Физико-химические методы очистки

Способы очистки сточных вод

По концентрации загрязнений производственные сточные воды большинства промышленных предприятий делят на две основные группы:

1) малозагрязненные, или условно чистые (содержащие главным образом твердые вещества);

2) грязные сточные воды.

Состав промышленных сточных вод второго типа бывает самый разнообразный и специфичен для каждого промышленного предприятия. Для выбора метода очистки производственных вод необходимо знать их состав и технологический процесс данного производства. Во многих промышленных и хозяйственных процессах в качестве отходов образуются сточные воды, которые возвращаются в окружающую среду после использования.

Способы очистки сточных вод делятся на механические, физико-химиче­ские, электрохимические, биохимические способы.

Рис. 1. Методы очистки сточных вод

Механическая очистка

Механические методы заключаются в удалении нерастворимых в воде (механических) примесей. К сооружениям для механической очистки относятся:

- решетки и сита – для задержания крупных примесей; для удаления более мелких взвешенных частиц применяют сита, отвер­стия, ко­торых зависят от улавливаемых примесей (0,5–1 мм);

- песколовки – для улавливания минеральных примесей, песка; Принцип действия песколовки основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидко­сти. Песколовки могут быть различных конструкций (с горизонтальным, вер­тикальным или круговым движением воды);

- отстойники – для медленно оседающих и плавающих примесей;

- нефтеловушки – применяются для выделения из сточных вод нефтепро­дуктов, масел и жиров. Принцип работы основан на всплывании частиц с меньшей, чем вода, плотностью;

- фильтры – для мелких нерастворенных примесей. Применяется для выделения из сточных вод тонкодис­персных твердых и жидких частиц, которые не отстаиваются. В каче­стве фильтрую­щих материалов используются металлические сетки, тканевые фильтры (хлопчатобумажные, из стекло- и искусственного волокна), кера­мические, иногда использу­ются зернистые материалы (песок, гравий, торф, уголь и др.);

- гидроциклоныочищают сточные воды от взвешенных частиц под дейст­вием центробежной силы. При вращении в гидро­циклоне жидкости на частицы действуют цен­тробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. Чем больше разность плот­ностей, тем лучше разделение.

Образующийся осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться. Как правило, механическая очистка является методом предварительной очистки перед другими более эффективными очистными сооружениями.

Физико-химические методы очистки

Флотация применяется для удаления из сточных вод нерастворимых дис­перги­рованных примесей, которые плохо отстаиваются. Для этого в воду по­дают воздух под давлением через перфорированные трубы с мелкими отвер­стиями. При движе­нии через слой жидкости пузырьки воздуха сливаются с частичками загрязнений и поднимают их на поверхность воды, где они соби­раются в виде пены. Эффект очи­стки зависит от величины пузырьков воз­духа, которые должны иметь размер 10–15 мкм. Степень очистки составляет
95–98%. Для увеличения степени очистки в воду можно добавить коагулянты. Иногда во флотаторе одновременно проводится и окисление, тогда воду на­сыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. В других случаях для устранения окисления флотацию осуществляют инертными газами. Фло­тация бывает напорная и вакуумная.

Адсорбционная очистка(очистка на твердых сорбентах) применяется для глу­бокой очистки сточных вод при незначительной концентрации за­грязнителей, если они биологически не разлагаются или являются сильными ядами (фенолы, герби­циды, пестициды, ароматические и нитросоединения, СПАВы, красители и т. д.).

Адсорбция может быть реагентной, т. е. с извлечением вещества из адсор­бента, и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с ад­сорбентом. Эф­фективность очистки, в зависимости от применяемого адсор­бента, 80–95%. В каче­стве адсорбентов используют активированный уголь, золу, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикагели, алюмогели, гид­раты окислов металлов. Наиболее универсальны активированные угли с ра­диусом пор 0,8–5 нм. Процесс адсорбции проводят либо при интенсивном пе­ремешивании адсорбента и воды, с последую­щим отстаиванием, либо фильт­рованием через слой адсорбента. Отработанный ад­сорбент регенерируют пе­регретым паром или нагретым инертным газом.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод ме­таллов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Va, Mn и др.), а также соединений мышь­яка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод по­зволяет рекупериро­вать ценные вещества. Суть метода состоит в том, что существуют природные и синтетические вещества (иониты), нерастворимые в воде, которые при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. Иониты, способные поглощать из воды положитель­ные ионы называют катионитами, а отрицательные – анионитами. Иониты, обменивающие и катионы и анионы, называются амфотер­ными. К неоргани­ческим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые ми­нералы, поле­вые шпаты, различные слюды. К неорганическим синтетическим ионитам от­носятся силикагели, труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).

Органические природные иониты – это гуминовые кислоты почв и углей. К ор­ганическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы. Упрощенно формулу катионита можно записать RH, а анионита – ROH, где R – сложный радикал.

Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

при контакте с катионитом

RH + NaCl = RNa + HCl,

при контакте с анионитом

RОH + NaCl = RCl + NaOH.

Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках перио­дического и непрерывного действия.

Экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция выгодна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует затраты на ее проведение. При кон­центрации 3–4 г/л экстракция выгоднее адсорбции.

Экстракция проводится в три стадии:

1) интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим раство­рителем). При этом образуются две жидкие фазы; одна фаза – экстракт, со­держащий извлекаемые вещества и экстрагент, другая – рафинат – сточную воду и экстрагент;

2) разделение экстракта и рафината;

3) регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Экстрагент из экстракта выделяется выпариванием, дистилляцией, хими­ческим взаимодействием и осаждением.

Ультрафильтрация – процессы фильтрования растворов через полупро­ницае­мые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мем­браны пропус­кают молекулы растворителя, задерживая растворенные веще­ства, размером < 0,5 мкм.