Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 5.6. Фізико-хімічне очищення стічних вод

Цей спосіб включає такі методи очищення стічних вод: коагуляцію, сорбцію, адсорбцію, дезодорацію, екстракцію та ін.

Коагуляцію переважно застосовують для очищення стічних вод від емульсій і суспензій, до складу яких входять колоїдні частинки розміром 0,001—0,1 мкм. Ці частинки мають електрозаряд, який виникає у результаті поглинання із водного розчину іонів. Заряд не дає можливості колоїдним частинкам злипатися і таким чином збільшує стійкість колоїдного розчину. Тому в колоїдний розчин додають коагулянти (солі алюмінію, заліза, магнію, вапно), які зменшують електрозаряд колоїдних частинок, унаслідок чого вони інтенсивно злипаються у великі частинки й осідають на дно очисної споруди.

Замість коагулянтів часто застосовують водні розчини полімерів, у молекулі яких містяться полярні функціональні групи (-ОН, -803Н, -гШ2) — флокулянти. Частинки забруднювальних речовин під дією флокулянтів перетворюються в пухку масу, що осідає на дно споруди.

Коагуляцію також можна здійснювати, пропускаючи стічні води через електролізер з анодом, виготовленим з алюмінію або заліза. Метал анода під дією постійного електроструму переходить у стічну воду, утворюючи важкорозчинні гідроксиди алюмінію або заліза. Метод електрохімічного коагулювання широко застосовується для очищення стічних вод від масел, жирів, нафтопродуктів, хроматів і фосфатів [35].

Сорбційне поглинання — один із найбільш ефективних методів глибокого очищення стічних вод від ароматичних сполук, неелектролітів, барвників, гідрофобних сполук.

Сорбційне поглинання принципово не відрізняється від процесу адсорбції в газовій фазі. Тому в інженерній практиці цей метод часто називають адсорбційним методом очищення стічних вод. Його застосовують для очищення стічних вод від органічних (розчинники, розріджувачі, відходи лакофарбових матеріалів та ін.) і неорганічних (формальдегід, фенол, відходи синтетичних смол, аміак та ін.) речовин, якщо їхня концентрація у воді незначна, вони біологічно не розкладаються і є дуже токсичними.

Адсорбційне очищення вод буває регенеративним (витягування речовин із адсорбенту та їхня утилізація) і деструктивним (витягування речовини із адсорбенту та її знищення разом з адсорбентом).

В інженерній практиці застосовують адсорбційні установки з послідовним (рис. 5.13, а) і протитічним (рис. 5.13, б) введенням адсорбенту. Процес адсорбційного очищення стічних вод відбувається при інтенсивному перемішуванні адсорбенту з водою, а також фільтруванні води через шар адсорбенту. При змішуванні адсорбенту з водою використовують активоване вугілля. Процес може мати один або кілька ступенів. Економічно доцільними є багатоступеневі установки (рис. 5.13, а). При цьому на першому етапі вводять стільки адсорбенту, скільки необхідно для зменшення концентрації забруднювальних речовин від Сп до С1, після чого адсорбент виводять з циклу через відстоювання або фільтрування, а стічну воду спрямовують на другий етап очищення, де вводиться свіжий адсорбент.

Після закінчення процесу адсорбції на другому етапі концентрація забруднювальних речовин у воді зменшується від С, до С2 тощо.

Кінцеву концентрацію забруднювальних речовин у стічній воді після очищення в багатоступеневих установках з п ступенями визначають за формулами [35]:

— з послідовним введенням адсорбенту:

— з протитічним введенням адсорбенту:

де Сп і Ск — початкова і кінцева концентрації забруднювальних речовин у стічній воді, мг/м8; V — об'єм стічної води, м8; к — кое-

Вис. 5.13. Схема адсорбційних установок: а — з послідовним введенням адсорбенту: 1 — змішувачі; 2 — відстійники; б — з протитічним введенням адсорбенту: 1 — змішувачі; 2 — відстійники; 3 — приймачі; 4 — насоси

фіцієнт розподілу забруднювальних речовин у стічній воді (А— 0,7—0,8); т — витрата адсорбенту (активованого вугілля), визначають за формулою

Необхідну кількість ступенів визначають за формулами [35]: — для установок з послідовним введенням адсорбенту:

— для установок з протитічним введенням адсорбенту:

Швидкість фільтрування стічних вод через шар адсорбенту залежить від концентрації розчинених речовин і коливається від 2—4 до 5—6 м3/(м2/год). Вода в адсорбері рухається знизу вгору, поступово заповнюючи його. Розмір частинок адсорбенту приймають у межах 1,5—5 мм. При менших розмірах зерен активованого вугілля зростає опір фільтруванню води. Вугілля укладають на шар гравію, розміщеного на решітці. Щоб не допустити забивання адсорбенту, стічна вода не повинна містити твердих зважених домішок.

Ефективність адсорбційного очищення стічних вод досягає 80—96 %.

Іонне очищення стічних вод застосовують для вилучення із вод металів, а також сполук миш'яку, фосфору, ціанистих сполук і радіоактивних речовин. Цей метод дозволяє рекуперувати цінні речовини при високому ступені очищення. Іонний обмін поширений при знесолюванні води в процесі водопідготовки для живлення парових котлів.

Іонний обмін — це процес взаємодії розчину з твердими домішками, що володіє властивостями обмінювати свої іони на інші, наявні в розчині. Такий метод очищення стічних вод широко застосовується на енергетичних підприємствах.

Для очищення стічних вод з неприємним запахом використовують такі методи дезодорації: аерацію, хлорування, ректифікацію, екстракцію, озонування та ін. Найбільш ефективним вважається метод аерації.

Дезодорацію застосовують на металургійних, хімічних, деревообробних підприємствах для вилучення із стічних вод аміаку, сірководню, альдегідів і вуглеводів тощо, які надають їм неприємного запаху.

На рис. 5.14 наведена схема дезодораційної установки. Вилучення речовин з неприємним запахом здійснюється в тарілчастій колонці ковпакового типу. Стічна вода розтікається, утворюючи плівки на тарілках, які контактують з продутою перегрітою водяною парою. Потім водяна пара з виділеними забруднювальними речовинами надходить до насадкової колонки 2, що зрошується розчином лугу.

Рис. 5.14. Схема дезодораційної установки для очищення стічних вод: 1 — тарілчаста колонка; 2 — насадкова колонка

Для очищення 1 м3 стічної води на 85—90 % витрата водяної пари становить 60 кг, концентрація лугу — 40 г на літр води.

Екстракція — це процес вилучення зі стічних вод корисних речовин за допомогою екстрагентів з такими властивостям: високою екстрагувальною, селективною здатністю; незначною розчинністю у воді; густиною, відмінною від густини води; незначним питомим теплом випаровування; невеликою теплоємністю; вибухобезпечністю та нетоксичністю; невеликою вартістю.

Екстрагування речовин зі стічних вод може здійснюватися за такими методами: перехреснопотоковим, ступінчасто-протитічним і безперервно-протитічним. Кількість екстрагента, необхідного для екстракції, визначають за формулою [1]

де те — питома витрата екстрагента для однієї екстракції, кг/м8; п — число екстракцій; Уст — об'єм стічних вод, що підлягає екстракції, м3.

Рідинна екстракція застосовується при виробництві деревостружкових, деревоволокнистих плит і клеєної фанери, для очищення стічних вод від фенолів, масел, органічних кислот, іонів металів та ін. Доцільність використання екстракції для очищення стічних вод визначається концентрацією у них органічних домішок. Екстракція може бути економічно вигідною, якщо вартість вилучених речовин компенсує всі затрати на її проведення. Для кожної речовини існує концентраційна межа рентабельності її вилучення із стічних вод. Загалом можна вважати, що більшість речовин при концентрації вище 3—4 г/л доцільніше вилучати екстракцією, ніж адсорбцією. При концентрації менше 1 г/л екстракцію слід застосовувати в особливих випадках.

Очищення стічних вод екстракцією складається із трьох етапів. Перший етап — інтенсивне змішування стічної води з екстрагентом (органічним розчинником). В умовах розвинутої поверхні контакту між рідинами утворюються дві рідкі фази. Одна фаза — екстракт — містить вилучену речовину та екстрагент, друга — рафінат — стічну воду та екстрагент. Другий етап — розділення екстракту та рафінату; третій — регенерація екстрагента із екстракту і рафінату.

Щоб знизити вміст розчинених домішок до концентрацій, нижче від гранично допустимих, необхідно правильно вибрати екстрагент і швидкість його подавання у стічну воду.

На рис. 5.15 наведена схема багатоступеневої протитічної екстракційної установки. Ця установка має вигляд батареї змішувачів і відстійників. На кожному ступені застосовується змішувач води з екстрагентом і відстійник.

Рис. 5.15. Схема багатоступеневої екстракційної установки: 1—3 змішувачі; Г—3' — відстійники

Установка працює таким чином. Свіжий екстрагент і стічна вода надходять з протилежних сторін. На першому ступені стічна вода з незначним вмістом домішок перемішується із свіжим екстрагентом, а на останньому ступені стічна вода, що виходить, змішується з екстрагентом, який уже містить значну кількість вилученої речовини. Такий рух потоків сприяє значній рушійній силі процесу екстракції та ефективному очищенню стічних вод.

Комплексне очищення стічних вод — один із методів фізико-хімічного очищення, характеризується економічністю, високою стійкістю та очисною здатністю. Цей метод застосовують для одночасного очищення побутових і виробничих стічних вод.

На рис. 5.16 наведена схема комбінованої установки для комплексного очищення стічних вод.

Рис. 5.16. Схема установки для поєднаного очищення побутових стічних вод: 1, 7— усереднювачі; 2,8 — первинні відстійники; 3 — змішувач; 4 — аеротенк; 5 — вторинний відстійник; 6 — ємність для знешкодження; 9 — котельня; 10 — метатенк; 11 — апарат для зневоднення осаду

Опишемо принцип роботи установки. Побутові стічні води надходять до усереднювача 1, а потім до відстійника 2. Після освітлення вода потрапляє в змішувач З, де змішується з виробничою стічною водою з відстійника 6*. Далі суміш побутових і виробничих стічних вод потрапляє в аеротенк. Після вилучення активного мулу у вторинному відстійнику 5 стічні води знешкоджуються хлором і викидаються у водоймище або скеровуються для використання в технологічному процесі.

Осад із відстійників 2 і 8 надходить до метатенка 10. Виділений в процесі знешкодження газ із метатенка подається в котельню 9 для спалювання, а осад знешкоджується і подається на переробку в добриво.