Відповдь питання 8

Принцип дії мокрих пиловловлювачів:

• частинки пилу осаджуються на поверхню крапель чи плівки рідини за рахунок:

• сили інерції;

• броунівського руху;

• турбулентної дифузії;

• взаємодії електрично заряджених часток;

• процесів конденсації;

• процесів випаровування.

За конструктивними особливостями мокрі пиловловлювачі поділяють на:

• скрубери Вентурі;

• форсуночні та центробіжні скрубери;

• апарати ударно-інерційного типу;

• барботажно-пінні апарати.

Скрубер Вен турі є найбільш поширеним серед апаратів мокрого очищення з осадженням пилу на поверхню крапель. Вн забезпечує високу (98,5-99,5 %) ефективність очищення викидів від часточок пилу діаметром 1-2 мкм.

Основна частина скрубера — сопло Вентурі, в яке підводиться запилений потік газу, а через відцентрові форсунки — рідина на зрошування.

У конфузорній частині сопла відбувається розгін газу від вхідної швидкості w = 15...20 м/с до швидкості 30...200 м/с і більше у вузькому перетині сопла.

Процес осадження частинок пилу на краплі рідини обумовлений масою рідини, розвиненою поверхнею крапель і високою відносною швидкістю частинок рідини і пилу в конфузорній частині сопла.

Ефективність очищення в значній мірі залежить від рівномірності розподілу рідини по перетину конфузорної частини сопла. У дифузорній частині сопла швидкість повітряного потоку падає до 15...20 м/с. Краплевловлювач зазвичай виконують у вигляді прямоточного циклону.

Круглі скрубери Вентурі застосовують в тих випадках, коли витрати газу не перевищують 80 000 м³/год.

При великих витратах газу і великих розмірах труби можливості рівномірного розподілу зрошуючої рідини по перетину труби погіршуються, тому застосовують декілька паралельно працюючих круглих труб або переходять на труби прямокутного перетину.

Золоуловлювачі типу MB широко застосовуються на різних теплових електростанціях, оскільки вони достатньо конструктивно прості, компактні і придатні для вловлення золи широкої гамми вугілля. У золоуловлювачах типу MB попереднє уловлювання золи відбувається в краплевловлювачі і дифузорі труби Вентурі, в якій соплами розпилюється вода. В результаті розгону потоку до швидкості 50...75 м/с в трубі Вентурі відбувається дрібне дроблення води до стану вологого туману. У дифузорі газовий потік сповільнюється, а золові частинки, зберігши за інерцією рух, як би фільтруються через туман, що утворюється, і активно зволожуються. Пульпа (суміш вологи і золи), що утворилася, в краплевловлювачі при зміні напряму руху відділяється від газового потоку на стінки, з яких вона змивається, так само як і зі стінок корпусу, в золозмивний пристрій.

Недоліки мокрих золовловлювачв:

• вхідні патрубки, грати прутів, краплевловлювачі при підвищеному вмісті в золі СаО (більше 15%) схильні до заростання і забивання золою, внаслідок чого відбувається зростання опору золоуловлювачів і знижується ступінь очищення;

• для їх роботи необхідно витрачати воду;

• значні обсяги утворення пульпи (суміш золи і води).

ВІДПОВІДЬ ПИТАННЯ 3. Сутність методу флотації. Установки для флотаційного очищення стічних вод (флотатори). Умови, переваги і недоліки застосування.

Флотацію-використовують для видалення із стічних вод нерозчин­них диспергованих домішок, які самоцільно не відстоюються. В деяких випадках флотацію використовують і для видалення розчппппх речо­вин, наприклад поверхнево-активних речовин (ПЛР), і тпмііі процес називають "пінною сепарацією". Флотація використовується для очистки стічних вод в багатьох галузях промисловості (нафтопереробна, штучних волокон, целюлозно-паперова, машинобудівна, шкіряна, харчова, хімічна), а також для видалення активного мулу після біохімічної очистки.

Флотація як метод очистки стічних вод має ряд переваг:

• безперервність процесу і широкий діапазон використання;

• невеликі капітальні та експлуатаційні витрати;

• простота обладнання;

• селективність видалення домішок;

• високий ступінь очистки (90-98%) і достатньо висока швидкість процесу;

• можливість рекуперації видалених речовин.

Флотація супроводжується аерацією стічних вод, що викликає знижен­ня концентрації ПАР і легкоокислюваиих речовин, бактерій і мікроорганізмів. Це сприяє успішному проведенню наступних стадній очистки стічних вод.

Елементарний акт флотації полягає в наступному: при наближенні бульбашки повітря і твердої гідрофобної частинки розділяючий їх прошарок води при деякій критичній товщині проривається і проходить злипання бульбашки з частинкою. Після цього комплекс бульбашка-частинка піднімається до поверхні води, де бульбашки збираються і виникає пінний шар з підвищеним вмістом твердих частинок.

Розрізняють такі способи флотаційної обробки стічних вод: з виділенням повітря із розчинів; з механічним диспергуванням повітря; з подаванням повітря через пористі матеріали, електрофлотацію і хімічну флотацію.

Флотація з виділенням повітря із розчину використовується для очистки стічних вод, які містять дуже дрібні частинки забруднень. Сутність способу полягає в створенні пересиченого розчину повітря в стічній ноді. При зменшенні тиску із розчину виділяються бульбашки повітря, які флотують забруднення. Залежно від способу створення пересиченого розчину повітря у воді розрізняють вакуумну, напірну і ерліфтиу флотацію.

При вакуумній флотації стічну воду попередньо насичують повітрям при атмосферному тиску в аераційній камері, а потім напрямляють в флотаційну камеру, де вакуум-насосом створюється розрідження 29,9-39,9 кПа. Утворені в камері дрібні бульбашки виносять частику забруднюючих ре­човин. Процес флотації триває близько 20 хвилин.

До переваг вакуумної флотації належать такі властивості: утвореная бульбашок та їх злипання з частинками проходить в спокійному середовищі (імовірність утворення агрегатів мала); витрати енергії мінімальні. До недоліків такого виду флотації належать: можливість використання при невисокій концентрації домішок (до 250-300 мг/дм^:)УГ\необхідиіеть герметизації обладнання.

Флотаційні установки застосовують для видалення з води нерозчинних речовин з розвиненою поверхнею, густина яких мало відрізняється від густини води.

Залежно від вказаного способу утворення бульбашок повітря флотацію поділяють на кілька видів: напірну, пневматичну, пінну, хімічну та електрохімічну, вібраційну. Застосування процесу флотації дозволяє інтенсифікувати спливання нерозчинних речовин за рахунок обволікування пухирцями повітря, яке подається у стічну воду. Процес флотації забруднень може бути значно пришвидшений за умови використання коагулянтів (у вигляді розчинів сірчанокислого алюмінію) та флокулянтів (полівініловий спирт, поліакриламід, поліетиленоксид). Серед інших факторів, здатних підвищити ефективність флотації, слід відзначити використання електричного поля разом з коагуляцією домішок, оптимізацію температури і середовища.

Флотатори бувають горизонтальні, вертикальні і радіальні.

Напірна флотаційна установка складається із збірних резервуарів для стічної води, насосно-ежекторної або компресорної установки, напірного резервуару та флотаційної камери з обладнанням для видалення маси забруднень, які спливають.

Проектуючи флотаційні камери з продуктивністю очищення стічних вод до 100 м³/год, вибирають прямокутні камери (горизонтальні чи вертикальні флотатори) глибиною 1-1,5 м, а в разі необхідності збільшення продуктивності використовують радіальні камери глибиною не менш як 3 м. Пропускна здатність однієї радіальної камери має бути не більшою за 1000 м³/год.

Тривалість флотації беруть рівною Т= 10 - 30 хв (у гравітаційних установках при пневматичному диспергуванні повітря Т = 30 - 60 хв).

Щоб одержати достатню кількість повітряних бульбашок для забезпечення високої ефективності очищення стічних вод, швидкість витікання води, насиченої повітрям, має бути не меншою ніж 15 м/с.

ВІДПОВІДЬ ПИТАННЯ 2. Йонообмінне очищення стічних вод

Одним з типових процесів у технології водоочищення і водопідготовки та одним із перспективних сорбційних методів є йонний обмін, який здійснюється із застосуванням йонаобмінних матеріалів (йонітів). Йоніти загалом — це тверді, зернисті, порошкоподібні формовані або волокнисті матеріали. їм притаманна механічна міцність, хімічна стійкість. Це нерозчинні сполуки, які містять у своє­му складі функціональні групи, здатні до Йонізації та обміну з електролітами. У результаті йонізації функціональних груп утворюються два види йонів;

1) фіксовані йони, що закріплені на каркасі (матриці) і не здатні перейти з фази йоніту у зовнішній розчин;

2) протиіони (обмінні йони) йоніту, кількість яких еквівалентна кількості фіксованих йонів і які протилежні їм за знаком. ЦІ йони здатні перейти у зовніш­ній розчин в обмін на точно еквівалентну кількість Інших йонів того самого знака, які надходять у йоніт із зовнішнього розчину (обмінних йоніб розчину).

Отже, еквівалентність обміну є головною ознакою йоніту та йонного обміну. її умовою є електронейтральність йоніту, тобто сумарний заряд усіх протиіонів повинен дорівнювати загальному заряду фіксованих йонів, а загальна кількість еквівалентів протиіонів — загальній кількості еквівалентів фіксованих йонів.

Для характеристики йонообмінної здатності йонітів застосовують такі по­няття, як статична і динамічна обмінна ємність йоніту (відповідно СОЄ і ДОЄ). Статична обмінна ємність — це кількість функціональних йоногенних груп, які припадають на одиницю маси або об'єму йоніту. Вимірюється СОЄ в умовах контакту зразка йоніту певної маси з досить великим сталим об'ємом розчину протягом часу, який достатній для забезпечення рівноваги в системі. В ди­намічних умовах, тобто при фільтруванні розчину крізь шар йоніту до проска­кування у фільтрат йонів, які вилучаються, використовується лише деяка частина статичної ємності йоніту — так звана динамічна обмінна ємність до проскакування (ДОЄ, ). Після проскакування йонів у розчин концентрація їх у фільтраті поступово підвищується і, нарешті, практично досягає вихідної кон­центрації цих йонів у розчині. Тоді ємність йоніту досягає так званої повної динамічної ємності (ПДОЄ), яка також не дорівнює статичній ємності, тому що динамічна ємність залежить від концентрації йонів у воді, що надходить у шар йоніту, від швидкості фільтруеання води, коефіцієнта масообміну і зумовленою цими чинниками довжини зони масообміну.

Умовно йоніт можна розділити на три складові частини: матриця, фіксовані йони та протиіони. Йоніти класифікують в основному за природою матриці способом її отримання, зовнішньою формою, ступенем дисперсності, ступенем пористості, типом фіксованих йанів і протиіонів.

За природою матриці йоніти поділяють на неорганічні (мінеральні) і органічні, природні" і штучні (синтетичні). До неорганічних природних йонітів належать природні цеоліти, глинисті мінерали (алюмосилікати), в тому числі бентонітові глини, глауконіт, вермикуліт, польові шпати, фельдшпатоїди, слюди, оксиди, фосфати і силікати металів (титану, кальцію, цирконію та ін.), рудні мінерали змінного складу.

Реакції, що відбуваються на катіоніті:

КАТІОНІТ · Н₂

КАТІОНІТ · Са

+ + Са²⁺ + 2СІ^- ++ 2Н⁺ + 2СІ^-

КАТІОНІТ · Mg

КАТІОНІТ · Н₂

+ + Mg²⁺ + SO₄^2- ++ 2Н⁺ + SO₄^2-

КАТІОНІТ · Н₂

КАТІОНІТ · H · Na

+ + Na⁺ + СІ^- ++ Н⁺ + СІ^-

Реакції, що відбуваються на аніоніті:

АНІОНІТ · (ОН)₂

АНІОНІТ · SO₄

+ + 2Н⁺ + SO₄^2-- ++ 2Н₂О

АНІОНІТ · (ОН)₂

АНІОНІТ · ОH · СІ

+ + Н⁺ + СІ^- +Н₂О

Реакції, що відбуваються при регенерації катіоніту:

КАТІОНІТ · Са

КАТІОНІТ · Н₂

+ 2Н⁺ + 2СІ^- + Са²⁺ + 2СІ^-

Реакції, що відбуваються при регенерації аніоніту:

АНІОНІТ СІ

АНІОНІТ · OH

+ + Na⁺ + OH^- + Na⁺ + Cl^-

До неорганічних штучних йонітів відносять синтетичні цеоліти, важкорозчинні солі гетерополікислот, фероціаніди, фосфати, гідроксиди, оксиди, сульфіди металів (цирконію, алюмінію, феруму, титану, ніколу та ін,). До органічних природних йонообмінних матеріалів належать кам'яне і буре вугілля, торф, целюлоза тощо. Синтетичні органічні йоніти є високомоле-кулярними органічними сполуками, які спрямовано синтезовані, мають сталий склад і властивості, що відтворюються в результаті різних технологічних опе­рацій, Для них характерна висока здатність до обміну йонами, хімічна стійкість і механічна міцність. Синтетичні йоніти знайшли найбільш широке застосування в технології водопідготовки і водоочищення.

За зовнішнім виглядом і ступенем дисперсності йоніти поділяють на порошкоподібні, зернисті, гранульовані, формовані і волокнисті. Є також особливий вид йонітів — рідкі. За ступенем пористості йоніти бувають гелеві, ізопористі і макропористі (мезопористі). За типом і знаком протиіонів йоніти поділяють на; а) катіоніти, здатні до обміну катіонів; б) аніоніти, здатні до обміну зніонів; в) амфоліти, здатні залежно від умов середовища до обміну як катіонів, так і аніонів.

Катіоніти залежно від типу протиіонів можуть перебувати у водневій (Н-формі), сольовій (натрієвій, кальцієвій тощо) і змішаній формах. Аніоніти можуть бути в гідроксиднїй (ОН-формі), сольовій (хлоридній, сульфатній тощо) і змішаній формах. Амфоліти бувають у воднева-гідроксильній, воднево-сольовій, гідроксильно-сольовій і сольовій формах. Залежно від сили йоніту у водних розчинах, яка залежить насамперед від природи фіксованих йонів і уявної константи йонізації розрізняють сильно-, се-редньо-, слабко- і дуже слабкоіонізовані йоніти. У свою чергу, катіоніти поділяються на сильно-, середньо-, слабко- і дуже слабкокислотні, а аніоніти — на сильно-, середньо-, слабко- і дуже слабкоосновні.

Йонообмінні процеси використовують здебільшого для знесолення та опріснення природних або стічних вод із загальним солевмістом 0,2—3,0 г/л та вмістом органічних речовин <10 або 10—30 мг О₂/л перманганатної окис-нюванасті. Ефективність застосування йонообмінного очищення від органічних сполузначною мірою залежить від мінерального складу стічних вод. Наявність багатовалентних катіонів при поглинанні органічних лугів або багатовалентних аніонів при поглинанні органічних кислот призводить до витіснення органічних речовин у розчин та різкого зниження ємності йонітів. Для заповнення Н - катіонних фільтрів при очищенні вод та їх знесоленні використовують катіоніти КУ-1; КУ-2-8; КУ-2-20; КУ-23; КБ-4; КБ-4І1-2; КБ-4-10П та їх імпортні аналоги.

Із аніонітів найчастіше застосовують наступні: сильно основні – АЗ-17-8, АВ-29-12П; середньої основності – ЕДЕ-10П; слабко основні – АН-2-ФН, АН-18, АН-22, АН-32, АН-221, АН-251 та їх імпортні аналоги.

ПИТАННЯ 14. Сутність методу електрокоагуляції. Установки для електрохімічного очищення стічних вод (електрокоагулятори). Умови, переваги і недоліки застосування.

Електрокоагулятори відносять до нестандартного обладнання і застосовують випадк необхідності очищення невеликих об’ємів стічних вод. Електрокоагулятори можуть бти з алюмінієвими або сталевими електродами. Електрокоагулятори з алюмінієвими електродами належать до нестандартного устаткування і використовуються для очищення маслоемульсійних стічних вод. Електрокоагулятори можуть бути як періодичної, так і безперервної дії.

Електрокоагулятор складається з корпусу з похилим дном та кришкою, електродної системи, пристрою для видалення піни. Електрокоагулятор безперервної дії, крім того, має бути обладнаний пристроями розосередженого впускання і випускання води та пристроєм для підтримки рівня води в апараті на заданій висоті. Електрокоагулятори обох типів повинні забезпечуватися патрубками з вентилями для випускання та впускання води, піни, ємністю для збирання піни та вентиляційною системою для видалення водню.

Корпус електролізера прямокутної форми слід виготовляти з листової вуглецевої сталі з нанесенням на внутрішню поверхню захисного покриття, наприклад, з вініпласту або епоксидних смол.

Кришка електролізера застосовується для запобігання виділенню водню в приміщення, виготовляється з листової сталі з пофарбуванням внутрішньої поверхні водостійкою фарбою. Кришка розміщується своїм фланцем до фланця корпусу та герметизується. Дно корпусу електролізера повинне мати нахил.

Електродний блок, який збирається з алюмінієвих пластин, виконується у вигляді паралелепіпеда та розміщується рівномірно за об'ємом електролізера. Електроди в блоці розміщують плоскопаралельно на однаковій відстані один від одного (10 - 20 мм). Об'єм рідини над електродами має бути не більшим за 20% загального об'єму електрокоагулятора. Електродні пластини прямокутної форми слід виготовляти однаковими для забезпечення їх взаємозаміни. Механічна жорсткість електродного блоку створюється за допомогою діелектричних конструкцій.

Електроди з'єднуються в блоки або зварюванням, або стягуванням. Струмопідведення до електродних блоків всередині електрокоагулятора в місцях контакту з рідиною мають бути ізольованими, їх слід ізолювати й від корпусу електрокоагулятора.

Пристрій для видалення піни може бути виготовлений або у вигляді пристосування для збирання піни, або у вигляді дошки з пневматичним приводом. Пристрій переміщується як вручну, так і автоматично, за заданою програмою.

Для безпечної роботи електрокоагулятор слід зблокувати з вентилятором з видалення водню: в разі зупинки вентилятора вимикається подача струму на електрокоагулятор.

Період обробки стічної води при відповідній силі струму вибирають експериментально за ступенем її просвітлення. При зміні складу води час її обробки також змінюється.