Физико-химические методы очистки сточных вод

Физико-химические методы используют для очистки сточных вод в основ­ном от растворённых примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. К ним относятся: коагуляция, ионный обмен, обратный осмос и ультрафильтрация, кристаллизация, десорбция и другие,

Коагуляция. Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты под влиянием добавляемых к сточным водам специальных веществ-коагуляторов. Последние в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья улавливают коллоидные и взвешенные частицы и агрегируют их. Так как коллоидные частицы имеют слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

Флокуляция. Это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений – флокулянтов, позволяющих снизить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой; хлопьебразование и осаждение хлопьев (рис. 16.5).

Рис. 16.5. Схема установки для очистки вод коагуляцией:

1 - ёмкость для приготовления растворов; 2 - дозатор;

3 - смеситель; 4 - камера хлопьеобразования; 5 - отстойник

Флотация. Применяется для интенсификациии процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. Цель её – удаление из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, также для удаления растворённых веществ, например ПАВ (поверхностно-активных веществ). Выделения активного ила после биохимической очистки.

Различают: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др. Эффективность очистки 0,85...0,95.

Отстаивание. Осуществляется в отстойниках и маслоловушках с эффективностью очистки от 0,62 до 0,9.

Адсорбция– заключительный этап очистки от растворённых органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными.

В качестве сорбентов используют активированный уголь, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и т. п.), минеральные сорбенты-глины, силикагели, алюмогели и гидроксиды металлов.

Рис. 16.6. Схема установки напорной флотации:

1 - труба входа сточной воды; 2 - приёмный резервуар; 3 - всасывающая труба;

4 - труба входа сжатого воздуха; 5 - насос; 6 - сатуратор (смеситель воды и воздуха при давлении 30...50 Па); 7 - флотационная камера; 8 - сопла; 9 - пеносборник;
10 - труба выхода воды

Ионный обмен. Применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфата, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Дает высокую степень очистки. Выделяет металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей. Широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Ионный обмен есть процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе.

Экстракция. Очистка сточных вод экстракцией применяется при наличии в них фенолов, масел, органических кислот, ионов металлов и других.

Состоит из трёх стадий:

1) интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем);

2) разделение экстракта и рафината;

3) регенерация экстракта и рафината.

Рис. 16.7. Схема маслоловушки:

1 - входной патрубок; 2 - отстойная камера; 3 - маслосборник;

4 - цепной конвейер; 5 - выходной патрубок

Рис. 16.8. Схема непрерывной противоточной экстракции с регенерацией
экстрагента из экстракта и рафината:

1 - система удаления экстрагента из рафината; 2 - колонна;

3 - система удаления экстрагента из экстракта (экстракт = извлекаемое
вещество + экстрагент; рафинат = сточная вода + экстрагент)

Обратный осмос и ультрафильтрация. Это процессы фильтрования растворов через полунепроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление (осмотическое давление – избыточное давление со стороны раствора, препятствующее проникновению растворителя из менее концентрированного в более концентрированный раствор через разделяющую эти два раствора мембрану, непроницаемую для растворенных веществ).

От обычной фильтрации такие процессы отличаются отделением частиц меньших размеров.

Обратный осмос широко используется для обессоливания воды в системах водоподготовки ТЭЦ и предприятий различных отраслей промышленности (полупроводников, медикаментов) и городских сточных вод.

Простейшая установка состоит из насоса высокого давления и модуля (мембранного элемента), соединенных последовательно:

Концентрант

Рис. 16.9. Схема установки обратного осмоса:

1 - насос высокого давления; 2 - модуль обратного осмоса;
3 - мембрана; 4 - выпускной клапан

Десорбция летучих примесей применяется для улавливания летучих неорганических и органических примесей, сероводорода, диоксида серы, сероуглерода, аммиака, диоксида углерода и т.д. Летучий компонент диффундирует в газовую фазу при пропускании через сточную воду воздуха или другого инертного газа (азота, диоксида углерода ...).

Дезодорация – очищение дурнопахнущих сточных вод (амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды и т. п.) аэрацией, хлорированием, дистилляцией, озонированием и др.

Дегазация– удаление из сточных вод растворенных газов, усиливающих коррозию трубопроводов и аппаратуры, химическими, термическими аэрационными методами.