Химические и физико-химические методы очистки сточных вод на производстве

Химические и физико-химические методы очистки применяются как самостоятельно, так и в сочетании с механическими и биологическими методами очистки. К основным методам химической очистки относятся нейтрализация и окисление; к физико-химическим — коагуляция, сорбция, флотация, экстракция, ионный обмен, диализ и др.

Нейтрализацию применяют для обработки производственных сточных вод многих отраслей промышленности, содержащих щелочи и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из этих вод. Нейтрализация сточных вод осуществляется с целью предупреждения коррозии металлов водопроводящих сетей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах.

На практике применяют следующие способы нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь, гашеная известь, кальцинированная сода, аммиак и др.), фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, магнезит, мел и др.) Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислот, загрязняющих сточные воды; расхода и режима поступления сточных вод на нейтрализацию; наличия реагентов; местных условий. На рисунке представлена принципиальная схема станции реагентной нейтрализации.

Окислительный метод очистки применяют для обеззараживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи гальванических покрытий); горнодобывающей (обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд); нефтехимической, целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях промышленности.

В качестве окислителей используют хлор, гипохлорид кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

Коагуляцию (образование частиц в растворе) широко применяют для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности. Для коагуляции используют соли алюминия, железа, магния, шламовые отходы и отработанные растворы, а также различные виды флокулянтов.

Производственные сточные воды после сооружений механической очистки представляют агрегативно-устойчивую систему. При введении в такую сточную воду коагулянтов или коагулянтов совместно с флокулянтами агрегативная устойчивость нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц (хлопья), которые затем удаляются механическими методами. В состав очистной станции при использовании данного способа входят реагентное хозяйство (склады для хранения коагулянтов и флокулянтов, растворные и расходные баки, дозаторы); смесители; камеры хлопьеобразования; отстойники; сооружения по обработке осадка. Эффективность очистки может достигать 90—95 %.

На практике находит применение и метод электро-химического коагулирования с использованием электродов, изготовленных из железа или сплавов алюминия. Металл анода под действием постоянного тока ионизируется и переходит в сточную воду, частицы загрязнений коагулируются образовавшимися труднорастворимыми гидрооксидами алюминия или железа.

Сорбция (поглощение вещества из раствора) — один из наиболее эффективных методов очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий химической, нефтехимической и других отраслей промышленности. Обеспечивающие высокую эффективность очистки сорбционные методы целесообразно применять для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использованием очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активные угли разных марок.

Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы сорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими, устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно сорбента (фильтры, аппараты с псевдоожиженном слоем).

Флотация (всплывание загрязненных частиц) служит для очистки производственных сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, нефть, нефтепродукты, жиры, масла, волокнистые частицы. Процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фаз, всплывании вредных компонентов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удалении образовавшегося пенного слоя.

По методу насыщения жидкости пузырьками воздуха различают следующие способы флотации: с выделением воздуха из раствора (вакуумные и напорные установки); с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные, пневматические установки); с подачей воздуха через пористые материалы; электрофлотация.

Применение того или иного способа флотации зависит от состава сточных вод, необходимой степени очистки и обосновывается технико-экономическими расчетами.

Наиболее широко применяют напорную флотацию, позволяющую обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией до 4—5 г/л и более.

При использовании напорной флотации сточные воды насосом подаются в напорный бак. На всасывающем трубопроводе имеется патрубок для подсоса воздуха. Из напорного бака насыщенная воздухом вода поступает в флотационную камеру, где выделяющиеся из сточной воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмами для сгребания пены в пеносборники. Продолжительность флотации 15—30 мин, глубина камеры не менее 3 м. Пропускная способность флотаторов до 1000 м3/ч.

При механическом диспергировании воздуха за счет перемещения воздушной струи в воде создается интенсивное вихревое движение, под воздействием которого воздушная струя распадается на отдельные пузырьки.

При электрофлотационной обработке флотационный эффект создается за счет выделения пузырьков водорода на катоде и кислорода на аноде в процессе электролиза воды. Если применяют растворимые электроды, флотационный процесс дополняется коагуляционным, что повышает общий эффект очистки.