книги из ГПНТБ / Левин, А. М. Очистка сточных вод огнеупорных заводов

5. МЕХАНО-ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Процесс отстаивания взвешенных веществ можно значительно ускорить, если применить коагуляцию. Для этого к сточным водам добавляют химические реаген­ ты, которые вступают в реакцию с загрязнениями и спо­ собствуют выпадению нерастворенных, коллоидных и частично растворенных веществ. При взаимодействии реагентов со сточными водами образуются хлопья, ко­ торые оседают на дно отстойника, увлекая с собой взве­ шенные вещества, находящиеся в сточных водах.

Подбор эффективного коагулянта для сточной воды и изучение условий его применения являются наиболее существенной частью всего комплекса механо-химиче- ской очистки сточных вод огнеупорных заводов от взве­ шенных минеральных частиц.

В зарубежной и отечественной практике накоплен достаточный опыт по применению флокулянтов при очи­ стке производственных сточных вод от взвешенных веществ [53—59]. При этом диапазон применяемых ве­ ществ весьма широк: от природных модифицированных белков и полисахаридов до высокомолекулярных синте­ тических полимеров. Неорганические соли — коагулян­ ты находят применение в отечественной практике при очистке производственных сточных вод от взвешенных веществ. В основном это объясняется низкой стоимо­ стью солей, а также отсутствием необходимого ассорти­ мента полимерных флокулянтов, выпускаемых промыш­ ленностью. Для коагуляции сточных вод применяют сернокислый алюминий (глинозем), железный купорос, известь и др. В случае применения сернокислого алюми­ ния коагуляция осуществляется в результате образова­ ния нерастворимой гидроокиси алюминия по уравнению

А1а (S04) 3 + ЗСа (НС03) 2 = 3CaS04+ 2А1 (ОН) 8 + 6С02.

В сточную воду необходимо добавлять известь для получения оптимального значения pH сточной воды, при котором процесс коагуляции происходит полнее. Серно­ кислый алюминий легко растворяется в сточной воде и не вызывает коррозию.'

Количество реагентов зависит от характера сточных вод и требуемой степени очистки. Чтобы каждая части­ ца сточной воды пришла в контакт с реагентом, необ­

101

ходимо обеспечить хорошее смешение реагента со сточной водой. После образования хлопьев необходимо обеспечить их контакт друг с другом.

Для механо-химической очистки применяют следую­ щие сооружения: реагентное хозяйство — для хранения, приготовления и транспортирования реагентов к смеси­ телям; смесители — для смешения реагентов с очищае­ мыми сточными водами; камеры реакции — для контак­ та сточных вод с реагентами; отстойники — для осажде­ ния скоагулированных загрязнений сточных вод.

Для подбора и установления оптимальных доз реа­ гентов, необходимых при очистке производственных сточных вод огнеупорных заводов, нами проведены экс­ перименты на натуральных, поступающих в канализа­ цию, а также искусственно приготовленных сточных во­

вания и с подщелачиванием известью и использованием

тельные коагулянты и в различных сочетаниях [14, 19]. Растворы коагулянтов готовили из химически чистых продуктов на дистиллированной воде и дозировали пи­ петкой. При испытании коагулянтов и флокулянтов в отдельности или при их совместном применении каждый реагент перемешивали в течение 2 мин. Первым вводи­ ли коагулянт, а затем флокулянт. После перемешива­ ния .в каждый цилиндр для отбора проб устанавливали сифон на одинаковом для всех цилиндров расстоянии от верхнего уровня жидкости. Концентрацию взвеси оп­

ределяли весовым методом.

Чтобы выявить разницу в дозах реагентов, а также целесообразность устройства предварительных отстой­ ников для осаждения более крупной взвеси, сточные во­ ды подвергали очистке после предварительного 1—2-ч отстаивания в цилиндрах и без отстаивания.

Критерием эффективности реагентов является спо­ собность их при наименьшей дозе обеспечивать оста­ точную концентрацию взвеси в декантате после 2-ч от­ стаивания в цилиндрах Лисенко, меньшую, чем это до­ пустимо Правилами охраны поверхностных вод [10].

Очистке подвергали среднесменные пробы сточных

102

вод обследованных заводов. Коагулянты (железный ку­ порос н сернокислый алюминий) вводили в очищаемую воду в виде 5%-ных растворов, известь — в виде извест­ ковой воды, содержащей 1,0—1,3 г/л СаО. Исследуемую жидкость вначале разливали в 100-мл цилиндры и в них

вочные опыты проводили с дозами коагулянтов от 5—25 до 1000 мг/л, а при необходимости и выше. К сточным водам в литровые цилиндры Лисенко добавляли вы­ бранные коагулянты в оптимальных дозах, перемеши­ вали и определяли эффект осветления. Полиакриламид вводили в виде 0,1 %-ного раствора, так как при более высоких концентрациях он имел очень густую консис­ тенцию и большую вязкость. Дозы всех указанных реагентов применяли в пределах от 1 до 2000 мг/л в за­ висимости от исходного материала, степени дисперсно­ сти веществ (исходной пыли), показателя среды pH.

Очищенные при оптимальных дозах реагентов сточ­ ные воды анализировали по некоторым основным пока­ зателям по такой же схеме, как исходные сточные воды (исключая повторение определений, не изменяющихся по содержанию компонентов).

Кинетику выпадения взвешенных веществ из сточ­ ной воды изучали весовым и объемным способами. В результате обобщения всех полученных данных по хи­ мическому составу производственных сточных вод об­ следованных заводов и установления наиболее эффек­ тивных условий их очистки при оптимальных дозах реагентов разработаны схемы очистки загрязненных сточных вод огнеупорных заводов и даны расчетные па­

хромита, магнезита и их смесей.

Результаты экспериментов по механо-химической очистке производственных сточных вод Запорожского огнеупорного завода различными реагентами и химиче­ ских анализов- [60] очищенных сточных вод приведены в литературе [4].

Все производственные сточные воды Запорожского огнеупорного завода могут быть очищены механо-хими- Ческим способом с применением коагулянтов: глинозема или железного купороса с подщелачиванием известью

103

при различных дозах, которые зависят от степени за­ грязнения сточных вод взвешенными веществами, а иногда и присутствия в них случайных органических примесей. Процесс коагуляции сточных вод цеха высо­ коглиноземистых изделий, содержащих 35—40 г/л-взве­ шенных веществ, проходил хорошо при дозах глинозема

вести, при дозах СаО в пределах 500—750 мг/л. Эти до­ зы можно считать оптимальными. Дозу глинозема и железного купороса в некоторых случаях снижали, так для общего стока завода она составляла примерно 200 мг/л. Для сточных вод шамотного цеха и цеха магне­ зиальных изделий (из поддонов прессов) дозы реагентов соответственно составили 250 и 500 мг/л железного ку­ пороса, 75 и 150 мг/л извести.

Опыты по очистке сточных вод от пенофильтра, уста­ новленного у сушильных барабанов в шамотном цехе Семилукского огнеупорного завода, показали эффектив­ ное осаждение ПАА коллоидных частиц глины. При флокуляции с дозой 50 мг/л ПАА сточных вод (цех вы­ сокоглиноземистых изделий), содержащих 35 г/л взве­ шенных веществ после 24-ч отстаивания, остаточное содержание взвеси составляло примерно 1370 мг/л.

Из примененных для очистки сточных вод химиче­ ских реагентов наиболее дешевым и достаточно эффек­ тивным является известь. При химической очистке сточ­ ных вод (цех высокоглиноземистых изделий), содержа­ щих взвеси 2,7 г/л после предварительной механической очистки (взвешенных веществ в сточной воде было 35— 36 г/л), доза железного купороса составила 250—300 мг/л и извести 70—90 мг/л. При химической очистке сточной воды, содержащей 35—36 г/л взвешенных веществ, доза железного купороса составляла 500 мг/л и извести 150 мг/л, Дозы извести и полиакриламида при очистке предварительно отстоянной воды практически мало из­ менялись.

Влияние реакции среды pH сточной воды, загрязнен­ ной глиной, на дозу коагулянта показано на рис. 37. Как видно из рис. 37, с увеличением pH дозы коагулянтов, уменьшаются.

Сточные воды от цеха магнезиальных изделий за­ грязнены хромом. Хром в стоках находился в виде слож­ ного, трудно растворимого минерального комплекса

104

хромита или хромистого железняка (Сг20 з-FeO), а не в виде легко растворимых в воде токсичных солей ше­ стивалентного хрома (К2СГ2О7 или СгОз). Содержание хрома в коллоидном состоянии в этих сточных водах через 24 ч отстаивания составляло примерно 16 мг/л и через 48 ч — примерно 10 мг/л, а в растворенном состоя­

в виде гидрата окиси хрома Cr(UH)3. При дозе коа­ гулянта глинозема (железного купороса) 1000 мг/л и реагента извести 500 мг/л после 5—15-мин отстаивания сточная вода становится прозрачной и бесцветной. Взве­ шенные вещества, а также хром (коллоидный и раство­ ренный) полностью удаляются из сточной воды, pH сме­ си равно 9,8—10,0.

Искусственно приготовленные сточные воды с кон­ центрацией взвешенных веществ 5 и 25 г/л подвергали химической очистке теми же химическими реагентами, что и натуральные сточные воды. Исключение составлял железный купорос, так как его эффективность аналогич­ на эффективности глинозема, а при использовании в производстве осадка присутствие в нем железа нежела­ тельно. Глинозем же содержит алюминий, являющийся составным компонентом глины и шамота. Большинство сточных вод хорошо очищается при дозе глинозема

105

100 мг/л и содержании СаО 25 мг/л, за исключением проб 3 и 4, очищаемых при дозе глинозема 500 мг/л и до­ зе СаО 200 мг/л, и пробы 1 1 , очищаемой при дозе глино­ зема 1000 мг/л и дозе СаО — 500 мг/л, это объясняется наличием хрома в сточной воде.

Хорошо флокулировались при небольших дозах ПАА (2,5—10,0 мг/л) сравнительно хорошо самоочищающие­ ся (за счет своего щелочного резерва) при рН = 9-г-Ю сточные воды, содержащие мелкокристаллическую взвесь хромомагнезита. Исключением являлась проба 11, плохо флокулирующаяся при разных дозах ПАА — от 2,5 до 500 мг/л. При очистке сточных вод, загрязненных гли­ ной и шамотом, после предварительного часового отста­ ивания, дозы реагентов мало изменялись в сторону умень­ шения, но для пробы 2 (глина) дозы извести уменьша­ лись с 200 до 100 мг/л, для пробы 3 (смесь глины с ша­

коллоидной еще оставалось в растворе. Эти 75% взвеси осаждались при коагуляции отстоенной воды известью.

ном в результате механического отстаивания. Поэтому дозы реагентов сравнительно мало изменяются в сторо­ ну уменьшения, а количество реагентов зависит от со­ держания в сточной воде мелкодисперсных и коллоид­ ных фаз.

Так как известь не образует гидратов, а только способствует ускорению выпадения взвеси, и не увели­ чивает объем осадка, можно легко наблюдать и срав­ нивать объемы более тяжелых и более легких фракций осаждающейся взвеси в коагулированной и некоагулированной воде. Большой разницы в дозах реагентов при навесках пыли 25 и 5 г/л, за исключением нескольких проб (3, 4 и 11), не наблюдалось. Прямой пропорцио­ нальной зависимости между количеством пылевой взве­ си, находящейся в воде, и дозой реагентов не установ­ лено. В некоторых случаях эту зависимость можно про­ следить. Влияние исходной концентрации взвеси, содер­ жащейся в производственной сточной воде цеха высоко­ глиноземистых изделий Запорожского огнеупорного завода, на эффект коагуляции показано на рис. 38.

106

Как видно из рис. 38, с увеличением концентраций взвеси повышается доза коагулянта, необходимая для очистки сточной воды. В процессе работы с искусствен­ но приготовленными сточными водами наблюдалось, что

ществ 25 г/л), приготовленных с 10 различными пробами пыли Запорожского огнеупорного завода, была обнару­ жена их самокоагулирующая способность, что обуслов­ лено щелочным резервом магнезита и смеси его с хроми­ том (pH воды равно 10 и более). Такая сточная вода мо­ ментально осветлялась с образованием крупных хлопь­ ев, быстро выпадающих в осадок.

Сточная вода, приготовленная из отдельных пылей (пробы 5 и 11), хотя и имела высокий показатель pH, но быстрого осветления ее не происходило. Из смеси сточ­ ных вод в осадок выпадал весь хром, содержащийся в сточной воде, загрязненной хромитом и смесью магне­ зита и хромита, который удаляется только при больших Дозах реагентов из естественных и искусственно приго­ товленных сточных вод. Например, сточная вода из под­ дона прессов цеха магнезиальных изделий Запорожско­ го огнеупорного завода, содержащая всего 1 г/л взвеси, освобождалась от хрома при дозе железного купороса 500 мг/л и 150 мг/л СаО, а искусственно приготовленная сточная вода с концентрацией взвеси 25 г/л (проба 11 —

107

смесь хромита и магнезита) — при дозе 1000 мг/л глино­ зема (или железного купороса) и 500 мг/л СаО. Хотя коа­ гулирующая способность смеси сточных вод достаточно велика, добавка извести — 50—100 мг/л улучшала про­ цесс очистки. Сточная вода при этом становилась со­ вершенно прозрачной и бесцветной через 5 мин отстаи­ вания, pH смеси равно 9,8—10,0. Через 5—15 мин от­ стаивания остаточной взвеси в воде не было. Хром при этом (как коллоидный, так и растворенный в воде) пол­ ностью удалялся.

Такая способность смеси всех сточных вод в услови­ ях Запорожского огнеупорного завода, выпускающего изделия из различных исходных материалов, заслужи­ вает внимания.

Смесь сточных вод, приготовленная с концентраци­ ей взвешенных веществ 5 г/л тех же 10 проб пыли, об­ ладала меньшей самокоагулирующей способностью, чем смесь сточных вод с концентрацией 25 г/л. Это объясня­ ется недостатком щелочного резерва магнезита. Поэто­ му для коагуляции такой сточной воды дополнительно требуется 400 мг/л СаО. Следует отметить, что хром также хорошо удалялся, как и в смеси с большим со­ держанием взвеси.

Все искусственно приготовленные сточные воды, очи­ щенные при оптимальных дозах реагентов, через 30 ми; 1 отстаивания не содержали остаточной взвеси. Исключе­ ние составляли сточные воды, флокулированные полиак­ риламидом. Химический состав сточных вод, очищенных при оптимальных дозах реагентов, такой же, как и со­ став до очистки. При очистке сточной воды глиноземом или железным купоросом в соответствии с дозой увели­ чиваются количества сульфатов и сухого остатка, а при использовании извести увеличиваются жесткость и pH воды, при очистке органическим флокулянтом ПАА воз­ растает окисляемость.

Сухой остаток при исходной концентрации взвеси 25 г/л по сравнению с концентрацией взвеси 5 г/л уве­ личивался для глины примерно в 18 раз, для шамота в ~ 10—20 раз, смеси глины н шамота в ~15 раз, хро­ мита в —-1,5 раза, магнезита в ~1,2 раза. Это можно объяснить тем, что соли, содержащиеся в глине, гораз­ до более растворимы, чем соли хромита и магнезита. При коагуляции смеси всех искусственно приготовлен­ ных сточных вод с концентрацией взвеси 5 и 25 г/л со-

108

О

о