Очистки сточных вод

Физико-химические методы

Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твёрдых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ. Они применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами. В последние годы область применения физико-химических методов очистки расширяется, причём они наиболее эффективны при локальной очистке сточных вод промышленных предприятий.

Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц загрязняющих веществ в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Укрупнение происходит под влиянием добавляемых коагулянтов, чаще всего солей алюминия и железа: сульфата алюминия, гидроксохлорида алюминия и хлорида железа. Их расход составляет 0,1 – 5 кг на кубометр сточных вод. Коагулянты в воде гидролизуют с образованием хлопьев гидроксидов металлов:

Ме³⁺ + 3НОН → Ме(ОН)₃↓ + 3Н⁺,

которые медленно оседают, захватывая тонкодиспергированные (взвешенные) частицы загрязняющих веществ.

Однако решающим является следующее обстоятельство. Как известно, коллоидные частицы загрязняющих веществ имеют слабый отрицательный заряд. При добавлении к сточной воде электролита-коагулянта положительно заряженные ионы его Ме³⁺ (А1³⁺ или Fe³⁺) нейтрализуют электрический заряд коллоидных частиц, что приводит к дестабилизации коллоидной системы и агрегированию высокодисперсных частиц в более крупные конгломераты – взвеси.

Флокуляция – процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Таким образом, введение флокулянтов в сточные воды позволяет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, а с другой – уменьшить продолжительность процесса хлопьеобразования и повысить скорость их осаждения. Применяют природные (крахмал, декстрин) и синтетические (полиакриламид, активный диоксид кремния) флокулянты.

Перспективным методом очистки сточных вод от хрома и других тяжёлых металлов, а также от цианидов является электрокоагуляция – процесс образования нерастворимых гидроксидов при прохождении сточных вод через электрокоагулятор. Этот аппарат оснащён блоком электродов, изготавливаемых, как правило, из стали или сплавов алюминия. На электроды подается постоянный ток 3 – 15 В. Под влиянием электрического поля, с одной стороны, дисперсные системы сточных вод становятся менее устойчивыми, а с другой – они коагулируют с трудно растворимыми гидрооксидами железа или алюминия, которые возникают и переходят в воду с электродов. Далее сточные воды поступают в отстойник, где в течение 30 – 45 мин образуются агрегаты размером до 500 – 1000 мкм, которые в дальнейшем выпадают в осадок.

Флотация применяется для очистки производственных сточных вод от нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются: нефти, нефтепродуктов, масел, жиров, волокнистых частиц. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц примеси к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удалении образовавшегося пенного слоя. Возможность образования флотационного комплекса «частица – пузырёк», скорость процесса образования и прочность связи, продолжительность существования комплекса зависят от природы частиц, а также от характера взаимодействия реагентов с их поверхностью и от способности частиц смачиваться водой. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) как реагенты-собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т. е. делают гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют жирные кислоты и их соли, меркаптаны, амины, ксантогенаты, алкилсульфаты и др.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков воздуха. Оптимальный размер пузырьков находится в интервале 15 – 30 мкм. Размер частиц зависит от плотности материала и составляет 0,2 – 1,5 мм.

Различают следующие методы флотационной обработки сточной воды: перенасыщение сточной воды воздухом и механическую.

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 – 40 кПа (225 – 300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 мин. Концентрация взвешенных частиц не должна превышать 300 мг/л.

Напорная флотация протекает в две стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давления до атмосферного. Напорные флотационные установки позволяют обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 5 г/л при производительности от 5 до 2000 м³/ч. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сгребания пены в сборники. Для механической флотации используют импеллеры (турбины насосного типа), форсунки и пористые пластины. Перечисленные приспособления служатдля формирования пузырьков воздуха в обрабатываемой сточной воде.

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворённых органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными при небольшой их концентрации. Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ПАВ, красителей, ароматических нитросоединений и др. Достоинствами метода являются высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперация этих веществ. Адсорбционная очистка 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 очистки достигает 80 – 95 %. В качестве адсорбентов чаще всего используют активные угли, синтетические сорбенты (силикагели, алюмогели) и некоторые отходы производства (зола, шлаки, опилки и др.). Адсорбционная способность активных углей является следствием сильно развитой поверхности и пористости. Удельная поверхность их может достигать 1000 м²/г, а объём пор – 2 см³/г.

Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием её через слой адсорбента в специальных аппаратах – адсорберах. Адсорбированные вещества из углей извлекают перегретым водяным паром ( 200 – 300 °С), либо нагретым инертным газом (120 – 140 °С). После десорбции пары конденсируются, и вещество извлекают из конденсата. В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию адсорбента химическими реагентами (обрабатывая его сильными окислителями, например, хлором, озоном) или нагреванием его до 700 – 800 °С в бескислородной среде.

Ионный обмен применяется для извлечения из сточных вод тяжёлых металлов (цинка, меди, хрома, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианидов и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды.

Дата добавления: 2014-01-20