Лекція № 9. Термічні методи очищення стічних вод

План

1. Концентрування стічних вод

2. Випарні установки

3. Установки виморожування

4. Кристалогідратичні установки

5. Термоокислюючі методи знешкодження

1. Концентрування стічних вод

На хімічних підприємствах утворюються стічні води, що містять різні мінеральні солі (кальцію, магнію, натрію й ін.), а також органічні речовини. Такі води можуть бути знешкоджені термічними методами:

1. концентруванням стічних вод з наступним виділенням розчи­нених речовин;

2. окисленням органічних речовин у присутності каталізатора при атмосферному та підвищеному тиску;

3. рідкофазним окисленням органічних речовин;

4. вогневим знешкодженням.

Установки термічного знешкодження стічних вод повинні відпо­відати наступним основним вимогам:

1. забезпечувати зниження концентрації шкідливих речовин у воді, що очищається, до значень, менших ГДК;

2. мати незначну чутливість до сполук стоків;

3. забезпечувати надійність та економічність у роботі;

4. мати високу продуктивність.

Вибір методу очищення залежить від сполуки, концентрації й обсягу стічних вод, їх корозійної активності і необхідного ступеня очищення.

Цей метод в основному використовують для знешкодження міне­ральних стічних вод. Він дозволяє виділяти зі стоків солі з одержанням умовно чистої води, придатної для оборотного водопостачання.

Процес поділу мінеральних речовин та води може бути проведений у дві стадії (рис. 10.1): стадія концентрування і стадія виділення сухих речовин.

У багатьох випадках друга стадія замінюється похованням концент­рованих розчинів. Концентровані стічні води можна безпосередньо направляти на виділення сухого продукту, наприклад у розпилюючу сушарку.

Прісна вода

Рис. 10.1. Стадії поділу мінеральних речовин і води: 1 - концентрування; 2 - виділення сухих речовин

Рис. 10.2. Класифікація установок термічного концентрування розчинів

Питому витрату енергії на проведення стадії концентрування і виділення осаду визначають за формулами:

^{е —} С^а: Ево)І$о, Е_к = e_KW_K , E_BO=e_BOW_BOy (8.1)

де е - питома витрата енергії на проведення стадій концентрування і виділення осаду; Е_к

і Е_во - витрати енергії на стадіях відповідно концентрування і виділення осаду; s₀ - витрата стічних вод; е_к і е_в0 - питомі витрати енергії на стадіях відповідно концентрування і виді­лення осаду; W_K і W_BO- продуктивність апаратів відповідно на стадіях концентрування і виділення осаду.

Концентрування стічних вод може бути проведене у випарних, виморожуючих та кристалогідратних установках безперервної і періо­дичної дії. Схема класифікації установок термічного концентрування показана на рис. 10.2.

2. Випарні установки

У промисловості найбільш поширені випарні установки концент­рування розчинів. З цією метою використовують одноступеневі та багатоступеневі випарні установки з випарними апаратами різної конструкції [32].

Випарювання є енергоємним процесом. Енергія, затрачувана на випарювання, складається з енергії на нагрівання стічної води від початкової температури до температури випару; на деформування та перенесення центрів пароутворення; на роботу, затрачувану на поділ розчинника та розчину; на формування поверхні парових бульбашок при випарі; на подолання сил тиску при формуванні бульбашок; на подолання бульбашкою межі розтягнутих фаз і на транспортування

парових бульбашок до межі розподілу фаз. При розрахунку енер­гетичних витрат у промислових умовах враховують енергію, витрачену на випаровування м, і на роботу поділу розчину та розчинника, тому що інші складові невеликі:

? = Г + 1_Р. (10.2)

Оскільки при випарюванні з кристалізацією виділяється теплота

кристалізації г_кр, то витрати енергії на випарювання будуть:

4=4-%. (10.3)

При випарюванні низькоконцентрованих розчинів із кристалізацією значення І_р мало, тому витрати енергії на випарювання складуть

Ч = г-г_кр. (10.4)

Випарні установки складаються з основних елементів - випарних апаратів (випарників) і допоміжного устаткування - конденсаторів, самовипарників, теплообмінників, насосів і ін.

За однією з можливих класифікацій випарні установки поділяються в такий спосіб:

1. за принципом дії - на апарати періодичної і безперервної дії;

2. за способом підведення розчину - з рівнобіжним, послідовним і комбінованим підведенням;

3. за способом підведення та розподілом пари - з рівнобіжним підведенням первинної пари, з рівнобіжним підведенням вторинної пари, з послідовним підведенням вторинних парів, з термокомпресією вторинних парів, з комбінацією різних варіантів;

4. за наявністю доборів пари та розчину - з добором і без добору;

за способом відведенням газів, що не конденсуються, - в атмос­феру, рівнобіжне

1. відведення, у наступний апарат;

2. за способом рекуперації тепла - використання тепла розчину, використання тепла дистиляту, використання самовипару дистиляту, використання тепла вторинних парів, комбінування схем без реку­перації;

3. за наявністю конденсатора - з конденсатором та без конден­сатора;

4. за взаємним напрямком пари та розчину - прямоплинна, протип- линна та комбінована.

На практиці найчастіше використовуються 4-5-корпусні установки, що включають апарати з природною і примусовою циркуляцією, з витратою тепла по парі 600 кДж на 1 кг вологи.

Промислові стічні води відзначаються великою кількістю накипу, який утворюють компоненти з різним їх вмістом. Демінералізація таких стічних вод потребує їх випаровування до високих концентрацій. В такому випадку, крім карбонатної та сульфатного накипу на поверхні, яка передає тепло, можуть відкладатися також силікатні, залізисті й інші накипи. Тому доводиться знаходити різні способи запобігання накипоутворенню [33].

Відкладання солей на поверхні теплообмінника приводить до збіль­шення витрат тепла, зменшення продуктивності установки й усклад­нення її експлуатації. Це є перешкодою для використання випарних установок для концентрування деяких стічних вод.

Для розпарювання стічних вод ряд виробництв (синтетичних смол, лаків та фарб, люмінофорів, реактивів і ін.) застосовують випарні установки з контактними апаратами.

Для них характерний безпосередній контакт між теплоносіями і стічною водою. Для нагрівання води можуть бути використані газо­подібні, рідкі та тверді теплоносії.

Установки можуть бути одноступеневими та багатоступеневими. В одноступеневих установках випар може відбуватися або безпосередньо в контактному апараті, коли утворений пар виноситься теплоносієм, або в адіабатній ступені (рис. 10.3), а в контактному апараті відбу­вається лише нагрівання води.

1