Термические методы очистки сточных вод
Термические методы применяются для очистки от минеральных солей (Ca, Mg, Na и др.) и органических веществ. К термическим методам очистки сточных вод относятся:
· Концентрирование сточных вод с последующим выделением растворенных веществ;
· Окисление органических веществ в присутствии катализатора при атмосферном и повышенном давлении;
· Жидкофазное окисление органических веществ;
· Огневое обезвреживание.
Концентрирование сточных вод. Этот метод используют для обезвреживания минеральных сточных вод. Он позволяет выделять из стоков соли с получением условно чистой воды, пригодной для оборотного водоснабжения.
Процесс состоит из двух стадий – стадии концентрирования и стадии выделения сухих веществ. Часто вторая стадия заменяется захоронением концентрированных растворов. Концентрирование проводят в испарительных, вымораживающих и кристаллогидратных установках непрерывного и периодического действия. Наиболее распространенными являются одноступенчатые и многоступенчатые выпарные установки, которые состоят из основных элементов – выпарных аппаратов (испарителей) и вспомогательного оборудования – конденсаторов, теплообменников, насосов и др.
На практике чаще всего используются 4-5-корпусные установки, включающие аппараты с естественной и принудительной циркуляцией, с расходом тепла по пару 600 кДж на 1 кг влаги. Наиболее значимые проблемы в процессах концентрирования сточных вод: отложение карбонатной, сульфатной и др. видов накипи, возможность повышенного пенообразования в присутствии нефтепродуктов и масел. Первая проблема решается введением умягчителей, вторая – увеличением сепарационного пространства выпарных аппаратов.
Выделение веществ из концентрированных растворов проводят кристаллизацией и сушкой. Процесс кристаллизации основан на выпадении кристаллов веществ при охлаждении насыщенных растворов или, если с ростом температуры растворимость веществ уменьшается, то кристаллизацию проводят при нагревании раствора.
Для выделения из сточных вод сухого продукта могут быть использованы процессы сушки в распылительных сушилках.
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 между этими кристаллами. При этом предпочтительнее медленное замораживание, т.к. образуются сравнительно крупные игольчатые кристаллы со значительно меньшим включением рассола.
Вымораживание можно проводить под вакуумом либо при помощи специального холодильного агента: жидкого аммиака, диоксида углерода, бутана, пропана и др.
Кристаллогидратный процесс состоит в концентрировании сточной воды с применением гидратообразующего агента и образовании кристаллогидратов, имеющих формулу M∙nH2O. При плавлении кристаллов образуется вода, из которой выделяются пары гидратообразующего агента.
Достоинства вымораживающих и кристаллогидратных установок опреснения и концентрирования: низкий расход энергии; возможность обезвреживания вод различного состава; отсутствие образования накипи на стенках аппаратов; сниженная коррозия оборудования. Недостатки: необходимость применения дорогостоящих теплоносителей; невысокая степень концентрирования растворов.
Окисление органических веществ в присутствии катализатора при атмосферном и повышенном давлении. В основе метода лежит гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой температуре летучих органических веществ, находящихся в промышленных сточных водах. Процесс протекает интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового, цинк-хромового, медно-марганцевого катализаторов. Эффективность процесса 99,8 %. Основным недостатком метода является возможность отравления катализатора соединениями фосфора, фтора, серы.
Жидкофазное окисление органических веществ. Этот метод очистки основан на окислении органических веществ, растворенных вводе, кислородом при температурах 100-350 оС и давлениях 2-28 МПа. При высоких давлениях растворимость в воде кислорода значительно возрастает, что способствует ускорению процесса окисления органических веществ.
Эффективность процесса окисления увеличивается с повышением температуры. Летучие вещества при условиях процесса окисляются в основном в парогазовой фазе, а нелетучие – в жидкой фазе. С увеличением концентрации органических примесей в воде экономичность процесса жидкофазного окисления возрастает.
Достоинствами метода являются: возможность очистки большого объема сточных вод без предварительного концентрирования, отсутствие в продуктах окисления вредных органических веществ, легкость комбинирования с другими методами, безопасность в работе. Недостатки: неполное окисление некоторых веществ, значительная стоимость оборудования установки, высокая коррозия оборудования в кислых средах.
Огневое обезвреживание. Этот метод является наиболее эффективным и универсальным из термических методов. Сущность его заключается в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагретые до 900-1000 оС. 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.