Контрольные вопросы

1. Объясните механизм коагуляции и назовите наиболее распространенные коагулянты.

2. Что такое флокуляция? Каков механизм этого процесса?

3. Назовите стадии очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией и основную аппаратуру для проведения этого процесса?

4. Объясните механизм элементарного акта флокуляции и укажите как определить энергию образованную комплексом пузырик-частица?

5. Дайте характеристику способов флотации с выделением воздуха из растворов. Какой способ является распространенным и почему?

6. Чем отличаются напорная флотация от флотации с механическим диспергированием воздуха в воде?

7. Сравните по эффективности, производительности и затрате энергии выделения взвешенных частиц флотацией и гравитационным осаждением.

8. Объясните основы очистки сточных вод пенной сепарацией.

9. Рассмотрите основные схемы адсорбционной очистки сточных вод.

10. Рассмотрите физико-химические основы процесса очистки сточных вод адсорбцией.

11. Назовите область применения и объясните сущность ионообменной очистки сточных вод.

12. Дайте характеристику природных и синтетических ионитов.

13. Рассмотрите основные схемы ионообменных установок для очистки сточных вод.

14. Объясните стадии очистки сточных вод экстракцией. Укажите требования предъявляемые к экстрагенту.

15. Объясните основы очистки сточных вод обратным осмосом и ультрафильтрацией. Укажите требования предъявляемые к мембранам.

16. Рассмотрите схемы основных установок, используемых в процессах очистки сточных вод обратным осмосом.

17. Каковы физические основы удаления примесей из сточных вод методами десорбции, дезодорации и дегазации. Укажите области их применения и эффективность.

18. Объясните физические основы процессов очистки сточных вод электрокоагуляцией и электрофлотацией. Назовите области применения, достоинства и недостатки.

Глава 12. Химические методы очистки сточных вод

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрали­зацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с рас­ходом различных реагентов, поэтому дороги. Их применяют для уда­ления растворимых веществ и в замкнутых системах водоснабже­ния. Химическую очистку проводят иногда как предварительную пе ред биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточ­ных вод.

12.1Нейтрализация

Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологи­ческих процессах нейтрализуют. Практически нейтральными счита­ются воды, имеющие рН = 6,5-8,5.

Нейтрализацию можно проводить различным путем: смеши­ванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, аб­сорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией ам­миака кислыми водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод, от режима их поступления, наличия и стоимости реагентов. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки, количество которых зависит от концент­рации и состава сточных вод, а также от вида и расхода использу­емых реагентов.

а) Нейтрализация смешиванием. Этот метод применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости (рис. 47) с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом при его скорости в линии подачи 20-40 м/с.

При переменной концентрации сточных вод в схеме предусмат­ривают установку' усреднителя или обеспечивают автоматическое ре­гулирование подачи в камеру смешивания. Расчет соотношения сточ­ных вод, направляемых в камеру смешения, проводят по стехиометрическим уравнениям.

При избытке кислых или щелочных сточных вод добавляют соответствующие реагенты.

Рис. 47. Нейтрализатор смешения (1 — емкость; 2 — распределитель воздуха)

б) Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрали­зации кислых вод могут быть использованы: NaOH, КОН, Na₂C0₃, NH^OH (аммиачная вода), CaC0₃, MgC0₃, доломит (CaC0₃ MgC0₃), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са(ОН)₂ 5-10%. Соду и гидроксид натрия следует использовать, если они являются отходами производства. Иногда для нейтрализации применяют различные отходы производства. Например, шлаки ста­леплавильного, феррохромового и доменного производств использу­ют для нейтрализации вод, содержащих серную кислоту.

Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе об­разовываться осадок или нет. Различают три вида кислотосодержа-щих сточных вод: 1) воды, содержащие слабые кислоты (Н₂С0₃, СН₃СООН); 2) воды, содержащие сильные кислоты (НС1, HN0₃). Для их нейтрализации может быть использован любой названный выше реагент. Соли этих кислот хорошо растворимы в воде; 3) воды, со­держащие серную и сернистую кислоты. Кальциевые соли этих кис­лот плохо растворимы в воде и выпадают в осадок.

Известь для нейтрализации вводят в сточную воду в виде гидроксида кальция (известкового молока; "мокрое дозирование") или в виде сухого порошка ("сухое" дозирование). Для гашения извести используют шаровые мельницы мокрого по­мола, в которых одновременно происходят тонкое измельчение и га­шение. Для смешения сточных вод с известковым молоком применя­ют гидравлические смесители различных типов: дырчатые, перего­родчатые, вихревые, с механическими мешалками или барботажные с расходом воздуха 5-10 м³/ч на 1м² свободной поверхности.

При нейтрализации сточных вод, содержащих серную кислоту; известковым молоком в осадок выпадает гипс CaS ; 2 O. Растворимость гипса мало меняется с температурой. При перемещении та­ких растворов происходит отложение гипса на стенках трубопрово­дов и их забивка. Для устранения забивки трубопровода необходимо промывать их чистой водой или добавлять в сточные воды специ­альные смягчители, например гексаметафосфат. Увеличение скорос­ти движения нейтрализованных вод способствует уменьшению от­ложений гипса на стенках трубопровода.

Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различ­ные кислоты или кислые газы.

в) Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрали­зующие материалы. В этом случае для нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, извест­няка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтра­лизаторах, которые могут быть го­ризонтальными или вертикальны­ми. Для вертикальных фильтров используют куски известняка или доломита размером 30-80 мм. При

Рис. 48. Нейтрализатор щелочных сточных вод дымовыми газами

высоте слоя материала 0,85-1,2м скорость должна быть не более 5 м/с, а продолжительность кон­такта не менее 10 мин. У горизон­тальных фильтров скорость тече­ния сточных вод 1-3 м/с.

в) Нейтрализация кислыми га­зами. Для нейтрализации щелоч­ных сточных вод в последнее вре­мя начинают использовать отходящие газы, содержащие С0₂, S0₂, N0₂, 0₃ и др. Применение кислых газов позволяет не только нейт­рализовать сточные воды, но и одновременно производить высоко­эффективную очистку самих газов от вредных компонентов.

Использование для нейтрализации щелочных сточных вод диок­сида углерода имеет ряд преимуществ по сравнению с применением серной или соляной кислот, позволяет резко снизить стоимость про­цесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости С(Х умень­шается опасность переокисления нейтрализованных растворов. Об­разующиеся карбонаты находят большее применение по сравнению с сульфатами или хлоридами, кроме того коррозионные и токсичные воздействия С0₃²~ ионов в воде меньше, чем ионов S0₄^2- и С1₃~.

Процесс нейтрализации может быть проведен в реакторах с ме­шалкой (рис. 48), в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах.

Дымовые газы вентилятором подают в кольцевое пространство вокруг вала мешалки и распределяют мешалкой в виде пузырьков и струй в сточной воде, поступающей внутрь реактора. Благодаря боль­шой поверхности контакта между водой и газами происходит быст­рая нейтрализация сточной воды. Присутствие в газах S0₂ способ­ствует нейтрализации щелочных сточных вод.

При проведении процесса в тарельчатых колоннах степень нейт­рализации увеличивается с ростом скорости газа и уменьшением плот­ности орошения.

Количество кислого газа, необходимого для нейтрализации, мо­жет быть определено по уравнению массоотдачи:

М = , (94)

где М — количество кислого газа, необходимого для нейтрализации; X — фактор ускорения; ( _ж — коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; F — поверхность контакта фаз; с — движущая сила процесса.

Фактор ускорения рассчитывают по формулам, приведенным в гл. 3, а коэффициент — по формулам, имеющимся в литературе для различных конструкций массообменных аппаратов.

Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами использована в ряде производств, в том числе и в асбестоцементном производстве. Сточные воды этих производств имеют рН = 12-13 («80 мг-экв/л). Щелочность воды обусловлена постоянным выщелачиванием в нее гидроксида кальция. Нейтрализацию проводили диоксидом углеро­да дымовых газов (5-6 % С0₂) в тарельчатом абсорбере.

Особенностью нейтрализации дымовыми газами сточных вод ас-бестоцементного предприятия является образование карбоната каль­ция, который может находиться в состоянии пересыщения и отлага­ется на внутренней поверхности оборудования. Для предотвраще­ния образования в абсорбере карбонатных отложений процесс нейт­рализации следует проводить по циркуляционной схеме.

В смесителе протекают следующие реакции:

ОН- + НС0₃ Н₂0 + С0₃²-, Са²⁺ + С0₃ СаС0₃.

Образующийся осадок карбоната кальция осаждается в цирку­ляционной емкости.

Предварительную нейтрализацию сточной воды проводят с целью получения на входе в абсорбер смеси с таким водородным показате­лем, при котором смесь при окончательной нейтрализации в абсор­бере дымовыми газами не образует карбонатных отложений. При этом в абсорбере протекают следующие реакции:

20Н^- + С0₂ Н,0 + С0₃^2-, С0₃^2- + С0₂ + Н₂0 2НС0₃-.

Отношение объемных расходов циркулирующей и сточной воды, при котором образуется смесь, не выделяющая карбонатных отложе­ний, зависит от состава сточной воды и составляет от 2,5 до 4.

Для нейтрализации применяют абсорберы с крупнодырчатыми провальными тарелками с большим свободным сечением. Например, тарелки со свободным сечением более 30% и отверстиями размером 20x50 мм.

Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является при­мером ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключить ис­пользование кислот, создать бессточную схему водопотребления. При этом ликвидируется сброс сточных вод, сокращается потребление свежей воды, а также очищаются дымовые газы от кислых компо­нентов (С0₂, S0₂ и др.) и пыли.