Химическая очистка сточных вод

Химическая или реагентная очистка производственных сточных вод может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов.

Нейтрализация. На железнодорожном транспорте и других отраслях промышленности производственные сточные воды от технологических процессов содержат щелочи NaOH, КОН, кислоты HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, а также соли металлов, образованных на основе кислот или щелочей. Поэтому с целью предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации. В результате нейтрализации в водных растворах происходит реакция между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях, с образованием молекулы воды и гидроксида металлов. В результате рН среды приближается к 7. Указанные реакции и способы нейтрализации подробно рассмотрены в главе 2. Здесь же рассмотрим расчет расхода реагентов.

Расход щелочного (кислого) реагента на нейтрализацию 1 м³ кислоты (щелочи), содержащейся в сточных водах, определяется по формуле:

m = CM₁/М₂, (90)

где С – концентрация кислоты (щелочи) или солей металлов, содержащихся в сточной воде, кг/м³;

M₁ – молекулярная масса щелочного (кислого) реагента;

М₂ – молекулярная масса кислоты (щелочи) или солей металлов, содержащихся в сточной воде.

В качестве реагента для нейтрализации используют любые щелочи, кислоты или их соли (NaOH, KOH, H₂SO₄, известняк, доломит, мел, мрамор, магнезит, сода и др.).

Процессы нейтрализации осуществляют в специальных реакторах, оборудованных перемешивающим устройством, и при необходимости проветривания – системой вытяжной вентиляции. Расчет реакторов достаточно подробно изложен в книге Плановский А.Н., Николаев П.И. «Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологий» [1], поэтому в данной работе не рассматривается.

Кроме нейтрализации к химическим методам очистки относятся осаждение, окисление и электрохимическая обработка. Химизм этих процессов рассмотрен в главе 2. По методам расчета и аппаратурному оформлению осаждение и окисление мало отличается от нейтрализации, поэтому в данной главе они не рассматриваются.

Электрохимическая обработка широко используется для очистки сточных вод от шестивалентного хрома. Этот метод основан на пропускании постоянного электрического тока через сточную воду, находящуюся в открытых или закрытых электролизных ваннах, в которых размещены попеременно чередующиеся стальные аноды и катоды. При этом в сточной воде не должно содержаться механических примесей со скоростью осаждения (всплывания) более 0,0003 м/с и концентрацией их более 0,05 кг/м³. Очистка сточных вод от соединений шестивалентного хрома основана на реакции восстановления бихромат- и хромат-ионов ионами трехвалентного железа, которые образуются при электролитическом растворении анода, а также гидроксидом железа Fe(ОН)₂, который возникает в сточной воде при взаимодействии ионов Fe²⁺ и ОН^– (при рН ≥ 5,5).

В промышленных условиях биохимическую очистку сточных вод от соединений хрома проводят на установках, использующих в качестве питательной среды городские бытовые сточные воды со средним значением БПК 0,1 г/л. На рис. 52. представлена схема установки биохимической очистки хромсодержащих сточных вод гальванического цеха. Бытовые сточные воды с расходом 0,0236 м³/с из отстойника 1 насосом подают в смеситель 2, куда одновременно поступают хромсодержащие сточные воды с расходом 0,013 м³/с и концентрацией соединений хрома до 85 мг/л, а также активный ил с содержанием бактерий рода Pseudomonas. Из смесителя сточные воды с активным илом поступают в биовосстановители 3, в которых происходит процесс биохимического восстановления хроматов с образованием гидроксида хрома. Процесс восстановления идет при постоянном перемешивании смеси и поддержании активного ила во взвешенном состоянии. Из биовосстановителей сточная вода поступает в отстойник 4, отстаивается и очищенная от хрома направляется в резервуар 5. В этот же резервуар сбрасывается избыточный активный ил с гидроксидом хрома и осадок сточных вод из отстойника 1. Осевший активный ил из отстойника 4 перекачивается в смеситель 2 для поддержания в биовосстановителях концентрации, равной 7 г/л. Из резервуара 5 сточная вода перекачивается в канализацию и далее поступает в биологические установки станции водоочистки, где в первичных отстойниках осаждается гидроксид хрома.

Рис. 57. Схема установки биохимической очистки хромсодержащих сточных вод:

1 – отстойник бытовых вод; 2 – смеситель; 3 – биовосстановители; 4 – отстойник; 5 – резервуар.