Дәріс № 3. Сұйық қалдықтардың түрлері және өңдеу. Сұйық қалдықтарды өңдеуде химиялық технологиялық процестердің қолданылуы

Жоспары:

1. Сұйық қалдықтардың түрлері.

2. Судың қалдықтарын өңдеуде қолданылатын әдістердің түрлері.

3. Химиялық қайта өңдеу құрылымын өзгерту процестері.

1. Сұйық қалдықтардың түрлері. Сұйық қалдықтарға мыналар жатады: ластанған еріткіштер, әртүрлі фильтраттар, скрубберден шыққан сұйықтар, кубты қалдықтар, жұмыстан шыққан қышқылдар, май және органикалық жылуөткізгіштер, ағызынды сулар ж.б.

Сұйық қалдықтары гамогенді (еріткіш) немесе гетерогенді (эмульция-еріткіш тамшы, суспенция-жүзінді) жүйесі болып қаралады. Ал ерітінділер дегеніміз өз алдына екі топқа жатқызуға болады. Біріншісі - заттар ерітіндісі бар органикалық сұйықтар, екіншісі-судағы ерітінділер.

Органикалық сұйықтарды қуалайды немесе кристалдауға ұшыратады. Судағы ерітінді (тұздар, қышқылдар, негіздер) буландырады, концентрациясын көтереді сонымен қатар судағы еріген заттарды бөліп алады.

Судың қалдықтарын өңдеуде көптеген химия технологиялық процесстерді қолданады: тұнбаға түсіру, сүзгілеу, абсорбцияға душарлау, қайнатады, кристаллизациялайды, тазартады, электроанализдеу, химиялық өңдеуге, термиялық өңдеуге, қыздыру арқылы, су немесе жер астына сіңдіру қолданылады.

Кейбір жерлерде жоғарыда көрсетілген тәсілдер арқылы бірден сұйық қалдықтарынан тауарлы өнім алуға болмайды, сондықтан, ол өңдеудің бір кезеңі, стадиясы болып қалады.

Мысалыға, қайнату арқылы ерітіндіні компаненттерге толық ажыратуға болмайды ол үшін оны алдын ала маточный ерітіндіге қатты өнімді кристализациялау, кристалға түскен заттарды сүзгіштен өткізу кезеңдерінен өткізү керек.

2. Судың қалдықтарын өңдеуде қолданылатын әдістердің түрлері. Буландыру - қайнату тәсілімен сұйық қалдықтарға өңдегенде, ерітіндінің ішіндегі ұшуға жатпайтын қатты заттардың концентрациясын көбейту үшін қолданады. Бұл процессті атмосфералық немесе көтеріңкі қысымда, сол сияқты вакуумдау арқылы жүргізуге болады. Қайнату бір немесе бірнеше корпусты құралдарда атқарады. Осы әдіс бойынша сульфатты негіз, тұзды ерітінділерді радиоактивті іркінді сулардың концентрациясын көтереді.

Қуалау және ректификациялау. Жай қуалау дегеніміз сұйықтың жайлап буға айналуы. Пайда болған булар(конденсация негізінде) сұйыққа айналып ыдысқа жиналады (дистиллят түрінде). Қуалағанның арқасында аппарат көлемінде қалған сұйықты қайта айдау негізінде құрамында зиянды қосылыстары аз сұйық қалады ол жинағыш ыдыста.

Органикалық қосылыстарды толық бөліп алу үшін және қаныққан ертінді алу үшін айдауды дефлегмация арқылы жүргізеді.

Сұйық қосылыстарды буға және сұйық фазаға айыру үшін көп сатылы масса алмасу ректификация қолданады, бу мен пар қарама-қарсы жүреді.

Сұйық төмен қарай жүре отырып жоғары қайнатпалы қосылыстармен байытылады. Перегонка мен ректификацияны атмосфералық қысымда, вакуумда және инертті газдарда жургізіледі. Қай әдіспен жүргізу компоненттердің физико-химиялық қасиеттеріне байланысты болады.

Экстракция дегеніміз компоненттердің әртүрлі ерігіштік қасиетіне байланысты сұйық пен еріткіштерде экстрогент ретінде қалданылады.

Экстрогентпен әрекеттескен кезде бұнда бөлініп шыққан компоненттер жақсы ериді сонымен қатар қалған компоненттер мүлдем ерімейді бастапқы қоспалармен. Процесстің жылдамдығын арттыру үшін алғашқы еріткіш пен экстрогент арасында түйісу мықты бола отырып оларды бірнеше рет қолданылады.

Фаздардың әрекеттесуі арқасында экстракт алынады-заттардың тазаланған экстрогенттегі ерітінді және рафинат - бастапқы ертіндінің қалғаны. Алынған сұйық фаздар (экстракт және рафинат) бір бірінен тұндыру арқылы ажыратылады немесе центрге фунированием немесе басқа механикалық әдістермен. Санынан экстракттан негізгі өнім және рафинаттан экстрогент алынады. Экстрогенттің ең жақсы қасиеті ертіндіде ерімейді. Экстракцияның қолдану жолдары- іркінді суларды бензин арқылы фенолсыздандыру, бутилацетатом, физопропильді эфирмен, бензол арқылы судан нитробензолды экстракциялау және т.б.

Жәшік типтес ығыстыра тұнбаға түсіру экстракторлары көп қолданылады. Оның бір түрі ретінде экстрактордың жәщик типтес конструкциясының түрі 5 суретте келтірілген.

Үлкен өнімділіктің құрылыстарды сұйықтарды тасымалдау үшін әртүрлі құрал саймандармен жабдықталады, егер оның өнімділігі (›100м³/сағат) болса.

Кристаллизация дегеніміз заттардың сұйықтағы температураға байланысты ерігіштік процессі. Температураның төмендеуіне байланысты сұйық заттар қатты күйіне айналады, ерігіштігіне байланысты сондықтан оларды еріткіштерден бөліп алуға мүмкіндік туғызады. Негізінен алғанда кристаллизация қалдықтарды өңдеудегі технологиялық процесстердің бірі болып табылады.

3. Химиялық қайта өңдеу құрылымын өзгерту процестері. Химиялық қайта өңдеу құрылымын өзгерту деструктивті әдіс мынадай процесстерді қамтиды: тотығу және тотықсыздану (бұрынғы қалпына келтіру) реакцияларының негізінде бейтараптандыру (ерітіндінің қышқылдың қасиеттерінің сілті арқылы, сілтілік қасиеттерін қышқыл арқылы жою) реакциясымен тұнбаға түсіру.

Белгіленуі: 1 - қоспаландыру камерасы; 2 - статорлық өткел; 3 - дискілі білік; 4 - гидрозатвор; 5 - салмақты фазаны алып кету; 6 - тұнба камерасы; 7- қоспаландыру мен тұнықтыру арасындағы өткел; 8 - камераның алдындағы камерасы; 9 – қоспаландыру тасымалдағыш құрылғысы; 10- салмақты фазаны кіргізу; 11- жеңіл фазаны ендіру.

Сурет 5. Жәшікті экстрактор сатысы

Органикалық және бейорганикалық қосындыларды валенттіктерінің немесе құрылымының өзгеруі арқылы қалпына келтіруде, қалдықтарды зиянсыздандырып өңдегенде жоғары көлемде қолданылады. Бейорганикалық қосылыстағы сынапты және металды сынапқа, содан соң оны бөліп алуға күкіртті сутегі Н₂S, Fe, AL және басқа да қоспа қолданылады. Қалпына келтіру процестері мынадай жағдайда қолданылады, ағызынды суларды тазалауда нитроқосылыстарды аминоқосылыстарға айналдырғанда, биохимиялық тотығуларда.

6 суретте айналмалы суспенция кристализатордың схемасы көрсетілген, айналуы (циркуляциясы) айналдырғыштың көмегімен жүзеге асырылады.

Белгіленуі: І – соктың буы; ІІ - мата ерітіндісі; ІІІ – суспензия; ІУ – ағын су; 1 – араластырғыш; 2 – циркуляциялы құбыр; 3 – тұндыру камерасы.

Сурет 6. Айналмалы суспенция кристаллизаторы.

Өндірістік практикада тотықтырғыштар ретінде мынадай химиялық реактивтер қолданылады: хлор және оның қосылыстары, оттегі, азон, металлдардың оксиді және гидроксиді ауыспалы валенттікте (марганец, күміс, темір және т.б.) Хлорлы тотықтырғыштардың тәртібімен тотығатын тотықтар ағызынды суларды тазалауда қолданылады, ол ағызынды суларды биологиялық тазалауға жәрдемдеседі (хлор, гипохлорлы натрий, кальций, хлорлы әк, хлордың қостотығы).

Ауадағы оттегі ағызынды суларды темірден тазалау үшін қолданылады, екі валентті темірді үш валентті темірге өткізе отырып, сонымен қатар гидроксидті темірді судан ажырату үшін. Жеңіл тотығатын қосылыстарда мысалыға, сульфаттар, гидросульфаттар, гипосульфаттар, сульфиттер, этильді меркаптандар т.б. тотығу үшін ауадағы оттегілер қолданылады.

Ағызынды сулардың құрамындағы мұнай өнімдерінен күкіртті және цианды қосылыстардан, фенолдан, беттік активті заттардан, пестициттерден, бояғыштардан, мышьяк қосылыстарынан концерогенді ароматты көмірсутектерінен және басқа қосылыстардан тазарту үшін азон қолданылады. Азон ағызынды суға ауамен немесе ауадағы оттегімен араласқан күйінде беріледі, бірақ концентрациясы ол қосылыстарда азон 30% болуы керек. Азонның бағасының қымбаттығына байланысты оны басқа әдістермен алмастыру қажет.

Белгіленуі:1 – сепаратор; 2 – қорап; 3 – орталық құбыр;

4 – гидрозатвор; 5 – араластырғыш.

Сурет 7. Кәдімгі циркуляциялы ерітінділі кристаллизатор.

8 суретте горизонтальды трубалы электродты азондардың принципті схемасы көрсетілген, ал пластиналық орталық коллектрлі азонатр 9 суретте көрсетілген.

Белгіленуі:1 – қорап; 2 – құбырлы элемент.

Сурет 8. Горизонталь құбырлы элементті азонатор.

.

Тұнбаға түсу үшін аниондар немесе катиондар байланысу керек, ары қарай олар қиын ерітілетін немесе нәзік айырылысатын түрінде ерітіндіден бөлініп алынады.

Кальций тұздарын реагент есебінде қолданғанда іркінді суларды мырыш-фосфар қоспаларынан тазалауға ықпалын тигізеді.

Белгіленуі:1 – бос таяқшалар; 2 - әйнекті пластинкалар; 3 – жоғарғы вольтты электродтар.

Сурет 9. Орталық коллектірлі пластинкалық азонатордың схемасы.

Қорытындысында суспензия түзіледі, құрамында қиын ерітілетін тұздары бар оларды тұндыру, сүзу және центрифугирлеу арқылы бөліп алуға болады.

Кері осмос (гиперфильтрация) дегеніміз жартылай енетін мембрананы қолдануға негізделген, ерітіндіні негізінен суды жіберетін, молекуланы немесе заттардың ерітілген ионын толық жібермеуге негізделген.

10 суретте кері осмостың пайда болу схемасы көрсетілген.

Сурет 10. Кері осмостың жүру схемасы

Бұл процес 3 - 8 МПа қысымда жүреді жалпақ камерада, түтік (труба және рулон) және рулонды аппараттарда бөліп тұратын мембранасы бар полимерлі пленкада (қабыршақта) немесе бос волоконды.

Кері осмос тұзды және іркінді суларды қысымдауда, азеотропты қоспаларды ажыратуда қолданылады, осындай жағдайдың арқасында 99 - 99,5 % бастапқы қоспаларға қаныққан филтрат алады және ары қарай өңдеуге жіберетін концентрат алады. 11 суретте қарапайым мембранасы жай түтікті сүзгішті элементті аппарат көрсетілген.

Бұл элементтер тесікті труба (түтік) (пластмассалы керамикалық) ұсақ тесікті төсеніште салынған мембрана ретінде қаралады. Бұл аппараттың кемістігі мембрананың төменгі қысымда болуы (100 мг/м³ - қа деуір), жетістігі болып мембрананы тез тазалауға мүмкіншіліктің болуы.

Белгіленуі: I - фильтратты шығару; II - концентратты шығару; III - іркінді суларды ажырату үшін кіргізетін түтік. 1 - фланц; 2, 4 - пористы құбырлар; 3 - мембрана.

Сурет 11. Түтікті сүзгішті элементті аппарат.

Электродиализ - иондалған қоспаларды электрқозғалыс күші арқылы ерітіндінің екі жағындағы мембрана арқылы ажырату. Мембраналық пакет арқылы электр тогы жүргенде катиондар катодқа аниондар анодқа ығыстырылады. Катион алмастырғыш мембраналар тек катионды, анион алмастырғыштар анионды жібереді осыған байланысты бастапқы электролит екіге бөлінеді - тұзсыздандыруға қолданылады, соның жәрдемімен іркінді суларды мына қосылыстардан фтордан, хромнан радиоактивті ластардан тазартылады.

12 суретте көп камерлі электродиализатордың принципті схемасы көрсетілген.

Белгіленуі:1 - электродтар; 2 -мембраналар; 3 - электродты бөлік (отсек); Р- өнім бөлігі; С – қанықтырушы бөлік

Сурет 12. Электродты камераның схемасы.

Қыздырумен өңдеу әдісі термология әдісі, егерде сұйық қалдықтарды компоненттерге бөлуге экономикалық пайдасы болмаған жағдайда қолданылады. Сұйық органикалық қалдықтарды қыздыру арқылы өңдеудің көп таралған түріне (шахталы, циклонды, псевдооситенді) пештерде ашық түрінде жағу болып табылады. Органикалық қалдықтарды ашық түрінде жаққанда олар СО₂, N₂ және суға толық ауысады (өтеді). Сонымен қатар органикалық қалдықтарды қыздыру, жағу арқылы зиянсыздандырғанда егер олардың құрамында мынадай қоспалар болса галогенді, фосфорлы, күкіртті, озотты, қосымша пайда болатын түтінді газдардың өзін тазалауда қиындақтар туады.

Терең деңгейге көміп тастау. Сол уақыттарда қолданылады, егерде сұйық қалдықтар, оның ішінде ластанған сулар, өте қиын немесе мүлдем тазалануға жатпайтын жағдайларда. Жер астына көміп тастау соңғы 10-20 жылда кездесіп жүр. Ағызынды сулар іс жүзінде ешқандай пайдасыз болса, мұнай пластылары скважиналар арқылы сол сиякты газ өндірістерінде пайдалы қатты қазбаларды (кендерді) пайдаланған жерлерді шайып кеткенде оларды сіңіріп алатын акватиналар арқылы су қабаттарының деңгейінен төменгі қабатқа сіңіріп жіберілуі. Сіңіру көму әдісі көп таралмаған, себебі көп өндірістік алаңдарда бұндай жағдайға геологиялық жағдайлар бола бермейді.

Бақылау сұрақтары:

1.Сұйық қалдықтардың түрлері және жүйелері.

2.Химиялық қайта өңдеу құрылымын өзгерту процестері.

3.Кері осмос әдісі туралы түсінік.

4.Электродиализ әдісінің қолданылуы.

5.Қажет емес сұйық қалдықтарды жою әдістері.

Әдебиеттер:

1. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. –М.: Строй издат, 1990. – 352 с.

2. А.А.Баешов, Ж.К. Дарибаев, Б.С.Шакиров. Экология негіздері. Алматы. 2002 ж.

3. Родзевич Н.Н. Геоэкология и природопользование. – М.: Дрофа, 2003. – 256 с.

4. П.А. Коузов. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. –Л.: Химия, 1984. -240 с.