Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 5.3. Фізичне очищення стічних вод

До фізичних способів очищення стічних вод належать насамперед випарювання, виморожування та ін. При цьому вирішальним фактором є температура. Тому такі способи очищення в інженерній практиці часто називають термічними.

Ці способи застосовують для очищення мінералізованих стічних вод, виділення з них солей та отримання умовно чистої води для кільцевого водопостачання.

Процес розділення мінеральних речовин і води відбувається у два етапи: концентрування і виділення сухих речовин. Очищену воду з мінералізованих стічних вод отримують у випарювальних, виморожувальних (вакуумних) і кристалогідратних установках . Вибір способу очищення залежить від складу, концентрації, об'єму стічних вод, їхньої корозійної активності й необхідного ступеня очищення.

Для випарювання стічних вод, що виділяються при виробництві синтетичних смол, лаків, фарб, реактивів та ін., широко застосовують випарювальні установки з контактними апаратами. У них відбувається безпосередній контакт між теплоносіями і стічною водою. Для нагрівання води використовують газоподібні, рідкі та тверді теплоносії.

Випарювальні установки бувають одноступеневими й багатоступеневими. На практиці широко застосовують одноступеневі адіабатні випарювальні установки (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Схема одноступеневої адіабатної випарювальної установки: 1 — камера випарювання; 2 — конденсатор; 3 — підставка; 4 — підігрівай

Цю установку називають установкою миттєвого випарювання. Вона працює за таким принципом. Стічна вода насосом подається в конденсатор .2, де попередньо нагрівається водяною парою. Далі вода подається у підігрівач 4, з якого потрапляє в камеру випарювання 1. З цієї камери розчинник насосом подається частково на рециркуляцію і частково на подальше випарювання. Дистилат, що стік на підставку 3, насосом подається споживачу.

Продуктивність (м8/год) одноступеневої установки миттєвого випарування (УМВ) визначається за формулою [1]

де IV — витрата води, кг; С — теплоємність розчину (дж/кг х град); Ьп — температура розчину на виході підігрівача, °С; £. — температура розчину в камері випарювання, °С; 0 — тепло випарювання, Дж.

Питому витрату пари для одного ступеня приймають приблизно 1 кг/кг.

В установках виморожування процес концентрування мінералізованих вод ґрунтується на тому, що концентрація солей у кристалах льоду значно менша, ніж у розчині (теоретично утворюється прісний лід). Виморожування може здійснюватись у вакуумі або за допомогою спеціального холодильного агента. Схема установки для концентрування розчинів виморожуванням наведена на рис. 5.6.

Опишемо принцип роботи установки. При подаванні в кристалізатор 5 з попередньо охолодженого розчину утворюється лід. Кристали льоду виділяються із суспензії в промивній колонці І, а потім розморожуються в конденсаторі 2. Для стискання водяної пари до тиску, що відповідає насиченню чистої води при температурі її заморожування, використовують компресор 4. Установка працює при високому вакуумі. Установки такого типу використовують для опріснення солоних вод.

Для очищення стічних вод часто застосовують кристалогідратні установки (рис. 5.7). Кристалогідратний процес полягає в концентруванні стічної води з гідроутворювальним агентом (пропаном, хлором, фреоном, вуглекислим газом та ін.) та утворенні кристалогідратів. При переході молекул води в кристалогідрати концентрація розчинених речовин у воді підвищується. При таненні кристалів утворюється вода, з якої виділяється пара гідро-утворювального агента. Процес гідроутворення може протікати при температурі, нижчій та вищій від температури навколишнього середовища. У першому випадку необхідно застосувати холодильні установки, в другому — не потрібно.

Процес очищення води методом гідроутворення відбувається в такий спосіб. Стічна вода подається в камеру 3 під тиском, при якому утворюються гідрати. Одночасно в камеру іншим насосом

Рис. 5.6. Схема установки концентрування розчинів виморожуванням під вакуумом: 1 — промивна колонка; 2 — конденсатор-розпилювач; 3 — допоміжна холодильна установка; 4 — конденсатор; 5 — кристалізатор; 6 — теплообмінник

подаються теплоносій та гідроутворювальна речовина. Теплоносій є розчинником для гідратуючої речовини.

У камері забезпечується безпосередній контакт стічної води й теплоносія, внаслідок чого утворюються тверді гідрати.

Насичена хімічними речовинами стічна вода відводиться з камери, а теплоносій з гідратами надходить до камери розмороження 2, де відбувається руйнування кристалогідратів за допомогою тепла, що виділяється у процесі утворення гідратів. З камери 2 чиста вода, теплоносій та гідроутворювальна речовина потрапляють у сепаратор 1, де розділяються. Чиста вода відводиться за межі установки, а теплоносій і пара гідроутворювальної речовини надходять до конденсатора 5, де пара цієї речовини конденсується, після чого з теплоносієм спрямовується в камеру 3 для повторного використання. Як теплоносій використовують метан, пропан та інші гази.

Рис. 5.7. Схема установки для очищення стічної води методом гідратоутворення: 1 — сепаратор; 2 — камера танення; 3 — камера гідратоутворення; 4 — ємність; б — конденсатор

Із фізичних методів очищення стічних вод найбільш ефективним й універсальним є вогневий метод. Суть його полягає в розпиленні стічних вод безпосередньо в топкових газах, нагрітих до температури 900—1000 °С. При цьому вода повністю випаровується, а органічні суміші згоряють. Мінеральні речовини, що є у воді, утворюють тверді або розплавлені частинки, які пізніше вловлюються. Цей метод широко застосовується для очищення стічних вод, забруднених високотоксичними органічними речовинами — відходами лакофарбових матеріалів, які часто використовуються у технологічних процесах деревообробних підприємств та ін.