Очистка сточных вод фильтрованием. Химическая очистка производственных сточных вод. Нейтрализация. Окисление.
методическая разработка

Лекция

Очистка сточных вод фильтрованием. Химическая очистка производственных сточных вод. Нейтрализация. Окисление.

План лекции

1. Очистка сточных вод фильтрованием

1.1 Зернистые фильтры

1.2 Скоростные контактные фильтры для удаления грубодисперсных и коллоидных примесей

1.3 Фильтры с плавающей загрузкой

1.4 Ультрафильтрация.

2. Химическая очистка производственных сточных вод

2.1 Нейтрализации производственных сточных вод

2.2 Окисление производственных сточных вод

2.3 Электрохимическая деструкция загрязнений.

Очистка сточных вод фильтрованием

     Эмульгированные тонкодисперсные смолы и взвешенные вещества выделяют с использованием процессов фильтрования. Материалом для неподвижной загрузки могут служить металлическая стружка или коксовая мелочь, а также бурый уголь, торф, опилки. Фильтрование обеспечивает надежное задержание загрязнений, не отделившихся при отстаивании.

Применяют фильтры зернистые, намывные и мембранные. Фильтры бывают открытые (безнапорные) и закрытые (напорные).

    Зернистые фильтры применяют при невысоком содержании взвешенных веществ. Хорошо зарекомендовали себя двухслойные фильтры. Фильтрующая загрузка этих фильтров состоит из двух слоев. Нижний слой загрузки — песок с крупностью зерен 1—2 мм, а верхний слой — антрацитовая крошка.

    При реагентной очистке производственных сточных вод применяют скоростные контактные фильтры для удаления грубодисперсных и коллоидных примесей (рис. 18.10). Фильтр имеет распределительную систему, расположенную над поверхностью загрузки. Эта система позволяет избежать предварительного хлопьеобразования и создает условия для эффективной коагуляции примесей.

Рис. 1 Скоростной контактный фильтр КФ-5:1 — желоба для отвода промывной воды; 2 — распределительная система;3 — устройство для подачи промывной воды; 4 — пористый дренаж;5 — загрузка фильтра; 6 и 9 — трубопроводы для подачи промывной и исходной воды; 7— трубопровод для отвода фильтрованной воды; 8 — соединительная линия с регулирующим устройством; 10 — линия сброса промывной воды;11 — линия подачи коагулянта; 12 — корпус фильтра

     Фильтры с плавающей загрузкой (ФПЗ) из вспененного полистирола применяют для глубокой очистки как механически очищенных производственных сточных вод металлургической, химической, легкой промышленности, так и биологически очищенных сточных вод — городских или их смеси с производственными. Схема фильтра с плавающей загрузкой приведена на рис. 18.11.

Рис. 18.1 1. Фильтр с плавающей пенополистирольной загрузкой:

1 — корпус; 2 — трубопровод для подачи сточной воды; 3 — распределительный

канал; 4 — удерживающая решетка; 5 — плавающая загрузка; 6 — нижняя дренажная труба; 7 —отвод промывной воды; 8 — отвод фильтрата;

9 — верхняя дренажная труба

    Поскольку зерна загрузки легче воды, в верхней части безнапорных фильтров для поддержания их в затопленном состоянии устанавливается решетка, под которой загрузка самопроизвольно сортируется по убывающей сверху вниз крупности зерен диаметром от 8—12 до 0,5—1 мм.

     В безнапорных фильтрах исходная сточная вода по трубопроводу 2 поступает в надфильтровое пространство и фильтруется через плавающую загрузку сверху вниз. Фильтрат собирается дренажной трубой 9 и выводится из фильтра. При достижении предельных потерь напора (1 — 1,5 м) загрузка фильтра промывается нисходящим потоком воды.

    Преимущества применения ФПЗ — экономичность, простота конструкции и эксплуатации, долговечность фильтрующей загрузки, эффективность очистки и способность загрузки к гидравлической сортировке в процессе промывки по убывающей крупности гранул.

    Существуют также различные конструкции фильтров, предназначенных для очистки специфических производственных сточных вод: например, кварцевые фильтры для извлечения из сточных вод соединений цинка и меди, дисковые фильтры для сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий, электромагнитный фильтр для сточных вод прокатных цехов.

     Ультрафильтрация. В современной технологии очистки сточных вод мембранное разделение получило достаточное распространение. Отличие мембранного фильтрования заключается в том, что отделяемые от воды примеси не накапливаются в толще фильтрующей загрузки, а выносятся с обрабатываемой водой.

     Схема многокамерного аппарата фильтр-прессного типа показана на рис. 1. В этих аппаратах мембраны уложены с обеих сторон плоских пористых дренажных пластин, которые расположены на расстоянии 0,5—5,0 мм друг от друга. Фильтрующие элементы зажаты между двумя фланцами, стянутыми болтами. Сточная вода последовательно проходит через все элементы, концентрируется и удаляется из аппарата. Фильтрат, прошедший через мембраны, уходит через дренажные слои. Аппараты имеют невысокую производительность, так как суммарная площадь мембран изменяется в пределах 60—300 м2 на 1 м3 их объема.

     Схема ультрафильтрационной установки для разделения маслоэмульсионных сточных вод с концентрацией масел менее 10% показана на рис. 1

                                                                                        Очищенная вода

Рис. 1  Схема ультрафильтрационного аппарата фильтр-прессного типа:

1 — пористые пластины: 2 — мембраны

Рис. 2 Схема установки для разделения маслоэмульсионных

сточных вод ультрафильтрацией: 1 — емкость; 2 — слой нерастворенных масел; 3 — насосы; 4 — емкость; 5 — установка ультрафильтрации; 6 — бак для дополнительного отделения воды;  7 — емкость для масла

Химическая очистка производственных сточных вод

Химическая очистка производственных сточных вод основана на процессах химического взаимодействия реагентов с загрязнениями и загрязнений с загрязнениями.

К методам химической очистки сточных вод относятся нейтрализация, окисление и восстановление.

Нейтрализация

     Производственные сточные воды многих предприятий с повышенным содержанием кислот или щелочей нельзя отводить в канализационную сеть, на очистные станции и в водоемы без предварительного доведения концентрации этих загрязнений до допустимых значений.

Существует несколько способов нейтрализации производственных сточных вод:

• непосредственное смешение кислых стоков со щелочными перед спуском их в систему водоотведения;
• использование щелочности городских сточных вод;
• добавление реагента в пропорциях, необходимых для нейтрализации;
• фильтрование загрязненных вод через нейтрализующие материалы.

     Наиболее часто встречаются производственные сточные воды с повышенной кислотностью, которые сильно воздействуют на материалы труб и отрицательно влияют на биологические процессы, происходящие на станциях аэрации. В производственных сточных водах могут содержаться сильные кислоты (первой группы), кальциевые соли которых хорошо растворимы в воде (HCl, HN03); сильные кислоты (второй группы), кальциевые соли которых труднорастворимы в воде (H2S04, H2S03), и слабые кислоты (Н2С03, СН3СООН).

     Нейтрализация сильных кислот первой группы не представляет затруднений, так как образуемые ими соли растворимы в воде и никакого осадка не дают. Сильные кислоты второй группы нейтрализовать значительно сложнее, так как это сопровождается образованием большого количества малорастворимых соединений, выпадающих в осадок, например гипса CaS04 при нейтрализации серной кислоты известковыми растворами.

Нейтрализацию сточных вод смешением кислых и щелочных потоков применяют при небольшом их количестве. Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоты и щелочи, как правило, различны. При этом в некоторые часы суток поступают преимущественно щелочные воды, а в другие часы суток — кислые воды. Для перемешивания таких сточных вод строят специальные резервуары-усреднители для взаимной нейтрализации сточных вод.

     Нейтрализацию добавлением реагентов проводят тогда, когда смешение стоков и использование активной щелочности сточных вод не дают желательных результатов, т.е. сточная вода остается кислой или щелочной.

     В качестве реагентов используют доступные неорганические соединения. Для нейтрализации кислот применяют гидроксид натрия, известь, известняк, доломит, мрамор, мел, магнезит, соду, отходы щелочей и пр. Чаще всего используют гидроксид кальция (гашеная известь). Для нейтрализации щелочных сточных вод используют серную, соляную, азотную и другие кислоты.

     Принципиальная схема станции реагентной нейтрализации показана на рис. 3.

Для нейтрализации кислых вод можно использовать также отходы местного производства, в частности шлам из цеха химической водоочистки ТЭЦ. Подобного рода установки применяют для нейтрализации сточных вод травильных цехов заводов черной металлургии.

Рис. 3 Принципиальная схема станции реагентной нейтрализации: 1 — песколовки; 2 — усреднители; 3 — склад реагентов; 4 — растворные баки; 5 — дозатор; 6 — смеситель; 7 — нейтрализатор; 8 — отстойник;  9 — осадкоуплотнитель; 10 — вакуум-фильтр; 11 — накопитель обезвоженных осадков; 12 — шламовые площадки

Нейтрализация фильтрованием заключается в том, что сточную жидкость пропускают через слой материала, вступающего во взаимодействие с кислотами. В качестве загрузки применяют такие нейтрализующие материалы, как доломит, известняк, магнезит, мел, мрамор и др. Крупность фракций материала загрузки обычно 30—80 мм. При прохождении жидкости через такой фильтр реакция нейтрализации должна полностью заканчиваться. Этот способ имеет ряд преимуществ: он более прост и дешев, эффективен при неравномерной концентрации кислот в сточных водах.

При проектировании установок по нейтрализации кислых стоков все резервуары, трубопроводы, насосы, лотки и другую аппаратуру, соприкасающуюся с этой сточной водой, следует применять из кислотоупорного материала или предусматривать надежную изоляцию.

Окисление загрязнений

     Окисление относится к деструктивным процессам очистки сточных вод. В качестве реагентов-окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, кислород и его соединения. Комплекс сооружений для очистки сточных вод окислением представляет собой реагентное хозяйство, которое состоит из склада реагентов, растворных баков и дозаторов, камеры реакций и отстойников. Этот метод используют в том случае, когда другими методами очистки, в том числе и биохимическими, не удается разрушить или удалить вредные вещества, содержащиеся в производственных сточных водах.

     Окисление хлором и хлорсодержащими соединениями является широко распространенным методом. Его применяют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др.

     В зависимости от агрегатного состояния вводимых в воду хлора или хлорсодержащих реагентов определяется технология обработки сточных вод. Если эту воду обрабатывают газообразным хлором или диоксидом хлора, то процесс окисления осуществляется в абсорберах; если хлор или диоксид хлора находится в растворе, то его подают в смеситель и далее в контактный резервуар, в которых обеспечиваются эффективное его смешивание и требуемая продолжительность контакта со сточной водой.

    Окисление кислородом воздуха. Значительно шире, чем хлорсодержащие реагенты, для окисления сульфидных сточных вод целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов применяется кислород. С повышением температуры и давления скорость реакции и глубина окисления сульфидов и гидросульфидов увеличиваются. Схема окисления сульфидов кислородом воздуха дана на рис. 18.15.

Рис. 18.15. Схема установки окисления сульфидов воздухом: 1 —приемный резервуар; 2 —насос; 3 — теплообменник; 4 — окислительная колонна; 5 — воздухораспределительное устройство; 6 — сепаратор; 7 — холодильник

Озонирование. Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение запахов и обеззараживание.

     В процессе обработки сточной воды озон, подаваемый в реактор в виде озоновоздушной смеси, диспергированной на мельчайшие пузырьки, растворяется в воде и вступает в химические реакции с загрязнениями.

     Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений: мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.

     Установка по озонированию воды включает блок подготовки воздуха, генератор озона и контактные камеры.

     Электрохимическая деструкция загрязнений. Разрушение загрязнений при электролизе сточных вод обусловлено процессами анодного окисления, катодного восстановления и действием окислителей. Электролизеры, предназначенные для осуществления электрохимической деструкции, оснащаются анодами, изготовленными из материалов, стойких к анодной поляризации, — графита, титана, покрытого окислами рутения, кобальта, марганца и др.

      Предпосылками применения методов электрохимической деструкции являются наличие в сточных водах веществ, не подвергающихся биохимическому распаду, отсутствие на предприятиях сооружений для извлечения этих видов загрязнений и сложность обработки выделяемых осадков. В связи с высокими затратами электроэнергии эти методы используют при относительно высокой электропроводности сточных вод.

На рис. 4 дана принципиальная схема очистки сточных вод от цианистых соединений методом электрохимического окисления.

     Для повышения электропроводности сточных вод, снижения расхода электроэнергии, а также интенсификации процесса окисления цианидов к сточным водам предварительно добавляют минеральные соли.

     Особенно эффективно добавление к сточным водам хлорида натрия. В этом случае окисление цианидов происходит в результате как их прямого электрохимического окисления на аноде, так и окисления соединениями хлора, выделяющимися на аноде вследствие электрохимического разложения хлорида натрия.

Рис. 4  Схема электрохимической очистки сточных вод от цианидов:

1 — резервуар-усреднитель; 2 — бак для приготовления концентрированного

раствора хлорида натрия; 3 — электролизер

Вопросы для самоконтроля

1.Когда применяют для очистки сточных вод скоростные контактные фильтры ?

2. В каких случаях применяются фильтры с плавающей загрузкой ?

3.  Как осуществляется ультрафильтрация сточных вод?

4.  Назовите способы нейтрализации производственных сточных вод.

5. В чем заключается процесс нейтрализации фильтрованием?

 6. К каким процессам очистки сточных вод относится метод окисления ?

7. В каких случаях осуществляется окисление хлором и хлорсодержащими реагентами?

8.  От каких загрязнений осуществляется очистка сточных вод озонированием?

9. Какими процессами обусловлено разрушение загрязнений сточных вод при электролизе?