4.11. Прочие методы
Наряду с рассмотренными выше методами очистки сточных вод находят применение и другие методы химической и физико-химической очистки, такие как окисление, эвапорация, кристаллизация, термическая обработка и пр.
Метод окисления применяют для обезвреживания сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды). Данные виды соединений характерны для сочных вод цехов гальванических покрытий, горнодобывающей, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности.
Окисление – это реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов какого-либо вещества другим веществом – окислителем. При обезвреживании стоков окислители подбираются таким образом, чтобы в результате данной реакции образовывались нетоксичные или малотоксичные соединения. В практике водоочистки наиболее часто используются хлорсодержащие окислители (хлор, гипохлориты кальция и натрия, хлорная известь, диоксид хлора), озон, технический кислород и кислород воздуха.
Обезвреживание сточных вод газообразным хлором и его соединениями – один из самых распространенных способов очистки их от цианидов, сульфидов и гидросульфидов, сероводорода, метилмеркаптана и ряда других соединений. Окисление ядовитых цианидов (CN–) сопровождается переводом их в нетоксичный цианат (CNO–), который затем гидролизуется с образованием ионов аммония и карбонат-ионов. Сероводород, сульфиды и гидросульфиды окисляются до сульфатов, сульфитов или гидросульфитов. При окислении метилмеркаптана в зависимости от расхода хлора образуются различные продукты [5].
Конструкция установок по обработке сточных вод методом хлорирования зависит от агрегатного состояния вводимых в воду хлорсодержащих реагентов. Обезвреживание газообразным хлором или диоксидом хлора осуществляется в абсорберах. Если реагенты находятся в растворе, то они подаются в смеситель и далее в контактный резервуар (реактор), обеспечивающий требуемую продолжительность контакта окислителей с обрабатываемой водой.
Процессы озонирования применяют для очистки сточных вод от сероводорода, нефтепродуктов, фенола, ПАВ, соединений мышьяка, цианидов, красителей, ароматических углеводородов, пестицидов и пр. При этом одновременно с очисткой обеспечивается обесцвечивание и обеззараживание воды, устранение привкусов и запаха.
В процессе очистки сточных вод озон подается в камеру реакции в виде тонкодиспергированной озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси. Подача озона в обрабатываемую воду производится различными способами:
– барботированием озона, распределяемого через фильтросные пластины, через слой воды;
– противоточной абсорбцией озона водой в насадочных абсорберах;
– смешиванием озона с водой в эжекторах или роторных механических смесителях.
Окисление техническим кислородом и кислородом воздуха применяется для обезвреживания сточных вод, содержащих сульфиды, гидросульфиды, сероводород, метилмеркаптан, двухвалентное железо и марганец. Реакции окисления сероводорода и сульфидов идут в жидкой фазе при повышенной температуре и давлении.
Эвапорация (отгонка с водяным паром) применяется для удаления из сточных вод летучих соединений. При этом последние переходят в паровую фазу и удаляются из раствора вместе с паром. Данный метод используется для очистки производственных стоков преимущественно от органических веществ (фенолов, анилина, метиламина и пр.), а также от аммиака.
Перегонка может осуществляться как в периодически, так и непрерывно действующих пароотгонных аппаратах, представляющих собой колонны, заполненные насадкой. Предварительно подогретая сочная вода подается в верхнюю часть колонны и распределяется по всей площади ее поперечного сечения при помощи специальных разбрызгивающих устройств. Пар подается в нижнюю часть колонны и движется навстречу сточной воде. Насыщенный примесями пар из перегонной колонны поступает в нижнюю часть насадочного скруббера, орошаемого растворителем. Примеси переходят из паровой фазы в растворитель, удаляются из скруббера и затем выделяются из растворителя. Выделение загрязнителей из паровой фазы может осуществляться и при конденсации пара с последующим разделением образующейся жидкости на два слоя – водный и органический.
Основные размеры эвапорационных колонн: диаметр 0.8÷3 м; высота слоя насадки 6÷12 м; отношение высоты колонны к ее диаметру не более 5÷10. Плотность орошения принимается равной 1÷2 м3/(м2 · ч); расход пара 0.5÷1.5 кг/кг; производительность колонны 20÷200 м3/сут. В качестве насадки могут быть использованы спиральные или гладкие кольца, а также различные зернистые материалы (дробленый кокс, кварц и пр.).
Метод кристаллизации основан на изменении растворимости различных веществ в воде в зависимости от ее температуры. Путем изменения температуры воды получают пересыщенные растворы того или иного вещества, а затем его кристаллы.
Применение этого метода целесообразно при обработке небольших количеств концентрированных сточных вод. При необходимости обработки таким способом недостаточно концентрированных стоков их предварительно упаривают.
Кристаллизация может осуществляться в кристаллизаторах следующих типов:
– периодического действия с естественным охлаждением за счет испарения воды;
– периодического действия с перемешиванием и искусственным охлаждением;
– непрерывного действия большой производительности;
– выпарных аппаратах, работающих при атмосферном давлении или под вакуумом с подогревом сточной воды.
Термические методы обезвреживания сточных вод включают термическое окисление их в паровой фазе (метод «огневого» обезвреживания), термическое окисление в жидкой фазе («мокрое» сжигание), а также термокаталитическое окисление.
Данные методы рекомендуется применять для обезвреживания небольших количеств высококонцентрированных сточных вод.
Сущность «огневого» метода заключается в том, что сточные воды в распыленном состоянии вводятся в высокотемпературные (900÷1000 ºС) продукты горения топлива и испаряются. При этом органические примеси, находящиеся в сточных водах, полностью сгорают, а минеральные примеси образуют твердые или расплавленные частицы, которые выводятся из камеры печи или уносятся с дымовыми газами.
Сущность термоокислительного жидкофазного обезвреживания состоит в окислении органических примесей сточной воды, находящихся в жидкой фазе, кислородом воздуха при повышенных температуре (до 350 ºС) и давлении.
Термокаталитическое окисление применяется при очистке сточных вод, содержащих летучие органические вещества. В этом случае загрязненные сточные воды подаются в выпарной аппарат, где пары воды и органических веществ, а также газы и воздух подогреваются до 300 ºС, а затем смесь подается в контактный аппарат (реактор), загруженный катализатором. Обезвреженная парогазовая смесь охлаждается, и образующийся конденсат используется в производстве.
Выбор метода термического обезвреживания и его конструктивного оформления зависит от состава и свойств веществ, содержащихся в сточных водах. При этом большое значение имеет соотношение концентраций органических и неорганических примесей, а также температуры их кипения и плавления.
а)
б)
в)
Рис. 4.45. Печи для
термического обезвреживания сточных
вод:
а) – камерная:
1
– штуцер для отбора дымовых газов; 2
–
печь; 3
– форсунка
для раствора;
4
–
форсунка для топлива;
б)
–
с псевдоожиженным слоем: 1
– плотная фаза сжиженного слоя; 2
–
разбавленная фаза сжиженного
слоя; 3
–
печь; 4
–
распыленный загруженный материал; 5
– загруженный материал;
6
–
циклонный
сепаратор; 7
–
труба для возврата материала; 8
–
газораспределительная решетка;
в)
– циклонная
горизонтальная: 1
–
люк для приборов; 2
– горелка; 3
–
кладка из хромомагнезитового кирпича;
4
–
кладка из шамотного кирпича; 5
– смотровое стекло; 6
–
металлический кожух; 7
– сопла тангенциального ввода
вторичного воздуха; 8
–
взрывной клапан; 9
– форсунка
для подачи сточных вод; 10
–
камера с затвором для удаления золы
|
Термическое окисление сточных вод в паровой фазе осуществляется в камерных и циклонных печах и в печах с псевдоожиженным слоем. Устройство печей показано на рис. 4.45.