Глава 18. Очистка сточных вод от различных загрязнений

1. Удаление из воды растворенных газов

Сточные воды многих производств загрязнены летучими неорга- ническими и органическими примесями, такими как сероводород Н₂S, сероуглерод СS₂, диоксид серы SО₂, аммиак NH₃, диоксид углерода СО₂, метан СН₄ и др. Содержание их в сточных водах составляет обычно 0,1-1,0 г/л, многие из них являются ценными химическими продуктами. Эти газы относятся к агрессивным, они обуславливают либо усиливают коррозию металлов. Комплекс мероприятий, связаных с удалением из воды растворенных в ней газов, называется дегазацией воды. Существуют физические и химические методы дегазации.

К физическим относятся: аэрация, десорбция в токе инертного га- за, нагревание воды, понижение давления (вакуумные дегазаторы).

Химические методы основаны на реакциях, в результате которых растворенные газы связываются химически, например:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О; О₂ + 2Na₂SO₃ = 2Na₂SO₄.

Процесс десорбции - выделение растворенного газа из раствора - обусловлен более высоким парциальным давлением газа над сточной водой, чем в окружающей среде. Равновесное парциальное давление удаляемого газа Р_А по закону Генри пропорционально содержанию растворенного газа в растворах Х_А:

Р_А = Х_А,

где  - коэффициент пропорциональности (коэффициент Генри).

Количество вещества М, перешедшего из жидкой фазы в газовую, определяется из основного уравнения массопередачи:

М = К_уFС_ср,

где К_у - коэффициент массопередачи; F - поверхность контакта фаз; С_ср -

средняя движущая сила десорбции.

При пропускании инертного газа через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу. Этот процесс на практике осуществляют путем естественной дегазации через открытую водную поверхность или искусственной дегазации в специальных дегазаторах.

Естественная десорбция происходит обычно в открытых отстой- никах или прудах при длительном пребывании в них сточных вод. Эф- фективность такой десорбции не превышает 50-60 %, она зависит от температуры и влажности воздуха, скорости ветра, площади зеркала воды, глубины. Метод не нашел широкого применения из-за загрязне- ния воздуха, потери ценных веществ.

Десорбция летучих веществ в искусственных условиях проводит- ся в токе инертного газа, выпариванием раствора или десорбцией под вакуумом. Часто эти методы комбинируют.

Десорбцию в токе инертного газа (азот, диоксид углерода, топоч- ные дымовые газы и др.) широко применяют для удаления летучих примесей из сточных вод химических производств. Чаще всего десорб- цию проводят в токе воздуха (аэрация), подаваемого вентиляторами, и осуществляют в колоннах (десорберах) насадочного, распылительного, барботажного типа. Наиболее интенсивно процесс протекает на та- рельчатых колоннах в пенном режиме, а на насадочных - в режиме эмульгирования. Степень десорбции сточных вод зависит от конструк- ции десорбера и условий проведения процесса и колеблется от 80-85 % до 90-99 %. Более эффективны насадочные и тарельчатые аппараты. Степень удаления летучих веществ из сточных вод увеличивается с ростом температуры газожидкостной смеси и поверхности контакта фаз.

При десорбции нагреванием раствора в нижнюю часть десорбера (кипятильник) подается “глухой” пар. В кипятильнике вода частично испаряется, пары движутся снизу вверх навстречу жидкости. Таким образом, процесс протекает так же, как при десорбции острым паром, с тем отличием, что пар получают из самой десорбируемой сточной во- ды, а не вводят извне. Достоинством метода является получение лету- чих компонентов в концентрированном виде.

Для удаления растворенных газов из сточных вод может быть ис- пользована установка мгновенного вскипания. Установка состоит из подогревателя сточной воды и испарительной камеры. В закрытом по- догревателе сточные воды нагреваются до 120 ^оС, а затем через редук- ционный клапан подаются в испарительную камеру, в которой проис- ходит их мгновенное вскипание и дегазация. Образующаяся парогазо- вая смесь выводится из камеры. Десорбируемое из воды вещество можно регенерировать, направив его на адсорбцию.

Но не всегда летучие компоненты, извлекаемые из сточных вод отдувкой, могут быть утилизированы. Этому может препятствовать малое количество извлекаемого продукта, наличие трудно отделяемых примесей, отсутствие надежного метода извлечения из газовой фазы. В этих случаях целесообразно отправить отработанный газ после скруб- бера на установку для каталитического окисления. Хороший эффект достигается при пропускании смеси отработанного газа с воздухом при температуре 280-350 ^оС через слой катализатора (пиролюзит, оксид хрома и др.). Большинство органических соединений в этом случае окисляется до СО₂ и Н₂О.

Для очистки воды от дурнопахнущих веществ, в том числе и не-

которых газов (меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды) используют различные способы их дезодорации: аэра-

цию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку дымовы- ми газами, окисление кислородом воздуха под давлением, озонирова- ние, экстракцию, адсорбцию, микробиологическое окисление. При вы- боре метода учитывают его эффективность и экономическую целесо- образность.

Наиболее эффективным считается метод аэрации, т.е. продувание воздуха через сточную воду. Для этого используют обычно колонные аппараты различных конструкций. Применяют насадочные колонны и колонны с разными типами тарелок - колпачковыми, сетчатыми, кас- кадными. Сточная вода растекается по насадке или тарелке в виде пленки и контактирует при этом с воздухом.

Эффект очистки достигает 85-90 % при расходе воздуха 12- 15 м³/м³ сточной воды, при этом происходит также окисление загряз- нений. Однако не все загрязнения удаляются методом аэрации.

Промышленное применение имеет хлорирование дурнопахнущих веществ сточных вод. Хлором окисляются серосодержащие соедине- ния (сероводород, метилмеркаптан):

Н₂S + Сl₂  2HCl + S; 2CH₃SH + Cl₂  2HCl + (CH₃)₂S₂.

Очистку сточных вод от сероводорода можно проводить окисле- нием кислородом воздуха при атмосферном давлении в присутствии катализатора (железная стружка, графитовые материалы и др.) в аэра- ционном бассейне, куда подают сжатый воздух. Большая часть серово- дорода при этом окисляется до элементарной среды, а другая часть от- дувается воздухом и поступает на очистку в адсорбер с активирован- ным углем.

Высокая степень очистки может быть достигнута жидкофазным окислением сернистых веществ кислородом воздуха под давлением в щелочной среде. Окисление сероводорода идет до тиосульфата и суль- фата натрия. Сероводород из воды можно удалить гидроксидом железа в щелочной или нейтральной среде:

Fe(OH)₂ + H₂S  FeS + 2H₂O.

После отстаивания можно провести регенерацию образующихся сульфидов железа до гидроксидов и вновь использовать их для очистки воды от сероводорода.

Более эффективно удаление запахов из воды происходит при озо- нировании (или хлорировании) с дальнейшим пропусканием воды че- рез слой активированного угля. Степень дезодорации при этом изменя- ется от 80 до 100 % и зависит от вида примесей и их концентрации. До- за озона при этом снижается по сравнению с просто озонированием.