8.3. Термические процессы обработки сточных вод

Термическими методами обезвреживаются сточные воды, содержащие минеральные соли кальция, магния, натрия и др., а также органические вещества. Такие сточные воды могут быть обезврежены:

- концентрированием сточных вод с последующем выделением растворенных веществ;

- окислением органических веществ в присутствии катализатора;

- жидкофазным окислением органических веществ;

- огневым обезвреживанием.

8.3.1. Концентрирование растворов сточных вод

Этот метод в основном используют для обезвреживания минеральных сточных вод.

Он позволяет выделять из стоков соли с получением условно чистой воды, пригодной для оборотного водоснабжения. Процесс разделения минеральных веществ и воды может быть проведен в две стадии: стадия концентрирования и стадия выделения сухих веществ.

Концентрирование сточных вод может быть проведена испарением (выпариванием), вымораживанием и кристаллизацией.

Выпаривание является энергоемким процессом. Энергия, затрачиваемая на выпаривание, складывается из энергии на нагрев сточной воды от начальной температуры до температуры испарения; на деформирование и перенос центров парообразования; на работу, затраченную на разделение растворителя и раствора; на формирование поверхностных паровых пузырей при испарении; на преодоление сил давления при формировании пузырей; на преодоление пузырем границы раздела фаз и на транспортирование паровых пузырей до границы раздела фаз.

При расчете энергетических затрат учитывают энергию, затраченную на испарение r, и на работу разделения раствора и растворителя l_p, т.к. остальные составляющие невелеки:

q = r + l_p. (8.3)

Поскольку при выпаривании с кристаллизацией теплота кристаллизации r_кр, то затраты энергии на выпаривание будут

q^ = q – r_кр. (8.4)

При выпаривании низкоконцентрированных растворов с кристаллизацией значение l_кр мало, поэтому затраты энергии на выпаривание составят

q = r – r_кр. (8.5)

Процесс вымораживания заключается в том, что при температуре ниже температуры замерзания чистая вода образует кристаллы пресного льда, а раствор с растворенными в нем солями размещается в ячейках между этими кристаллами. Температура замерзания рассола всегда ниже температуры замерзания чистой воды и зависит от концентрации растворенных солей. Для исключения образования мелких кристаллов и отделения межкристаллитного рассола процесс вымораживания проводят при режимах медленного переохлаждения.

Разность между температурой замерзания чистого растворителя t_з и раствора t_з^ называют понижением температуры замерзания раствора Δt_з:

Δt_з = t_з^ – t_з. (8.6)

Понижение температуры замерзания для разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально концентрации раствора:

Δt_з = k^.m, (8.7)

где k – криоскопическая константа растворителя, зависящая только от природы растворителя (но не растворенного вещества), для воды k = 1,85; m – молярная концентрация.

Вымораживание можно проводить под вакуумом или при помощи специального холодильного агрегата.

Наиболее распространенными хладоагентами являются аммиак, диоксид углерода, бутан, пропан, изобутан, хладоны (ССl₂F₂, ССl₃F, ССlF₃) и их оксиды.