Образование за рубежом

PlayPhrase.me - Учи английский

6.5. Методи очищення виробничих стічних вод

Очищення виробничих стічних вод організується з метою використання їх у системах оборотного, послідовного або замкнутого водопостачання, забезпечення умов прийому до міських систем водовідведення або скидання у водні об’єкти.

Вода, використана в технологічному процесі, містить домішки у виді: зважених часток розміром від 0,1 мкм і більш, що утворить суспензії; крапельок, що не розчиняються у воді, іншій рідині, що утворять емульсії; колоїдних систем з частками розміром від 1 мкм до 1 нм і розчинених у воді речовин у молекулярній або іонній формі. Домішки, що утримуються в технологічній воді, часто є коштовною сировиною або готовою продукцією.

Методи очищення стічних вод підрозділяються на механічні, хімічн і біологічні.

Механічні методи очищення забезпечують витяг з вод зважених і, що очищаються, що плавають, домішок. Найбільш простий спосіб видалення цих домішок — відстоювання, у процесі якого зважені речовини осідають на дно, а домішки, що плавають, спливають на поверхню відстійників. Відстійники влаштовуються горизонтальний, вертикальний і радіальні (малюнок).

Рис. Відстійники:
А — горизонтальний; Б — вертикальний; В — радіальний 1 — забруднена вода; 2 — очищена вода; 3 — осад (шлам); 4 — скребковий механізм

У горизонтальному відстійнику довжина в 8—12 разів більше за його глибину. Відстійники бувають безперервної або періодичної дії. У відстійниках безперервної дії відділення домішок відбувається завдяки різкому зменшенню швидкості руху рідини, що очищається, (до 0,005 — 0,01 м/с). Тривалість проходження рідини через відстійник складає 1—3 години. Ефективність освітлення води — від 40 до 60%. У відстійниках періодичної дії тривалість відстою рідини складає кілька годин, після чого відбувається видалення домішок, що спливли, проясненої води й осаду. Потім процес повторюється.

Глибина (висота) вертикального відстійника в кілька разів перевищує його горизонтальний розмір. Поділ твердої і рідкої фаз відбувається за рахунок зменшення швидкості потоку і зміни його напрямку на 180°. Вертикальні відстійники більш компактні, однак їхня ефективність на 10 —20% нижче, ніж у горизонтальних.

У конструкції радіального відстійника реалізований принцип дії вертикального і горизонтального відстійників. У центральній його частині відбувається зміна напрямку потоку рідини, що очищається, а від центра до периферії він працює в режимі горизонтального відстійника. Це дозволяє одержувати досить компактні спорудження великої продуктивності. Ефективність освітлення в радіальних відстійниках досягає 60%. Глибина їх коливається від 1,5 до 5 м, діаметр — від 15 до 60 м.

Для підвищення ефективності процесу освітлення до, рідини що очищається у відстійниках додають коагулянти — речовини, що при взаємодії з водою утворять пластівці – частки розміром 0,5—3 мм із розвитою поверхнею, що володіють також невеликим електричним зарядом. При осіданні ці пластівці захоплюють з рідини зважені і колоїдні частки. Як коагулянти застосовуються сірчанокислий алюміній, хлорне залізо й ін. Витрата їх складає від 40 до 700 кг/м3 рідини, що очищається. Високі дози відносяться до фізико-хімічного очищення технологічних вод, що забезпечує видалення хрому і ціанідів, а також знебарвлення води.

Інтенсифікації процесу коагуляції сприяє добавка флокулянтів — речовин, що забезпечують агрегування пластин коагулянтів і прискорюють тим самим їхнє осадження. Як флокулянти застосовують клейкі речовини: крохмаль, декстрин, силікатний клей. Досить ефективним є синтетичний флокулянт — поліакриламід (ПАА), що широко використовується також при підготовці питної води. Доза застосування ПАА коливається від 0,5 до 25 г/м3 рідини, що очищається. Впроваджуються в практику й інші коагулянти і флокулянти на основі активних полімерів, дози застосування яких у десятки разів менше.

Тонкодисперсні часточки, що не вдається видалити з рідини у відстійниках, можуть бути вилучені за допомогою фільтрування. Процес фільтрування полягає в проходженні рідини через пористу перешкоду, на якій осаджуються мілкодисперсні частки. Як фільтруючий шар використовуються зернисті матеріали (пісок, гранітна або мармурова крихта, керамзит і ін.), тканини і неткані полотнини (бавовняні, вовняні, синтетичні, з азбесту, скловолокна й ін.), металеві сітки, перфоровані пластини, пориста кераміка. Для прискорення процесу фільтрування виробляється під тиском або за допомогою вакууму. Для витягу нафтопродуктів, олій і інших емульгованих домішок застосовуються, фільтри з поліуретану. Ефективність видалення зважених і емульгованих домішок методом фільтрування досягає 99% і більш.

У гідроциклонах і центрифугах поділ рідкої і твердої фаз відбувається під впливом відцентрових сил.

Для видалення зважених речовин використовуються напірні гідроциклони (малюнок). Для видалення домішок, що плавають, застосовуються відкриті гідроциклони. Гідроциклон являє собою металевий апарат, що складається з циліндричної і конічної частин. Діаметр циліндричної частини — від 100 до 700 мм, висота приблизно дорівнює діаметрові. Кут складає 10 — 20°. Усередині апарата є лопати у виді гвинтової спіралі. Подана під тиском рідина, рухаючись по спіралі до зливу, відокремлюється від зважених речовин. Частина рідини з великим змістом суспензій видаляється з гідроциклона, а прояснена вода під дією вакууму, що утворився, рухається нагору і виливається через верхній отвір. У відкритому (безнапірному) гідроциклоні видалення проясненої води відбувається через бічні отвори, а спливаючі домішки витягаються за допомогою сифона. Гідроциклони, у порівнянні з іншими пристроями для механічного очищення вод, відрізняються високою продуктивністю, компактністю, економічні у виготовленні й експлуатації. Ефективність очищення від зважених і домішок, що плавають, складає приблизно 70%.

Рис. Гідроциклони:
А — вертикальний напірний;Б — багатоярусний відкритий1 — забруднена вода; 2 — очищена вода; 3 — осад (шлам); 4 — домішки, що плавають, (нафтопродукти, олії)

Фізико-хімічні методи очищення забезпечують видалення з води, як правило, розчинених речовин, що не піддаються або погано піддаються біологічному очищенню, а також речовин, що можуть зробити несприятливий вплив на колектори або інші елементи систем відведення.

Найбільш простим і розповсюдженим методом фізико-хімічного очищення є нейтралізація, що полягає в підкисленні лужних вод (із рН>8,5) і підлужнені вод із рН<6,5. При наявності на виробництві кислих і лужних вод нейтралізація досягається їхнім змішанням. При відсутності однієї з категорій вод нейтралізація здійснюється шляхом добавки реагенту. Для нейтралізації кислих вод найкраще використовувати відходи лугів — гідроокису натрію або калію, що не дають осаду. При використанні гідроокису кальцію у виді вапняного молока утвориться шлам, якому необхідно видаляти, знешкоджувати й утилізувати. Нейтралізація кислих вод досягається також фільтруванням їх через шар вапняку, доломіту, магнезиту, шлаку або золи.

Для нейтралізації лужних вод використовується відпрацьована сірчана кислота. Високоефективним методом нейтралізації лужних вод є продувка через них газових викидів, що містять оксиди сірки, вуглецю, азоту й інші кислоутворюючі окисли. У такий спосіб забезпечується одночасно ефективне очищення димових газів.

Реагентна обробка застосовується для очищення вод від ціанідів, роданидов, іонів важких металів і ряду інших домішок. Вид застосовуваного реагенту визначається сполукою домішок, що підлягають видаленню з води. Так, розкладання ціанідів досягається обробкою води рідким хлором або речовинами, що виділяють активний хлор, — хлорним вапном, гипохлоридом кальцію або натрію.

Видалення з води іонів ртуті, хрому, кадмію, свинцю, нікелю, міді, миш’яку засновано на переводі їх з розчину в нерозчинний осад. З цією метою воду, що очищається, обробляють сполуками натрію або кальцію – сульфітом, бісульфітом або сульфідом, карбонатами або гідроокисом. Шлам, що утвориться, видаляють, утилізують або складують.

Одним з високоефективних методів очищення є іонний обмін, що являє собою процес взаємодії рідини, що очищається, із зернистим матеріалом, що володіє здатністю заміняти іони, що знаходяться на поверхні зерен, на іони протилежного заряду, що утримуються в розчині. Такі матеріали називаються іонітами. Іонітними властивостями володіють природні мінерали — цеоліти, апатити, польові шпати, слюда, різні глини. Синтезовано велике число високоефективних іонітів, що володіють селективними властивостями. До них відносяться силікагелі, алюмогели, пермутити, сульфовугли і іонообмінні смоли — синтетичні високомолекулярні органічні сполуки, радикали яких утворять просторову сітку з фіксованими на ній іонообмінні функціональними групами. Іоніти не розчиняються у воді, володіють достатньою механічною міцністю, забезпечують можливість їхньої регенерації з одержанням коштовних речовин, що витягаються з вод, що очищаються. Існують іонообмінні установки періодичної і безперервної дії (малюнок). Установки періодичної дії працюють як фільтри з зернистим завантаженням у виді гранул іонітів. При насиченні поверхні гранул іонами речовини, що витягається з води, виробляється їхня регенерація слабким розчином (2—8%) луги або кислоти. В установках безперервної дії гранули іонітів і рідина, що очищається, рухаються протитоком, постійно перемішуючись. У процесі роботи частина гранул подаються на регенерацію і заміняються новими. Завдяки високій механічній міцності і здатності до регенерації гранули іонітів мають досить тривалий термін служби. Іонний обмін є, власне кажучи, універсальним методом очищення вод. Для видалення практично будь-якої речовини з води можна підібрати відповідний іоніт або групу іонітів. Ефективність іонообмінного очищення досягає 95—99%.

Рис. Установки іонообмінного очищення:
А — періодичної дії;Б — безперервної дії; 1 — забруднена вода; 2 — гранули іоніту; 3 — розчин для регенерації іоніту; 4 — очищена вода; 5 — добавка іоніту

Іншим універсальним і високоефективним методом очищення вод є сорбція. Сорбція застосовується переважно для очищення стічних вод, що містять високотоксичні речовини, що не піддаються біохімічному окислюванню. Метод сорбуючого очищення заснований на адгезії розчинених речовин поверхнею і порами сорбенту. Найкращим сорбентом є активоване вугілля. Сорбуючими властивостями володіють золи, шлаки, обпилювання, коксова крихта, торф, керамзит і ін. Конструкції установок сорбуючого очищення аналогічні іонообмінні (малюнок). Висока ефективність очищення досягається в установках із “киплячим” шаром, коли в порожню вертикальну колону знизу під тиском подається вода, що очищається, і проходить через шар сорбенту, що знаходиться в зваженому стані. Відпрацьований сорбент заміняється новим або регенерується. При підтримці сорбенту в “киплячому” шарі, коли досягаються найкращі умови контакту його зовнішньої і внутрішньої поверхні з рідиною, що очищається, ефективність очищення досягає 99%. Якщо “киплячий” шар злежується, ефективність очищення різко знижується.

Рис. Установки сорбуючого очищення:
А — одноярусна; Б — триярусна; 1 — забруднена вода; 2 — сорбент; 3 — очищена вода; 4 – відпрацьований сорбент; 5 — чистий сорбент; 6 — ґрати

Флотаціонне очищення застосовується для видалення з води поверхнево-активних речовин (УПАВШИ), нафтопродуктів, жирів, смол і ін. Процес флотації полягає в сорбуванні домішок, що утримуються у воді, поверхнею пухирців повітря, що нагнітається в рідину, що очищається. У практиці очищення вод використовуються напірні, безнапірні, вакуумні і електрофлотаційні установки. Найбільше поширення одержали напірні установки (малюнок). У таких установках вода спочатку насичується повітрям під тиском, а потім подається у відкритий резервуар, де відбувається виділення пухирців і сорбування ними домішок, що утримуються у воді. Іноді стиснене повітря подається в нижній шар рідини, що знаходиться в резервуарі (флотаторі). Для підвищення ефективності очищення повітря подається через пористі (фільтросні) пластини. При вакуумній флотації у флотаторі створюється розрядження, що сприяє утворенню пухирців повітря. Для безнапірної флотації використовуються ерліфтні установки, що дозволяють істотно (у 2—4 рази) знизити витрати електроенергії на флотаційне очищення. Підвищенню ефективності очищення вод при флотації сприяє наявність синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАВШИ). Утворена ними густа стійка піна підвищує ступінь видалення з води емульгованих домішок. При флотації одночасно досягається дегазація вод, що очищаються, і насичення їх киснем.

Рис. Установки флотаційного очищення:
1 — забруднена вода; 2 — стиснене повітря; 3 — газгольдер; 4 — флотатор; 5 — очищена вода; 6 — пінний шлам

При електрофлотації утворення пухирців газу відбувається внаслідок електролізу води. На аноді виділяється кисень, на катоді — водень. Однак цей метод очищення через великі витрати електроенергії і росту її вартості практично не використовують. Через це усе рідше застосовують раніш широко розповсюджені електрохімічні методи очищення вод: анодне окислювання і катодне відновлення, електрокоагуляція, електродіаліз. Електрохімічні методи очищення засновані на пропущенні постійного електричного струму через рідину, що очищається. Кисень, виділюваний на аноді, окисляє органічні домішки. Як аноди використовують електролітичні матеріали, що не розкладаються: магнетит, діоксіди свинцю, марганцю або рутенію, що наносять на титанову основу. На катодах відбувається виділення водню й осідання іонів металів з утворенням нерозчинних гідроксидів. Катоди виготовляють зі сталі або алюмінію. У процесі електролізу катіони катодів, взаємодіючи з гідроксідними групами, утворять гідроокиси у виді пластівців. Цей процес називається електрокоагуляцією.

Біохімічні методи очищення стічних вод. Біохімічний метод застосовують для очищення господарсько-побутових і промислових стічних вод від багатьох розчинених органічних і деяких неорганічних (сірководню, сульфідів, аміаку, нітритів і ін.) речовин. Процес очищення заснований на здатності мікроорганізмів використовувати ці речовини для харчування в процесі життєдіяльності органічні речовини для мікроорганізмів є джерелом вуглецю. Основні показники. Стічні води, що направляються на біохімічне очищення, характеризуються величиною БПК і ХПК.

БПК — це біохімічна потреба в кисні, або кількість кисню, використаного при біохімічних процесах окислювання органічних речовин за визначений проміжок часу (2, 5, 8, 10, 20 діб), у мг ПРО2 на 1 мг речовини. Наприклад: БПК5 — біохімічна потреба в кисні за 5 діб, БПКповн — повна біохімічна потреба в кисні.

ХПК — хімічна потреба в кисні, тобто кількість кисню, еквівалентна кількості окислювача, що витрачається, необхідного для окислювання усіх відновлювачів, що утримуються у воді. ХПК також виражають у мг ПРО2 на 1 мг речовини.

Контактуючи з органічними речовинами, мікроорганізми частково руйнують їх, перетворюючи на воду, диоксид вуглецю, нітрит- і сульфат-іони й ін. Інша частина речовини йде на утворення біомаси. Руйнування органічних речовин називають біохімічним окислюванням. Деякі органічні речовини здатні легко окислятися, а деякі не окисляються зовсім або окисляються дуже повільно.

Для встановлення можливості подачі промислових стічних вод на біохімічні очисні спорудження встановлюють максимальні концентрації токсичних речовин, що не впливають на процеси біохімічного окислювання (МКб) і на роботу очисних споруджень (Мкбо.с). За відсутності таких даних можливість біохімічного окислювання встановлюють по відношенню БПКповн і ХПК. При відношенні (БПК/ХПК) 100 = 50% речовини піддаються біохімічному окислюванню. При цьому необхідно, щоб стічні води не містили отруйних речовин і домішок солей важких металів.

Для неорганічних речовин, що практично не піддаються окислюванню, також установлюють максимальні концентрації. Якщо такі концентрації перевищені, води не можна піддавати біохімічному очищенню.

Відомі аеробні й анаеробні методи біохімічного очищення стічних вод. Аеробний метод заснований на використанні аеробних груп організмів, для життєдіяльності яких необхідний постійний приплив кисню і температура 20—40°С. При зміні кисневого і температурного режиму сполука і число мікроорганізмів змінюються. При аеробному очищенні мікроорганізми культивуються в активному мулі. Анаеробні методи очищення протікають без доступу кисню; їх використовують головним чином для знешкодження опадів.