Термічне знешкодження стічних вод, які забруднені органічними речовинами

Для очистки таких стічних вод використовують термоокислювальні методи, до яких належать:

■ метод рідинношарового окислення;

■ метод парошарового каталітичного окислення;

■ полуменевий метод.

З а теплоутворенням промислові стічні води поділяють на стічні води, які здатні самостійно горіти, і стічні води, для термоокислення яких необхідно додавати паливо. Ентальпія останніх < 8400 кДж/кг.

Метод рідинношарового окислення. Цей метод очистки базується на окисленні органічних сполук, які розчинні у воді, киснем при температурі 100-350^ОС і тиску 2-28 МПа. При високих тисках розчинність у воді кисню зростає, що сприяє прискоренню процесу окислення органічних сполук. Крім того, при таких тисках можливе нагрівання води до високих температур без її кипіння. Принципова схема рідинношарового окислення органічних речовин у стічних водах наведена на рис. 4.43.

1 - збірник; 2 - насос; 3 - теплообмінник; 4 - піч; 5 - реактор; 6 - сепаратор.

Рис. 4.43. Схема установки рідиннофазового окислення.

Стічна вода з ємності (1) насосом (2) подається в теплообмінник Перед теплообмінником вода змішується з повітрям, що нагнітаєте компресором. В теплообміннику суміш нагрівається за рахунок тепла очищеної води. Після цього суміш потрапляє в піч (4) для нагрівання до необхідної температури, а після цього в реактор (5). У реакторі проходить процес окислення, який супроводжується підвищенням температури.

Вода і продукти окислення (пара, гази, попіл) із реактора подаються в сепаратор (6), у якому проходить відділення газів від рідини. Газоподібні продукти напрямляються на утилізацію тепла, а вода і попіл - в теплообмінник (3).

При високих концентраціях органічних речовин у стічних водах, внаслідок значного виділення тепла (в процесі окислення), необхідності нагрівання іх в теплообміннику і печі немає, окрім пускової стадії. Економічність процесу зростає із збільшенням концентрації органічних речовин у стічних водах.

При підвищенні температури, ефективність процесу зростає. Летучі речовини можуть окислюватись у паровій фазі, а нелеткі - у рідкій фазі. Перевагами методу рідинношарового окислення є:

• можливість очистки великих об'ємів стічних вод без попереднього їх концентрування

• відсутність у продуктах окислення шкідливих речовин;

• простота комбінування з іншими методами очистки вод;

• безпечність в роботі.

До недоліків методу відносять:

✓ неповне окислення деяких, забруднюючих воду, речовин;

✓ значна вартість обладнання;

✓ висока корозія обладнання в кислому середовищі.

Метод рідинношарового окислення використовується в нафтопереробній, целюлозно-паперовій, фармацевтичній промисловості.

Метод парошарового каталітичного окислення. В основі методу є гетерогенне каталітичне окислення киснем при високих температурах летких органічних речовин, які знаходяться у газовій фазі. Процес окислення, що проходить у паровій фазі, інтенсивно проходить у присутності міднохромового, цинкохромового або мідномаргенцевого каталізатору. Процес окислення проводиться на установках, схема яких наведена на 4.44.

1 - ємність- 2 - випарювальний апарат; 3 - теплообмінник; 4 - контактний апарат; 5 - котел-утилізатор; 6 - піч; 7 - центрифуга.

Рис. 4.44. Схема установки для очистки вод каталітичним окисленням у паровій фазі.

Стічна вода зі збірника (1) подається у випарювальний апарат (2). З нього упа-рена пульпа потрапляє на центрифугу (7), в якій проходить зневоднення. Утворений мул напрямляють на спалювання в піч (6). Водяна пара разом з леткими органічними речовинами з випарювального апарату потрапляє в теплообмінник (3), в якому проходить її нагрівання теплом газової суміші, що відходить з контактного апарату (4). Після теплообмінника пара змішується з повітрям і напрямляється у контактний апарат в якому проходить окислення органічних речовин. Димові гази з печі подаються в котел-утилізатор (5), у якому утворюється пара, що подається в випарний апарат(2).

Як видно зі схеми, зображеної на рис. 4.44, реалізація методу парошарового каталітичного окислення органічних речовин, які забруднюють воду, достатньо проста. Установки такого типу характеризуються високою продуктивністю по стічній воді і високим ступенем знезараження (до 99,8%).

Недоліками установок такого типу, крім можливості очистки вод тільки від легких органічних речовин, є можливість отруєння каталізаторів сполуками фосфору, флюору і сульфуру. Це вимагає попередного видалення каталітичних отрут зі стічних вод.

Полуменевий метод. Цей метод очистки стічних вод є одним із найбільш ефективних і універсальних серед термічних методів. Він полягає в розпилені стічних вод безпосередньо у топкові гази (з температурою 900-1000^ОС), і при цьому вода повністю випаровується, а органічні сполуки спалюють. Якщо вода містить мінеральні речовини, утворюються тверді і розлавлені частки, що вловлюють.

У процесі термічного розкладу речовин забруднювачів можливе утворкееня. різноманітних речовин (СаО, MgO, К₂0, Na₂0, Cl₂, HCl, SO, S0₃, NO, N0₂ та інші), які можуть між собою взаємодіяти в газовій фазі з утворенням нових сполук, в тому числі і токсичних. Це необхідно враховувати при викиді газів в атмосферу.

Залежно від складу і властивостей стічних вод спалювання проводять в печах різної конст-рукції: камерні, шахтні, циклонні і з псевдорідженим м. Камерні і шахтні печі внаслідок значних габаритних розмірів, невисокої продуктивності (до 100 дм³/м³хгод) і значної вартості, використовуються тільки в деяких галузях промисловості (для знешкодження вод лакофарбної промисловості, для спалювання сульфітних шелаків тощо). Найефективнішими є циклонні печі. В них, завдяки вихровому характеру руху газового потоку, створюється інтенсивний тепло- і масообмін між краплями стічної води і газоподібними продуктами. Такі печі можуть працювати при значних питомих навантаженнях. Циклонні камери мож уть бути горизонтальні і вертикальні. Схема циклонної печі показана м.і рис. 4.45.

1 - піч; 2 - котел-утилізатор; 3 - повітронагрівач; 4 - апарат сухої очистки газів; 5 - труба; 6 - димосос; 7-повітродувка.

Рис. 4.45. Циклонна піч

В циклонну піч повітря підводиться тангенціально і здійснює поступово обертальні рухи. При цьому повітряний потік рухається вздовж осі циліндра за спіраллю, Це дозволяє уникнути рухомій частин. Стічна вода, яка подається за допомогою форсунки, розпилюється і згорає. Основним недоліком таких ній чей є значний виніс солей з газці вим потоком.

Р озроблено ряд технологічнії* схем установок полуменевого знезараження стічних вод. Викорістовуються установки з утиліза- цією тепла і без утилізації, з очисткою відхідних газів і без очистки. Набули поширення схеми з котлом-утилізатором і сухою газоочисткою (рис. 4.46) та з мокрої газоочисткою.

Рис. 4.46. Схема установки полуменевого знешкодження стічних вод.

Питання для самоконтролю

1. Чому проблема захисту гідросфери є загальною проблемою виживання люд­ства?

2. Що таке забруднення гідросфери і які глобальні наслідки цього процесу?

3. Охарактеризуйте основні види і джерела забруднення природних вод.

4. Яка роль самоочищення водних джерел і які фактори впливають на механізм цього процесу?

5. Які показники шкідливості забруднюючих речовин враховуються при вста­новленні їх ГДК у природних водоймах?

6. Назвіть основні схеми промислового водопостачання і охарактеризуйте кри­терії ефективності зворотних систем.

7. У чому полягає проблема промислових стічних вод, з точки зору техноеко-логії, і за якими показниками проводять їх класифікацію?

8. Як розраховують необхідний ступінь очистки стічних вод перед їх скидан­ням у природні водойми?

9. Наведіть класифікацію методів очистки стічних вод і назвіть основні кри­терії вибору методів очистки.

10. Які завдання і методи механічної очистки стічних вод?

11. Охарактеризуйте основні пристрої, які використовуються для механічної очистки стічних вод.

12. Проведіть загальну характеристику фізико-хімічних методів очистки стічних вод.

13. Охарактеризуйте метод флотації і наведіть приклади його використання для очистки стічних вод.

14. Охарактеризуйте метод адсорбції і приведіть приклади його використання для очистки стічних вод.

15. Назвіть вимоги, які ставляться до адсорбентів.

16. Охарактеризуйте метод іонного обміну і наведіть приклади його викорис­тання для очистки стічних вод.

17. Охарактеризуйте метод екстракції і наведіть приклади його використання для очистки стічних вод.

18. Назвіть вимоги, які ставляться до екстрагентів.

19. Охарактеризуйте методи зворотного осмосу і ультрафільтрації, які вико­ристовуються для очистки стічних вод.

20. Як здійснюється нейтралізація кислотних і лужних компонентів стічних вод?

21. Охарактеризуйте очистку стічних вод методами коагуляції і флокуляції.

22. Охарактеризуйте очистку стічних вод методами окислення і відновлення.

23. Проведіть загальну характеристику електрохімічних методів очистки стічних вод.

24. Проведіть загальну характеристику біохімічних методів очистки стічних вод.

25. Охарактеризуйте аеробні методи біохімічної очистки стічних вод.

26. Охарактеризуйте анаеробні методи біохімічної очистки стічних вод.

27. Охарактеризуйте термічні методи знешкодження мінералізованих стічних вод.

28. Охарактеризуйте термоокислювальні методи знешкодження стічних вод, які забруднені органічними речовинами.