Методы и оборудование для очистки сточных вод.

Методы очистки сточных вод можно разделить на регенерационные и деструктивные. В регенерационных методах примеси извлекаются из воды без разрушения с целью их дальнейшего использования (утилизации), захоронения или перевода в нетоксичные вещества. В деструктивных методах посредственно в СВ.

К растворённым примесям относятся примеси 3 и 4 групп. Это органические вещества (пестицилы, ПАВ (поверхностно- активные вещества), ингибиторы коррозии и др.; частично растворяются нефть и нефтепродукты – масла, смазки и т.п.). Из органических веществ наибольшую опасность представляют ионы металлов (свинец, ртуть, хром, никель, цинк и др.). Для очистки недиссоциированных примесей (органических) применяются следующие методы: сорбционный, окислительный, электрохимический и др.

Для очистки от диссоциированных веществ (электролитов) применяют ионный обмен, электродиализ, обратный осмос, химические осаждения и др.

Сорбционный метод – один из наиболее эффективных регенерационных методов извлечения из СВ в основном органических веществ. Он заключается в поглощении из растворов или газов примесей специальными веществами – сорбентами за счёт поверхностных сил. Наиболее распространёнными и эффективными являются угли различных марок. Эффективность применения сорбентов зависит от их природы, площади удельной поверхности, объёма пор, температуры, полярности и размеров поглощаемых веществ и др. Поглотительную способность сорбента можно охарактеризовать адсорбцией Гиббса (Г):

,

где и - концентрация вещества в растворе до и после очистки:

V – объем раствора;

m – масса сорбента.

В результате адсорбции происходит уменьшение свободной энергии Гиббса ( < 0), сорбция является обратимым процессом и характеризуется константой адсорбцией ( ):

Очистка воды на высококачественных сорбентах из экономических соображений проводится только с регенерацией сорбентов (десорбцией), т.к. сорбенты являются дорогими материалами. Однако, методы регенерации сорбентов довольно сложны, либо недостаточно эффективны, чем и обусловлена такая стоимость сорбционной очистки воды. Наиболее эффективной является термическая регенерация в специальных печах, т.к. при этом происходит деструкция вредных веществ. Возможна регенерация паром или растворами реагентов.

Преимуществом сорбционных методов является возможность извлечения веществ чрезвычайно широкой природы, практически до любой остаточной концентрации. Однако вследствие высокой стоимости сорбция применяется для получения особо токсичных веществ, примесей небольших концентраций, а также веществ, не окисляющихся наиболее распространенным дешевым методом.

Кроме активных углей применяются более дешевые сорбенты – глины, оксиды и гидроксиды алюминия и железа.

Экстракция извлечения органических веществ из воды с помощью органического растворителя (экстрагента). Извлекаемое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями (экстрагентом и водой) согласно коэффициенту распределения , где и - равновесные концентрации вещества в экстрагенте и воде соответственно. Экстрагент должен иметь высокий К и как можно меньше растворятся в воде. Метод применяется при высокой концентрации извлекаемых примесей, особенно представляющих техническую ценность.

Окислительные методы очистки от органических веществ относятся к деструктивным методам. Под действием окислителей токсичные вещества переводятся в безвредные, иногда малорастворимые, которые можно отделить фильтрацией и отстаиванием. В качестве окислителей используются озон, газообразный хлор, перманганат калия, различные хлоросодержащие соединения (хлорная известь, гипохлориты).

Одним методом сильнейших окислителей является озон . Применяется для очистки СВ и водоподготовки. Например, на судах волжского пароходства установлены озонаторы для забортной воды, предназначенной для санитарно-бытовых нужд. Преимуществом озона является его безбаластность и возможность синтеза на месте потребления. Молекула озона склонна к разложению, причем образующийся атомарный кислород является активным окислителем:

,

где М – любая частица.

.

В большинстве случаев реакции окисления с участием озона только один атом кислорода входит в состав продукта, а два выделяются в виде молекулы кислорода, например:

.

Даже инертные молекулы азота реагируют с озоном за минуту при довольно низкой температуре( ):

.

Озон является токсичным (ПДКсс в атмосфере равна 0,1мг/). Поэтому необходима герметизация аппаратуры, вытяжная вентиляция.

Комбинированные методы представляют собой сочетание различных методов, часто обеспечивающих очистку не только эмульгированных, но и других примесей. На судах ММФ для очистки ПСВ от нефтепродуктов в основном применяется три типа судовых сепарационных установок:

1) отстойные; 2) флотационные; 3) коалисцирующие (с предварительным и конечным отстоем).