Разделение в поле центробежных сил
Методы очистки сточных вод Физические методы очистки
Использование физических методов приводит лишь к изменению формы, размеров, агрегатного состояния, количественного соотношения и других физических свойств фаз, составляющих очищаемые системы. При этом в последних не исчезают прежние и не возникают какие-либо новые вещества. В системах, подвергаемых физическим методам очистки, наиболее распространены загрязнители производственных и бытовых сточных вод в виде нерастворимых примесей (взвешенных веществ). Выделенные из воды в виде осадка, они представляют сильно обводненную массу с плотностью в десятки раз меньшей, чем первоначальная. По степени дисперсности взвешенные вещества, подразделяют на грубодисперсные (10-3 см и более), микрогетерогенные (10-3-10-4 см), коллоидные (10-5-10-7 см). Частицы коллоидных размеров могут находиться в состоянии кинетической устойчивости (во взвешенном состоянии) продолжительное время, а более крупные под действием гравитационных сил оседают или всплывают. Это их свойство лежит в основе многих методов физической очистки сточных вод. Физические методы разделяют на методы процеживания, отстаивания, центрифугирования, фильтрации. В качестве основного оборудования в них применяют различные модификации решеток, сит, отстойников, центрифуг, гидроциклонов и фильтров. Процеживание Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод, предназначенная для выделения наиболее крупных (до 150 мм) нерастворимых примесей, а также более мелких волокнистых загрязнений. Процеживание осуществляют, используя решетки и волокноуловители. Решетки изготовляют из металлических стержней с зазором между ними 5-25мм, устанавливаемых в коллекторах вертикально или под углом 60-70° к горизонту. Скорость стока даже при его максимальном расходе не должна превышать в зазоре 0,8-1,0 м/с, что обеспечивает минимальные потери напора на решетке.
При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться, что делают, как правило, с помощью механических, вертикальных или поворотных, грабель. Не задерживаемые решетками грубодисперсные загрязняющие вещества удаляют, процеживая сточные воды через сетчатые барабанные фильтры, которые условно подразделяют на барабанные сетки (для задержания грубодисперсных примесей на металлических сетках с ячейками 0,5-0,8 мм) и микрофильтры (для удаления тонких взвесей, размер ячеек микрофильтров равен 20-40 мкм, их материал — металл или пластик). Отстаивание Методы отстаивания используют для осаждения взвешенных в воде частиц относящихся по размерам к грубодисперсным (крупнее 10-3 см). Отстаивание происходит под действием силы тяжести и, при соблюдении некоторых условий для сферических частиц диаметром d, подчиняется закону Стокса:
где v0 — скорость осаждения; р — плотность осаждающихся частиц; р0 — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения; η — коэффициент динамической вязкости. При р больше, чем р0, примесная частица осядет, при р меньше р0 она всплывет на поверхность жидкости. Формула Стокса выведена в предположении свободного осаждения в ламинарном потоке жидкости частиц диаметром менее 1 мм, не взаимодействующих друг с другом. Рассматриваемый метод очистки сточных вод реализуют в двух типах аппаратов: песколовках и отстойниках. Основное назначение песколовок — задерживать минеральные взвеси крупностью более 0,2 мм. Их применяют для выделения из стоков частиц песка (литейные цехи), окалины (кузнечно-прессовое и прокатное производство), нефтесодержащих загрязнений и т.д.
В горизонтальной песколовке с прямолинейнымдвижением сточной воды (рис.) последняя поступает в песколовку 2 через входной патрубок 1.
Оседающие твердые частицы скапливаются в шламосборнике 3 и на дне песколовки, а очищенная сточная вода через выходной патрубок 4 направляется для дальнейшей обработки. Продолжительность продвижения воды от входного до выходного патрубка при ее скорости 0,15-0,30 м/с и толщине слоя около 2 м равна обычно 30-100 с. Пропускная способность этих песколовок 70-280 тыс. м3 /сут. В вертикальных песколовках (рис.) вертикальная составляющая скорости движения воды невелика (0,03-0,04 м/с) при продолжительности пребывания стоков порядка 120 с и высоте слоя воды около 5 м. Рис. 4.6. Схема вертикальной песколовки
Отстойники используют для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 0,25 мм. По конструкции резервуара различают горизонтальные и вертикальные отстойники. Горизонтальные отстойники применяют при количестве стоков 125-130 м3 /ч. Вертикальные отстойники имеют в плане круглую (с! — 5-10 м) или квадратную (до 14 х 14 м) формы с общей строительной высотой 5-9 м, разбиваемой на цилиндрическую и коническую части примерно в равном отношении. Угол наклона конических стенок составляет обычно 45-60°, что обеспечивает сползание по ним накапливаемого осадка. Схема вертикального отстойника с периферийным впуском воды представлена на рис. 4.10. Неочищенная сточная вода поступает по трубопроводу 5 в кольцевую зону, образованную цилиндрической перегородкой 2 и корпусом 6 отстойника. В процессе вертикального движения сточная вода встречает отражательное кольцо 7, направляющее поток во внутреннюю полость перегородки 2, а твердые частицы оседают в шламосборнике 8. Очищенная сточная вода попадает в кольцевой водосборник 3 и по трубопроводу 1 выводится из отстойника. Осадок из шламосборника вертикального отстойника периодически удаляется через трубопровод 4. Степень очистки в вертикальных отстойниках может достигать 40-45%. Их используют для выделения окалины из сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов. I
Разделение в поле центробежных сил Этот процесс осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и в центрифугах.
Открытые гидроциклоны (рис) применяют для отделения из сточных вод крупных твердых частиц со скоростью осаждения более 20 мм/с. Гидроциклон состоит из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, трубы для отвода очищенной воды 3 и шламоотводящей трубы 4. Диаметр d и высота цилиндрической части гидроциклона обычно равны 2-10 м, диаметр входного отверстия 0,1d, угол конической части — около 60°. Рис. 4.11. Схема открытого гидроциклона
Если в гидроциклонах центробежные силы, ускоряющие выделение частиц, создаются тангенциальным вводом жидкости и ее закручиванием вдоль стенок неподвижного аппарата, то в центрифугах центробежные силы создают вращением самого аппарата. Фильтрование Фильтрование — применяется как доочистная операция после химической, физико-химической и биохимической обработки стоков, так как использование некоторых из этих методов сопровождается выделением в очищаемой жидкости механических загрязнений. Фильтрование реализуют либо на поверхности, либо в глубине фильтрующего материала. По характеру механизма задержания взвешенных частиц различают два основных вида фильтрования: через «фильтрующую пленку», образуемую взвешенными частицами, выпавшими на поверхность загрузки (медленные фильтры). Скорость фильтрации на медленных фильтрах составляет 0,1-0,3 м/ч. без образования на поверхности загрузки фильтрующей пленки (скорые фильтры). Скорость фильтрации в этом случае принимается равной 6-7 м/ч. Способ применяется для осветления мутных и цветных вод после коагулирования и отстаивания, при реагентном умягчении воды, при ее обезжелезивании и в других случаях.
Эвапорация — (отгонка с водяным паром) основана на том, что при нагревании растворов, содержащих летучие вещества, последние вместе с паром переходят в газовую фазу. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задерживаются. Среди эвапорационных методов наибольшее распространение получили пароциркуляционный способ и азеотропная ректификация.
Пароциркуляционный способ применяют для удаления из сточных вод фенолов, крезолов, нафтолов и других веществ, осуществляя его в аппаратах периодического или непрерывного (дистилляционные колонны) действия. При движении навстречу перегретому пару через колонну с насадкой сточная жидкость нагревается до 100°С, присутствующие в ней летучие примеси переходят в паровую фазу, распределяясь между ней и стоками в соответствии с величиной коэффициента их распределения. Выходящий из колонны пар промывается раствором щелочи, в который переходят загрязнения. При нейтрализации щелочного раствора загрязнения выделяются из него и могут быть удалены отстаиванием. Азеотропная ректификация основана на свойстве некоторых двухкомпонентных растворов разделяться при нагревании на чистый компонент и азеотропный (нераздельнокипящий) раствор постоянного состава, содержащий повышенную долю второго компонента. В этом способе сточная вода проходит через колонну, обогреваемую паром, разделяясь на испаряемую азеотропную смесь воды с повышенным содержанием загрязнителя и очищенную воду. Азеотропная паровая смесь поступает в конденсатор. Конденсат после дополнительного охлаждения разделяют в сепараторе на воду, сбрасываемую в исходные стоки, и органическую фазу, поступающую на дальнейшую переработку или на повторное применение. К азеотропным системам относятся некоторые водные растворы спиртов, азотной и соляной кислот, смеси спиртов с бензолом и хлороформом и др. Выпаривание — применяют для увеличения концентрации солей, содержащихся в сточных водах, и ускорения их последующей кристаллизации. Испарение — в отличие от выпаривания, реализуемого при температуре кипения, осуществляется только с поверхности жидкости, организуется обычно в естественных условиях и протекает практически при любой температуре. Площадь испарителей рассчитывается в зависимости от климатических и грунтовых условий. Кристаллизац ия — основана на изменении растворимости веществ при различных температурах. При снижении последней обычно уменьшается их растворимость, в том числе примесей сточных вод. При достижении ими степени пересыщения в растворе они из него выкристаллизовываются, жидкая фаза становится чище. Процесс кристаллизации можно интенсифицировать, ускоряя испарение жидкости. Вымораживание — проводится при температурах замерзания воды или сточных жидкостей и осуществляется в случаях, когда концентрации примесей не достигают насыщения, и загрязнители не переходят в лед, а, в отличие от кристаллизации, остаются в жидкой части. При повышении концентрации примесей до близкой к насыщению раствор направляют на переработку или обезвреживание, а лед после таяния можно использовать для различных бытовых и технологических нужд.
В домашних условиях вымораживание применяют, в частности, для очистки водопроводной питьевой воды. Воду вымораживают не полностью, жидкую часть, содержащую сконцентрированные в ней примеси, сливают. Лед растапливают, полученную воду нагревают до кипячения, при этом из нее выпадает (коагулирует) дополнительное количество примесей, преимущественно гидроксидов железа, которые легко отделяются при фильтровании через марлю. Отфильтрованная вода по вкусу, чистоте и прозрачности соответствует родниковой.
Химические методы очистки Химические методы применяют для удаления из сточных вод растворимых загрязнителей, используя различные реагенты. При взаимодействии с примесями последние образуют безвредные соединения или малорастворимые осадки, в состав которых переходят элементы вредных веществ. Таким образом, изменяются не только физические, но и химические свойства подвергаемых очистке систем, в строго эквивалентных количествах реагируют, исчезают и возникают различные вещества. Нейтрализация Нейтрализацию осуществляют для приведения рН сточных вод к 6,5-8,5 т.е. к среде, близкой к нейтральной. Более опасны (химически активнее) и чаще, в сравнении с щелочными, встречаются кислые стоки. Последние обычно загрязнены минеральными кислотами (серной, азотной, соляной, фосфорной, сероводородной, плавиковой, хромовой и др.), их смесями, а также органическими кислотами (уксусной, салициловой и пр.). Все методы нейтрализации основаны на взаимодействии кислоты с основаниями с образованием соли и воды, например:
НС1 + NаОН→NaCl+ Н2О
Соль, в зависимости от величины ее растворимости, остается в растворе или выпадает в осадок. Применяют следующие способы нейтрализации: взаимную кислых и щелочных сточных вод их смешением; реагентную (растворами кислот, негашеной и гашеной известью, кальцинированной Nа2СОз и каустической NаОН содой, раствором аммиака); на специальных фильтрах, пропуская сточные воды через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, магнезит, обожженный магнезит, мел и т.д.). Окисление Окисление проводят с целью обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси или соединения, извлечение которых нецелесообразно. В качестве окислителя используют хлор, гипохлориты натрия и калия (NаСlO и КСlO), диоксид хлора С1О2, озон, технический кислород и кислород воздуха, пероксид водорода Н2О2, перманганат калия КМnО4. При окислении растворенные ядовитые вещества переходят в нетоксичные соединения, в том числе выпадающие в осадок и удаляемые последующими отстаиванием или фильтрацией. Наиболее часто используют хлорирование и озонирование сточных вод, являющиеся одними из самых распространенных способов их очистки от ядовитых цианидов и ряда других органических и неорганических соединений. Цианиды в сточных водах образуются на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах в гальванических цехах, а также при промывке изделий после закалки их в расплаве цианидов. Обычное содержание цианидов в таких сточных водах составляет 20-100 мг/л и более. При хлорировании вводимый в воду хлор через ряд элементарных стадий реакции превращает цианиды в безвредные диоксид углерода и азот. Хлорирование в настоящее время является самым распространенным среди химических методом обеззараживания воды. Реагент сравнительно недорог, активен, обладает широким спектром антимикробного действия, легко дозируется и контролируется. Многочисленные данные свидетельствуют, что хлорирование питьевой воды и сточных вод приводит к образованию хлорорганических соединений, в том числе хлораминов. Хлорорганика вызывает высокие уровни мутагенной активности и токсичности, канцерогенные эффекты. Это усугубляется тем, что образующиеся хлорорганические соединения обладают высокой стойкостью, вызывая загрязнение водоемов на значительной площади и практически не извлекаясь в процессе водоподготовки. В связи с изложенным потребление хлора в Европе, США, Японии сокращается. Однако, несмотря на многочисленные недостатки хлора и его соединений, отказ от них полностью в водоподготовке в ближайшее время невозможен, поскольку ни один метод (кроме серебрения воды) не обладает необходимым последействием, что весьма важно для сохранения качества воды в распределительных сетях. Поэтому какими бы другими методами ни обрабатывали воду (озонирование, ультрафиолетовое облучение и т.п.), ее необходимо хлорировать перед подачей в сеть (Гончарук...). Физико-химические методы
Физико-химические методы используют для удаления примесей коллоидных размеров и растворенных. Физико-химические методы пригодны для осаждения токсичных металлов и их солей, удаления масел и суспендированных веществ, осветления стоков со снижением БПК и ХПК.
Коагуляция и флокуляция Будучи в большинстве случаев лиофильными (хорошо смачиваемые, устойчивые к взаимному слипанию) коллоидными системами суспензионного (жидкая дисперсионная среда и твердая дисперсная фаза) и эмульсионного (жидкая дисперсионная среда и жидкая дисперсная фаза ) типов, Вредные примеси стоков могут быть достаточно кинетически и агрегативно устойчивыми и не осаждаться в течение неопределенно долгого времени. Для нарушения их устойчивости используют реагентные и безреагентные методы, общим свойством которых является снятие тем или иным способом заряда с поверхности коллоидной примеси. Развивающаяся при этом потеря агрегативной устойчивости (слияние частиц) ведет к их оседанию, т.е. к очистке стоков. В практике обработки воды термин «коагуляция» относят к процессам дестабилизации, а термин «флокуляция» означает последующее укрупнение нейтральных коллоидов. Как известно, в коллоидной химии коагулянты и флокулянты различают как астабилизаторы соответственно неорганических и высокомолекулярных коллоидных систем. В качестве коагулянтов для очистки сточных вод используют соли алюминия и железа: сульфат натрия (жидкий или сухой), жидкий хлорид алюминия, алюминат натрия, смесь сульфата натрия с гашеной известью или сульфата двухвалентного железа с известью и др. Дозы коагулянтов устанавливаются опытным путем в зависимости от качества обрабатываемой воды и требуемой степени очистки. Методы обработки сточных вод с применением флокулянтов значительно ускоряют процессы агрегации осаждающихся частиц. Флокулянты классифицируют по составу (неорганические, органические), способу получения (синтетические, природные), агрегатному состоянию (твердые и жидкие органические флокулянты), электрическому заряду (анионные, катионные, неионогенные). Флокулянты вводят в стоки после коагулянтов.
Экстракция — процесс распределения растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами с преимущественным его переходом в одну из них в соответствии с коэффициентом распределения. Жидкость, из которой извлекают (экстрагируют) вещество, называется рафинатом, а жидкость, в которую это вещество переходит, — экстрагентом (растворителем, экстрагирующей фазой). Используют для извлечения органических веществ (фенолов, спиртов, жиров и т.д.), применяя органические экстрагенты, малорастворимые в воде (бензол, бутилацетат, четыреххлористый углерод).
Сорбция — очистка основана на процессах адсорбции из сточных вод растворенных и взвешенных в них примесей твердыми адсорбентами.
Ионный обмен — основан на частном случае адсорбции — обменной адсорбции. На поверхности адсорбента, приводимой в контакт с раствором электролита, уже адсорбирован другой электролит, что приводит к обмену ионов между поверхностным слоем адсорбента и жидкости. При этом адсорбент, поглощая определенное количество каких-либо ионов, одновременно выделяет в раствор эквивалентное количество других ионов того же знака, вытесненных с поверхности. (для удаления ионов тяжелых цветных металлов). Мембранные методы — основаны на процессах массопереноса через полунепроницаемые перегородки, в результате которых происходит отделение примесей от растворителей или дисперсионной среды. Диализ—растворенное вещество проходит через мембрану, а более крупные коллоидные частицы не способны проникать через полунепроницаемую перегородку и остаются в виде очищенного коллоидного раствора (материал перегородки: бычий пузырь, пергамент, целлофан). Баромембранные методы в которых массоперенос осуществляется под влиянием градиента ( вектор показывающий направление изменения давления) давления. Осмотическое давление возникает, когда между чистым растворителем (водой) и раствором (например сахара) устанавливают полупроницаемую мембрану, которая пропускает растворитель, но задерживает растворенное вещество. Флотация Применяется при очистке сточных вод от нефти, нефтепродуктов, ПАВ и т.д. Сущность процесса состоит в насыщении стоков воздухом, к пузырькам которого прилипают частицы твердых веществ, вместе с ними всплывающие на поверхность.
Биологические методы Метод биологической очистки заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. После биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, аэротенки и биологические пруды. В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Эта пленка является действующим началом в биофильтрах. Благодаря ей интенсивно протекают процессы биохимического окисления. Аэротенки — это железобетонные резервуары, обычно больших размеров, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом. Очищающее начало аэротенков — активный ил из бактерий и микроскопических животных. Источниками питания и бурного развития организмов активного ила служат загрязнения сточных вод органическими веществами и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Мельчайшие животные (инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и др.), пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. Следует отметить, что уже через несколько минут после контакта ила со сточной водой обычно концентрация в ней органических веществ снижается более чем наполовину. В целом содержание органического вещества в стоках в результате прохождения через аэротенки сокращается на 90%. В естественных условиях для биологической доочистки сточных вод используют биологические пруды и поля орошения или поля фильтрации. Биологические пруды — это неглубокие земляные резервуары, обычно 0,5—1 м, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоемов. Они работают при температуре не менее 6°С. Обычно их устраивают в виде 4—5 серий на местности, имеющей уклон. Располагают ступенями так, что вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенный. Поля фильтрации предназначены только для биологической доочистки (очистки) сточных вод. При просачивании жидкости через почву в ней адсорбируются взвешенные и коллоидные вещества, способствующие развитию в почвенных порах микробиологической пленки. На полях орошения одновременно с очисткой вод производится выращивание кормовых сельскохозяйственных культур или трав.
Ни один из методов очистки самостоятельно не обеспечивает выполнения современных требований: очистка до ПДК (зачастую на уровне 0,1-0,01 мг/л), возврат 90-95% воды в оборотный цикл, невысокая стоимость, малогабаритность установки, утилизация ценных компонентов. Задача очистки стоков обычно решается совокупностью методов, дополняющих друг друга. При этом примеси выделяются в газообразную, твердую или жидкую фазу или разрушаются.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|