ГИДРОСФЕРА

Физико-химические методы очистки

 

Для обессоливания воды используют дистилляторы мощностью от 15 до 40 тыс. м³/сут. Основной их недостаток – большой расход энергии. Весьма перспективными для удаления неорганических примесей из водных растворов являются установки вымораживания, а также электродиализа и обратного осмоса. Электродиализ основан на направленном переносе ионов диссоциированных солей в поле постоянного тока через селективные мембраны из натуральных или синтетических материалов. Метод позволяет разделять не только сточные воды на обессоленную чистую воду и концентрированный раствор солей, но и раствор солей на кислоты, щелочи и другие вещества, образующиеся в результате электролиза. Мощность установок, как правило, составляет 150–250 м³/сут, но выпускают и аппараты производительностью 20 и даже 400 м³/сут.

Установки обратного осмоса (гиперфильтрации) просты в изготовлении, монтаже и эксплуатации, имеют малые габариты и, соответственно, малы энергозатраты. Гиперфильтрация – это процесс разделения водных растворов их фильтрацией через полупроницаемые мембраны под давлением много выше осмотического.

Ионообменные аппараты используются для получения высоко-чистой воды для электронной, химической и других отраслей промышленности, а также для АЭС и ТЭС с паровыми котлами высокого, сверхвысокого и критического давления. Основной их недостаток – большой расход воды на регенерацию ионообменных фильтров (до 60 % от номинальной производительности), а также необходимость предварительной очистки от органических веществ.

Адсорберы применяются для адсорбционной очистки воды от токсичных веществ. Адсорбентом может быть, например, активированный уголь. Установка работает в непрерывном режиме. Основная часть установки – реактор кипящего слоя в котором происходит адсорбция токсичных и взвешенных веществ на адсорбенте. В качестве адсорбента можно использовать и твердые восстановители. Производительность реактора 3600 м³/ч, диаметр входной ступени около 2,3 м; диаметр разделительной ступени около 5 м. Очищенная вода поступает на водоснабжение, насыщенный адсорбент – на регенерацию. В процессе можно использовать растворимые в воде восстановители.

Коагуляционные установки представляют собой отстойники, в которые подается (дозируется) коагулянт или флокулянт. В качестве коагулянтов используют гидраты солей: сульфаты или хлориды алюминия, железа, магния, а также известь. Флокулянты, как правило, высокомолекулярные органические вещества неионогенного или ионогенного характера. Неионогенные – полимеры, содержащие окси- и/или кетогруппы (крахмал, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и др.) Анионные флокулянты содержат кислотные функциональные группы или их натриевые (калиевые) соли, например, активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и др. Катионные флокулянты содержат аминогруппы (полиэтиленамин, сополимеры винилпиридина и др.) Амфотерные флокулянты – это полимеры, в молекулах которых одновременно содержатся анионные и катионные группы, например, белки, полиакриламид и др. Широко применяются электрокоагуляторы. Компактность установок, отсутствие реагентного и складского хозяйства, простота обслуживания являются достоинством метода электрохимической коагуляции. Однако энергетические затраты, расход металла электродов, а также нагревание обрабатываемой воды ограничивают применение этого метода очистки сточных вод. Сточная вода, содержащая эмульгированные частицы загрязнений (нефть, жиры, нефтепродукты), поступает в электрокоагулятор и пропускается через систему плоских электродов, установленных на расстоянии 10 мм друг от друга. Концентрация жира и взвешенных веществ на входе составляет 0,3–7,5 и 0,5–8,0 мг/л, соответственно. Напряжение на электролизере 10–18 В, плотность постоянного тока на электродах составляют 0,6 А/дм². Пропускная способность электрокоагулятора около 3 м³/ч на 1 м² электродов одного полюса, время обработки стока в межэлектродном пространстве 15–30 с.

Флотационные установки могут состоять из одной или двух камер. В однокамерных установках в одном и том же отделении происходит одновременно насыщение стоков пузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. Двухкамерная установка состоит из приемного и отстойного отделений. В первом происходит образование пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек – частица», а во втором – всплывание пены (шлама) и осветление воды. По принципу насыщения жидкости пузырьками воздуха определенной крупности и способу их образования флотационные установки классифицируют:

1) вакуумные, напорные, эрлифтные, в которых происходит флотация с выделением воздуха из раствора;

2) импеллерные, безнапорные и пневматические, в которых используют механическое диспергирование воздуха;

3) с подачей воздуха через пористые материалы;

4) электрофлотационные;

5) установки биологической и химической флотации.

Экстракция целесообразна при концентрации органических загрязнений не менее 2 г/л. При этом возникает проблема утилизации экстрагента.

Термоокислительные методы обезвреживания сточных вод подразделяют на парофазное, жидкофазное и парофазное каталитическое окисление. Печи для сжигания сточных вод требуют больших энергетических затрат для полного окисления органических загрязнений, содержащихся в сточных водах. При неполном окислении возможно образование диоксинов.

Магнитная обработка стоков находит применение в системах оборотного водоснабжения для предупреждения образования накипи в теплообменных аппаратах.

Озонаторы и хлораторы используют как для окисления органических загрязнений, содержащихся в стоках, так и для их обеззараживания. В присутствии хлоридов натрия иногда целесообразно использовать для этих целей электролизеры различных типов.

Для очистки сточных вод в промышленных условиях разработан комплекс (модули) очистных аппаратов полного заводского изготовления: механизированные решетки, первичные отстойники, аэрируемые жироловки, флотаторы, сатураторы, комбинированные установки реагентной флотоседиментации, напорные патронные фильтры, уплотнители-декантаторы шламов и отходов, водо-воздушные эжекторы, специальные игольчатые вентили, комплекс оборудования и устройств по хранению, приготовлению и дозированию растворов реагентов, обратноосмотические (мембранные) установки различной производительности и т.д. Работу очистных комплексов обеспечивают по заданному алгоритму средства автоматизации в соответствии с данными контрольно-измерительных приборов и требованиями оптимальных технологических режимов.

Для интенсификации очистки сточных вод используют дисковые вращающиеся биофильтры, флотационные установки, гальвано–коагуляторы, гиперфильтрационные установки и др. Эффективность работы аппаратов очистки сточных вод зависит от природы и концентрации загрязнений, а также конструктивных особенностей аппаратов.

 

Таблица. Эффективность работы очистного оборудования