Методическое пособие 685

водный объект в единицу времени, превышение которого ведёт к превышению ПДК загрязняющего вещества в данном водном объекте.

безотходных технологий. В рамках этого направления наиболее реальным

потребление свежей воды и исключает поступление сточных вод в природные водоёмы, предотвращая, таким образом, их загрязнение.

Основная классификация методов очистки сточных вод базируется на агрегатном состоянии и химической природе содержащихся в них примесей. Согласно этой классификации различают 4 группы методов:

1 – методы очистки от дисперсных примесей, как твёрдых, так и жидких; 2 – методы очистки от растворённых минеральных веществ; 3 – методы очистки от растворённых органических веществ; 4 – методы очистки от газов.

Методы очистки сточных вод разделяются на реагентные и безреагентные. Посредством реагентных методов производится очистка в результате добавления в воду специальных веществ – реагентов. Остальные методы являются безреагентными.

Выбор технологической схемы очистки сточных вод определяется целым рядом факторов, основными из которых являются:

-происхождение и количество сточных вод;

-химическая природа и концентрация примесей;

-требуемая степень очистки с учётом последующего их использования;

-эффективность очистки.

9.1. Механические методы очистки сточных вод

Для очистки сточных вод от взвешенных примесей – как твёрдых, так и жидких, используют механические методы. Механическая очистка является первым этапом очистки сточных вод любого происхождения.

Кметодам механической очистки относятся процеживание, отстаивание

ифильтрование.

Перед более тонкой очисткой сточные воды процеживают через решетки и сита, которые устанавливают перед отстойниками с целью извлечения из них

61

сточной воды между стержнями принимается равной 0,8-1 м/с.

механизированных граблей, транспортеров и дробилок составляет около 1 кВт на 1000 м3 сточных вод.

Решетки-дробилки представляют собой агрегат, совмещающий функции решетки и дробилки. Дробилки измельчают отходы, не извлекая их из воды.

Рис. 9.1. Виды (а — в) решеток сяйищюавезродп граблями для очистки:йынчилпте 1 — решетка; 2 — бесконечная йынелохцепь; 3 — граблитьаворицфн

Для удаления более мелких йишвмеряы взвешенных веществ, а также акшингул ценных продуктов применяют сита, которые йывокулмогут быть двух типов: еинвлымзабарабанные или дисковые.

Сито барабанного типа - это сетчатый йынрялуеомзкибарабан с отверстиями 0,5-1 нгиысуБмм. При вращении барабана йивбтшосточная вода фильтруется через его внешнюю курфили внутреннюю поверхность и в зависимости ясьтакирпо от подвода воды снаружи йиксечто или внутрь. Задерживаемые примеси ийавГсмываются с сетки водой иткуси отводятся в желоб. ыйнемтоисПроизводительность сита зависит от диаметра никшоКбарабана и его длины, ясйищюавыежтмоа также от свойств ясйишвжозларпримесей. Сита применяют в текстильной, йынежуровпцеллюлозно-бумажной и кожевенной промышленностиясйишваомтр .

Для разделения взвешенных частиц тнна фракции могут быть использованы кмбацино фракционаторы, основной Веводская частью которых является вертикальная оплчавшийся сетка, разделяющая емкость на две части значие(рис. 9.2). Диаметр отверстий повительсетки 60-100 мкм. Сточная лсикавода через сопло поступает дбртновнутрь фракционатора и делится магиерствона грубую и тонкую амоний фракции. При разделении 50-80 % секач взвешенных частиц остается в грубой космчиватьфракции.

62

Рис. 9.2. Фракционатор:

1 — корпус; 2 — сопло; еиначтмо3 — сетка

Отстаивание применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных твёрдых частиц и жидких (капельных) примесей (масел, жиров, смол, нефти и

агрегативно-неустойчивые капризнесистемы. В процессе осаждения ркопразмер, плотность и форма ткупорачастиц, а также физические гидрофзикасвойства системы изменяются. Кроме рзгласвшийтого, при слиянии различных куговерть по химическому составу сточных Арстиевна вод могут образовываться твердые бутоляющевещества, в том числе вмореныйи коагулянты. Эти явления сеаитакже оказывают влияние на форму дотающийся и размеры частиц. Все это усложняет солварниеустановление действительных закономерностей процесса пдскбленыйосаждения.

При отстаивании сточных вод наблюдается йымеаксупн стесненное осаждение, которое сопровождается йщюурзига столкновением частиц, трением между ацищьлтеп ними и изменением скоростеййвгоулп как больших, так и малых частицйишвабегры .

Скорость стесненного осаждения меньше завниескорости осаждения свободного вследствие ьтсонлеидвозникновения восходящего потока жидкости оньлтеишсупи большей вязкости среды.аворкиВ

63

трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м3/сутки. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую

сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.

9.2. Физико-химические методы очистки сточных вод

Флотацию применяют для удаления из сточных вод дисперсных твёрдых и капельных примесей размером от 0,2 до 1,5 мм, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, а также для удаления из воды таких растворённых компонентов, как ПАВ, снижения концентрации легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов.

Флотация как метод очистки сточных вод представляет собой выделение диспергированных частиц загрязняющего вещества из объёма воды на её поверхность с помощью пузырьков газа (воздуха), которыми предварительно насыщают воду.

Рис. 9.3:

1 - труба, по которой поступает нимеДвзвесь измельченной руды в воде; 2 - сосуд, из которого капает йтыунявфлотационный реагент (масло); 3 - поступление воздуха, засасываемого винтом;4йишватср

4 - место, где всплывшая полезная минорпорода отделяется от оседающей Крмазовпустой породы; 5 - сток пены с полезной завщтельпородой (концентрат)

64

Процесс флотации протекает в 3 стадии:

1)сближение поднимающихся в воде пузырьков газа со взвешенными в ней твёрдыми или жидкими частицами;

2)разрыв прослойки воды и слипание пузырьков газа с частицами с образованием флотационных комплексов "пузырёк – частица";

соприкосновения трёх фаз. Значения краевого угла могут меняться в пределах от 0° до 180°. При величине θ < 90° происходит смачивание, а при θ > 90° – несмачивание. Таким образом, с увеличением краевого угла θ увеличивается несмачиваемость поверхности взвешенной в воде частицы, она становится более гидрофобной, в результате чего возрастает вероятность прилипания к ней газовых пузырьков и прочность их удерживания.

В зависимости от способа получения флотирующего газа можно выделить следующие способы флотационной обработки сточных вод:

1)флотация с выделением воздуха из раствора: заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной воде; из раствора при уменьшении давления выделяются пузырьки воздуха;

2)флотация с механическим диспергированием воздуха: в этом случае при перемещении струи воздуха в воде в ней создаётся интенсивное вихревое движение, под воздействием которого воздушная струя распадается на отдельные пузырьки;

3)флотация с подачей воздуха через пористые материалы: в этом случае при пропускании воздуха через пористые материалы образуются мелкие пузырьки;

4)электрофлотация: пузырьки газа образуются при электролизе воды – на аноде выделяется O2, на катоде – H2;

5)химическая флотация: при введении в сточную воду некоторых веществ протекают химические реакции с выделением газов – O2, CO2, Cl2 и др.;

6)биологическая флотация: пузырьки газов выделяются в результате деятельности микроорганизмов.

Коагуляцию применяют для удаления из сточных вод дисперсных твёрдых

икапельных примесей размером до 100 мкм.

Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц за счёт их объединения в агрегаты в результате взаимодействия. Другими словами,

65

коагуляция представляет собой процесс слипания частиц дисперсной фазы при потере коллоидной системой агрегативной устойчивости.

Агрегативная устойчивость представляет собой способность коллоидной

коагуляцию коллоидных частиц вызывают добавлением специальных веществ – электролитов, называемых коагулянтами. В качестве коагулянтов используют различные минеральные вещества – чаще всего соли алюминия, железа

(Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, FeCl3, FeSO4 и т.п.) или их смеси и др.

66

При введении коагулянтов в воду их молекулы подвергаются гидролизу, в

механически захватывая при этом и другие взвешенные примеси.

Кроме электролитов, в качестве коагулянтов используют также вещества с

добавления в раствор специальных веществ – флокулянтов.

Флокулянты – высокомолекулярные соединения, представляющие собой водорастворимые полимеры цепеобразного строения с полярными концевыми функциональными группами. В качестве флокулянтов используют крахмал,

макромолекулы флокулянта на взвешенных частицах или хлопьях гидроксидов металлов с образованием полимерных мостиков между ними, что приводит к их связыванию за счёт сил Ван-дер-Ваальса в рыхлые крупные трёхмерные агрегаты, которые осаждаются под действием силы тяжести.

Экстракцию применяют для удаления из сточных вод растворённых органических веществ, представляющих техническую ценность (органические кислоты, фенолы, нитросоединения и др.), при концентрации их в воде более 2- 4 г/л. На рис. 9.4 представлена схема флотатора-отстойника.

67

Рис. 9.4. Схема флотатора-отстойника: 1- отстойник; 2 - флотационная камера; 3 - кольцевой водосборный лоток;

4 - радиальные водосборные лотки;

5- насос; 6 - воздухорастворитель (сатуратор); 7 - вода на очистку; 8 - вода после тьавгиупсрочистки;

9 - рециркуляционная линия аэрированной воды;китеноф 10 - сжатый воздух

Экстракция – это процесс извлечения вещества, растворённого в одном растворителе другим растворителем, который не смешивается с первым и лучше растворяет извлекаемое вещество.

Экстракция основана на смешении двух взаимно нерастворимых жидкостей (воды и неполярного органического растворителя) и распределении вещества между ними в соответствии с его растворимостью в каждой из жидкостей. При этом в условиях постоянства температуры и давления по истечении некоторого времени в системе будет наступать динамическое равновесие, условием которого является равенство химических потенциалов растворённого вещества в обеих жидких фазах:

Данное равенство является общим выражением закона распределения: отношение равновесных активностей третьего компонента в двух взаимно

68

Экстракция основана на законе распределения, очевидно, что извлечение вещества экстракцией тем полнее, чем больше коэффициент его распределения превышает единицу. Как правило, после достижения динамического равновесия концентрация извлекаемого вещества в органической фазе во много

соприкосновения двух жидких фаз;

2)как можно более быстрое и полное разделение фаз (экстракта и рафината) после экстракции;

3)извлечение экстрагента из экстракта и рафината.

Экстракт – фаза, содержащая извлекаемое вещество и экстрагент. Рафинат – фаза, содержащая очищенную сточную воду и экстрагент.

этих веществ.

доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

69

гидроксиды металлов для адсорбции различных веществ из сточных вод используют мало, так как энергия взаимодействий их с молекулами воды велика — иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако они должны обладать определенными свойствами.

Свойства, необходимые для активированных углей:

1)активные угли должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо с органическими веществами;

2)быть относительно крупнопористыми (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8-5,0 нм или 8-50 А);

3)их поверхность должна быть доступна для больших и сложных органических молекул;

4)при малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость;

5)высокую иметь селективность и малую удерживающую способность при регенерации;

6)угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют

органические вещества, находящиеся в сточных водах, способны окисляться и

Адсорбционная способность активных углей является следствием сильно развитой поверхности и пористости.

Основы процесса адсорбции. Вещества, хорошо адсорбируемые из водных растворов активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся — вогнутую. Изотерму адсорбции вещества, находящегося в сточной воде, определяют опытным путем. Ее можно приближенно вычислить без экспериментов.

70