2.7.4 Физико-химические методы очистки сточных вод

Физико-химическая очистка – один из наиболее распространённых методов очистки сточных вод. Этот метод применяется самостоятельно или в сочетании с химическими, механическими, биологическими мето-дами 17-19.

2.7.4.1 Коагуляция, флокуляция и электрокоагуляция

В практике очистки сточных вод метод коагуляции часто применяется после удаления грубодисперсных примесей – для удаления коллоидных частиц. Коагуляция – процесс слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсной макрофазы (флокул) с последующим её выделением из воды.

Один из видов коагуляции – флокуляция, при которой мелкие взве-шенные частицы под влиянием специально добавляемых веществ (флоку-лянтов) образуют интенсивно оседающие хлопьевидные образования.

Основной процесс коагуляционной очистки сточных вод – гетерокоагуляция, при которой коллоидные (и мелкодисперсные частицы) взаимодействуют с агрегатами, образующимися при введении в стоки коагулянтов.

Основные коагулянты: а) соли алюминия: глинозём Al₂(SO₄)₃ 18H₂O; алюминат натрия NaAlO₂; оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl; полихлорид алюминия Al₂(OH)_nCl_6-nm(SO₄)_x, где 1 n  5m  10; б) соли железа: железный купорос FeSO₄7H₂O; хлорид железа FeCl₃6H₂O; сульфат железа Fe₂(SO₄)₃9H₂; в) соли магния: хлорид магния MgCl₂6H₂O; сульфат магния MgSO₄7H₂O; г) известь; д) шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств.

Сточные воды смешивают с коагулянтом в специальных устройствах – смесителях в течение 1…3 мин., хлопьеобразование происходит в камерах хлопьеобразования, например, с механическим перемешиванием. Осажде-ние хлопьев и частиц, образовавшихся в результате коагуляции, произво-дится в отстойниках, этот процесс часто называют осветлением стоков, а соответствующие отстойники – осветлителями 18-20.

Согласно современным представлениям 10, основная масса коллоидных частиц имеет одинаковый отрицательный заряд и потому имеет высокую агрегативную устойчивость. Появление в сточной воде положительных ионов способствует нейтрализации электрических полей отрицательных зарядов коллоидных частиц и они теряют свою агрега-тивную устойчивость. В наибольшей степени агрегативную устойчивость частиц понижают ионы и , и это обстоятельство предопределило применение в качестве коагулянтов именно солей железа и алюминия. В последующем практика и теория коагуляции привели к заключению, что в стоки достаточно ввести не соли алюминия или железа, а только ионы и . Это достигается анодным растворением Al или Fe в воде при прохождении через воду электрического тока. Такой процесс коагуляции называется электрокоагуляцией, а соответствующие аппараты – электрокоагуляторами.

2.7.4.2 Сорбция

Сорбция – процесс поглощения вещества (сорбата) из очищаемой среды твёрдым телом или жидкостью (сорбентом). Поглощение вещества массой жидкого сорбента – абсобция, поверхностным слоем твёрдого сорбента – адсорбция. Если при поглощении происходит химическое взаимодействие сорбента и сорбата, процесс называют хемосорбцией.

При очистке сточных вод в качестве сорбентов применяют искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины. Наиболее эффективны активированные угли, пористость которых достигает 75 %, а удельная площадь поверхности – 900 м²/кг. Расход сорбента определяют из соотношения:

,

где - масса сорбента, кг; Q – расход сточной воды, м³/с; C_o и C_к – концентрации примесей до и после прохождения стоками сорбционной установки, кг/м³; а – удельная активность сорбента – количество поглощаемого вещества на единицу массы сорбента, кг/с.

На рисунке 2.6 представлена схема сорбционной установки. Сточная вода поступает в адсорбер 2 по трубопроводу 1. По трубопроводу 4 пода-ётся адсорбент, перемешиваемый со стоками импеллером 3. Адсорбент с поглощёнными примесями оседает на дно адсорбера, откуда удаляется через трубопровод 8. Сточная вода со взвешенными частицами сорбента поступает в отстойник 5, в котором частицы сорбента оседают на дно и удаляются по трубопроводу 7, а очищенная сточная вода направляется по трубопроводу 6 для последующей обработки.

Обычно сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций, каждая из которых состоит из трёх-пяти последовательно расположен-ных фильтров, схема которых представлена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 – Схема сорбционной установки

Регенерацию сорбентов производят экстрагированием органическими растворителя-ми; отгонкой водяным паром; испарением адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя. Вследствие обратимости процессов сорбции их целесообразно использовать для очистки сточных вод от примесей, которые можно использовать повторно в технологическом процессе.