Материал: Белов БЖД

Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием сточной воды через катиониты и аниониты. При контакте сточной воды с катионитом в водородной форме имеет место обмен катионов растворенных в воде солей на Н^{+ –} ионы катионита в соответствии с уравнением реакции

n[K]H+Meⁿ⁺↔[K]_nMe+hH⁺

где К –«скелет» (радикал) катионита; Me–извлекаемый из сточной воды катион металла;n–заряд катиона. При этом имеет место увеличение кислотности сточной воды.

При контакте сточной воды с анионитом в гидроксильной форме происходит обмен анионов кислот на OH'-ионы анионита в соответствии с уравнением реакции

m[Ap]OH+A^m-↔[A_n]_mA+mOH

где Аn–«скелет» (радикал) анионита; А–извлекаемый из сточной воды анион;т –заряд аниона.

В зависимости от вида и концентрации примесей в сточной воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок. Для очистки сточных вод от анионов сильных кислот применяют технологическую схему одноступенчатого Н-кати-онирования и ОН-анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита (рис. 6.21, a). Для более глубокой очистки сточных вод, в том числе от солей, применяют одно-или двухступенчатое Н-катионирование на сильнокислотном катионите с последующим двухступенчатым ОН-анионированием на слабо-, а затем на сильноосновном анионите (рис. 6.21, б).

При содержании в сточной воде большого количества диоксида углерода и его солей происходит быстрое истощение емкости сильноосновного анионита Для уменьшения истощения сточную воду после катионитового фильтра дегазируют в специальных дегазаторах с насадкой из колец Рашига или в других аппаратах (рис 621, в)

Рис. 6. 22. Технологическая схема установки электрохимического окисления циансодержащих сточных вод

При необходимости обеспечивать значение рН ≈ 6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешанного действия, загружаемый смесью сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита

Электрохимическая очистка,в частности, электрохимическое окисление осуществляется электролизом и реализуется двумя путями окислением веществ путем передачи электронов непосредственно на поверхности анода или через вещество–переносчика, а также в результате взаимодействия с сильными окислителями, образовавшимися в процессе электролиза

Наличие в сточной воде достаточного количества хлорид-ионов обусловливает появление в ней при электролизе активного хлора (С1₂, НОС1, С12O, С1O, СlOз), который является сильнейшим окислителем и способен вызывать глубокую деструкцию многих органических веществ, содержащихся в сточных водах

Электрохимическое окисление применяют для очистки сточных вод гальванических процессов, содержащих простые цианиды (КС1, NaCI) или комплексные цианиды цинка, меди, железа и других металлов Электрохимическое окисление осуществляют в электролизерах (обычно прямоугольной формы) непрерывного или периодического действия. На аноде происходит окисление цианидов в малотоксичные и нетоксичные продукты (цианаты, карбонаты, диоксид углерода, азот), а на катоде –разряд ионов водорода с образованием газообразного водорода и разряд ионов меди, цинка, кадмия, образующихся при диссоциации комплексных анионов с содержанием CN-группы.

На рис. 6. 22. показана технологическая схема установки для электрохимического окисления сточных вод. В ее состав входят сборный резервуар 1, бак 2для приготовления концентрированного раствора NaCI, электролизер3с источником постоянного напряжения 7. Очищенная от цианидов сточная вода выходит по трубопроводу4,а при необходимости ее доочистки по трубопроводу5вновь направляется в сборный резервуар 7. Для интенсификации процесса окисления в электролизер3по трубопроводу6подают сжатый воздух.

Рис. 6.23. Технологическая схема эвапо-рационной установки

1–трубопровод подачи исходной сточной воды; 2– теплообменник;3–эвапорационная колонна;4– трубопровод загрязненного пара; 5–трубопровод подачи растворителя;6–колонна с насадками из колец Рашига для очистки отработанного пара; 7–вентилятор;8– трубопровод повторно используемого очищенного пара;9– трубопровод отвода загрязненного летучими примесями растворителя;10–трубопровод отвода очищенной сточной воды;11–трубопровод подачи свежего пара

Гиперфильтрация(обратный осмос) реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, поры которых размером около 1 нм пропускают молекулы воды, задерживая гидратированные ионы солей или молекулы недиссоциированных соединений По сравнению с другими методами очистки гиперфильтрация требует малых энергозатрат установки для очистки конструктивно просты и компактны, легко автоматизируются, фильтрат имеет высокую степень чистоты и может быть использован в оборотных системах водоснабжения, а сконцентрированные примеси сточных вод легко утилизируются или уничтожаются.

Перенос воды и растворенного вещества через мембрану оценивается уравнениями Q=k1(Pp-∆p);F=k2∆c,гдеQ –расход воды через мембрану, м³/с,k₁, k₂–коэффициенты проницаемости соответственно воды и растворенного вещества через конкретную мембрану;рр – рабочее давление на входе в мембрану, Па; ∆р –разность осмотических давлений раствора на входе в мембрану, Па, ∆с – разность концентраций растворенного в воде вещества на входе в мембрану и выходе из нее, кг/м³;F–масса растворенного вещества, переносимого через мембрану, кг.

Для гиперфильтрации используют ацетатцеллюлозные, полиамидные и тому подобные полимерные мембраны с ресурсом работы 1. 2 г Селективность мембран по отношению к ионам различных веществ характеризуется следующим рядом Al³⁺>Zn²⁺>Cd²⁺>Mg²⁺>Ca²⁺>Ba²⁺>SO^2-> Na⁺>F^->K⁺>Cl^->Br^->I^->NO3^->H⁺.

Эвапорацияреализуется обработкой паром сточной воды с содержанием летучих органических веществ, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды. Процесс эвапорации осуществляют в испарительных установках (рис. 6. 23), в которых при протекании через эвапорационную колонну с насадками из колец Рашига навстречу потоку острого пара сточная вода нагревается до температуры 100° С. При этом содержащиеся в сточной воде летучие примеси переходят в паровую фазу и распределяются между двумя фазами (паром и водой) в соответствии с уравнением Сп/св= у, где Сп и св, – концентрации примеси в паре и сточной воде, кг/м³; у – коэффициент распределения. Для аммиака, этиламина, диэтиламина, анилина и фенола, содержащихся в сточной воде, коэффициент распределения соответственно равен 13, 20, 43; 5,5 и 2.

Концентрация примеси в сточной воде на выходе из эвапорацион-ной колонны

Св=Со(qY-1)(qye^x-1)

где Co –концентрация примеси в исходной сточной воде, кг/м³;q – удельный расход пара, кг/кг;х=[рσН(qу–1)]/(Ьуу),здесьbqy –эмпирическая постоянная насадки;b–плотность орошения колонны водой, м³/м²; р –эмпирическая постоянная, м/с; ст –удельная площадь поверхности насадки, м^м²;Н–высота слоя насадки, м.

Выпаривание, испарение и кристаллизацию используют для очистки небольших объемов сточной воды с большим содержанием летучих веществ.

Биологическая очистка.Ее применяют для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ. Она основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т. п.). Процесс реализуется в две стадии, протекающие одновременно, но с различной скоростью: адсорбция из сточных вод тонкодисперсных и растворенных примесей органических веществ и разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микроорганизмов при протекающих в них биохимических процессах (окислении или восстановлении). Обе стадии реализуются как в аэробных, так и в анаэробных условиях в зависимости от видов и свойств микроорганизмов. Биологическую очистку осуществляют в природных и искусственных условиях.

Сточные воды в природных условиях очищают на полях фильтрации, полях орошения и в биологических прудах [6.5]. Очистку и бытовых, и производственных сточных вод на полях фильтрации и полях орошения в настоящее время используют очень редко в связи с малой пропускной способностью единицы площади полей и непостоянством состава производственных сточных вод, а также из-за возможности попадания на поля токсичных для их микрофлоры примесей.

Биологические пруды используют для очистки и доочистки сточных вод суточным расходом не более 6000 м³. Применяют пруды с естественной и искусственной аэрацией.

Биологические фильтры широко используют для очистки и бытовых, и производственных сточных вод. В качестве фильтровального материала для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и т. п. Существуют биофильтры с естественной подачей воздуха; их применяют для очистки сточных вод суточным расходом не более 1000 м³Для очистки производственных сточных вод больших расходов и сильно концентрированных используют биофильтры с принудительной подачей воздуха (рис 6 24)

Рис. 6. 24. Схема биофильтра с принудительной подачей воздуха

1–трубопровод подачи исходной сточной воды; 2–водораспределительные устройства;3– фильтровальная загрузка;4–трубопровод отвода очищенной сточной воды;5–гидравлический затвор;6 –трубопровод подвода сжатого воздуха; 7 – корпус фильтра

Нормальный ход процесса биологической очистки сточных вод устанавливается после образования на загрузочном материале биофильтра биологической пленки, микроорганизмы которой адаптировались к органическим примесям сточных вод. Период адаптации обычно составляет 2...4 недели, хотя в отдельных случаях он может достигать нескольких месяцев. Для оценки состава сточных вод в процессе биологической очистки используют биологическую потребность воды в кислороде (БПК) –количество кислорода, необходимое для окисления всех органических примесей, содержащихся в единице объема сточной воды.

Объем загрузочного материала V= (La–l)/m, где La и Lt,–БПК исходной и очищенной сточной воды, кг/м³; М–окислительная мощность биофильтра –масса кислорода, которая может быть получена в сутки с единицы объема загрузочного материала биофильтра, кг/(м³сут)

Аэротенки, используемые для очистки больших расходов сточных вод, позволяют эффективно регулировать скорость и полноту протекающих в них биохимических процессов, что особенно важно для очистки промышленных сточных вод нестабильного состава. Окислительная мощность аэротенков составляет 0,5...1,5 кг/м³в сутки. В зависимости от состава примесей сточных вод и требуемой эффективности очистки применяют аэротенки с дифференцируемой подачей воздуха, аэротенки-смесители с дифференцируемой подачей сточной воды и аэротенки с регенераторами активного ила.

При БПК > 0,5 кг/м³используют аэротенки с дифференцируемой (сосредоточенной) подачей смеси сточной воды и активного ила в начале сооружения (рис. 6.25). Воздух, интенсифицирующий процесс окисления органических примесей, распределяется равномерно по всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточной воде осуществляют механическими или пневматическими аэраторами. Окислительная мощность аэротенков существенным образом зависит от концентрации активного ила в сточной воде При очистке производственных сточных вод концентрация ила обычно составляет 2...3 кг/м³по сухому веществу.

Рис. 6. 25. Технологическая схема аэротенка

1 – трубопровод подачи исходной сточной воды; 2–первичный отстойник; 3– трубопровод подачи активного ила для повторного использования; 4–аэротенк; 5–трубопровод отвода отработанного ила; 6–трубопровод отвода очищенной сточной воды; 7–вторичный отстойник; 8-–трубопровод подвода сжатого воздуха

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в них технического кислорода и повышения концентрации активного ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в объем сточной воды кислорода реактор окситенка герметизируют. Очищенная от органических примесей сточная вода из реактора поступает в илоотделитель, в котором происходит выделение из нее отработанного ила. При проектировании окситенков необходимо предусматривать мероприятия по обеспечению их пожаровзрывобезопасности с учетом вредных и опасных факторов, имеющих место при эксплуатации систем с использованием газообразного кислорода.