Техника защиты окружающей среды

    Содержание 

    1. Очистка сточных вод от взвешенных  веществ на фильтрах……….....3

    2. Очистка сточных вод дезодорацией  и дегазацией……………  ……..12

    3. Методы удаления тяжёлых металлов из сточных вод……..…………19

    4. Задача…………………………………………………………………….29

    Использованная  литература……………………………………………….34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Очистка сточных  вод от взвешенных  веществ на фильтрах 

    Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

    Фильтрование через фильтрующие перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра. В качестве перегородки используют металлические перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др., а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического волокна).

    Для химически агрессивных сточных  вод при повышенной температуре  и значительных механических напряжениях наиболее пригодны металлические перегородки, изготовляемые из перфорированных листов, сеток и пластин, получаемых при спекании сплавов.

    Фильтровальные  перегородки, задерживающие частицы, должны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, достаточной механической прочностью и гибкостью, химической стойкостью и не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования. По материалу, из которого изготовляют перегородки, их разделяют на органические и неорганические, по принципу действия – на поверхностные и глубинные, а по структуре – на гибкие и негибкие.

    Глубинные фильтровальные перегородки обычно применяют при осветлении суспензий с малой концентрацией твердой фазы, которая, проникая внутрь перегородки, задерживается в порах (оседает и адсорбируется). На поверхностных фильтровальных перегородках проникания частиц в поры перегородки не происходит.

    Для фильтрования используют различные  по конструкции фильтры. Основные требования к ним: высокая эффективность выделения примесей и максимальная скорость фильтрования.

    Фильтры подразделяют по различным признакам,

    - по характеру протекания процесса – периодические и непрерывные по виду процесса – для разделения, сгущения и осветления,

    -  по давлению при фильтровании – под вакуумом (до 0,085 МПа), под давлением (от 0,3 до 0,5 МПа) или при гидростатическом давлении столба жидкости (до 0,05 МПа),

    - по направлению фильтрования – вниз, вверх или вбок,

    - по конструктивным признакам;

    - по наличию промывки и обезвоживания осадка,

    - по форме и положению поверхности фильтрования

    В системах очистки сточных вод применяют фильтры периодического действия нутч-фильтры, листовые и фильтр-прессы и фильтры непрерывного действия: барабанные, дисковое, ленточные

    Фильтры с зернистой перегородкой. В процессах очистки сточных вод, как правило, приходится иметь дело с большим количеством воды, поэтому применяют фильтры, для работы которых не требуется высоких давлений. Исходя из этого, используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры с фильтрующим зернистым слоем.

    Фильтр  с зернистой перегородкой представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, а затем фильтрующий материал.

    Важными характеристиками пористой среды являются порозность и удельная поверхность. Порозность зависит от структуры  пористой среды и связана не только с размером зерен, образующих стой, но и с их формой и укладкой.

    Механизмы извлечения частиц из воды сводятся к следующим:

    1) процеживание, при котором извлечение  частиц является чисто механическим;

    2) гравитационное осаждение;

    3) инерционное захватывание;

    4) химическая адсорбция; 

    5) физическая адсорбция; 

    6) адгезия; 

    7) коагуляционное осаждение;

    8) биологическое выращивание.

    В общем случае эти механизмы могут  действовать совместно и процесс  фильтрования состоит из трех стадий:

    1) перенос частиц на поверхность  вещества, образующего слой;

    2) прикрепление к поверхности и

    3) отрыв от поверхности.

    По  характеру механизма задерживания взвешенных частиц различают два  вида фильтрования:

    1) фильтрование через пленку (осадок) загрязнений, образующуюся на поверхности зерен загрузки;

    2) фильтрование без образования пленки загрязнений. В первом случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем образуется слой загрязнений, который является также фильтрующим материалом. Такой процесс характерен для медленных фильтров, которые работают при малых скоростях фильтрования. Во втором случае фильтрование происходит в толще слоя загрузки, где частицы загрязнений удерживаются на зернах фильтрующего материала адгезионными силами. Такой процесс характерен для скоростных фильтров. Величина сил адгезии зависит от крупности и формы зерен, от шероховатости поверхности и ее химического состава, от скорости потока и температуры жидкости, от свойств примесей.

    Фильтры с зернистым слоем подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1-2 м, в закрытых 0,5-1 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами.

    Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Они представляют собой бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,2-0,3 м/ч; при 25-30 мг/л – 0,1-0,2 м/ч. Достоинством фильтров является высокая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка.

    Скоростные  фильтры могут быть двух типов: однослойные  и многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из одного и того же материала, у многослойных – из различных материалов.

    В многослойных скоростных фильтрах фильтрующий слой состоит из зерен разных материалов. Например, из слоя антрацита и песка. Верхние слои имеют зерна большего размера, чем нижние. Конструкция этих фильтров мало отличается от конструкции однослойных. Они имеют более высокую производительность и большую продолжительность фильтрования.

    Выбор типа фильтра для очистки сточных  вод зависит от количества фильтрующих  вод, концентрации загрязнений и  степени их дисперсности, физико-химических свойств твердой и жидкой фаз и от требуемой степени очистки.

    Промывку  фильтров, как правило, производят очищенной водой (фильтратом), подавая ее снизу вверх. При этом зерна загрузки переходят во взвешенное состояние и освобождаются от прилипших частиц загрязнений. Может быть произведена водо - воздушная промывка, при которой сначала зернистый слой продувают воздухом для разрыхления, а затем подают воду. Интенсивность подачи воздуха изменяется в пределах 18- 22 л/(м²-с), а воды – 6-7 л/(м²-с). Возможна и трехэтапная промывка. Сначала слой продувают воздухом, а затем смесью воздух – вода; на последнем этапе – водой. Продолжительность промывки 5-7 мин.

    Особенностью  фильтра с подвижной загрузкой  является вертикальное расположение фильтрующей  загрузки и горизонтальное движение фильтруемой воды. Фильтрующим материалом служит кварцевый песок (1,5-3 мм) или гранитный щебень (3-10 мм).

    Достоинства фильтров: большая скорость фильтрации, высокое качество отмывки загрузки от загрязнений, небольшая производственная площадь, занимаемая фильтром. Недостатки: большая металлоемкость, истирание стенок трубопроводов, измельчение и унос песка, сложность эксплуатации.

    Микрофильтры. Процесс микрофильтрации заключается в процеживании сточной воды через сетки с отверстиями размером от 40 до 70 мкм. Барабанные сетки имеют ячейки размером от 0,3X0,3 до 0,5X0,5 мм. Микрофильтры применяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых материалов.

    Магнитные фильтры. Они нашли широкое распространение, обеспечивают степень очистки 80%. Такие фильтры применяют для удаления мелких ферромагнитных частиц (0,5—5 мкм) из жидкостей. Помимо магнитных частиц фильтры улавливают абразивные частицы, песок и другие загрязнения. Этому способствует эффект электризации немагнитных частиц. Магнитные фильтры могут быть снабжены постоянным магнитом или электромагнитом, их производительность до 60 м³/ч.

    При прохождении сточных вод ламинарным потоком через магнитное поле ферромагнитные частицы размером 0,5-1 мкм намагничиваются и образуют агломераты размером до 50 мкм, которые удаляются фильтрованием, либо осаждаются под действием гравитационного поля. Направление потока жидкости должно совпадать с направлением магнитного поля, так как при этом создаются наиболее благоприятные условия осаждения.

    Магнитные сепараторы делят на три группы:

    1) сепараторы, в которых отделение ферромагнитных частиц идет непосредственно под действием постоянного магнита;

    2) сепараторы, в которых отделителями  частиц служат специальные ферромагнитные элементы, помещенные в силовом поле постоянного магнита (или группы магнитов);

    3) фильтры-сепараторы, представляющие собой комбинацию постоянных магнитов с различными механическими фильтрующими элементами. Наиболее простыми сепараторами являются магнитные уловители и магнитные патроны.

    Степень очистки фильтрованием зависит  от напряженности магнитного поля, скорости течения жидкости, ее вязкости, расположения силовых полей относительно направления потока жидкости.

    Фильтрование  эмульгированных  веществ. При фильтрований-эмульсий через зернистый слой имеет значение первоначальный характер поверхности. При гидрофобной поверхности прилипание частиц сильнее, чем при гидрофильной, так как на поверхности зерен гидрофильных материалов имеется гидратная оболочка. Прилипание происходит только там, где эта оболочка нарушена. Для удаления нефтепродуктов и масел могут быть использованы фильтры с загрузкой из пенополиуретана. 

     Установка разработана в виде модуля производительностью 1 м3/ч. Включает многостадийную обработку  сточной жидкости, последовательно  проходящую гидроциклон (1), коалесцирующий фильтр (2), где происходит укрупнение частиц нефтепродуктов; тонкослойный модуль первой ступени (3), где происходит разделение тяжелой (взвеси) и легкой (нефтепродукты) фракций. Затем сточная вода попадает в камеру напорной флотации (4) и далее дополнительно очищается на тонкослойном модуле второй ступени (5) и кассетном фильтре (6). Доочистка сточных вод осуществляется на пенополиуретановом фильтре (7).

     При необходимости, можно увеличить  количество используемых тонкослойных модулей: 1-ой ступени (3) и 2-ой ступени (5), что позволит увеличить производительность установки

     Компактность, невысокие капитальные затраты; высокий эффект очистки: по нефтепродуктам - 93%, по взвешенным веществам 95%. 

     Рис. 2. Технологическая схема для установки  очистки сточных вод