Химическая очистка сточных вод

Механическая очистка сточных вод

применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. В результате механической очистки обеспечивается снижение содержания взвешенных веществ в воде на 90 %, а органических – на 20 %. Сооружения для механической очистки сточных вод представляют собой решетки, песколовки, отстойники, фильтры, нефтеловушки. Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей – сита. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов. Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, бой стекла т.п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах. Отстаивание – выделение в виде твердого осадка из раствора одного или нескольких компонентов; при этом частицы с плотностью, большей плотности воды, движутся вниз, с меньшей – вверх. Отстойники – основной и наиболее распространенный тип очистных сооружений. В них оседают нерастворенные взвешенные частицы как органического, так и минерального происхождения. По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на три основных типа: горизонтальные, вертикальные и радиальные. В горизонтальных отстойниках сточная вода движется горизонтально, в вертикальных – снизу вверх, а в радиальных – от центра к периферии. Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в гидроциклонах и центрифугах. При центрифугировании суспензия разделяется на осадок и фугат (жидкую фазу). В осадительных центрифугах разделение гетерогенных систем происходит по принципу осаждения, в фильтрующих – по принципу фильтрования. Фильтрование – процесс процеживания суспензии через пористый материал, задерживающий твердые примеси и пропускающий воду. Если размеры частиц больше размеров пор фильтрующей загрузки, то частицы останутся на поверхности загрузки. Этот тип фильтрования называется поверхностным, осадочным или опорным. Если частицы проходят внутрь материала загрузки, то процесс называется фильтрованием в объеме, или объемным фильтрованием. С поверхностным фильтрованием мы встречаемся при движении воды через фильтры из пористой керамики, при фильтровании под давлением или вакуумом через сетчатые и тканевые перегородки и т.д. При этом на фильтре задерживаются все частицы, размеры которых превышают размеры пор фильтрующей основы. В результате на ней формируется слой осадка, являющийся дополнительным фильтрующим слоем. Фильтрование, так же как и отстаивание, применяют для осветления воды, т.е. для задержания находящихся в воде взвешенных веществ. Фильтрующий материал должен представлять собой пористую среду с весьма малыми порами.

Химическая очистка сточных вод

химическая (реагентная) очистка, которая представляет собой сочетание различных типов химических реакций, приводящих к удалению из сточных вод токсичных компонентов. К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление, осаждение. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод. Химическая очистка связана с использованием различных реагентов, которые вводятся в стоки и вступают во взаимодействие с вредными примесями. Нейтрализация сточных вод – это химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора – с помощью кислот. О степени кислотности или щелочности раствора можно судить по значению водородного показателя рН. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН = 6,5-8,5. Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод, от режима их поступления, наличия и стоимости реагентов. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки, количество которых зависит от концентрации и состава сточных вод, а также от вида и рас- хода используемых реагентов. Для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов наиболее распространены реагентные методы очистки, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим выделением их из воды в виде осадка. В качестве реагентов для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксиды кальция и натрия, сульфид натрия, различные отходы. Процесс проводится при различных значениях рН. Реакции окисления-восстановления – это одновременное окисление одних компонентов и восстановление других. Для обезвреживания применяют наиболее распространенные окислители и восстановители:

– окислители – кислород или воздух, озон, хлор, гипохлорит, перманганат калия, причем окислительная способность перманганата за- висит от величины кислотности раствора;

– восстановители – хлорит, сульфат железа(II), гидросульфат, оксид серы(IV), сероводород. – пероксид водорода может быть и окислителем и восстановителем. В кислой среде более отчетливо выражена окислительная функция пероксида водорода, а в щелочной – восстановительная. Окислительно-восстановительные реакции применяют для превращения токсичных веществ в безвредные, а также для извлечения ценных компонентов. Методы восстановительной очистки вод применяют в тех случаях, когда сточные воды содержат легко восстанавливающиеся вещества. Эти методы широко используют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка.

Физико-химическая очистка сточных вод. Коагуляция и флокуляция Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция может происходить самопроизвольно, под влиянием химических и физических процессов. В процессах очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ – коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как частицы имеют слабый отрицательный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение. Коагулирующее действие есть результат гидролиза, который происходит вслед за растворением. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, рН и солевого состава воды. Весь процесс коагуляции состоит из следующих стадий:

– период скрытой коагуляции – введение коагулянта, его гидролиз с образованием мицелл, их агрегирование в золи (до 0,1 мкм), появление опалесценции;

– начало хлопьеобразования, построение цепочечных структур, образование большого числа мелких хлопьев, их агрегация (около полу- часа); – период седиментации, оседание частиц (более получаса). Флокуляция – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагулирования и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев. Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты. К природным флокулянтам относятся крахмал, пектин, эфиры целлюлозы и др. Активная кремневая кислота (xSiO2·yН2О) является наиболее распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение в нашей стране получил полиакриламид.

Физико-химическая очистка сточных вод. Флотация Цель работы: освоить флотационный метод очистки сточных вод. Теоретическое обоснование Флотация – один из видов адсорбционно-пузырькового разделения, основанный на формировании всплывающих агломератов (флотокомплексов) загрязнений с диспергированной газовой фазой и последующим их отделением в виде концентрированного пенного продукта (флотошлама). Флотацию применяют для удаления из сточных вод взвешенных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. Элементарный механизм флотации заключается в следующем: при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой 53 критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс «пузырек-частица» поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр- линия, ограничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз – твердой, жидкой и газообразной. Касательная к поверхности пузырька в точке трехфазного периметра и поверхность твердого тела образуют обращенный в воду угол θ, называемым краевым углом смачивания.

Вероятность слипания зависит от смачиваемости частицы, которая характеризуется величиной краевого угла. Чем больше краевой угол смачивания, тем больше вероятность прилипания и прочность удерживания пузырька на поверхности частицы. Прилипание происходит при столкновении пузырька с частицей или при образовании пузырька из раствора на поверхности частицы. На практике процесс флотации производят в присутствии флотореагентов, которые по своему воздействию на процесс флотации могут быть разделены на следующие четыре большие группы: 1) вспениватели – вещества, способствующие образованию устойчивых пузырьков и пены в пульпе; 2) собиратели – вещества, которые повышают краевой угол и тем самым гидрофобизуют поверхность твердой фазы; 3) активаторы – вещества, способствующие закреплению собирателя на поверхности твердой фазы; 4) депрессоры – вещества, которые в противоположность активаторам препятствует закреплению собирателя на поверхности твердой фазы, и тем самым, ухудшают его флотируемость. Часто вещество, являющееся активатором в одном конкретном случае, может быть депрессором в другом случае. Поэтому часто две последние группы объединяются в одну под общим названием регуляторов (модификаторов).

Адсорбционная очистка сточных вод, содержащих красители Адсорбционные явления чрезвычайно широко распространены в живой и неживой природе. При адсорбции происходит поглощение твердым веществом компонентов сточной воды. Материал, на поверхности или в объеме пор которого происходит концентрирование поглощаемого вещества, называют адсорбентом, вещество, молекулы которого могут адсорбироваться – адсорбтивом, уже адсорбированное вещество – адсорбатом. Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Адсорбция может быть реагентной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с адсорбентом. Адсорбенты делят на непористые и пористые. Большинство минералов и многие синтетические неорганические материалы могут считаться адсорбентами. Сорбционные явления основаны на физическом и химическом взаимодействии сорбата и сорбента. Типы связей, возникающих при адсорбции: вандер-ваальсовы, поляризационные (ион-дипольное взаимодействие), водородные, координационные (взаимодействие донор-акцептор). Физическая адсорбция обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия и не сопровождается существенным изменением электронной структуры молекул адсорбата, адсорбируемые молекулы обычно обладают поверхностной подвижностью. Взаимодействие между поверхностью и адсорбированной молекулой не приводит к разрыву или образованию новых химических связей. При этом молекула сохраняет свою индивидуальность. При хемосорбции между атомами (молекулами) адсорбента и адсорбата образуется химическая связь, т.е. хемосорбцию можно рассматривать как химическую реакцию, область протекания которой ограничена поверхностным слоем. Хемосорбция обычно необратима; химическая адсорбция, в отличие от физической, является локализованной, т.е. молекулы адсорбата не могут перемещаться по поверхности адсорбента. Величина адсорбции пропорциональна поверхности адсорбента. Для развития поверхности твердых тел применяют различные методы обработки, создающие в твердом теле сеть различных объемных дефектов – пор, которые представляют собой полости в твердом теле, как правило, соединенные между собой и имеющие различную форму и размеры. Эффективные радиусы наиболее крупной разновидности пор адсорбентов – макропор превышают 100-200 нм. Макропоры играют роль транспортных каналов, по которым молекулы поглощаемого вещества проникают в глубь гранул сорбента. Переходные поры (мезопоры) имеют радиус кривизны поверхности от 2 до 100 нм. Переходные поры играют важнейшую роль при адсорбции из растворов крупных молекул (белков, СПАВ и т.д.). Микропоры – наиболее мелкие поры с радиусом кривизны поверхности менее 1,5-2,0 нм. Микропоры играют главную роль в процессах адсорбции вещества с низкой молекулярной массой. Если для микропористого адсорбента характерны поры строго определенных размеров, то внутрь его пор могут попасть лишь те молекулы, диаметр которых меньше или равен ширине поры применяемого адсорбента. Такие адсорбенты называют молекулярными ситами. Оборудование и реактивы: колбы конические; фильтры; различного типа адсорбенты; шкала цветности.