Інші методи фізико-хімічного очищення стічних вод

Евапорація. Цей метод будується, в основному, або на пароциркуляційному процесі, або азеотропної ректифікації. У першому випадку забруднення відганяються з циркулюючим водяною парою. При цьому стічні води рухаються через колонку з насадкою (завантаженням) назустріч гострій парі, нагріваються до 100°С, при цьому летючі домішки, що знаходяться в них, переходять у парову фазу. Потім пара відмивається від забруднень розчином лугу.

Азеотропна ректифікація заснована на властивості ряду летких сполук утворювати нероздільнокиплячі суміші з водою. У колонах, що обігріваються парою, частина води відганяється у вигляді азеотропної суміші із забруднюючим компонентом. З нижньої частини колони виходять очищені стоки, а з верхньої частини відводиться пара і надходить у конденсатор. Конденсат після охолодження прямує на сепарацію, де поділяється на два шари - водний та органічний. Водний шар скидається в ємність вихідної стічної води, що забруднює компонент – на переробку чи використання.

Випарювання. Застосовується для збільшення концентрації солей, що містяться в стічних водах, та прискорення їх подальшої кристалізації, а також для знешкодження невеликих кількостей, наприклад, радіоактивних стічних вод. Вимагає дуже великих енергетичних витрат.

Випаровування здійснюється з відкритої поверхні стічних вод на відкритих випарних майданчиках, площа яких розраховується залежно від кліматичних умов та стану ґрунтів.

Кристалізаціязаснована на різній розчинності речовин, що містяться в стічних водах, при різних температурах. При зміні температури виходять пересичені розчини речовин, що знаходяться в них, потім їх кристали. Метод застосовується при очищенні висококонцентрованих стічних вод.

Термоокислювальні методи- парофазне окислення («вогневий метод»), рідкофазне окислення («мокре спалювання»), парофазне каталітичне окислення.

При «вогневому методі» стічні води в розпорошеному стані вводяться в високотемпературні продукти горіння палива і випаровуються, при цьому органічні домішки згоряють. Мінеральні домішки утворюють тверді або розплавлені частинки, вони виводяться з робочої камери печі або несуть димові гази.

Рідкофазне окислення органічних домішок стічної води киснем повітря проводиться при підвищених температурах (до 350 ° С) та тиску.

Термокаталітичне окиснення. Стічні води подаються у випарний апарат, де пари води та органічних речовин, повітря і гази нагріваються до 300°С, потім суміш йде в контактний апарат, завантажений каталізатором. Знешкоджена суміш охолоджується, конденсат використовується у виробництві.

Хімічна очистка стічних вод

До хімічної очистки стічних вод [19] відносять, як правило, очищення від забруднень при використанні хімічних реагентів. Вона широко застосовується при локальному очищенні стічних вод підприємства. В цілому, хімочистка стоків може бути використана і як доочищення промислових стічних вод, наприклад їх дезінфекція. Основні методи хімічного очищення: нейтралізація та окислення.

Нейтралізація

Типова реакція нейтралізації:

При підборі відповідної концентрації нейтралізуючого іона, наприклад, ОН - , що вводиться в стоки з гашеним вапном, концентрація кожного з іонів стає приблизно рівною, тобто значення рН наближається до 7. До нейтральних відносяться води з рН = 6,5. 8,5.

Найчастіше стоки забруднені кислотами: сірчаної Н2SO4, азотної НNO3, соляної HCl або їх сумішами, рідше- азотистої HNO2, фосфорної H3PO4, сірчистої H2SO2, сірководневої H2S та органічними, наприклад, оцтової CH3COOH, пікринової HOC6H2(NO2)3, вугільної H2CO3 та ін.

а) взаємна нейтралізація кислих та лужних стоків;

б) нейтралізація реагентами;

в) фільтрування через матеріали, що нейтралізують.

Взаємна нейтралізація кислих та лужних стоків. Кислі стоки у промисловості зазвичай скидаються рівномірно протягом доби, лужні – у міру відпрацювання лужних розчинів, для яких необхідно влаштовувати регулюючий резервуар. З резервуару лужні стоки поступово випускаються в камеру реакції, де відбувається взаємна нейтралізація. Метод особливо поширений у хімічній промисловості.

Нейтралізація стоків реагентами.В якості реагентів використовуються розчини кислот, негашеної СаО і гашеної вапна, кальцинованої соди Na2CO3, каустичної соди NaOH, аміаку NH3OH. Реагентна нейтралізація використовується у випадках, коли на підприємстві утворюються тільки кислі або лужні стоки, або якщо неможливо зробити взаємну нейтралізацію кислих і лужних стоків.

Для нейтралізації мінеральних кислот застосовують будь-який лужний реагент, частіше вапно, а також карбонати кальцію або магнію, наприклад:

Гіпс, що утворюється, кристалізується з розведених розчинів (такими є стічні води) у вигляді CaSO4 × 2H2O.

Для нейтралізації органічних жирних кислот використовують вапно, що містить 25-30% активного оксиду кальцію або суміш вапна з 25%-ною технічною аміачною водою.

Нейтралізація стоків фільтруванням через нейтралізуючі матеріали. Зазвичай застосовується для нейтралізації кислих стічних вод, як нейтралізуючих матеріалів використовуються вапно,вапняк, доломіт CaCO3×MgCO3, магнезит MgCO3, обпалений магнезит MgO, крейда CaCO3. Крупність фракцій фільтроматеріалу 3-8 см, швидкість фільтрування до 5 м/год, тривалість контакту - не менше 10 хв.

Конструктивно фільтри виконуються із вертикальним рухом кислих стоків.

При нейтралізації кислих стоків передбачається надійна ізоляція обладнання або виготовлення його із кислототривкого матеріалу. Методи розрахунку нейтралізаційних установок наведені у [17, 21].

Окислення

Метод використовується для знешкодження стоків, що містять токсичні сполуки (ціаніди, комплексні ціаніди міді та цинку) або сполуки, які недоцільно вилучати зі стічних вод або очищати іншими методами: стоки ділянок гальванічних покриттів у машинобудуванні та приладобудуванні; стоки виробництв переробки свинцево-цинкових та мідних руд у гірничодобувній промисловості; стоки цехів варіння целюлози у целюлозопаперовій промисловості тощо.

При очищенні стоків використовують окислювачі: хлор, гіпохлорат кальцію та натрію, хлорне вапно, діоксид хлору, озон, кисень повітря та технічний кисень. Рідше застосовують пероксид водню, оксиди марганцю, перманганат та біхромат калію.

Так, окислення отруйних ціанід -іонів СN - проводиться перекладом їх в нетоксичні ціаніти CNO -, які гідролізуються з утворенням іонів амонію і карбонатів:

Окислення ціанідів хлором можна проводити тільки в лужному середовищі (рН ³ 9…10) ціаніти, що утворюються, можна окислити до елементарного азоту і діоксиду вуглецю:

При зниженні рН відбувається пряме хлорування ціаніду з утворенням токсичного хлорціану:

За наявності у стоках аміаку, амонійних солей чи органічнихречовин, що містять аміногрупи, хлор, хлорватиста кислота та гіпохлорити вступають з ними в реакцію, утворюючи моно-і дих-

лораміни та трихлористий азот:

Окислення киснем повітрявикористовується для окислення сульфідних стоків та стоків нафтопереробних та нафтохімічних заводів. Окислення гідросульфідної та сульфідної сірки протікає через ряд стадій:

У цьому сірка змінює свою валентність з –2 до +6. Якщо рН = 7 ... 13,75, то продуктом окислення сірководню, гідросульфіду сульфіту є тіосульфат.

Руйнування сульфідних сполук можна здійснювати диоксидом вуглецю, що міститься в димових газах, при цьому утворення карбонатів відбувається таким чином:

Сірководень, що виділяється – сировина для отримання сірчаної кислоти.

Озонування. Озон здатний зруйнувати (знешкодити) у водних розчинах при нормальній температурі багато органічних (неорганічних) речовин, його перевага в тому, що його можна отримати безпосередньо на очисній станції (за допомогою тихого електричного розряду в газовому середовищі) з технічного кисню або кисню атмосферного повітря.

Так, вже згадані отруйні ціанід-іони під впливом озону окислюються в нетоксичні ціаніт-іони:

Принципова технологічна схема озонування стоків складається з двох основних вузлів: отримання озону та очищення стічних вод.

Озон та його водні розчини надзвичайно корозійні. Найбільш стійкі матеріали: нержавіюча сталь та алюміній.

Озонування ефективно при очищенні стоків від фенолів, цикло-пентану, циклогексану, тетраетилсвинцю, ціанідів, крезолів, поверхнево-активних речовин. Процес озонування можна інтенсифікуватиспільним впливом озону та ультразвуку або озону та УФ-випромінювання.

Електрохімічне окиснення. У його основі лежать анодне окислення і катодне відновлення. На аноді (графіт, магнетит, діоксиди свинцю, магнію, рутенію, нанесені на титанову основу) залежно від сольового складу стоків та умов електролізу виділяються кисень та галогени, окислюються деякі органічні речовини. На катоді (свинець, цинк, легована сталь) відбувається виділення газоподібного водню та відновлення деяких органічних речовин.

Досвід застосування електрохімічних методів для очищення стоків показав їхню високу ефективність при видаленні фенолів, ціанідів, нетроз'єднань, сульфідів, амінів, кетонів, альдегідів, спиртів.

Для зниження витрати електроенергії та інтенсифікації окислення в стічні води додають мінеральні солі, зазвичай NaCl, який розкладається з виділенням на аноді атомів хлору, що беруть участь у процесі окислення, наприклад:

Основні параметри процесу: щільність струму до 100 А/м2; об'ємна густина струму до 3 А/л; кількість хлориду натрію, що вводиться, 5...10 г/л.

Радіаційне окисленняорганічних та мінеральних речовин у стічних водах відбувається за рахунок реакції цих речовин з продуктами радіолізу води: (у присутності кисню), Н2О2, Н+. Як джерела випромінювання можуть бути використані радіоактивні кобальт і цезій, тепловиділяючі елементи (твели), радіаційні контури, прискорювачі електронів. Є лабораторний досвід очищення стоків від фенолів, ціанідів, барвників, інсектицидів, поверхнево-активних речовин.

Радіаційне окислення домішок у стоках – перспективний метод. У практиці очищення стоків поки що широко не використовується через складне апаратурне оформлення івисоких витрат.