20. Термические методы очистки сточных вод (методы концентрирования и термоокислительные методы).

На химических предприятиях образуются СВ, содержащие различные минеральные соли (кальция, магния, натрия и др.), а также органические вещества. Такие воды могут быть обезврежены термическими методами: 1) концентрированней сточных вод с последующим выделением растворенных веществ; 2) окислением органических веществ в присутствии катализатора при атмосферном и повышенном давлении; 3) жидкофазным окислением органических веществ; 4) огневым обезвреживанием.

Концентрирование сточные вод. Этот метод в основном используют для обезвреживания минеральных сточных вод. Он позволяет выделять из стоков соли с получением условно чистой воды, пригодной для оборотного водоснабжения.

Процесс разделения минеральных веществ и воды может быть проведен в две стадии стадия концентрирования и стадия выделения сухих веществ

Испарительные установки. В промышленности наиболее распространены выпарные установки концентрирования растворов. Для этой цели используют одноступенчатые и многоступенчатые выпарные установки с выпарными аппаратами различной конструкции. Выпарные установки состоят из основных элементов — выпарных аппаратов (испарителей) и вспомогательного оборудования – конденсаторов, самоиспарителей, теплообменников, насосов и др.

Выпарные установки с гидрофобным теплоносителем. В этих многоступенчатых установках нагревание и испарение СВ происходит вследствие контакта их с жидким гидрофобным теплоносителем. В них возможно упаривать сточные воды до высоких концентраций, избежать отложения солей на теплообменных поверхностях, уменьшить коррозию оборудования

Установки вымораживания. Процесс вымораживания заключается в том, что при температуре ниже температуры замерзания чистая вода образует кристаллы пресного льда, а рассол с растворенными в нем солями размещается в ячейках между этими кристаллами. Температура замерзания рассола всегда ниже температуры замерзания чистой воды и зависит от концентрации растворенных солей. Холодильные агенты должны обладать следующими качествами: не смешиваться с опресняемой водой и не быть токсичными веществами (важно при контактном вымораживании); иметь довольно большую теплоту парообразования, отличаться малой коррозионной активностью по отношению к конструкционным материалам, а также химической стойкостью; быть доступным и иметь невысокую стоимость и тд.

Кристаллогидратные установки. Кристаллогидратный процесс состоит в концентрировании сточной воды с применением гидратообразующего агента М (пропан, хлор, хладоны, диоксид углерода и др.) и образовании кристаллогидратов, имеющих формулу М·nН₂О. При переходе молекул воды в кристаллогидраты концентрация растворенных веществ в воде повышается. При плавлении кристаллов образуется вода, из которой выделяются пары гидратообразующего агента. Термоокислительые методы обезвреживания. По теплотворной способности химические промышленные стоки делят на сточные воды, способные гореть самостоятельно, и на воды, для термоокислительного обезвреживания которых необходимо добавлять топливо. При использовании термоокислительных методов все органические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных соединений. К этим методам относят метод жидкофазного окисления, метод парофазного каталитического окисления и пламенный, или «огневой», метод. Метод жидкофазного окисления. Этот метод очистки основан на окислении органических веществ, растворенных в воде кислородом при температурах 100-350 °С и давлениях 2-28 МПа. При высоких давлениях растворимость в воде кислорода значительно возрастает, что способствует ускорению процесса окисления органических веществ.

Метод парофазного каталитического окисления. В основе метода находится гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой температуре летучих органических веществ, находящихся в промышленных сточных водах. Процесс протекает весьма интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового, цинк-хромового, медно-марганцевого или другого катализатора.

Огневой метод. Этот метод обезвреживания СВ является наиболее эффективным и универсальным из термических методов. Сущность его заключается в распылении СВ непосредственно в топочные газы, нагретые до 900-1000 °С. При этом вода полностью испаряется, а органические примеси сгорают. Содержащиеся в воде минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы, которые улавливают в циклонах или фильтрах. Огневой метод нецелесообразно применять для обезвреживания СВ, содержащих только минеральные вещества. Метод может, быть использован также для обезвреживания небольшого объема СВ, содержащих высокотоксичные органические вещества, очистка от которых другими методами невозможна или неэффективна. Кроме того, огневой метод целесообразен, если имеются горючие отходы, которые можно использовать как топливо.

В зависимости от концентрации и состава СВ используют печи различной конструкции: камерные, шахтные» циклонные и с псевдоожиженным слоем. Камерные и шахтные печи громоздки, характеризуются низкой удельной производительностью, их сооружение связано с высокими капитальными вложениями. Их используют для сжигания сульфидных щелоков, сточных вод анилинокрасочной промышленности и др. Наиболее эффективными являются циклонные печи. В них благодаря вихревому характеру газового потока создается интенсивный тепло- и массообмен между каплями сточной воды и, газообразными продуктами. Такие печи работают при больших удельных нагрузках. Применяют разнообразные горизонтальные и вертикальные циклонные камеры. Воздух, тангенциально вводимый в печь, совершает вращательное движение» перемещаясь вдоль оси цилиндра по спирали. Сточную воду распыливают форсункой и сжигают.

Для сжигания сточных вод могут быть использованы установки, имеющие различные схемы: 1) без рекуперации тепла и очистки газов, 2) без рекуперации тепла с очисткой газов;3) с рекуперацией тепла без очистки газов, 4) с рекуперацией тепла и очисткой газов.

Предложены различные схемы установок с рекуперацией тепла, но без очистки газов По схеме б тепло отходящих газов используют для подогрева дутьевого воздуха. В этом случае происходит снижение расхода тепла на 20-30% по сравнению со схемой без рекуперации тепла. По схеме в происходит упаривание сточных вод за счет тепла дымовых газов. В таких схемах удельный расход тепла на огневое обезвреживание составляет 90 кг/т воды. По схеме г тепло дымовых газов используют для получения пара. Имеются различные схемы с рекуперацией тепла и очисткой отходящих, газов в циклонах, электрофильтрах, скрубберах различной конструкции.