2. Высокоэффективные экологически безопасные технологии очистки сточных вод
2.1. Выбор инновационных технологий
Существует огромный выбор технологий и оборудования для очистки сточных вод от высокотоксичных загрязняющих веществ. При выборе технологий, обладающих высоким инновационным потенциалом, необходимо учитывать следующие факторы:
• высокую эффективность (степень очистки 98-99%), время обработки жидкости не более 10 мин, остаточная концентрация загрязняющего вещества на уровне ПДК для рыбохозяйственных водоемов;
• обоснованный уровень стоимости технологии и оборудования для данного качества очистки;
• невысокие эксплуатационные затраты на обслуживание оборудования и системы водоочистки;
• низкий расход химических реагентов и других расходных материалов на 1 м3 сточной воды;
• высокую удельную производительность оборудования (объем очищаемой жидкости с площади, занимаемой установкой);
• отсутствие вторичного загрязнения воды и увеличения количества твердых отходов;
• отсутствие высококонцентрированных жидких отходов, образующихся в процессе водоочистки;
• возможность полной автоматизации технологического процесса водоочистки;
• наличие патентов, защищающих интеллектуальную собственность авторов;
• максимальную универсальность технологии удаления широкого спектра загрязняющих веществ разной природы из сточных вод в одной технологической операции;
• опыт промышленной эксплуатации оборудования (не менее 1 года);
• возможность обучения персонала и авторский надзор продавца-производителя за эксплуатацией новых технологий и оборудования.
Учитывая выше изложенные требования, наибольшие трудности возникают при выборе оборудования и технологий для процессов вторичной и глубокой очистки сточных вод. В этом случае наблюдается наибольшее разнообразие процессов.
Выбор технологий очистки зависит от природы основного загрязняющего вещества, его концентрации, объема сточных вод, наличия дополнительных примесей, требований к качеству очистки воды для сброса (нормы ПДК) или ее возврата в технологический цикл (требования ГОСТ),
Необходимым условием для реализации новых технологий очистки является наличие производственных площадей для размещения оборудования, финансовые ресурсы и квалифицированный персонал для обслуживания оборудования. Указанным выше требованиям отвечает только часть известных технологий.
Наиболее широкое распространение за рубежом и в России получили: мембранные технологии, электромембранные, флотационные, флотомембранные, электрофлотомембранные процессы, ионный обмен на синтетических сорбентах, адсорбция на активированных углях, озонирование, биохимические технологии и реагентное осаждение с использованием новых химических осадителей.
2.2. Электрохимические технологии очистки сточных вод
2.2.1. Общая характеристика электрохимических процессов и аппаратов для очистки сточных вод
Электрохимические процессы в соответствии с общепринятой классификацией относятся к физико-химическим процессам очистки водных систем. Они отличаются многостадийностью и относительной сложностью происходящих в аппаратах водоочистки физико-химических явлений.
Механизм и скорость протекания отдельных стадий зависят от многих факторов, выявление влияния и правильный учет которых необходимы для оптимального конструирования электролизеров и рационального ведения технологических процессов очистки воды. Основываясь на законах физической химии, электрохимии и химической технологии, электрохимические методы очистки сточных вод можно разделить на три основные группы: методы превращения, методы разделения и комбинированные методы (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Классификация электрохимических методов очистки сточных вод
Электрохимические методы |
Методы превращения |
Электрокоагуляция |
Электрохимическая деструкция |
||
Электрокристализация |
||
Электроокисление |
||
Электровосстановление |
||
Методы разделения |
Электрофлотация |
|
Электродиализ |
||
Электроосмос |
||
Электрофорез |
||
Электрофильтрование |
||
Комбинированные методы |
Электрофлотокоагуляция |
|
Электрокаталитическая деструкция |
||
Комплекс электровоздействий |
||
Электроосаждение |
||
Электрохимическое обеззараживание |
Методы превращения обеспечивают изменение физико химических и фазово-дисперсных характеристик загрязнений с целью их обезвреживания или более быстрого извлечения из воды. Превращение примесей может проходить ряд последовательных стадий, начиная с электронного уровня взаимодействия растворимых соединений и заканчивая изменением каких-либо электроповерхностных или объемных характеристик грубодисперсных веществ.
Методы разделения предназначены для концентрирования примесей в локальном объеме раствора без существенного изменения фазово-дисперсных или физико-химических свойств извлекаемых веществ.
Разделение примесей и воды происходит в основном за счет флотации электрогенерируемыми пузырьками газов или силового воздействия электрического поля, обеспечивающего транспорт заряженных частиц в воде.
Возможен также транспорт незаряженных частиц в воде при закреплении их на специально вводимом носителе, обладающем определенным зарядом.
К комбинированным относятся методы, которые предполагают совмещение одного или нескольких методов превращения и разделения загрязнений в одном аппарате.
2.2.1.1. Классификация аппаратов электрохимической очистки
На основании классификации методов электрохимической очистки воды следует осуществлять и выбор типа аппарата, который определяется в первую очередь видом генерируемого электролитического эффекта в сточной воде (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Основные виды электролитического эффекта, возникающего в электрохимических аппаратах
В зависимости от электролитического эффекта подбирается материал, принимаются соответствующая конфигурация и конструкция электродов, камеры электролиза, а также другие технологические и конструктивные особенности аппаратов.
Простейший электрохимический аппарат (или электролизер) для проведения электролиза с целью получения определенных продуктов представляет собой сосуд, заполненный раствором электролита, в который погружены два электрода, соединенные с источником постоянного тока.
Аппараты для электрохимической обработки сточных вод или электролизеры классифицируются по следующим признакам:
по организации процесса - аппараты непрерывного и периодического действия;
по гидродинамическому режиму работы - напорные и безнапорные;
по типу реактора - открытые, закрытые, бездиафрагменные и диафрагменные;
по организации движения воды в межэлектродном пространстве -горизонтальные, угловые, вертикальные с восходящим и нисходящим движением воды;
по организации движения воды в аппарате - однопоточные, многопоточные и комбинированные;
по виду воздействия на дисперсную систему - электрическим полем, электродными процессами, электроразрядом, комплексным воздействием.
Конструкция электролизера должна обеспечивать равномерное распределение тока по поверхности электродов и малые омические потери на всех участках электрической цепи. Для изготовления корпусов электролизеров применяют сталь, пластмассу, стекло, керамику и другие материалы. Электролизер может быть снабжен устройствами для охлаждения или теплоизоляции. Гидродинамическая обстановка в электролизере зависит от его конструкции и фазово-дисперсного состояния продуктов электродных реакций и извлекаемых загрязнений.
Для характеристики электролизеров используют экономические и энергетические показатели. Одной из величин, по которой наиболее часто сравнивают электролизеры, является напряжение на электролизере при фиксированной плотности тока.