Термические способы очистки

Термическую и каталитическую нейтрализацию проводят по одной из трех схем:

1. прямое сжигание в пламени при t=600-800C^o;

2. термическое окисление при t=600-800C^o;

3. каталитическое сжигание при t=250-450C^o.

Выбор схемы проводится с учетом химического состава, расхода, требуемой степени очистки газов, природы образующихся продуктов. Термическая нейтрализация не применяется при наличии выбросов серы, галогенов, фосфора т.к. при этом образуются вещества более токсичные исходных. Прямое сжигание применяется когда отходящие газы являются носителями теплоты не менее 80% общей теплоты сгорания. При температуре выше 1300 С^о и избытке воздуха при прямом сжигании азот воздуха окисляется дл оксидов азота.

Термическое окисление применяется при высоких температурах отходящего газа и при концентрациях горючих газов не обеспечивающих необходимую теплоту для поддержания нужной температуры.

Каталитические методы основаны на взаимодействии улавливаемых веществ с одним из компонентов газа в присутствии третьего вещества – катализатора. Катализатор окисления отличается кратковременным процессом и пониженной температурой( до 400 С^о). В качестве катализатора применяются металлы (платина, палладий), и их соединения (оксид меди). Катализационная масса выпускается в виде пластин, проволок, гранул с нанесением на их поверхность пленки из металлического катализатора.

Сточные воды

Процессы и аппараты очистки сточных вод подразделяются на:

· Механические (процеживание, отстаивание, фильтрация, центрифугирование)

· Физико-химические (коагулирование, флотация, экстракция, сорбция, ионный обмен, осмос, электрохимические методы)

· Химические ( нейтрализация, озонирование, хлорирование)

· Термические ( жидкофазное окисление, термоокисление)

· Биохимические (биохимическое окисление, биохимическое разложение)

К механическойочистке относят следующие методы: процеживание, отстаивание, фильтрование, удаление нерастворенных примесей гидроциклонами и в центрифугах. Усреднители. Перед подачей сточных вод на механическую очистку их направляют в устройства, которые регулируют состав и расход сточных вод, которые могут измениться в течение суток. Усреднители перемещают отдельные потоки. Усреднители представляют собой железобетонные резервуары состоящие из нескольких коридоров в которые поступает сточная вода. Отвод сточных вод производится через выпуск. Камеру. Перемещение осуществляется с использованием насосов, мешалок или барботеров.

Процеживание воды производят на ситах или решетках в зависимости от величины и гидравлических свойств выделяемых частиц. Крупные вещества задерживаются при помощи решеток, более мелкие – при помощи сит. Для удаления из сточной жидкости микроскопических твердых частиц применяют микропроцеживатели. В этом случае обычно требуется предварительная очистка сточных вод.

Отстаивание происходит под действием силы тяжести. Для этого используются отстойники и безголовки. Схема горизонтального отстойника совпадает со схемой пылеулавливающей камеры.

Вода подаётся в отстойник через трубу , затем движется по кольцевому каналу, который образован цилиндрическим корпусом и цилиндрической перегородкой . В процессе вертикально движения сточная вода встречает на своём пути отражающее кольцо , которое направляет воду во внутреннюю полость перегородки , а более тяжёлые частицы примеси продолжают своё движение вниз и накапливаются в сборнике. Накопившийся осадок периодически удаляют через трубу .

Фильтрование – гидротехнический процесс разделения жидкой неоднородной системы с использованием пористых перегородок, задерживающих твердую фазу и пропускающие жидкость. По способу организации фильтры подразделяются на периодические и непрерывные. Зернистые фильтры относятся к периодическим. В качестве фильтрующего вещества используется зернистые элементы (кварцевый песок) для окончания очистки используют фильтр с насыпным материалом.

Барабанные вакуум-фильтры относятся к непрерывным фильтрам с постоянным перепадом давления, состоящего их полого барабана с перфорируемой боковой поверхностью, разделенного внутри перегородками на отдельные ячейки и покрытого снаружи сеткой и затем фильтрующей тканью. Барабан приводится в движение мотором с редуктором. Такие фильтры предназначены для разделения среднедисперсных и трудно фильтруемых суспензий.

Ленточный вакуум-фильтр относится к непрерывным фильтрам с постоянным перепадом давления, состоит из резино-тканевой ленты, натянутой на 2 вращающегося барабана. Лента скользит по горизонтально направленному столу с прорезями, связывающими ленту с вакуум-камерами. Под действием перепада давления жидкость проникает через фильтрующую ленту. Осадок остается на ленте и срезается ножом или промывается.

Центрифугирование – процесс разделения неоднородной системы, суспензий, эмульсий, и других под действием центробежных сил создаваемые в результате вращения потока. Осуществляется в центрифугах и гидроциклонах.

Гидроциклон представляет собой металлический сосуд конической формы. Под влиянием центробежной силы при вращательном движении частицы взвешенных веществ скапливаются у стенок и сползают вниз. Гидроциклоны бывают двух видов: напорные и безнапорные.

Физико-химические (коагулирование, флотация, экстракция, сорбция, ионный обмен, осмос, электрохимические методы)

Процесс коагулирования состоит в добавлении к сточной жидкости реагента, способствующего быстрому выделению из нее мелких взвешенных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагент (коагулянт) обычно добавляют в сточную жидкость до ее направления в отстойники. В качестве веществ, способствующих коагуляции загрязнений сточных вод используются в основном соли железа и алюминия. Данные коагулянты в результате химической реакции с загрязнениями промышленных сточных вод превращаются в нерастворимые формы гидроксидов этих металлов. При своем образовании эти гидроксиды захватывают органические и неорганические примеси из стоков. При этом в обрабатываемых сточных водах формируются рыхлые хлопья. Данные хлопья затем могут быть легко удалены из очищаемой воды. Необходимо отметить, что при использовании процесса коагуляции для очистки промышленных стоков образуются высоковлажные объемные осадки. Данные осадки, после очистки производственных сточных вод необходимо в дальнейшем утилизировать.

Сущность метода флокуляции для очистки сточных вод заключается в том, происходит адсорбция (прилипание) флокулянта на поверхности нескольких твердых частиц-загрязнителей стоков. В данном процессе также образуются хлопья. Самыми эффективными веществами-флокулянтами для очистки сточных вод являются органические полимеры и активированная кремниевая кислота. К недостатку данного метода очистки стоков можно отнести отсутствие единого вещества-флокулянта для очистки стоков от большинства загрязнителей.

При флотации происходит процесс, основанный на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. Всплывание происходит за счет создание пены, обволакивающей частички примесей и удаляемой из воды вместе с ними. Для создания пены воду насыщают пузырьками мелкодиспергированного воздуха. Твердые частицы взаимодействуют с пузырьками воздуха на границе раздела трех фаз: частица-воздух, частица-вода, вода-воздух. Частицы, содержащиеся в сточной воде, прилипают к поверхности раздела вода-пузырек воздуха и всплывают на поверхность воды.

При экстракции сточную жидкость смешивают с растворителем, в котором данный вид загрязнения растворяется в большей степени Растворитель подают снизу. Вследствие того, что его удельный вес меньше удельного веса сточной жидкости, растворитель поднимается вверх. Загрязненная вода, которую подводят сверху, встречает на своем пути растворитель и отдает ему загрязняющие вещества. Очищенная вода отводится снизу, загрязненный растворитель поднимается вверх. Экстракция представляет взаимную нерастворимость фаз, очищаемую фазу называют рафинатом. Фазу, которая обогащается веществом загрязнителя называют экстрагентом, до контакта он называется экстрагентом и после – экстрактом.

При сорбции загрязняющие сточную жидкость вещества либо поглащаются телами твердых веществ (абсорбция), либо осаждаются на его активно развитой поверхности (адсорбция). Адсорбцию осуществляют в динамическом или статическом режиме. В динамическом режиме пода движется относительно сорбента вместе с частицами сорбента, в статическом режиме адсорбция осуществляется путем интенсивного перемешивания сточных вод с сорбентом в течение определенного времени и поледующим отделением сорбента осаждением. В третьем случае (хемосорбция) происходит химическое взаимодействие загрязненного вещества с твердым телом. Для очистки производственной сточной жидкости чаще всего пользуются адсорбцией. Для этого к очищаемой сточной жидкости добавляют сорбент (твердое тело) в размельченном виде и перемешивают их. Сорбент, насыщенный загрязнениями, отделяют путем отстаивания или фильтрации. В качестве сорбента применяют золу, торф, каолин, коксовую мелочь, активированный уголь и др.

Ионообменный метод очистки пром.сточных вод заключается в фильтрации стоков в так называемых ионообменных смолах. Ионообменные смолы подразделяются на сильнокислотные и слабокислотные катиониты и сильноосновные и слабоосновные аниониты. Ионнообмен это процесс обмена ионов между раствором и ионитом. Иониты это вещества способные к ионному обмену при контакте со сточными водами. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Важнейшими свойствами ионитов являются обменная емкость(количество моль экв.ионов, которые может поглотить 1 м³ ионита до полного насыщения). В качестве используют сульфоуголь. Обмен катионов в зависимости от формы Н⁺ или Na⁺ проходит по реакциям:

Ме⁺ + Н[K] Me[K] + H⁺

где [K] – сложный комплекс катионита, а Ме⁺ – катион ме, находящийся в сточной воде. Регенерация катионита осуществляется промывкой Н[K] кислотой.

2Ме [K] + Н₂SO₄ 2Н[K] +Me₂SO₄

Процессы ионообменной очистки сточных вод осуществляется в ионообменных колоннах периодического или непрерывного действия с псевдоожиженным слоем ионита. В аппаратах непрерывного действия ионит движется во замкнутому кругу проходя стадии сорбции, регенерации и промывки. Кроме того, существуют аниониты, содержащие специальные комплексообразующие группы. При прохождении через ионообменную смолу, загрязнения сточных вод катионного типа, вступают в реакцию обмена с катионитом ионита и оседает на нем. И наоборот, загрязнения сточных вод анионного типа, вступают в реакцию обмена с анионитом ионита с последующим оседанием.

Электрохимические методы очистки промышленных сточных вод можно разделить на три основные группы: методы превращения, методы разделения и комбинированные методы.

Методы превращения обеспечивают изменение физико-химических и фазово-дисперсных характеристик загрязнений сточных вод с целью их обезвреживания и быстрого извлечения из стоков. Превращение примесей может проходить ряд последовательных стадий, начиная с электронного уровня взаимодействия растворимых соединений и заканчивая изменением каких-либо электроповерхностных и объемных характеристик грубодисперсных веществ, содержащихся в сточных водах.

Методы разделения предназначены для концентрирования примесей в локальном объеме раствора без существенного изменения фазово-дисперсных или физико-химических свойств извлекаемых из сточных вод веществ. Разделение примесей и воды происходит в основном за счет флотации электрогенерируемыми пузырьками газов или силового воздействия электрического поля, обеспечивающего транспорт заряженных частиц в воде.

К комбинированным методам электрохимической очистки сточных вод относятся методы, которые предполагают совмещение одного или нескольких методов превращения и разделения загрязнений стоков в одном аппарате.

Нейтрализация.

1. нейтрализация и реагентная очистка сточных вод;

2. нейтрализация реагентами: известью, содой, растворами кислот;

3. нейтрализация путем фильтрации через нейтрализирующий материал( магнезит, доломит, известь)

1-смеситель; 2 – датчик; 3 – pH-метр; 4 – потенциометр; 5 – эл.регулятор; 6 –реверсивный магнитный пускатель; 7 – реостат датчик, 8 – исполнительный механизм; 9 – дозатор.

Окисление. Здесь за счёт реакции окисления загрязняющие вещества разрушаются и переводятся в безвредное состояние. В качестве окислителя чаще всего используется газообразный или сжимаемый хлор, кислород воздуха или озон.

Окисление цианид ионов в нетоксичные цианиты, которые гидролизирубтся с образованием аммония и карбонатов.

CN^- + 2OH^- – 2e = CNO^- + H₂O

CNO^- + H₂O = NH⁺₄ + CO₃^2-

Возможен перевод токсичных соединений в осадок с последующим удалением осадка отстаиванием или фильтрованием.

Очистка окислением связана с большим расходом реагентов и поэтому применяется в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно использовать другие методы, например, при очистке соединений мышьяка и циановых соединений.

Восстановление. Применяется, когда в растворе содержатся легко восстанавливающиеся вещества. Прежде всего, ионы тяжёлых металлов, таких как хром, ртуть и другие. Так, например, соединения ртути восстанавливаются до металлической ртути, которая затем отстаивается или отфильтровывается.

Биохимические методы подразделяются на две группы:

– Аэробные (присутствие кислорода воздуха), которые могут проводиться в естественных условиях, например, на биологических прудах или в искусственных условиях, например, в биоскрупперах и биофильтрах.

– Анаэробные (без кислорода воздуха), которые используются для очистки высококонцентрированных осадков и стоков. Если сточные воды не могут быть очищены вышеперечисленными методами, то они подвергаются термической нейтрализации, сжиганию или закачиваются в глубинные скважины.