Тема 12. Очистка сточных вод

окситенков оказывается выше, чем у аэротенков в 5-6 раз. Этот способ целесообразно использовать на предприятиях, где имеется собственный технический кислород, или он может быть получен с соседних химическнх предприятий-

Пpoцecc очистки сточных вод в аэротенках весьма сложен, требует по­стоянного контроля и управления Управлять процессом биологической очистки можно, изменяя концентрацию актнвного ила в аэротенке, режим аэрации, а также поддержанием оптимальных концентраций загрязняющих веществ в сточных водах, подачей в них биогенных веществ, подбором соответствующих загрязнителей, групп микроорганизмов и другими способами.

Для аэробной очистки также применяют биофильтры. Это сооруже­ния, в корпусе которых размещается кусковая насадка и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтpax сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой микроорганизмов, которые окисляют органнческне вещества, используя их для удовлетворения физиологических нужд. Таким образом, из сточной воды удаляются органические соединения, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. На процесс очистки в биофильтре значительное влияние оказывает температура внешней среды. Биохимнче-ские процессы протекают с выделением тепла, биофильтры сами себя обогревают, а крупные установки, защищенные от потери тепла, работают при небольших морозах (до – 6 ⁰С).

Биофильтры имеют много недостатков. Управлять процессом очистки в них можно только, регулируя подачу воды, они заиливаются, 0141*0 резко падает их окислительная способность; в процессе работы биофильт­ра часто возникают неприятные запахи; в них «водятся неспецифнческие организмы, в частности личинки мух, которые разрыхляют биопленку, и

Используемая литература

1. Безопасность жизнедеятельности / Под редакцией Г.А. Арустамова. – М.: Дашковик, 2000. – 678 с.

2. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для техни-ческих вузов. – М.: Логос, 2002. – 250 с.

3. Горелик Д.О., Конопелько Л.А. Мониторинг загрязнений атмос-феры и источников выбросов. Аэроаналитические измерения. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 432 с.

4. Инженерная экология. Учебник / Под редакцией В.Т. Медведева. – М.: Гардарики, 2002. – 687 с.

5. Инженерная экология и экологический менеджмент / Под редакцией Н.И. Иванова, И.М. Фадина. – М.: Логос, 2002. – 528 с.

6. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. – Ростов н/Дону.: Феникс, 2000. – 576 с.

7. Лысухо Н.А. Образование отходов и их переработка в Республике Беларусь / Обзорная информация. – Мн.: ОДО Лоранж-2, 2001. – 48 с.

8. Максимов В.Ф., Стадницкий Г.В. Введение в специальность: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1988. – 168 с.

9. Тупикин Е.И. Общая биология с основами экологии и природо-охранной деятельности: Учебное пособие. – М.: ПрофОбрИздат, 2001. – 384 с.

10. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учебное пособие. – Мн.: Издательский центр «Академия», 2002. – 480 с.

11. Челноков А.А. Основы промышленной экологии: Учебное пособие. – Мн.: Вышэйшая школа, 2001. – 343 с.

12. Щербаков Л.А. Перспективы использования биохимических мето-дов газоочистки в решении проблемы уменьшения вредных выбросов в атмосферу / Обзорная информация. – Мн.: ОДО Лоранж-2, 2001. – 32 с.

13. Родионов А.И., Клушин Б.Н., Торохешников Н.С. Техника защиты окружающей сре­ды: Учебник для вузов. М.: Химия, 1989. 512 с.

14. Богдановский Г.А. Химическая экология: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1994. 237 с.

15. Экология: Учебник для техн. вузов / Под ред. Л. И. Цветковой. – М.: Изд. АЦБ; СПб.: Химиздат, 1999. – 488 с.

16. Производственные технологии: учеб. пособие / Д.П. Лисовская [и др. ]; под общ. ред. Д.П. Лисовской. – Мн.: Выш. шк., 2005. – 479 с.

Химические технологии имеют преимущества перед механическими способами обработки сырья и материалов, так как они осуществляют следующее:

- перерабатывают практически все виды сырья: минеральное (калийные соли, гипс, серу и др.), минеральные топлива (нефть, газ, уголь и др.),сырьё растительного происхождения и сельского хозяйства, воду и воздух, продукты разных отраслей промышленности;

- включают в хозяйственную деятельность в процессе достижений научно-технического прогресса новые виды сырья;

- заменяют ценное и дефицитное сырьё более дешевым и широко распространенным;

- комплексно используют сырьё и утилизируют промышленные отходы, получают разные химические продукты с одного и того же сырья, и наоборот – один и тот же продукт из разного сырья.

Республика Беларусь обладает хорошо развитым химическим комплексом, который специализируется на выпуске химических волокон и нитей, синтетических смол, пластических масс и изделий из них, удобрений, втомобильных шин, резиновых технических изделий, лаков и красок, лекарств, бытовой химии.

Могилевский комбинат синтетических волокон, один из самых крупнейших в Европе, вырабатывает лавсан, полиэфирные нити, диметил терефталат – сырье для производства химических волокон. Светлогорский завод искусственного волокнапроизводит кордовую ткань для производства автомобильных покрышек, нетканый синтетический материал – спанбонд. Гродненское производственное объединение “Азот” вырабатывает удобрения, сырьё для синтетических смол и капронового волокна; Гомельский химический завод – удобрения, серную кислоту, суперфосфат; Новополоцкое производственное объединение “Полимир” – полиэтилен и нитрон, лучший заменитель натуральной шерсти. Жлобинский комбинат искусственного меха, Борисовский и Минские заводы медпрепаратов, Бобруйский шинный комбинат, Солигорский калийный комбинат вырабатывают продукцию как для нужд республики, так и на экспорт. Технологический процесс в химической промышленности состоит из следующих стадий: подготовка сырья; химические реакции; выделение целевого продукта (отвод полученных продуктов из зоны реакции). Химические реакции составляют основу технологического процесса. Химические превращения внщества проходят ряд последовательных химических реакций, в результате которых образуется основной продукт, а также побочные продукты, имеющие народнохозяйственное значение, и отходы производства. Мы говорили о непрерывных, периодических и комбинированных процессах. Кроме этого, по виду используемого сырья, химические технологии могут быть разделены на процессы по переработке растительного, животного и минерального сырья, по агрегатному состоянию взимодействующих веществ – на гомогенные и гетерогенные. По значениям других параметров технологического режима процессы можно разделить на: низкотемпературные, протекающие при температуре до 500 ⁰С, и высокотемпературные (выше 500 ⁰С); каталитические и некаталитические; процессы, происходящие под вакуумом, при атмосферном давлении и высоком давлении; процнссы с высокой и низкой концентрацией исходных веществ. Основу химико-технологических процессов (ХТП) составляют различные химические реакции: простые и сложные, обратимые и необратимые, гомогенные и гтерогенные, экзотермические и эндотермические. Все химические процессы проводятся в аппаратах-реакторах, имеющих специальную оснастку. Реакторы, имеют обвязку технологическими трубопроводами, специальную подготовку и защиту от агрессивной среды, высоких температур и т.д.

Серная кислота применяется для производства удобрений – суперфосфата, аммофоса, сульфата аммония, соляной, уксусной и других кислот. В металлообработке применяется для снятия ржавчины с поверхности металлов при подготовке их к защитным и декоративным покрытиям лаками и цветными металлами. Производство красителей, лаков, красок, лекарственных веществ, некоторых пластмасс,многих ядохимикатов, эфиров, спиртов невозможно без серной кислоты. Разбавленные растворы серной кислоты или ее соли применяют в производстве искусственного шелка, в текстильной промышленности. В пищевой промышленности серная кислота используется в производстве крахмала кукурузного, патоки и других продуктов. В автомобилях используют свинцовые сернокислотные аккумуляторы. Безводная серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, плотность – 1830 кг/м³, температура кипения – 296,2 ⁰С, смешивается с водой в любых соотношениях с выделением тепла. Производится серная кислота двумя способами: контактным и нитрозным. Контактный способ разработан в начале ХХ в. Этот способ эффективен, отвечает высокому уровню современной технологии, обеспечивает высокую концентрацию и чистоту продукта и поэтому вытесняет нитрозный, разработанный более 200 лет назад. Около 90 % Н₂SО₄ от общего объема производства получают контактным способом. Сырьем для производства Н₂SО₄ являются сера и серный колчедан, кроме того, используются серосодержащие промышленные отходы (отходящие газы печей окислительного обжига сульфитных руд меди, свинца, цинка и др. металлов, содержащих диоксид серы). Наиболее простым является способ получения серной кислоты из серы, однако, стоимость такой кислоты выше, чем из колчедана. Производство серной кислоты из колчедана включает четыре стадии: получение сернистого газа (диоксида серы) SО₂; очистка сернистого газа от примесей; получение триоксида серы (SО₃); абсорбция SО₃ (соединение с водой с получением серной кислоты). На первой стадии путем обжига в печах колчедана получают сернистый газ:

4FeS₂ + 11O₂ --> 2 Fe₂O₃ + 8 SО₂ + Q; (Q =3416 кДж).

Сырье предварительно тонко измельчается и тщательно перемешивается с избытком воздуха. Сжигание осуществляют в печах в кипящем слое, т.е. при постоянной продувке нагретым отходящим обжиговым газом тонкого слоя минерала. Получаемая газовая смесь содержит SО₂, О₂, N₂, SО₃, As₂O₃, окись селена, пары воды и сдержит много огарковой пыли, от которой газы очищаются специальной дополнительной очисткой, в технологической схеме, состоящей из промывных башен, электрофильтров, сборников шлама. Таким образом, вторая стадия начинается с улавливания пыли в циклонах. Далее газ поступает в первую промывную башню, где газ охлаждается от 350–400 ⁰С до 80–70 ⁰С, а промывная кислота нагревается до 80 – 100 ⁰С. Кислоту направляют в водяной холодильник, где вода и кислота движутся по принципу противотока. Окончательная очистка газов от мышьяка и селена и выделение капель серной кислоты происходит в так называемых «мокрых» электрофильтрах, которые по устройству напоминают огарковые. Газ, выходящий из очистительного отделения, подвергается 3–4 раза в сутки анализу на содержание в нем сернокислотного тумана и мышьяка. Следует отметить, что все оборудование, реакционные аппараты и емкости имеют специальную футеровку (облицовку внутренних поверхностей) кислотоупорным кирпичом, либо листовым свинцом, кислотоупорной керамикой. Газ фильтруется через асбест, зажатый между дырчатыми горизонтальными диафрагмами, либо через пористую керамику, стеклянную вату. Такая тщательная очистка газа связана с отрицательным воздействием примесей на трубопроводы и катализатор, используемые на последующих стадиях получения серной кислоты. Третья стадия является основной: сухой очищенный газ поступает на контактное окисление кислородом воздуха: 2SО₂ + О₂ --> 2SО₃ + Q; (Q=189 кДж). Катализатором, вместо ранее применявшейся платины, используется ванадиевый катализатор, т. н. контактная масса, содержащая ванадиевый ангидрид и добавки активаторов: окислов алюминия, щелочных и щелочноземельных металлов, оксида бария на носителе двуокиси кремния. Этот катализатор – значительно дешевле платины и более устойчив к отравлению соединениями мышьяка и селена. Окисление сернистого газа проводится в контактных аппаратах, которые вместе с теплообменниками и газопроводами называют контактным узлом. При пуске контактного узла газы, поступающие в контактный аппарат, предварительно подогревают до определенной температуры. В дальнейшем контактный узел работает автотермично, т. е. температура в контактном аппарате поддерживается за счет тепла, выделяющегося в результате реакции окисления сернистого газа. Идеальными условиями контактирования является создание равномерного перепада температуры в слое контактной массы: в начале около 600 ⁰С и до 450 ⁰С в самом последнем слое, так как снижение температуры смещает равновесие реакции в сторону образования серного ангидрида. Создание таких оптимальных условий представляет значительные технологические трудности. Контактные узлы разделяют по способу теплообмена (по способу отвода тепла) на аппараты с внутренним теплообменом и на аппараты с промежуточным теплообменом. В первых – тепло отводится холодным газом непосредственно от контактной массы, т.е. теплообмен идет в самом контактном аппарате. В аппаратах с промежуточным теплообменом реакция окисления сернистого ангидрида и теплообмен проводятся в разных аппаратах. В данных технологических схемах соблюдается принцип наименьших потерь тепла за счет использования выделяющегося при реакциях тепла, т.е. экономии энергетических ресурсов. Последняя – четвертая стадия начинается с охлаждения газа, выходящего из контактного узла, а затем направляется в в две последовательные поглотительные башни. Поглощение серного ангидрида должно осуществляться так, чтобы его потери с отходящими газами были наименьшими. Непосредственно водой серный ангидрид почти не поглощается, хотя уравнение реакции этого процесса представлено в следующем виде: SО₃ + Н₂О --> Н₂SО₄ + Q; (Q = 92000 кДж). Поглощение SО₃ связано с образованием тумана серной кислоты парами воды. Для поглощения серного ангидрида применяется серная кислота с концентрацией 98,3 %, над которой парциальное давление паров воды является минимальным. Скорость поглощения серного ангидрида по мере повышения концентрации серной кислоты (выше 98,3 %) также будет постепенно снижаться. Поэтому первая башня орошается 20 % олеумом, вторая – кислотой с концентрацией близкой к 98,3 %. Башни снабжены ловушками газов, отходящих из башен и содержащих остаточные количества SО₂, которые прикреплены непосредственно к крышке поглотительной башни. Благодаря тому, что ловушка состоит из ряда перегородок, часть из которых имеет отверстия, скорость и направление газового потока неоднократно изменяется, при этом капли кислоты задерживаются в конусном дне ловушки и стекают обратно в поглотительную башню. Кислота не должна иметь температуру выше 45–55 ⁰С для лучшего поглощения сернистого ангидрида, поэтому применяют холодильники, представляющие собой чугунные трубы, через которые проходит кислота, охлаждающая вода орошает трубы. При указанном режиме работы поглотительного отделения получается олеум, содержащий около 20 % свободного серного ангидрида. Требуемая концентрация олеума и серной кислоты в аппаратах регулируется их взаимной подачей в реакторы и обеспечивается хорошей гигроскопичностью концентрированных растворов серной кислоты. Промышленностью выпускаются следующие сорта серной кислоты: башенная, содержащая не менее 75 % основного вещества; купоросное масло – не менее 92,5 %; особо чистая аккумуляторная – 92–94 %; реактивная – также с концентрацией 92–94 %; олеум или дымящая серная кислота – раствор 18,5–20 % SО₃ в Н₂SО₄. При разбавлении аккумуляторной кислоты до 26–31 % получают электролит для свинцовых аккумуляторов; реактивную серную кислоту (особо чистую) получают в кварцевых или платиновых аппаратах. Нитрозный способ. Технология данного способа получения серной кислоты заключается в окислении SО₂ диоксидом азота в присутствии воды в соответствии с уравнением реакции: SО₂ + NО₂ + Н₂О--> Н₂SО₄ + NО. Отдавая SО₂часть кислорода, диоксид азота NО₂ превращается в оксид азота NО. Который, в свою очередь, взаимодействуя с кислородом воздуха, вновь образует NО₂, который идет на окисление новых порций диоксида серы:

2NО + О₂ --> 2 NО₂ – Q; (Q=112 кДж). Таким образом, в этом способе получения серной кислоты оксид азота является как бы катализатором. В производстве серной кислоты опасность представляют ядовитые газы: двуокись серы и азота, пары серного ангидрида и серной кислоты, поэтому необходима хорошая вентиляция и полная герметизация технологической аппаратуры, использования защитных средств. В башенном способе комплексно используются все факторы повышения интенсивности процесса и приближения его к безотходной технологии: концентрированные газы, оптимальные температуры, активные и устойчивые в работе катализаторы, аппараты с кипящим и пенным слоем, рецикл по газу и др. При такой организации процесса степень использования диоксида серы составляет 99,95 %, а выбросы составляют 0,02 – 0,03 кг/т 100 % серной кислоты.