 |
Удаление из воды растворенных газов
|
|
|
|
Сточные воды многих производств загрязнены летучими неорга- ническими и органическими примесями, такими как сероводород Н2S, сероуглерод СS2, диоксид серы SО2, аммиак NH3, диоксид углерода СО2, метан СН4 и др. Содержание их в сточных водах составляет обычно 0,1-1,0 г/л, многие из них являются ценными химическими продуктами. Эти газы относятся к агрессивным, они обуславливают либо усиливают коррозию металлов. Комплекс мероприятий, связаных с удалением из воды растворенных в ней газов, называется дегазацией воды. Существуют физические и химические методы дегазации.
К физическим относятся: аэрация, десорбция в токе инертного га- за, нагревание воды, понижение давления (вакуумные дегазаторы).
Химические методы основаны на реакциях, в результате которых растворенные газы связываются химически, например:
СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3¯ + Н2О; О2 + 2Na2SO3 = 2Na2SO4.
Процесс десорбции - выделение растворенного газа из раствора - обусловлен более высоким парциальным давлением газа над сточной водой, чем в окружающей среде. Равновесное парциальное давление удаляемого газа РА по закону Генри пропорционально содержанию растворенного газа в растворах ХА:
РА = jХА,
где j - коэффициент пропорциональности (коэффициент Генри).
Количество вещества М, перешедшего из жидкой фазы в газовую, определяется из основного уравнения массопередачи:
М = КуFDСср,
где Ку - коэффициент массопередачи; F - поверхность контакта фаз; DСср -
средняя движущая сила десорбции.
При пропускании инертного газа через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу. Этот процесс на практике осуществляют путем естественной дегазации через открытую водную поверхность или искусственной дегазации в специальных дегазаторах.
|
|
|
Естественная десорбция происходит обычно в открытых отстой- никах или прудах при длительном пребывании в них сточных вод. Эф- фективность такой десорбции не превышает 50-60 %, она зависит от температуры и влажности воздуха, скорости ветра, площади зеркала воды, глубины. Метод не нашел широкого применения из-за загрязне- ния воздуха, потери ценных веществ.
Десорбция летучих веществ в искусственных условиях проводит- ся в токе инертного газа, выпариванием раствора или десорбцией под вакуумом. Часто эти методы комбинируют.
Десорбцию в токе инертного газа (азот, диоксид углерода, топоч- ные дымовые газы и др.) широко применяют для удаления летучих примесей из сточных вод химических производств. Чаще всего десорб- цию проводят в токе воздуха (аэрация), подаваемого вентиляторами, и осуществляют в колоннах (десорберах) насадочного, распылительного, барботажного типа. Наиболее интенсивно процесс протекает на та- рельчатых колоннах в пенном режиме, а на насадочных - в режиме эмульгирования. Степень десорбции сточных вод зависит от конструк- ции десорбера и условий проведения процесса и колеблется от 80-85 % до 90-99 %. Более эффективны насадочные и тарельчатые аппараты. Степень удаления летучих веществ из сточных вод увеличивается с ростом температуры газожидкостной смеси и поверхности контакта фаз.
При десорбции нагреванием раствора в нижнюю часть десорбера (кипятильник) подается “глухой” пар. В кипятильнике вода частично испаряется, пары движутся снизу вверх навстречу жидкости. Таким образом, процесс протекает так же, как при десорбции острым паром, с тем отличием, что пар получают из самой десорбируемой сточной во- ды, а не вводят извне. Достоинством метода является получение лету- чих компонентов в концентрированном виде.
Для удаления растворенных газов из сточных вод может быть ис- пользована установка мгновенного вскипания. Установка состоит из подогревателя сточной воды и испарительной камеры. В закрытом по- догревателе сточные воды нагреваются до 120 оС, а затем через редук- ционный клапан подаются в испарительную камеру, в которой проис- ходит их мгновенное вскипание и дегазация. Образующаяся парогазо- вая смесь выводится из камеры. Десорбируемое из воды вещество можно регенерировать, направив его на адсорбцию.
|
|
|
Но не всегда летучие компоненты, извлекаемые из сточных вод отдувкой, могут быть утилизированы. Этому может препятствовать малое количество извлекаемого продукта, наличие трудно отделяемых примесей, отсутствие надежного метода извлечения из газовой фазы. В этих случаях целесообразно отправить отработанный газ после скруб- бера на установку для каталитического окисления. Хороший эффект достигается при пропускании смеси отработанного газа с воздухом при температуре 280-350 оС через слой катализатора (пиролюзит, оксид хрома и др.). Большинство органических соединений в этом случае окисляется до СО2 и Н2О.
Для очистки воды от дурнопахнущих веществ, в том числе и не-
которых газов (меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды) используют различные способы их дезодорации: аэра-
цию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку дымовы- ми газами, окисление кислородом воздуха под давлением, озонирова- ние, экстракцию, адсорбцию, микробиологическое окисление. При вы- боре метода учитывают его эффективность и экономическую целесо- образность.
Наиболее эффективным считается метод аэрации, т.е. продувание воздуха через сточную воду. Для этого используют обычно колонные аппараты различных конструкций. Применяют насадочные колонны и колонны с разными типами тарелок - колпачковыми, сетчатыми, кас- кадными. Сточная вода растекается по насадке или тарелке в виде пленки и контактирует при этом с воздухом.
Эффект очистки достигает 85-90 % при расходе воздуха 12- 15 м3/м3 сточной воды, при этом происходит также окисление загряз- нений. Однако не все загрязнения удаляются методом аэрации.
Промышленное применение имеет хлорирование дурнопахнущих веществ сточных вод. Хлором окисляются серосодержащие соедине- ния (сероводород, метилмеркаптан):
|
|
|
Н2S + Сl2 ® 2HCl + S; 2CH3SH + Cl2 ® 2HCl + (CH3)2S2.
Очистку сточных вод от сероводорода можно проводить окисле- нием кислородом воздуха при атмосферном давлении в присутствии катализатора (железная стружка, графитовые материалы и др.) в аэра- ционном бассейне, куда подают сжатый воздух. Большая часть серово- дорода при этом окисляется до элементарной среды, а другая часть от- дувается воздухом и поступает на очистку в адсорбер с активирован- ным углем.
Высокая степень очистки может быть достигнута жидкофазным окислением сернистых веществ кислородом воздуха под давлением в щелочной среде. Окисление сероводорода идет до тиосульфата и суль- фата натрия. Сероводород из воды можно удалить гидроксидом железа в щелочной или нейтральной среде:
Fe(OH)2 + H2S ® FeS + 2H2O.
После отстаивания можно провести регенерацию образующихся сульфидов железа до гидроксидов и вновь использовать их для очистки воды от сероводорода.
Более эффективно удаление запахов из воды происходит при озо- нировании (или хлорировании) с дальнейшим пропусканием воды че- рез слой активированного угля. Степень дезодорации при этом изменя- ется от 80 до 100 % и зависит от вида примесей и их концентрации. До- за озона при этом снижается по сравнению с просто озонированием.
|
|
|
