Десорбция летучих примесей.
Многие сточные воды загрязнены летучими неорганическими и органическими примесями, сероводородом, диоксидом серы, сероуглеродом, аммиаком, диоксидом углерода и др.
При пропускании воздуха или другого инертного малорастворимого в воде газа (азот, диоксид углерода, топочные дымовые газы и др.) через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу. Десорбция обусловлена более высоким парциальным давлением газа над раствором, чем в окружающем воздухе. Процесс десорбции веществ из сточных вод инертными газами может быть проведен в тарельчатых, насадочных и распылительных колоннах. Наиболее интенсивно для тарельчатых колонн он протекает в пенном режиме, а для насадочных — в режиме эмульгирования. Для проведения процесса могут быть использованы колонны с колпачковыми, ситчатыми, клапанными, провальными и другими тарелками.
Степень удаления летучих веществ из сточных вод увеличивается с ростом температуры газожидкостной смеси, коэффициента массоотдачи и поверхности контакта фаз. Десорбируемое из воды вещество направляют на адсорбцию или на каталитическое сжигание.
При небольших количествах отделяемого вещества и небольшой его стоимости, а также при условии трудного извлечения его из газовой фазы проводят каталитическое окисление. В этом случае воздух с парами извлекаемого вещества после колонны при температуре 280—350 °С пропускают через слой катализатора (пиролюзит, оксид хрома и др.). Большинство органических соединений в этом случае окисляется до СО2 и Н2О.
Дезодорация
В некоторых сточных водах содержатся меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды, для их очистки можно использовать различные способы: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку дымовыми газами, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление. При выборе метода необходимо учитывать его эффективность и экономическую целесообразность.
Наиболее эффективным считается метод аэрации, который заключается в продувании воздуха через сточную воду. Процесс проводят в аппаратах различной конструкции. На схеме представленной на рис. 30, удаление дурнопахнущих веществ проводят в тарельчатой колонне каскадного типа. Сточная вода растекается в виде пленок по тарелкам, на которых происходит ее контакт с воздухом. Затем воздух с выделенными веществами поступает в насадочную колонну, которая орошается раствором щелочи.
На некоторых предприятиях дурнопахнущие сточные воды очищают продувкой острым паром. В целлюлозной промышленности воды загрязнены серосодержащими соединениями, а кроме того, метанолом и скипидаром. Отдувка паром позволяет очищать воду и от этих веществ. Основным аппаратом для обработки сточных вод паром является колонна с колпачковыми или сетчатыми тарелками. Степень очистки от сероводорода и ме-тилмеркаптана приближается к 100%, от других веществ — к 90%. Расход пара на 1 м3 сточной воды составляет 60 кг; для уменьшения расхода пара сточную воду подогревают.
Промышленное применение имеет и хлорирование дурнопахнущих сточных вод. При этом происходит окисление хлором серосодержащих соединений.
Для удаления запахов из сточных вод могут быть использованы процессы озонирования и адсорбции. Однако более эффективно происходит очистка при одновременном введении в воду озона или диоксида хлора и фильтровании воды через слой активного угля.
Дегазация
Присутствие в сточных водах растворенных газов затрудняет очистку и использование сточных вод, усиливает коррозию трубопроводов и аппаратуры, придает воде неприятный завах. Растворенные газы из воды удаляют дегазацией, которую осуществляют химическими, термическими и десорбциокными (аэрационными) методами.
Для удаления из воды диоксида углерода используют методы аэрации, проводимые в пленочных, насадочных, барботажных и вакуумных дегазаторах. Пленочные дегазаторы — колонны с различного вида насадками, работающие в условиях противотока дегазируемой воды и воздуха, подаваемого вентилятором. Дегазаторы струйно-пленочного типа представляют собой градирни без принудительной подачи воздуха. Из дегазаторов барботажного типа наиболее эффективны пенные аппараты.
Вакуумные дегазаторы — насадочные колонны, работающие под вакуумом, в которых вода равномерно распределяется по поверхности насадки. Наиболее полная дегазация достигается при разбрызгивании в вакууме и одновременном подогреве воды (рис. 31). Воду нагревают паром в котле. Пар из змеевика попадает в теплообменник, где вода подогревается. Вакуум создают отсасыванием дегазованной воды насосом.
Выбор типа дегазатора зависит от производительности установки, концентрации удаляемого газа и необходимой степени дегазации. Для удаления СО2 при ее содержании в воде не более 150 мг/л и производительности до 150 м3/ч используют дегазаторы с хордовой насадкой. Плотность орошения насадки 40 м3/(м2-ч), удельный расход воздуха 20 м3/м3. При глубоком удалении газа применяют барботажные или пенные дегазаторы производительностью до 20 м3/ч.
При термической дегазации воды от растворенного диоксида углерода или кислорода пропускают пар через воду и нагревают ее до температуры кипения при внешнем давлении. В этом случае парциальное давление газа над водой снижается до нуля и растворимость его также падает до нуля. Вследствие нарушения равновесия в системе происходит выделение избыточных тазов из воды (физическая десорбция).
Для интенсивной дегазации необходимо, чтобы вода непрерывно контактировала с новыми порциями пара при большой поверхности контакта фаз в течение достаточного времени. Температура воды должна быть близка к температуре насыщенного пара при данном давлении. Процесс проводят в аппаратах, называемых деаэраторами. Они имеют разную конструкцию и работают под вакуумом, при атмосферном или повышенном давлении.
Аммиак из сточных вод удаляют продувкой водяным паром или воздухом. Скорость перехода газообразного аммиака из воды в атмосферу зависит от поверхностного натяжения на границе воздух — вода и от разности концентраций аммиака в воде и воздухе. Для осуществления процесса отдувки аммиака из воды повышают рН воды до значений 10,8—11,5 и создают большую поверхность контакта между воздухом или паром и водой.
Химические методы дегазации применяют при низкой концентрации газов в воде или в случае нецелесообразности ихиспользования, а также при условии, что продукты обработки не затрудняют дальнейшую очистку или использование воды. Методы связаны с проведением реакций, в результате которых происходит химическое связывание растворенных газов. Для удаления кислорода из воды, ее фильтруют через легкоокисляющиеся стальные стружки.