Розробка вторинного відстійника стічних вод на стадії фізико-хімічної очистки другої черги цеху

а) з насиченням усього потоку стічної води повітрям;

б) з насиченням частини  потоку стічної води повітрям;

в) з насиченням частини очищеної води повітрям і змішенням

її із стічною водою, яка поступає на очищення (з рециркуляцією).

Перша схема (доповнення 2, мал. 28)  являється найбільш простій. Стічна  вода насичується повітрям за рахунок ежекції насосом, поступає в сатуратор, в якому повітря розчиняється під тиском. Далі  стічна  вода проходить через редукційний клапан, що дозволяє різко скинути тиск і поступає у флотоотстойник. Недоліки цієї схеми - підвищене диспергування і емульгування присутніх в стічних водах забруднень при перекачуванні відцентровими насосами, а також необхідність перекачування під тиском усього об'єму стічної води. Проте, ця схема використовується на багатьох вітчизняних і зарубіжних підприємствах. У поєднанні з процесами коагуляції і флокуляции напірна флотація за цією схемою забезпечує високоефективне очищення стічних вод -  зазвичай 80-95%  і більше (при  залишковому  змісті  нафтопродуктів  і зважених речовин в очищеній воді від 5 до 20 міліграма/л). Разом з очищенням флотацією стічних вод від зважених частин у ряді випадків відбувається також очищення від розчинених речовин в результаті протікання процесів адсорбції, коагуляції, окислення і отдувки.

Так, при виділенні  флотації сланцевих смол зміст фенолів  в стічній воді знижується в середньому на 40%; зміст сірководня в стічних водах нафтопереробних заводів зменшується залежно від величини рН на 20-80%.

Продуктивність напірних установок флотацій досягає 1000-2000 /ч. Невеликий час перебування стічних  вод в апаратах обумовлює їх невеликий  будівельний об'єм і невисоку вартість.

Друга схема (доповнення 2, мал. 28) поширена значно менше, хоча вона економічніша, ніж попередня, а по ефективності їй ні в чому не поступається.

Найбільш широкого поширення  набула схема (доповнення 2, мал. 28).  У багатьох випадках застосування цієї схеми доцільніше,  оскільки її використання не пов'язане з небезпекою руйнування пластівчастих опадів в редукційному клапані або підвищеного емульгування суспензій у відцентрових насосах. Для ефективного очищення стічних вод на рециркуляцію подається від 20 до 50 % очищеної води. Недолік схеми полягає в  необхідності  збільшення об'єму флотоотстойника.[15]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.5 Методи іонного обміну і адсорбції

Методи очищення природних  і стічних вод, пов'язані з використанням  адсорбції і іонного обміну, є одними з найбільш ефективних сучасних методів. Очищення води цими методами є типовий випадок адсорбції з розчинів, що протікає по одному з двох різних механізмів,:  молекулярному і іонообмінному.

Ці методи дозволяють очищати воду до ГДК.  Використовувати очищену воду не лише повторно у виробничих цілях, але і для питних цілей,  утилізувати цінні і токсичні (шкідливі) компоненти. Методами  адсорбції і іонного обміну можна витягати з розчинів речовини практично при будь-яких концентраціях, у тому числі і при дуже малих, коли інші способи малоефективні.

Адсорбція може бути використана  для витягування, як електролітів, так  і неэлектролитов, молекулярно розчинених колоїдів, полімерних речовин і газів.

Метод іонного обміну широко використовується у водопідготовці. За допомогою іонітів можна змінити іонний склад розчину, здійснювати повну його демінералізацію.

Адсорбційний і іонообмінний методи очищення води вигідно відрізняються  від розглянутих раніше способів тим, які не вимагають безперервного дозування реагентів, а що видаляються з води домішки не утворюють осаду. Процес очищення зводиться до пропускання води через шар сорбенту. Відносно  високі  швидкості фільтрування дозволяють зменшувати габарити апаратів.  Важливою  перевагою є також можливість повної автоматизації установок. До достоїнств адсорбентів і іонітів відноситься можливість регенерації, що дозволяє використовувати їх  в багатократних повторних фильтроциклах. Проте порівняно висока вартість сорбентів, які промислово випускаються, у ряді випадків обмежує область їх використання.

Особливістю іонообмінного  методу, який також іноді  обмежує  його застосування для очищення стічних  вод, є утворення відпрацьованих регенераційних розчинів,  скидати  які у водоймища не можна. Тому у разі впровадження цього способу одночасно треба вирішувати і питання утилізації вказаних розчинів.

Адсорбція в загальному випадку - це  мимоволі  протікаючий  дифузійний процес, який супроводжується  пониженням енергії Гіббса, і  в  результаті якого відбувається  концентрація розчиненого компонента або розчинника на поверхні адсорбенту.

Залежно від характеру  взаємодії розрізняють наступні типи адсорбції :

1. Фізична адсорбція  обумовлена силами міжмолекулярної  взаємодії. Вона невиборча, обратима  і характеризується високими швидкостями. Фізична  адсорбція  характерна  при  контакті з парогазовою фазою, а при адсорбції з розчинів ускладнюється фізико-хімічною взаємодією сорбенту,  сорбтива  і  сорбату.

2. Активована адсорбція  обумовлена взаємодією з утворенням поверхневого з'єднання особливого роду - молекули, які вступили у взаємодію,  залишаються в кристалічній решітці адсорбенту. Внаслідок цього для цього процесу характерні вибірковість, безповоротність і невисокі швидкості.

3. Хемосорбція -  це  звичайна хімічна  реакція,  яка йде  на поверхні адсорбенту,  при  якій  виділяється  енергія,  рівна теплоті цієї реакції.

Знання механізмів протікаючих  процесів пов'язане з необхідністю цілеспрямованого і свідомого вибору адсорбенту і умов процесу.

Ефективність адсорбції речовин з водних розчинів залежить від хімічної природи поверхні, її величини і доступності, а також хімічної будови витягуваного компонента і його стану в розчині у присутності сильних електролітів.

Для адсорбції органічних речовин повинні застосовуватися передусім вуглецеві пористі матеріали (різне активне вугілля)  або  синтетичні матеріали. Полярні  гідрофільні матеріали (глини, силикогели, гідрати оксидів) для цього не придатні,  оскільки енергія взаємодії з молекулами води майже рівна або вище за енергію адсорбції молекул органічних речовин.

Але,  якщо у водному  розчині молекули або іони утворюють  великі ассоциаты (як, наприклад, іони або молекули ПАВ з довгим вуглеводневим  ланцюгом або іони фарбувальних речовин), то енергія адсорбції таких ассоциатов або міцел значно більше енергії зв'язку молекул води з поверхнею навіть дуже гідрофільних матеріалів.

Саме тому речовини,  які мають  властивості  колоїдних  розчинів-електролітів, добре поглинаються з розчинів міцел не лише гідрофобними сорбентами, але і великопористими гідрофільними матеріалами, наприклад гідроксидами заліза або алюмінію.

Вибір цих гідроксидів  навіть краще,  оскільки  для  таких  ассоциатов, як гуміну, ЛІГШИ і інші, доступно тільки близько 20% поверхні вугілля. У гідроксидів же доступна уся поверхня.

Сорбція з рідких розчинів значно складніша, ніж з парогазової  суміші,  оскільки включає  взаємодії  сорбенту з  сорбируемым речовиною  і з розчинником (водою);  при  цьому  також слід враховувати  взаємодію розчинника з сорбатом. Тому, не дивлячись на те, що сорбція з водних розчинів досліджується і використовується майже 200 років, вона вивчена значно менш сорбції з парогазової фази. Механізм  сорбції з розчинів  в тому  або іншому виді пояснюють представленнями,  виведеними  для газової фази, лише доповнюючи або обмежуючи умовами, специфічними для рідкої фази. Відмінності  в  підході  до  подібного  перенесення  відбиваються на виді і точності моделей і розрахунків систем сорбційного очищення води. [15]

5.3 Адсорбція активованим  вугіллям

Серед широкого спектру  природних і штучних адсорбентів  найбільше практичне застосування знаходило досі активне вугілля. Активне вугілля є універсальними адсорбентами по відношенню до домішок  води не лише завдяки розвиненій поверхні, але і в результаті її гидрофобности. Молекулярна  адсорбція  з  водних  розчинів зазвичай є адсорбцією сумішей усіх компонентів розчину, включаючи і розчинник. Отже, однією з умов ефективного очищення стічних вод від розчинених домішок (органічних речовин або газів) є слабка взаємодія адсорбентів з молекулами води при високій енергії взаємодії з молекулами витягуваних домішок. Цій вимозі найбільшою мірою і задовольняють активне вугілля.

Як вже відзначалося,  мінеральні адсорбенти (силикагели, алюмогелі,  цеолиты,  глинисті  матеріали)  є  гідрофільними, такими, які мають високу енергію взаємодії з молекулами води. Тому  вони менш  активні  по відношенню до  розчинених у воді речовин і застосовуються для знешкодження органічних розчинників або для осушення газів.

Як відомо,  адсорбційна активність вугілля пов'язана з їх сильно розвиненою поверхнею і пористістю.  Питома  поверхня вугілля складає сотні квадратних метрів на 1 г адсорбенту, який досягається комплексною обробкою початкової сировини,  яка включає ту, яка карбонізує з наступною активацією і спеціальною обробкою.

Залежно від переважаючого  розміру пір активне вугілля  умовно розділяє на великопористе,  дрібнопористе  і  із  змішаними  порами.

Розвиток питомої поверхні і ефективність адсорбції визначаються мікропорами, оскільки молекули розчинених адсорбованих речовин мають розмір менше 10 А. Повне заповнення мікропор відповідає поглинювальній здатності вугілля -  їх  найважливішій технологічній характеристиці. Перехідні ж і макропори виконують роль транспортних каналів.

Для різних цілей використовують різні марки вугілля,  наприклад: освітлююче деревне вугілля марок АБ, МД, АР- 3, газове вугілля АГ- 2, СКТ, БАУ, КАД. Використовують також вугілля, отримане з промислових відходів, опадів і шламів.

Активне вугілля,  використовуване  для  очищення  природних  і  стічних вод, повинно задовольняти наступним вимогам:

- мають бути відносно  великопористі, щоб їх поверхня  була доступна для складних  молекул;

- мати невелику утримуючу  здатність у разі регенерації  адсорбованих компонентів;

- змочуватися і погано  стиратися;

- мати визначений гранульний  склад, а також мати мінімальну  каталітичну активність до різних  реакцій;

- витримувати відносно  велике кількість регенерацій  (Василенко, Никифоров., 2009).

Процеси адсорбції можуть здійснюватися в статичному або динамічному варіантах.

У статичних умовах оброблювана  вода інтенсивно перемішується з  сорбентом протягом певного часу, а потім відділяється від нього  відстоюванням або фільтрацією. Наступним введенням у відокремлювану воду нових порцій сорбенту можна досягти практично будь-якої заданої міри очищення або концентрації витягуваного компонента.

Зазвичай використовується багатоступінчастий варіант адсорбції, оскільки міра очищення підвищується, і знижується витрата адсорбенту. Ще  економічніше протитечійне використання адсорбенту, коли "чистий" адсорбент вводиться тільки один раз на останній мірі.

Динамічний варіант  адсорбції порівняно із статичним  має великі технологічні,  експлуатаційні  і  економічні переваги: більш повно  використовується обмінна місткість адсорбенту, зменшується кількість його регенерацій, спрощується апаратурне оформлення процесу і його автоматизація.

Адсорбційне очищення в  цьому варіанті може здійснюватися  в апаратах періодичної або безперервної дії,  з рухливим або стаціонарним шаром сорбенту,  а також  з псевдозрідженим (киплячим) шаром активного вугілля.

При стаціонарному шарі сорбенту воду пропускають до проскакування  витягуваного з'єднання у фільтрат. Після цього фільтрацію припиняють, випускають воду з сорбенту (доповнення 2, мал. 29), а його регенерують різним способом. Графічно виражена залежність концентрації адсорбованої речовини у фільтраті від тривалості адсорбції або об'єму фільтрату називається початковою кривою динамічної адсорбції.

Типові схеми роботи адсорберів приведені в доповненні 2, мал. 30.

Адсорбери з рухливим завантаженням застосовують на станціях невеликої продуктивності при малому змісті зважених речовин в початковій воді. На великих станціях застосовують відкриті вугільні фільтри з висотою  завантаження 1-2 м і великий зерен 0,8-5 мм Швидкість потоку води 4-10 м/ч. Втрати натиску складають 40.60 % висот завантаження. Орієнтовно приймається, що  1  кг вугілля знімає близько 0,5  кг  забруднень,  які оцінюються  по ХПК.

За наявності в стічних  водах зважених речовин доцільно використовувати апарати періодичної або безперервної дії з псевдозрідженим шаром активного вугілля.

Апарати з псевдозрідженим  шаром застосовують при використанні дрібнозернистого (0,25 - 0,3 мм) і пилового (40 мкм) сорбенту для сорбції з труднофильтруемых стічних вод. У псевдозрідженому шарі частини сорбенту у меншій мірі замулюються зваженими речовинами, які містяться у воді.

Одним з важливих питань в процесі експлуатації адсорбційних апаратів є регенерація адсорбенту. Взагалі сорбційне очищення може бути регенеративним (витягнуті  речовини утилізувалися) або деструктивним (витягнуті речовини знищуються або міняють свій стан і властивості). Залежно від цього розрізняються і способи регенерації адсорбентів.

Для видалення з поверхні адсорбентів органічних речовин зазвичай використовують витіснювальну десорбцію,  зміщення  рівноважного стану системи за допомогою зміни концентрації адсорьату і температури, переклад молекул, наприклад слабких електролітів в іонну форму.

При деструктивній регенерації використовують окислення хімічними реагентами або термічну деструкцію.