Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

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.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...