6.8.Термическая обработка сточных вод.

Различают следующие методы термической очистки сточных вод:

1) концентрирование сточных вод с последующим выделением растворимых веществ;

2) окисление органических веществ, загрязняющие сточные воды различными методами;

3) огневая переработка.

Рассмотрим эти методы подробно.

6.8.1.Очистка сточных вод с выделением растворенных веществ (концентрирование сточных вод).

Метод концентрирования сточных вод используют для выделения из них минеральных солей, а очищенная вода используется в оборотных системах водоснабжения. Выделение минеральных солей проводят в две стадии: на первой получают концентрированный раствор, а на второй - выделяют из него твердые вещества. Концентрируют растворы испарением (выпариванием), вымораживанием, либо используют кристаллогидратные методы.

Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объема раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями при нагревании. Чаще всего в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим, или первичным.

Первичный пар получают из парогенератора, а также используют отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.

Вторичным называют пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора.

Достаточно эффективно выпаривание под вакуумом. При этом процесс проводят при более низких температурах, что важно при концентрировании растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Кроме того, при работе под вакуумом, параметры греющего агента (температура и давление) более низкие, чем при проведении процесса в обычных условиях.

Выпаривание под атмосферным давлением (а иногда и выпаривание в вакууме) проводят в одноступенчатых и многоступенчатых выпарных установках. Выпаривание является достаточно энергоемким процессом. При использовании стандартных 4-5 корпусных установок, включающих аппараты с естественной и принудительной циркуляцией, расход тепла по пару составляет приблизительно 600 кДж на 1 кг влаги.

На рис.6.38 представлена принципиальная схема испарительной установки.

Рис. 6.67. Принципиальная схема испарительной установки.

1 - линия подвода первичного пара, 2 - греющая секция, 3 - корпус испарителя, 4 – линия

отвода образующегося (вторичного) пара, 5 - конденсатор, 6 - линия отвода конденсата первичного пара, 7 - линия подвода питательной воды, 8 - линия продувки, 9 - линия опорожнения,

10 - линия отвода дистиллята.

В представленной на рис. 6.38 установке происходит испарение (выпаривание) воды за счет тепла от подводимого в нагревательную систему первичного пара. Образующийся вторичный пар конденсируется в конденсаторе. Вещества, загрязняющие воду, остаются в объеме испаряемой воды и удаляются из испарителя с отводимой (продувочной) водой. Дистиллят-конденсат вторичного пара - содержит лишь незначительное количество нелетучих примесей, поступающих в него за счет капельного уноса испаряемой воды (конденсата).

Концентрацию примесей в воде испарителя С_ВИ в зависимости от концентрации примесей в питательной воде С_ПВ и продувке р_пр можно оценить из уравнения материального баланса, которое имеет следующий вид:

р_п.в С_п.в = р_п С_п + р_пр С_в.и ( 6.0)

где

р_п.в - расход питательной воды р_п.в = р_п + р_пр ;

р_п - паропроизводительность испарителя;

С_п - концентрация примесей в паре.

Учитывая, что С_п = 0,

(р_п + р_пр) С_п.в = р_пр С_в.и ( 6.0)

откуда

С_в.и /С_п.в = (р_п + р_пр)/ р_пр ( 6.0)

Промышленные сточные воды отличаются большим разнообразием накипеобразующих компонентов и различных их содержанием. Накипеобразование снижает производительность испарителей и ухудшает их технико-экономические показатели.

Как уже указывалось выше испарительные установки бывают одно- и многоступенчатые. В последних, вторичный пар каждой ступени, кроме последней, используются в качестве греющего пара следующей ступени и там же конденсируется.

На рис. 6.39 представлена схема многоступенчатой (трехступенчатой) установки.

Рис. 6.68. Схема трехступенчатой установки с последовательным питанием:

1 - линия подвода греющего пара, 2-4 - испаритель соответственно 1-3-й ступеней, 5 - линия отвода вторичного пара, 6 - конденсатор, 7 - линия отвода конденсата, 8 - линия отвода питательной воды,

9 - подогреватель питательной воды, 10 - продувочная линия.

При очистке сточных вод машиностроительных предприятий обычно используют одноступенчатые установки, но могут быть применены и более сложные (многоступенчатые) устройства.

При упаривании сточных вод некоторых химических производств (производство синтетических смол, красок и др.) используют выпарные установки с контактными аппаратами, в которых осуществляется непосредственный контакт между теплоносителями (твердыми, жидкими или газообразными) и сточной водой. Иногда используют контактные многоступенчатые установки с гидрофобным теплоносителем, в качестве которых используют парафины различных типов, минеральные масла, силиконы и др.

Для снижения вероятности накипеобразования на поверхности теплообменника используют адиабатные испарительные установки, называемые , по другому, установками мгновенного вскипания (или «флеш»-установками). В этих установках процесс испарения проводят в вакууме при t <100 ^oС, что приводит к достаточно слабому образованию накипи.

Концентрирование сточных вод можно осуществлять, используя процесс вымораживания, суть которого заключается в том, что при температуре ниже температуры замерзания, чистая вода образует кристаллы пресного льда, и концентрированный рассол размещается между кристаллами льда. Для концентрирования растворов вымораживанием используют установки различной конструкции. Вымораживание проводят либо в вакууме, либо при помощи специального агента (хладагента).

Наиболее распространенными хладагентами являются следующие: аммиак, диоксид углерода, бутан, пропан, изобутан, хладоны (ССl₂F₂, ССl₃F, ССlF₃) и их оксиды. Следует указать на опасность попадания хладонов (фреонов) в воздушную оболочку Земли, т.к. поднимаясь в стратосферу, они подвергаются фотохимическому разложению с выделением иона хлора, служащего катализатором химических реакций, разрушающих молекулы озона, защищающего планету от жесткого ультрафиолетового излучения (понятие "озоновой дыры").

В заключение кратко рассмотрим кристаллогидратные процессы, которые заключаются в концентрировании сточной воды с применением гидратообразующего агента (который обычно обозначают М). Такими агентами являются пропан, хлор, хладоны, диоксид углерода и т.д. Указанные вещества образуют кристаллогидраты, описываемые общей формулой МnН₂О. При образовании кристаллогидратов, часть молекул воды переходит в их состав, а концентрация растворенных веществ в оставшейся воде повышается. Сконцентрированную сточную воду и кристаллогидриты разделяют различными способами. Затем разрушают кристаллогидраты термическим методом, и гидратообразующий агент вновь используют в процессе очистки, кроме того, при разложении соединений типа МnН₂О образуется чистая вода.

Следует указать, что несмотря на ряд достоинств, таких как: низкий расход энергии, возможность обезвреживания вод различного состава, отсутствие процесса накипеобразования и др. процессы вымораживания и кристаллогидратной очистки не нашли широкого распространения в промышленности.

Это связано со следующими недостатками рассмотренных процессов: применение дорогостоящих теплоносителей, конструктивная сложность установок, невысокая степень концентрирования сточных вод.