Электрохимическая очистка сточных вод. Термические методы очистки

Для очистки сточных вод от растворимых примесей прим-т пр-сы анодного окисления и катодного восстановления и эликтролиза. Анодное окисление и катодное восстановление. Рис

Рис.1. Схема электролизера:1 - корпус; 2 - анод; 3 - катод; 4 - диафрагма

В электролизере на аноде ионы отдают элек­троны, т.е. протекает р-ция электрохимич окисления, на катоде происх присоединение электронов, т.к. р-ция восстановления. Эти процессы разработаны для очистки сточных вод от цианидов, нитросоединений, спиртов, альдегидов и др в-в. В качестве анодов исп-ют различные электролитические нерастворимые материалы(графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца), кот наносят на титановую основу. Катоды изготовляют из молибдена, сплавы железа или никеля, вольфрама, нержав сталь покрытых молибденом, вольфрама. Анодное окисление цианидов. Реакции | CN^-+2ОН^- -2e-→CNO^-+H₂O. | CN^-+H₂O→NH₄⁺ CО₃^2-

^- Окисление цианид-иона до цианат -иона

Вредные цианиды CN^-' переходят в безвредную форму - цианат-ион CNO^-. Окисление может быть проведено до образования чистого азота и углекислого газа(СО₂) 2CNO^- +4OH^- -6e→2CO₂+N₂+6H₂O

Для повышения эл.проводности сточных вод и снижения расхола эл. энергии к сточным водам добавляют натрий хлор, разрушение цианидов происходит не только в рез-те ЭХ окисления, но и в рез-те окисления хлором, кот образ-ся на аноде из ионов хлора. NaCl→Na⁺+Cl^- 2 Cl^- -2е→С1₂+Н₂О; CN^-+Cl₂+2OH^-→CNO^-+2Cl^-+H₂O;

2CNO^- +3Cl₂+4OH^-→2CO₂+N₂+6Cl^- +2Н₂O.

. Пример катодного восстановления. Катодное восстанов­ление применяют для удаления из сточных вод ионов металлов Pb²⁺, Sn²⁺ , Hg²⁺, Сu²⁺ , As ³⁺, Сг⁶⁺ Катодное восстановление металлов протекает по схеме Меⁿ⁺+ ne^-+Ме°.

Металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы

Электродиализ

Процесс очистки сточных вод электродиализом основан на разделении ионов под действием электродвижущей силы, созда­ваемой в растворе по обе стороны мембран. Этот процесс исполь­зуют для опреснения соленых вод и его начали применять для очистки промышленных сточных вод. Процесс проводят в электро­диализаторах, которые состоят из трех камер, отделенных одна от другой мембранами (рис.6.2, а). В среднюю камеру заливают рас­твор, а в боковые камеры с электродами - чистую воду. На аноде выделяется кислород и образуется кислота. Одновременно катио­ны переносятся в катодное пространство. По мере прохождения эл.тока . конц-я солей в ср. камере уменьшается до тех пор пока не станет близкой к нулю. За счет диффузии в ср камеру поступают ионы Н+ и ОН- С боковых камер образуя воду этот пр-с замедляет перенос ионов солей к соотве-им электродам.

В электродиализаторе с ионитовыми мембранами (рис. 6.2, б) имеются две мембраны. Анионообменная мембрана пропускает в анодное пространство анионы. Катионообменная мембрана рас­положена со стороны катода и пропускает в катодное пространст­во только катионы.

Рис. 6.2. Схемы электродиализаторов с пористыми диафрагмами (а) и ионитовыми мембранами (б)

При исп ионообменных мемран повыш-ся эффективность процесса очистки и сниж-ся расход эл.энерпги.

Термические методы. Подраздел на 2 группы: 1.коонцентрирование сточных вод; 2. термо­окислительные методы: 2.1 .окисление органи­ческих в-в в присутствия катализатора при атмосферном и повышенном давлении; 2.2, жидкофазное окисление органических в-в;2.3.огенвое обезвреживание. Концентрирова­ние сточной воды исп-ют в основном для обез­вреживания минеральных сточных вод. Метод позволяет отделить от сточных вод соли с получением условно чистой воды, пригодной для оборотного водоснабжения. Процесс разде­ления минеральных в-в и воды м.б. проведен в 2 стадии: стадия концентрирования, стадия получения сухих в-в. Коннотрированис сточ. вод м.б. проведено в испарит-х, выморажив-их и кристаллогидратных устан-х непрерв\ывного и переодич дей-я.

Испарительные установки. В промышленных условиях наиболее распространены выпарные установки концентрирования растворов. Для этой цели используют одноступенчатые и много­ступенчатые выпарные установки с выпарными аппаратами раз­личной конструкции.

Выпарные установки состоят из основных элементов - вы­парных аппаратов (испарителей) и вспомогательного оборудова­ния - конденсаторов, самоиспарителей, теплообменников, насо­сов и др.

Установки вымораживания. Процесс вымораживания за­ключается в том, что при температуре ниже температуры замерза­ния чистая вода образует кристаллы пресного льда, а рассол с растворенными в нем солями размещается в ячейках м/у этими кристаллами.

Температура замерзания рассола всегда ниже температуры замерзания чистой воды и зависит от концентрации растворенных элей.

Процесс вымораживания проводят при режимах медленного переохлаждения (образуются сравнительно крупные игольчатые кристаллы со значительно меньшим включением рассола, при оттаивании получается менее минерализованная вода).

Вымораживание можно производить либо под вакуумом, либо при помощи специального холодильного агента (хладоны). Хладагенты: аммиак, диоксид углерода, бутан, пропан, изобутан, хладоны (CCI2F2, CCI3F,CCIF3 и их оксиды).

Кристаллогидратные установки. Процесс состоит в концентрировании сточной воды с применением гидратообразующего агента М (пропан, хлор, хладоны, диоксид углерода и др.) и образовании кристаллогидратов М nН2О. При переходе молекул воды в кристаллогидраты концентрация растворенных веществ в воде повышается. При плавлении кристаллов образуется вода, из которой выделяются пары гидратообразующего агента. Процесс гидратобразования может проходить при температуре ниже и выше температуры окружающей среды. В первом случае необходимо применение холодильных установок, во втором - нет.

Для выделения веществ из концентрированных растворов используют методы кристаллизации и сушки.

Термоокислительные методы обезвреживания (деструктивные методы очистки)

При использовании термоокислительных методов все орга­нические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окио пяются кислородом воздуха при высоких температурах до неток­сичных соединений. К этим методам относят метод жидкофазного зкисления, метод парофазного каталитического окисления и пла-иенный или "огневой" метод.

Термоокислительные методы: парофазные, жидкофазные и парофазные каталитические.

Парофазное каталитическое окисление. Применяют парофазное окисление обычно при очистке сточных вод с высоким содержанием органи­ческих веществ. В ряде случаев количества органики достаточно, чтобы процесс сжигания проходил без использования дополнительного топлива. Сжигание таких стоков осуществляют обычно в печах камерного типа при 900-1100 °С. Если концентрация органи­ческих веществ недостаточна для горения, то сточные воды сжи­гают в газовой печи (циклонного типа). В пламя, образуемое при сжигании природного газа в кислороде воздуха, впрыскивают через - форсунки сточную воду. Температурам пламени поддерживается в диапазоне 900-1100°С. Процесс протекает весьма интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового, цинк-хромового, медно-марганцевого или другого катализатора.

Жидкофазное окисление. Метод жидкофазного окисления основан на окислении органических веществ, растворенных в воде, кислородом при температурах 100-350 °С и давлениях 2-28 МПа. При высоких давлениях растворимость в воде кислорода значи­тельно возрастает, что способствует ускорению процесса окисле­ния органических веществ

Летучие вещества окисляются в основном в парогазовой фа­зе, а нелетучие в жидкой фазе.

Метод начинают использовать для очистки сточных вод в азотной, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и дру­гих отраслях промышленности.

Огневой метод. Является наиболее эффективным и уни­версальным из термических методов. Сущность его заключается в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагре­тые до 900-1000 °С. При этом вода полностью испаряется, а орга­нические" примеси сгорают. Содержащиеся в воде минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы, которые улавливают в циклонах или фильтрах.

Метод может быть использован для обезвреживания не­большого объема сточных вод, содержащих высокотоксичные ор­ганические вещества, очистка от которых другими методами не­возможна или не эффективна.

12. Нормативы качества воды водных объектов(смотреть 1 вопрос!!!без ПДС,только ПДВ и ОДУ рассказать)

13. Нормативы для источников сброса сточных вод. ПДК_В, ЛПВ.(смотреть ещё 1 вопрос!!!Про ПДС!!!)

Вкус воды обусловлен присутствием химических соединений (NaCL, солей Fe, Mn, Мg и др), продуктами жизнедеятельности водных организмов и веществами сточных вод, ядохимикатами.

Выделяют четыре вида вкуса: соленый, горький, сладкий, кислый. Остальные вкусовые ощущения - привкусы.

Предельно допустимая концентрация (ПДК, мг/л) - это мак­симальная концентрация вещества в воде, в которой вещество при ежедневном поступлении в организм в течение всей жизни не ока­зывает прямого или опосредованного влияния на здоровье насе­ления в настоящем и последующих поколениях, а также не ухуд­шает гигиенические условия водопользования.

Ориентировочный допустимый уровень (ОДУ, мг/л) - вре­менный гигиенический норматив, разрабатываемый на основе расчетных и экспресс-экспериментальных методов прогноза ток­сичности и применяемый только на стадии предупредительного санитарного надзора за проектируемыми или строящимися пред­приятиями, реконструируемыми очистными сооружениями.

При превышении ПДК вода становится непригодной для од­ного или нескольких видов водопользования.

Установлены ПДК_В более 1343 вредных веществ и ОДУ для 402 веществ.

Нормативы ПДК вредных веществ устанавливают по лими­тирующему показателю вредности ЛПВ, который характеризует наиболее неблагоприятное действие каждого вещества в воде во­доема.

Вещества в воде водоемов могут оказывать различное воз­действие: 1) на здоровье человека; 2) ухудшать органолептические свойства воды (запах, привкус, окраска); 3) на процессы самоочи­щения водных объектов или микробоценоз. Одно и то же вещество может воздействовать или в одном направлении, или в несколь­ких. Соответственно перечисленным воздействиям применяются следующие виды ЛПВ (критерии вредности): S санитарно-токсикологический (отражает влияние вещества на здоровье человека); S общесанитарный (нарушение самоочищения воды, в основ­ном от органических веществ); ^ органолептический (если вредное вещество придает воде за­пах, привкус, окраску).

Таким образом, ЛПВ отражает приоритетность требований к качеству воды.

Пороговые значения концентраций веществ устанавливают­ся по всем критериям вредности, но в качестве ПДК применяется наименьшая концентрация, с указанием соответствующего ЛПВ.