Химические методы (химическая (реагентная) очистка)

Методы очистки сточных вод

Методы очистки производственных сточных вод принято подразделять на механические, химические, биологические и физико-химические.

Рекомендуемые методы обезвреживания сточных вод.

Механическая очистка

Позволяет выделить из СВ до 90-95% нерастворенных минеральных и органических примесей (это мелкие минеральные приме­си, песок, нефтепродукты, жиры) и снизить уровень органических загрязнений до 20-25% по БПК (биохимической потребности в кислороде).

Как правило, механическая очистка является предварительным, реже — окончательным этапом для очистки производственных сточных вод.

Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод, как правило, рекомендуется применять не менее двух рабочих единиц основного технологического назначения - решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров.

Механическую очистку проводят для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различные решетки и сита.

Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую или меньшую плотность по отношению к плотности воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы, называются песколовками.

Сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих веществ жироловками, маслоуловителями, нефтеловушками и другие.

Отстойник является основным сооружением механической очистки сточных вод, используется для удаления оседающих или всплывающих грубодисперсных веществ.

Различают первичные отстойники, которые устанавливают перед сооружениями биологической или физико-химической очистки, и вторичные отстойники — для выделения активного ила или биотенки.

Фильтрование применяют для задержания более мелких частиц. В фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала или химических материалов, имеющих определенную пористость. При прохождении сточных вод через фильтрующий материал на его поверхности или в поровом пространстве задерживается выделенная из сточной воды взвесь.

Фильтры по виду фильтрующей среды делятся: на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные, зернистые ((кварцевый песок с размером зерен 1-2 мм, дробленый керамзит или антрацит) основными недостатками фильтров с зернистой загрузкой являются большой объем промывных вод, достигающий 20 % объема обрабатываемой воды, и большие площади для их размещения) и мембранные. Фильтрование через различные сетки и ткани обычно применяют для удаления грубо дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей воды можно осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают воду на молекулярном уровне. Эффективно очистка СВ от меха­нических примесей осуществляется на полимерных фильтрах, на фильтрах из металлокерамики, пористой нержавеющей стали, пористого титана.

Химические методы (химическая (реагентная) очистка)

Основными методами химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация и окисление. Химическую очистку можно применять самостоятельно перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или в городскую канализационную сеть. В ряде случаев химическая очистка целесообразна перед биологической очисткой. Химическую очистку применяют также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод для их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов.

Нейтрализацию осуществляют для приведения pН сточных вод к 6,5-8,5, то есть к реакции среды, близкой к нейтральной. Следовательно, нейтрализовать нужно сточные воды с рН менее 6,5, то есть имеющие кислую реакцию среды, и более 8,5, т. е. имеющие щелочную реакцию среды. При этом учитывают нейтрализационную способ­ность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственных сточных вод следует, что большую опасность пред­ставляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные.

Наиболее часто сточные воды загрязнены мине­ральными кислотами (серной H₂SO₄, азотной НNО₃, соляной HCl, а также их смесями). Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HNO₂, фосфор­ная Н₃РО₄, сернистая Н₂SО_З, сероводородная H₂S, плавиковая HF, хромовая Н₂СгО₄ кислоты, а также органические кислоты: уксусная СН₃СООН, салициловая С₆Н₄(ОН)СООН и др.

При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации:

- взаимную нейтрализацию кислых и щелочных СВ их смешением;

- нейтрализацию реагентами (растворами кислот, негашеной известью СаО, гашеной известью Са(ОН)₂, кальцинированной содой Nа₂СО_З, каустической содой NaOH, раствором аммиака NH₄OH);

- фильтрованием через нейтрализующие материалы (известь, известняк СаСО₃, доломит СаСО₃·MgCO₃, магнезит МgСО₃, обожженный магнезит MgO, мел СаСО₃).

Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислот, загрязняющих производственные СВ; расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию; наличия реагентов; местных условий и др.

Способ смешения кислых стоков с щелочными реко­мендуется всегда, поскольку в этом случае время реак­ции нейтрализации и образования осадка не регламен­тируется.

Нейтрализация раствором извести и известняка рекомендуется только при равномерной подаче сточ­ных вод, содержащих сильные кислоты. Фильтро­вание через слои известняка, доломита и мела реко­мендуется для сточных вод, содержащих соляную и азотную кислоты, а также серную кислоту при равномерной подаче сточных вод.

В последнее время предложен способ нейтрализа­ции щелочных сточных вод дымовыми газами, содер­жащими СО₂, SO₂, NO₂ и др. Это позволяет одновре­менно очищать и отходящие газы.

На рис. 1 показана схема вертикального доло­митового фильтра-нейтрализатора. В нем производится нейтрализация кислых сточных вод, содержащих HC1, H₂SO₄ или НNО₃, фильтрованием их через слой доло­мита. При этом протекают следующие реакции:

2НNО₃+ СаСО₃= Са(NО₃)₂+ Н₂О +CO₂;

2НNО₃ + МgСО₃= Mg(NО₃)₂ + H₂O + СО₂

После срабатывания доломита его выгружают из фильтра и заменяют свежим.

Процесс нейтрализации контролируют, регист­рируя рН среды на выходе из нейтрализатора, а си­стема автоматики обеспечивает стабильность работы фильтра.

Окисление применяют для обезвреживания произ­водственных сточных вод, содержащих токсичные при­меси (цианиды) или соединения, которые нецелесо­образно извлекать из СВ. При обез­вреживании производственных СВ в качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, техни­ческий кислород, кислород воздуха, реже применяют пероксид водорода, перманганат и бихромат калия.

Рис. 1. Вертикальный доло­митовый фильтр-нейтрализа­тор:

1- подача кислых сточных вод;

2 - приемная камера;

3 - доло­митовый фильтр;

4 - гравий;

5 - дренаж;

6 - выпуск нейтра­лизованных сточных вод

В зависимости от агрегатного состояния вводимых в воду хлора или хлорсодержащих реагентов опреде­ляют технологию обработки сточных вод. Если эту воду обрабатывают газообразным хлором или озоном, то процесс окисления проводят в окислительных колоннах или контактных камерах; если же окисли­тель находится в растворе, то его сначала подают в смеситель, а затем в контактный резервуар.

При окислении растворенные ядовитые вещества переводят в нетоксичные соединения. Возможен также перевод токсичных соединений в нетоксичный комплекс или в осадок с последующим удалением его из сточных вод отстаиванием или фильтрованием.

Вводимый в воду хлор гидролизуется с образо­ванием хлорноватистой и соляной кислот:

Cl₂+H₂O↔HOCl+ HCl.

Образовавшаяся хлорноватистая кислота частично диссоциирует на ион гипохлорита ОСl¯ и ион водо­рода Н⁺. В щелочной среде (рН=10-11) хлорноватистая кислота диссоциирована почти полностью, поэтому токсичные вещества в этих условиях окисля­ются более эффективно. Например, реакция между гипохлоритом и цианидами протекает быстро и полно:

CN¯ + OCl¯ → CNO¯ + Cl¯

Образующиеся цианаты гидролизуются:

CNO¯ +2Н⁺ + Н₂О → CO₂+NH₄⁺.

Более сильным окислителем, чем хлор, является озон. Он обладает способностью разрушать в водных растворах при нормальной температуре многие орга­нические вещества и примеси. По сравнению с хлором и другими окислителями озон имеет ряд преимуществ. Озон получают непосредственно на очистных сооруже­ниях в озонаторах, где он образуется при электри­ческом разряде в кислороде или воздухе между двумя электродами, к которым подведено напряжение 5­-25 кВ. Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из хорошо осушенного воздуха составляет 13­29 кВт·ч. Перспективность озонирования обусловлена также тем, что в этом случае не увеличивается солевой, состав очищаемых сточных вод, вода не загрязняется продуктами реакции, а сам процесс легко поддается полной автоматизации.

В процессе обработки сточных вод озон, подаваемый в контактную камеру (рис. 2) в виде озон-кислородной или озон-воздушной смеси, вступает в химические реакции с загрязняющими веществами. В качестве примера рассмотрим реакции окисления сероводорода и цианидов:

Рис. 2. Схема контактной камеры озонирования сточных вод:

1 – ввод сточных вод;

2,5 – камеры озонирования; 3 – ввод озона;

4 – металлокерамические распылительные трубы;

6– вывод сточных вод

Н₂S+О₃ → S+О₂+H₂O;

3H₂S +4О₃ → 3H₂SO₄;

CN¯ +О₃ → CNO¯ + О₂.

Реакции протекают одновременно, но при избытке озона преобладает вторая. Далее проте­кает реакция гидролиза, как показано выше (при окислении гипохлоритом), до образования безвредных продуктов.

Наряду с хлорированием и озонированием сточных вод применяют электрохимическое окисление, которое основано на электролизе производственных сточных вод. Электрохимическое окисление – сравнительно до­рогой метод обезвреживания сточных вод, поэтому его при меняют для очистки концентрированных органи­ческих и неорганических загрязнений при небольших расходах производственных сточных вод.