2.7.6 Очищення перегонкою і ректифікацією

Перегонка і ректифікація є одним з найпоширеніших методів видалення зі стічних вод розчинених органічних рідин. Установки перегонки й ректифікації стічних вод, як правило, входять до складу технологічних схем основних виробництв. Видалені зі стічної води домішки звичайно використовують на цих же виробництвах.

Для очищення стічних вод застосовують просту перегонку, перегонку в присутності водяної пари або інертних носіїв, азеотропну перегонку, а також ректифікацію у відгінних колонах, за наявності водяної пари та азеотропну ректифікацію.

Специфічність процесу очищення стічних вод цими методами збумовлюється відносно малими концентраціями домішок і необхідністю практично повного виділення їх зі стічних вод.

Просту перегонку проводять на установці періодичної дії шляхом поступового випарення стічної води, що перебуває в перегінному кубі. Пари, що утворюються, конденсуються в конденсаторі-холодильнику, й дистилят надходять у збірник. Просту перегонку здійснюють також і безперервним методом. Метод простої перегонки доцільно застосовувати для очищення стічних вод від домішок, температура кипіння яких значно нижче від температури кипіння води (ацетон, метиловий спирт тощо).

Досить часто для очищення стічних вод застосовують перегонку з водяною парою. Відмінність цієї схеми від схеми простої перегонки полягає в уведенні гострої пари безпосередньо в стічну воду, що спрощує конструкції перегінних апаратів, знижує витрату тепла на перегонку. Для відгону зі стічної води домішок використовують інертні носії, наприклад гази, азот, диоксид вуглецю та ін. Застосування цього методу доцільно для виділення домішок, що мають високий тиск пари і відповідно низьку температуру кипіння, вміст яких у стічній воді невеликий (100 - 200 мг/л).

Недоліком методу відгону з інертними носіями є складності, які пов'язані з відділенням дистиляту, що важко спалюється від інертного носія.

Схема ректифікаційної відгінної колони представлена на рисунку 6.4. Стічна вода в рідкій фазі подається на верхню тарілку відгінної колони 1 (або на насадку), з якої відводяться пари зі складом VD, що є одним з кінцевих продуктів. Стічна вода з нижньої тарілки відводиться в парціальний кип'ятильник 2, у якому за рахунок подачі тепла піддається частковому википанню й утворює при цьому потік пари, що повертається в колону як парове зрошення. Стічна вода, котра має склад XR, відводиться як основний продукт.

Метод очищення у відгінних ректифікаційних колонах застосовується для виділення зі стічних вод багатьох органічних домішок (бензолу, хлорбензолу, бутилацетата та ін.).

Пароциркуляційний метод очищення полягає у ректифікації стічних вод у відгінній колоні з використанням циркулюючої водяної пари та подальшого відмивання циркулюючої пари за допомогою луги або інших реагентів.

2.7.7 Десорбція, дезодорування і дегазація розчинених домішок

Багато стічних вод забруднені леткими неорганічними й органічними домішками. При пропусканні повітря або іншого інертного малорозчинного у воді газу (азот, діоксид вуглецю, топкові димові гази) через стічну воду летючий компонент дифундує в газову фазу. Десорбція зумовлена більш високим парціальним тиском газу над розчином, ніж у навколишньому повітрі. Рівноважний парціальний тиск газу, що видаляється, знаходять за законом Генрі. Кількість речовини М, яка перейшла з рідкої фази в газову, визначають за рівнянням масопередачі

М = K_y⋅ F⋅ΔС_ср, (2.39)

де K_y – коефіцієнт масопередачі, що дорівнює в цьому випадкові, коефіцієнту масовіддачі в газовій фазі β_y; F – поверхня контакту фаз; ΔС_ср – середня рушійна сила процесу десорбції. Ступінь видалення летючих речовин із стічних вод збільшується зі зростанням температури газорідинної суміші, коефіцієнта масовіддачі й поверхні контакту фаз. Десорбційна з води речовина направляється на адсорбцію або на каталітичне спалювання.

Дезодорацію проводять для очищення неприємно пахнучих стічних вод. Для цього можна використовувати аерацію, хлорування, ректифікацію, дистиляцію, обробку димовими газами, окислення киснем під тиском, озонування, екстракцію, адсорбцію та мікробіологічне окислення. Найбільш ефективним уважається метод аерації, який полягає в продуванні повітря через стічну воду. Недолік методу полягає в тому, що деякі забруднення не видаляються методом аерації та залишаються в стічній воді.

Неприємно пахнучі стічні води очищають також продуванням гострою парою. Ступінь очищення від сірководню і метилмеркаптану досягає 100%, від інших речовин – до 90%. Промислове застосування має й хлорування неприємно пахнучих стічних вод. При цьому відбувається окислення хлором сірковмісних сполук.

Очищення стічних вод від сірководню проводять також окисленням киснем повітря при атмосферному тиску за наявності каталізатора (залізна стружка, графітові матеріали). Високий ступінь очищення може бути досягнутий при використанні рідкофазового окислення сірчистих речовин киснем повітря під тиском.

Сірководень з води можна видалити гідроксидом заліза, в лужному і в нейтральному середовищі. Більш ефективно відбувається очищення при одночасному введенні у воду озону або діоксиду хлору і фільтруванні води через шар активного вугілля. Ступінь дезодорації сірководню, метил меркаптану й диметилсульфіду залежить від їх концентрації в стічній воді та змінюється від 80 до 100%.

Дегазацією видаляють з води розчинені гази, яку здійснюють хімічними, термічними та десорбційними (аераційними) методами. Найбільш повна дегазація досягається при розбризкуванні у вакуумі й одночасному підігріві води.

При термічній дегазації води від розчиненого діоксиду вуглецю або кисню пропускають пар через воду і нагрівають її до температури кипіння при зовнішньому тиску. В цьому випадку парціальний тиск газу над водою знижується до нуля та розчинність його також падає до нуля. Внаслідок порушення рівноваги в системі відбувається виділення надлишкових газів з води (фізична десорбція). Для інтенсивної дегазації необхідно, щоб вода безперервно контактувала з новими порціями пари при великій поверхні контакту фаз протягом достатнього часу.

Температура води повинна бути близька до температури насиченої пари при певному тиску. Аміак із стічних вод видаляють продуванням водяною парою або повітрям. Швидкість переходу газоподібного аміаку з води в атмосферу залежить від поверхневого натягу на межі «повітря–вода» і від різниці концентрацій аміаку у воді та повітрі.

Хімічні методи дегазації застосовують при низькій концентрації газів у воді або у випадку недоцільності їх використання, а також за умови, що продукти обробки не ускладнюють подальше очищення або використання води. Методи основані на проведенні реакцій, у результаті яких відбувається хімічне зв'язування розчинених газів.

Для видалення кисню з води, її фільтрують через легкоокиснюючі сталеві стружки. При фільтруванні води залізо окислюється

4Fe +3O₂ = 2Fe₂O₃.

При обробленні води сульфітом нартію утворюється сульфат натрію

2Na₂SO₃ +O₂ = 2 Na₂SO₄.

Кращим обезкиснюючим воду реагентом є гидразин

O₂ + N₂H₄ → N₂ +2H₂O.

Реакція проходить значно швидше, ніж при окисленні сульфіту. Каталізатором виступає мідь, скло, активоване вугілля.