Физико-химические методы очистки

- Экстракция - процесс перераспределения примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента) в соответствии с коэффициентом экстракции. На машиностроительных предприятиях экстракцию применяют для очистки cточных вод от фенола. При использовании в качестве экстрагента бензола или бутилацетата коэффициент экстракции составляет соответственно 2,4 и 8... 12. Для интенсификации процесса экстракции перемешивание смеси сточных вод с экстрагентом осуществляют в экстракционных колоннах, заполненных насадками типа колец Рашига.

- Сорбция наряду с использованием в процессах очистки газа широко применяется для очистки сточных вод от растворимых примесей. В качестве сорбентов используют практически любые мелкодисперсные вещества (зола, торф, опилки, шлаки, глина, наиболее эффективным сорбентом является активированный уголь).

3. Схема сорбционной установки

На рис. 3 представлена схема сорбционной установки, в которой по трубопроводу 1 в адсорбер 2 поступает очищаемая сточная вода. По трубопроводу 4 подается адсорбент, перемешиваемый в сточной воде для равномерного распределения по объему импеллером 3. Адсорбент с поглощенными им примесями оседает на дно адсорбера, откуда периодически удаляется через трубопровод 8. Сточная вода с взвешенными в ней частицами сорбента по трубопроводу поступает в отстойник 5, в котором оставшаяся часть адсорбента оседает на дно и периодически удаляется из него по трубопроводу 7, а очищенная сточная вода направляется по трубопроводу 6 для дальнейшей обработки. Вследствие обратимости процессов сорбции их целесообразно использован, для очистки сточных вод от примесей, которые можно использовать повторно в технологическом процессе.

- Электрокоагуляция применяется для очистки сточных гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжёлых металлов, а также от цианов. На рис. 69 представлена схема электрокоагуляционной установки для очистки сточных вод от шестивалентного хрома. Сточная вода из промывной ванны 2 гальванического участка насосом 1 по трубопроводу 3 поступает в проточный электролизер 6, в котором расположены электроды 6, питающиеся напряжением 12... 24 В от выпрямителя 4. При пропускании электрического тока с плотностью 50... 100 А/м²Через сточную' воду, движущуюся по длине электролизера в течение 10... 15 мин, происходит анодное растворение поверхности электродов и образующиеся при этом ионы двухвалентно железа восстанавливают шестивалентный хром до трёхвалентного. Одновременно происходит гидролиз ионов железа и трехвалентного хрома с образованием нерастворимых гидроксидов Fe(OH)₃, Fe(OH)_2,Сr(OH)₃.Сточная вода со взвешенными в ней гидроксидами поступает из электролизера в центрифугу 7, в которой происходит отделение гидроксидов железа и хрома и удаление их через трубопровод 8. Очищенная от хрома вода по трубопроводу 10 поступает для дальнейшей очистки или при закрытом вентиле 9 но трубопроводу 11 поступает для повторного использования в промывных ваннах.

- Ионообменные методы очистки сточных вод находят применение практически в любых отраслях промышленности для очистки отмногих примесей, в том числе и шестивалентного хрома. Эти методы позволяют обеспечить высокую эффективность очистки, а также получать выделенные из сточной воды металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.

Для ионообменной очистки сточных вод используют синтетические ионообменные смолы. На рис. 4 представлена схема ионообменной очистки сточных вод ванн хромирования от соединений хрома. Сточные воды поступают в приемный резервуар 1, куда насосом 2 подаются в фильтр 3 для очистки от механических примесей. Очищенная от механических примесей сточная поступает в последовательно расположенные анионитовые фильтры 4 и 5, заполненные ионообменной смолой АВ-17 в ОН-форме. Очищенная таким образом сточная вода вновь подается в ванну хромирования 12. Вспомогательный катионитовый фильтр ss 6 предназначен для дополнительной обработки сточной воды в пусковой период. В бак 7 поступают выделенные соединия хрома. Бак 8 предназначен для сбора отработанного сбора. Емкости 13 со щелочью и 14 с кислотой предназначены для промывки фильтров. Промывной раствор нейтрализуется в баке, куда через дозатор 9 одновременно подается необходимое для нейтрализации количество извести из бака 10.

- Озонирование —процесс обработки сточной воды озоном применяется для очистки от тяжелых металлов, цианидов, сульфидов и других растворимых примесей. При подаче озона в сточную воду цианид-ионы окисляются в соответствии с уравнением:

CN^- + O₃= CNO^- + O_{2 (1)}

По мере окисления цианид-ионов в сточной воде появляются цинит-ионы CNO^-, около 30% общего количества которых окисляется в соответствии с уравнением:

2CNO- + ЗО₃ + Н₂О = 2NCO₃ + ЗО₂ + 2Н ^{+ (2)}

При этом реакция окисления CNO^- начинается в тот, когда концентрация цианид-иона в сточной воде уменьшается до 0,003... 0,004 кг/м³.

Рис. 4. Схема установки для ионообменной очистки сточных вод

- Флотация

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например, ПАВ. Такойпроцесс называют «пенной сепарацией» или «пенным концентрированием». Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пищевых, химических. Она используется также для выделения активного ила после биохимической очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скорость процесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90—95%), высокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных;вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекспузырек — частица подымается.на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Эффективность очистки физико-химическими методами составляет Х’.

- Дистилляция является одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа летучих компонентов.

В широком смысле перегонка представляет собой процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, осуществляемые однократно или многократно. В результате конденсации получают жидкость, состав которой отличается от состава исходной смеси.

Рис.5 Схема установки для дистилляции.

Если бы исходная смесь состояла из летучего или нелетучего компонентой, то ее можно было бы разделить на компоненты путем выпаривания. Посредством же дистилляции разделяют смеси, все компоненты которых летучи, т. е. обладают определенным, хотя и разным давлением пара. Разделение основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре, поэтому все компоненты смеси переходят в парообразное состояние в количествах, пропорциональных их фугитивности (летучести).

В простейшем случае исходная смесь является бинарной, т. е, состоит только из двух компонентов. Получаемый при ее перегонке нар содержит относительно большее количество легколетучего, или низкокипящего, компонента (НК), чем исходная смесь. Следовательно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается НК. Неиспарившаяся жидкость, естественно, имеет состав, более богатый труднолетучим, или высококипящим, компонентом (ВК).

Эта жидкость называется остатком, а жидкость, полученная в результате конденсации паров,— дистиллятом.

Биологические методы.

Очистка сточных вод от органических примесей осуществляется в основном биологическими методами, которые реализуют в естественных и искусственных сооружениях. В естественных сооружениях очистку осуществляют на полях фильтрации или орошения и в биологических прудах.

Суть биологической очистки на полях состоит в том, что при фильтровании сточной воды через слой почвы в ней адсорбируютсяся взвешенные и коллоидные вещества, которые со временем образуют в порах почвы микробиологическую пленку. Эта плёнка адсорбирует и окисляет задержанные органические вещества,превращая их в минеральные соединения. Различают биологические пруды с естественной и искусст- венной аэрацией. Требуемая площадь прудов с искусственной аэрацией существенно меньше за счет более равномерного перемешивания сточной воды подаваемым в него сжатым воздухом дополнительного поступления кислорода из подаваемого на некоторых машиностроительных предприятиях используют биологические аэрируемые пруды для доочистки небольших ходов сточных вод. Биологическая очистка сточных вод в и естественных сооружениях осуществляется в биологических фильтрах, аэротенках и окситенках.

На рис. 5 представлена схема биологического фильтра с принудительной подачей воздуха. Исходная сточная вода по 1 проводу 3 поступает в фильтр 2 и через водораспределённые устройства 4 равномерно разбрызгивается по площади фильтра. При разбрызгивании сточная вода поглощает часть воздуха. В процессе фильтрования через загрузку 5, в которой используют шлак, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и т. п., на загрузочном материале образуется биологическая пленка, микроорганизмы которой поглощают органические вещества. Интенсивность окисления органических примесей в плёнке существенно увеличивается при подаче сжатого оздуха через трубопровод 1 и опорную решетку 6 в направлении, противоположном фильтрованию. Очищенная от органических примесей вода выводится из фильтра через трубопровод 7

Рис. 6. Схема биологического фильтра.

Аэротенки по конструкции аналогичны отстойникам, в которые помещают активный ил - микроорганизмы и подают сжатый воздух, обеспечивающий интенсификацию процесса окисления органических примесей.

Окситенки – модификации аэротенков, в которые вместо сжатого воздуха подают газообразный кислород. При этом процессы окисления существенно интенсифицируются, однако усложняются условия эксплуатации вследствие взрывопожароопасности кислорода. На машиностроительных предприятиях аэротенки и окситенки используют редко.

Эффективность очистки биологических методов составляет Х’=85-95%.

Расчетная часть: