2015-01-30
8283
Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ. Они применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами. Физико-химические методы очистки сточных вод наиболее активны при локальной очистке.
Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидрооксидов металлов.
Схема установки для очистки вод коагуляцией: 1 – емкость для приготовления растворов; 2 – дозатор; 3 – смеситель; 4 – камера хлопьеобразования; 5 – отстойник.
Хлопья, обладая способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их, быстро оседают под действием силы тяжести на дно резервуара. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.
Флокуляция – процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении вводу высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидрооксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Таким образом, введение коагулянтов в сточные воды позволяет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, а с другой – уменьшить процесса хлопкообразования и повысить скорость их осаждения.
Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод эмульгированных веществ и тонкодисперсных частиц размером 8¸100 мкм. Эффективность очистки может достигать 0,9¸0,95.
Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа. Их расход составляет 0,1¸5 кг на м3 сточных вод.
Весьма перспективным методом очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также цианов является электрокоагуляция – процесс образования нерастворимых гидрооксидов в сточных водах при их прокачке через электрокоагулятор. Электрокоагуляционная установка включает приемные емкости, усреднитель, электрокоагулятор с пеногасителями, илонакопитель, отстойник, обезвоживающую установку и осадкоуплотнитель
Несмотря на повышенный расход электроэнергии электрокоагуляционный метод очистки сточных вод позволяет перейти на оборотное водоснабжение, т.к. в результате действия электрического поля вода практически полностью очищается от бактерий. Это приводит к увеличению сроков службы воды, а также исключает возможность появления у обслуживающего персонала экзем, грибковых и других заболеваний кожи, неизбежно возникающих при обращении с бактериально загрязненной водой.
Флотация применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удаление образовавшегося пенного слоя.
Различают следующие методы флотационной очистки сточной воды: перенасыщение сточной воды воздухом, механическую и электрофлотацию.
Флотацию за счет перенасыщения сточной воды воздухом подразделяют на вакуумную и напорную. При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 30¸40кПа (225¸300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 минут. Концентрация взвешенных частиц не должна превышать 30 мг/л.
Напорная флотация протекает в 2 стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давление до атмосферного. Напорные флотационные установки позволяют обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 5 г/л при производительности от 5 до 2000 м3/час. Давление в напорной емкости поддерживают в пределах 0,17¸0,39 МПа, время пребывания сточной воды в напорной емкости 14 минут, а во флотационной камере 10¸20 минут. Объем подаваемого воздуха составляет 1,5¸5% объема очищаемой воды. В ряде случаев сточную воду насыщают кислородом или озоном. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сгребания пены в пеносборник.
Для механической флотации используют турбины насосного типа, форсунки и пористые пластины.
Суть метода электрофлотации состоит в том, что в процессе электролиза воды выделяющиеся на электродах пузырьки газов (водорода и кислорода) сталкиваются со взвешенными частицами, прилипают к ним и «флотируют» их на поверхность жидкости. Основную роль в процессе флотации частиц выполняют пузырьки водорода, выделяющиеся с поверхности катода. Эффективность процесса флотационной очистки связана с числом и размером пузырьков. Поэтому размер отрывающихся пузырьков зависит не только от краевого угла, но и от кривизны поверхности электродов, последние изготавливают в виде проволочной сетки. При этом на размер пузырьков влияет толщина проволоки: с её увеличением размеры пузырьков возрастают. Число пузырьков зависит от плотности тока и материала электродов. Электрофлотацию можно осуществлять либо с применением дафрагмы, либо ьез неё. Во избежание перемешивания газов и образования гремучей смеси (2/3 водорода и 1/3 кислорода) предпочтение отдается диафрагменному варианту, тем более что при этом можно уменьшить расстояние между электродами.
Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными при небольшой их концентрации. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 0,8¸0,95.
В качестве адсорбентов используют активизированные угли, синтетические вещества и некоторые отходы производства (золу, шлаки и т.д.).
Процесс адсорбционной очистки сточных вод ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента.
Расход вводимого в воду адсорбента для одноступенчатого процесса: G=Q(Cн-Ск)/а, где Q – объём сточных вод; Сн, Ск – начальная и конечная концентрация загрязненной воды; а –коэффициент адсорбции.
Ионный обмен – обмен ионами, находящимися в растворе и присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть) и радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до ПДК вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.
Иониты, которые способны поглощать из воды положительные ионы, называются катионами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые – основными. Иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, природного происхождения или полученными искусственно. Наиболее распространены синтетические ионообменные смолы, представляющие синтетические полимеры с сетчатой структурой. Они отличаются высокой поглотительной способностью, механической прочностью, химической устойчивостью. Применение ионитов позволяет обеспечить высокую эффективность очистки, а также выделить из сточных вод металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.
Экстракция – способ разделения и извлечения из жидкости компонентов смеси. С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот и др. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. В общем случае экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3¸4 г/л.
Очистка сточных вод экстракцией состоит из 3 стадий. Первая – интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим раствором), в результате чего образуются 2 жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, и рафинат, который содержит сточную воду и экстрагент. Вторая стадия – разделение экстракта и рафината и заключительная стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов – бензол.
Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,8¸0,95.
Для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей электрохимическими методами применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, а также электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения и т.д.), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя СО2, NH3 и воду или более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить другими методами. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых металлов, которые осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы.
Для удаления солей из сточных вод широко используют метод электродиализа, который осуществляют в электролитической ванне, разделенной на 3 отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещают электроды. При этом можно получать кислоты и щелочи и вновь использовать в производстве. Метод электродиализа перспективен для очистки сточных вод не только от растворенных солей, но и от ионов тяжелых металлов и фтора. Так, технико-экономическая оценка показала, что извлечение 1 кг фтора электродиализом обходится примерно в 5 раз дешевле реагентного метода. Электродиализ дает хорошие результаты при очистке сточных вод и от радиоактивных загрязнителей, особенно от изотопов сурьмы, кобальта. Недостаток метода состоит в необходимости предварительной очистки сточных вод от взвешенных частиц, которые засоряют диафрагмы.
