниже ПДК, необходимо правильно выбрать экстрагент и скорость его подачи в сточную воду. При выборе растворителя следует учитывать его селективность, физико-химические свойства, стоимость и возможные способы регенерации.

Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной многоступенчатой экстракции и непрерывной противоточной экстракции.

Адсорбция. Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих примесей в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента.

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 рекуперация этих веществ. Эффективность адсорбционной очистки составляет 0,8-0,95 и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

В качестве адсорбентов для очистки сточных вод от растворимых органических веществ широкое применение находят активные угли, которые должны обладать следующими свойствами: слабо взаимодействовать с водой и хорошо с органическими веществами, иметь размер пор доступный для извлекаемого вещества, иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации, быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав.

Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой (статические условия), при фильтровании воды через слой адсорбента (динамические условия) или в псевдосжиженном слое на установках периодического или непрерывного действия.

При проведении процесса очистки сточной воды в статических условиях используют активный уголь с размером частиц менее 0,1 мм. Процесс проводят в одну или несколько ступеней. Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. Более эффективно (при меньшем расходе адсорбента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от Сн до C1, затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтрованием, а сточную воду направляют во вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент. По окончании процесса адсорбции во второй ступени концентрация загрязнений в воде уменьшается от C1 до С2 и т.д. Схема такой установки показана на рис. 10.6.

Рис. 10.6. Схема сорбционной установки

По трубопроводу 1 в адсобер 2 поступает очищаемая сточная вода. По трубопроводу 4 подается адсорбент, перемешиваемый импеллером 3. Через трубопровод 8 адсорбент с примесями удаляется. Сточная вода поступает в отстойник 5, в котором часть адсорбента оседает на дно и периодически удаляется через 7. Очищенная вода направляется по трубопроводу 6 для дальнейшей обработки.

Недостатки данного процесса - необходимость фильтрации и невозможность регенерации отработанного угля. В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2 до 6 м/ч. Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все ее сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размером 1,5-5 мм. Во избежание забивки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взвешенных примесей. В одной колонне при неподвижном слое угля очистку ведут периодически до проскока, а затем адсорбент регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько колонн. По такой схеме две колонны работают, а третья отключена на регенерацию. Важнейшей стадией процесса адсорбционной очистки является регенерация угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром, либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом равна 200-300 °С, а инертного газа 120-140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, а для высококипящих в 5-10 раз больше. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата.

Ионный обмен. Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Сущность ионного обмена заключается в процессе взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, носят название ионитов. Они практически нерастворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами, а отрицательные ионы - анионитами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые -основными.

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. Различают полную, статическую и динамическую обменные емкости. Для практических расчетов важна динамическая обменная емкость - это емкость ионита до "проскока" ионов, определяемая в условиях фильтрации. Динамическая емкость меньше статической и полной. Иониты бывают неорганические и органические. Это могут быть природные вещества или вещества, полученные искусственно. Наибольшее практическое значение для очистки сточных вод нашли органические искусственные иониты. К ним относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью.

studfiles.net

3.1 Выбор метода очистки сточных вод. Физико-химическая очистка

Наиболее детально я хочу рассмотреть физико-химическую очистку сточных вод.

Методы очистки сточных вод в основе которых лежат процессы описываемые законами физической химии, называются физико-химическими.

Обязательным условием применения физико-химических процессов очистки сточных вод является источник внешней энергии. Для их осуществления используют разнообразные виды энергии: электрическую, химическую, тепловую, механическую и др. Это увеличивает затраты на очистку воды.

В практике очистки сточных вод часто встречаются ситуации, когда биологические очистные сооружения не могут обеспечить эффективную работу, например, вследствие длительных перерывов в поступлении сточных вод, нестабильности энергоснабжения, а также присутствия в сточных водах соединений токсичных для биоценозов, и ряда других. Особенность сооружений физико-химической очистки сточных вод – быстрота ввода в режим эксплуатации, что важно при решении задач жизнеобеспечения, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций.

В схемах станций очистки сточных вод населённых мест на разных этапах обработки воды могут применяться такие методы, как флотация, коагулирование и сорбция. Целесообразность включения их в состав очистных сооружений должна быть обоснована технико-экономическими расчётами.

Очистка сточных вод флотацией.

Флотация – один из видов адсорбционно-пузырькового разделения, основанный на формировании всплывающих агломератов загрязнений с диспергированной газовой фазой (флотокомплексов) и последующим их отделении в виде концентрированного пенного продукта (флотошлама).

В соответствии с классификацией загрязнений городских сточных вод флотация позволяет осуществлять извлечение грубодисперсных примесей, характеризуемых показатели «взвешенные вещества», наличием плавающих веществ (нефтепродукты, жироподобные вещества) и ПАВ.

В технологических процессах очистных сооружений населённых мест наибольшее применение имеет флотация с компрессионным получение диспергированной газовой фазы. Газовая фаза, получаемая этим способом, обладает большой удельной поверхностью и адгезионной активностью. Флотокомплексы, сформировавшиеся на её основе обладают высокой скоростью всплывания, достигающей 20 мм/с. Это существенно уменьшает период отделения загрязнений по сравнению с отстаиванием.

Рис. 1 – флотационная установка

Функционально флотационные сооружения могут осуществлять задачи предварительного осветления поступающих сточных вод, доочистки сточных вод по взвешенным веществам ПАВ, а также функции илоотделения на разных стадиях обработки воды.

Применение флотации после сооружений полной биологической очистки городских сточных вод позволяет существенно улучшить многие показатели качества воды. В табл. 3 приведены данные по флотации биологически очищенных сточных вод.

Таблица 3.

Результаты флотационной обработки городских сточных вод после сооружений полной биологический очистки

Показатель	Сточные воды		Средний эффект очистки, %
Показатель	поступающие	очищенные	Средний эффект очистки, %
Взвешенные вещества, мг/л	8 – 25	4 – 12	50
БПК 5, мг О2/л	10 – 25	4,5 – 11	55
ХПК, мг О2/л	40 – 110	24 – 39	45
ПАВ, мг/л	1,5 – 6,5	0,5 – 4,2	67

Кроме того, было отмечено удаление соединений азота на 15 – 20%, ионов железа на 23 – 26%, ионов хрома на 11 – 18%, эфироизвлекаемых веществ на 25 – 28%.

Среди других сооружений гравитационного отделения загрязнений флотаторы отличаются большей эффективностью, меньшими размерами, технологической гибкостью и управляемостью. Недостатками являются зависимость от электроснабжения и большее потребление электроэнергии.

Очистка сточных вод коагулированием

Сточные воды населённых мест содержат 50 – 60% загрязнений, относящихся по физико-химическим свойствам к коллоидным. Коллоидные дисперсные частицы не осаждаются и не задерживаются обычными фильтрами. Их размер условно находится в интервале 1 – 100 нм. Они образуют устойчивые системы, по внешним признакам сходные с истинными растворами.

Для повышения эффективности очистки сточных вод от коллоидных загрязнений используют реагенты, называемые коагулянтами. Минеральные коагулянты – это гидролизирующиеся соли металлов.

В качестве коагулянтов часто используют сульфат алюминия Al2(SO4)3 ∙ 18 Н2О, алюминат натрия NaAlO2, гидроксохлорид алюминия Al2(OH)5Cl, реже – тетраоксосульфаты алюминия – калия и алюминия – аммония. Широкое распространение получил сульфат алюминия. При коагулировании сульфат алюминия взаимодействует с гидрокарбонатами, имеющимися в воде, или специально добавляемыми щелочными реагентами, образуя малорастворимые основания. В последнее время успешно применяют гидроксохлорид алюминия, для которого требуется меньший щелочной запас воды.

Железосодержащие коагулянты – это прежде всего сульфаты двух- и трёхвалентного железа Fe2(SO4)3 ∙ 2h3O, Fe(SO)4 ∙ 3h3O и FeSO4 ∙ 7h3O, а также хлорное железо FeCl3. Поскольку железо обладает переходной валентностью, перечисленные реагенты могут применяться не только для коагулирования, но и для проведения реакций окисления-восстановления с последующей седиментацией.

Для интенсификации процессов отделения скоагулированных загрязнений применяют реагенты, называемые флокулянтами. Флокулянты могут быть как неорганическими, так и органическими веществами. В последнее время для очистки сточных вод широко применяются высокомолекулярные соединения (ВМС). Молекула ВМС в воде может быть электронейтральна или нести заряд. В последнем случае вещество будет называться полиэлектролитом. Иногда полиэлектролиты полностью выполняют функции коагулянта и флокулянта.

Рис. 2 – схема коагуляции

Технологический комплекс для коагулирования сточных вод включает основные сооружения для смешивания обрабатываемой воды с раствором коагулянта, формирования крупных флоккул оседающих соединений, осветления воды, а также вспомогательные сооружения и оборудование для хранения, приготовления и дозирования реагентов.

Растворённые и коллоидные органические загрязнения городских сточных вод характеризуются многообразием компонентов. Изучение состава растворённых органических загрязнений показало, что 62 – 66% соединений относятся к группе органических кислот, 8,2 – 9,6% проявляют свойства оснований, а 28,4 – 34,0% нейтральны. С учётом адсорбции загрязнений на гидроксидах коагулированием удаётся 30 – 40% общей массы органических веществ, находящихся в растворе. Наибольшая эффективность очистки воды достигается по органическим основаниям (до 70%), наименьшая – по органическим кислотам (до20%).

Соединения фосфора, находящиеся в растворённом состоянии, в процессе коагулирования образуют малорастворимые фосфаты алюминия, железа или кальция и выпадают в осадок. Сложные и нерастворимые формы фосфата удаляются путём сорбции и хлопьях гидроксидов.

Удаление тяжёлых металлов, происходит в результате сорбции и соосаждения их гидроксидов, полнота которого зависит от рН сточной воды и свойств самих металлов.

Таким образом, в процессе коагулирования и последующего отделения осадков из сточных вод могут быть достаточно полно удалены не только взвешенные вещества, но и органические коллоидные загрязнения, некоторые растворённые загрязнения, в том числе обладающие поверхностно-активными свойствами, соединения фосфора, соли тяжёлых металлов и т.д.

Применение флотации для отделения скоагулированных загрязнений наряду с увеличением скорости извлечения загрязнений повышает эффективность очистки воды по взвешенным веществам, ПАВ, ХПК. В табл. 4 приведены результаты коагулирования городских сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, с последующей флотацией. В качестве коагулянта использовано хлорное железо в количестве 0,5 – 1,0 мг-экв/л. Продолжительность обработки воды в компрессионном флотаторе – 20 мин.

Таблица 4.

studfiles.net