Фізико-хімічне очищення стічних вод

Цей спосіб включає такі методи очищення стічних вод: коагуляцію, сорбцію, адсорбцію, дезодорацію, екстракцію та ін.

Коаrуляцію переважно застосовують для очищення стічних вод від емульсій і суспензій, до складу яких входять колоїдні частинки розміром 0,001-0,1 мкм. Ці частинки мають електрозаряд, який виникає у результаті поrлинання із водного розчину іонів. Заряд не дaє можливості колоїдним частинкам злипатися і таким чином збільшує стійкість колоїдноrо розчину. Тому в колоїдний розчин додають коагулянти (солі алюмінію, заліза, магнію, вапно), які зменшують електрозаряд колоїдних частинок, унаслідок чоro вони інтенсивно злипаються у великі частинки й осідають на дно очисної споруди.

Замість коагулянтів часто застосовують водні розчини полімерів, у молекулі яких містяться полярні функціональні групи (-OH, -SО₃Н, -NH₂) - флокулянти. Частинки забруднювальних речовин під дією флокулянтів перетворюються в рихлу масу, що ociдaє на дно споруди. Коагуляцію також можна здійснювати, пропускаючи стічні води через електролізер з анодом, виrотовленим з алюмінію або заліза. Метал аноду під дією постійноrо електроструму переходить у стічну воду, утворюючи важкорозчинні гідроксиди алюмінію або заліза. Метод електрохімічного коагyлювання широко застосовується для очищення стічних вод від масел, жирів, нафтопродуктів, хроматів і фосфатів.

Сорбційне поглинання - один із найбільш ефективних методів глибокого очищення стічних вод від ароматичних сполук, неелектролітів, барвників, гідрофобних сполук. Сорбційне поглинання принципово не відрізняється від процесу адсорбції в газовій фазі. Тому в інженерній практиці цей метод часто називають адсорбційним методом очищення стічних вод. Його застосовують для очищення стічних вод від органічних (розчинники, розріджувачі, відходи лакофарбових матеріалів та ін.) і неорганічних (формальдегiд, фенол, відходи синтетичних смол, аміак та ін.) речовин, якщо їх концентрація у воді незначна, вони біологічно не розкладаються і є дуже токсичними.

Адсорбційне очищення вод буває регенеративним (витягyвання речовин із адсорбенту та їх утилізація) і диструктивним (витяrування речовини із адсорбенту та її знищення разом з адсорбентом).

В інженерній практиці застосовують адсорбційні установки з послідовним (рис. 1.13, а) і протитічним (рис. 1.13, б) введення адсорбенту. Процес адсорбційноrо очищення стічних вод відбувається при інтенсивному перемішуванні адсорбенту з водою, а також фільтруванні води через шар адсорбенту. При змішуванні адсорбенту з водою використовують активоване вугілля. Процес може мати один або кілька ступенів. Економічно доцільними є багатоступеневі установки (рис. 1.13, а). При цьому на першому етапі вводять стільки адсорбенту, скільки необхідно для зменшення концентрації забруднювальних речовин від С_n до С_l після чоrо адсорбент виводять з циклу через відстоювання або фільтрування, а стічну воду спрямовують на другий етап очищення, де вводиться свіжий адсорбент.

Після закінчення процесу адсорбції на друroму етапі концентрацiя забруднювальних речовин у воді зменшуэться від С₁ до С₂ тощо.

Кінцеву концентрацію забруднювальних речовин у стічній воді після очищення в багатоступеневих установках з п ступенями визначають за формулами:

- з послідовним введенням адсорбенту:

- з протитічним введенням адсорбенту:

m-­ витрата адсорбенту (активованоrо вуrілля), визначають за формулою:

Необхідну кількість ступенів визначають за формулами:

- для установок з послідовним введенням адсорбенту:

- для установок з протитічним введенням адсорбенту:

Швидкість фільтрування стічних вод через шар адсорбенту залежить від концентрації розчинених речовин і коливається від 2-4 до 5-6 м³/(м²/год). Вода в адсорбері рухається знизу доверху, поступово заповнюючи йоrо. Розмір частинок адсорбенту приймають у межах 1,5-5 мм. При менших розмірах зерен активованого вугілля зростає опір фільтруванню води. Вугілля укладають на шар гравію, розміщеного на решітці. Щоб не допустити забивання адсорбента, стічна вода не повинна містити твердих зважених домішок.

Ефективність адсорбційноrо очищення стічних вод досягає 80-95 % .

Іонне очищення стічних вод застосовують для вилучення із вод металів, а також сполук миш'яку, фосфору, ціанистих сполук і радіоактивних речовин. Цей метод дозволяе рекуперувати цінні речовини при високому ступені очищення. Іонний обмін поширений при знесолюванні води в процесі водопідrотовки для живлення парових котлів.

Іонний обмін - це процес взаемодії розчину з твердими домішками, що володіє властивостями обмінювати свої іони на інші, наявні в розчині. Такий метод очищення стічних вод широко застосовуеться на енерrетичних підприемствах.

Для очищення стічних вод з неприемним запахом використовують такі методи дезодорації: аерацію, хлорування, ректифікацію, екстракцію, озонування та ін. Найбільш ефективним вважаеться метод аерації.

Дезодорацію застосовують на металурrійних, хімічних, деревообробних підприемствах для вилучення із стічних вод аміаку, cipководню, альдегідів і вуглеводів тощо, які надають їм неприемного запаху.

На рис. 1.14 наведена схема дезодораційної установки. Вилучення речовин з неприемним запахом здійснюеться в тарілчастій колонці ковпаковоrо типу. Стічна вода розтікаеться, утворюючи плівки на тарілках, які контактують з продутою переrрітою водяною парою. Потім водяна пара з виділеними забруднювальними речовинами поступае в насадкову колонку 2, що зрошуеться розчином луrу. Для очищення 1 м 3 стічної води на 85-­90 % витрата водяної пари становить 60 кг, концентрація луrу - 40 г на літр води.

Екстракція - це процес вилучення зі стічних вод корисних речовин за допомоrою eкстрагентів з такими властивостям: високою екстраrувальною, селективною здатністю; незначною розчинністю у воді; густиною, відмінною від густини води; незначним питомим теплом випаровування; невеликою теплоемністю; вибухозахистом та нетоксичністю; невеликою вартістю.

Екстрагування речовин зі стічних вод може здійснюватися за такими методами: перехреснопотоковим, ступінчасто-протитічним і безперервно-протитічним. Кількість eкстрагентa, необхідного для екстракції, визначають за формулою:

Рідинна екстракція застосовуеться при виробництві деревостружкових, деревоволокнистих плит і клееної фанери, для очищення стічних вод від фенолів, масел, орrанічних кислот, іонів металів та ін. Доцільність використання екстракції для очищення стічних вод визначаеться концентраціею у них орrанічних домішок. Екстракція може бути економічно виrідною, якщо Bapтість вилучених речовин компенсує всі затрати на її проведення.

Для кожної речовини iснує концентраційна межа рентабельності ії вилучення із стічних вод. Заrалом можна вважати, що більшість речовин при концентрації вище 3-4 г/л доцільніше вилучати екстракціею, ніж адсорбцією. При концентрації менше 1 г/л eкстракцію слід застосовувати в особливих випадках.

Очищення стічних вод екстракцією складаеться із трьох eтапів. Перший етап - інтенсивне змішування стічної води з екстрагентом (органічним розчинником). В умовах розвинутої поверхні контакту між рідинами утворюються дві рідкі фази. Одна фаза - екстракт , - містить вилучену речовину та eкстрагент, друга - рафінат - стічну воду та eкстрагент. Другий етап - розділення екстракту та рафінату; третій – регенерація екстрагента із екстракту і рафінату.

ІЦоб знизити вміст розчинених домішок до концентрацій, нижче від rранично допустимих, необхідно правильно вибрати екстрагент і швидкість йоrо подачі у стічну воду.

На рис. 1.15 наведена схема багатоступеневої протитічної екстракційної установки. Ця установка має виrляд батареї змішувачів і відстійників. На кожному ступені застосовуеться змішувач води з eкстрагентом і відстійник.

Установка працює таким чином. Свіжий eкстрагент і стічна вода поступають з протилежних сторін. На першому ступені стічна вода з незначним вмістом домішок перемішуеться із свіжим екстрагентом, а на останньому ступені стічна вода. що виходить, змішуеться з eкстрагентом, який уже містить значну кількість вилученої речовини. Такий рух потоків сприяє значній рушійній силі процесу екстракції та ефективному очищенню стічних вод.

Комплексне очищення стічних вод - один із методів фізико-хімічного очищення, характеризується економічністю, високою стійкістю та очисною здатністю. Цей метод застосовують для одночасноrо очищення побутових і виробничих стічних вод.

На рис. 1.16 наведена схема комбінованої установки для комплексноrо очищення стічних вод.

Опишемо принцип роботи установки. Побутові стічні води поступають в усереднювач 1, а потім у відстійник 2. Після освітлення вода попадає в змішувач 3, де змішується з виробничою стічною водою з відстійника 8. Далі суміш побутових і виробничих стічних вод потрапляе в аеротенк. Після вилучення активноro мулу у вторинному відстійнику 5 стічні води знешкоджуються хлором і викидаються у водоймище або скеровуються для використання в технолоrічному процесі.

Осад із відстійників 2 і 8 поступае в метатенк 10. Виділений в процесі знешкодження rаз із метатенка подаеться в котельню 9 для спалювання, а осад знешкоджуеться і подаеться на переробку в добриво.