Химические способы очистки воды: в чем их преимущества?

Технологические циклы производства химических, металлургических, предприятий энергетики и оборонного комплекса используют, кроме основных материалов и сырья и обычную воду, играющую большую роль в технологии производства продукции. Большие объемы пресной воды, применяемые для приготовления растворов реагентов и в качестве вспомогательных операций охлаждения, имеют в своем составе просто огромное количество химических примесей и добавок, делающих такую воду опасной даже в виде промышленных стоков.

Проблему очистки таких вод, их использование в дальнейшем технологическом цикле или сброса в систему общей канализации сегодня вполне справляется оборудование химической очистки сточных вод, обеспечивающее не только подготовку воды к стандартам бытовых стоков, но и даже приводя очистку до норм очищенной пресной воды, пригодной для технического использования.

Основные методы химической очистки промышленных стоков

Химические методы проведения очистки промышленных стоков сегодня используются в основном для связывания и удаления из объема технической воды опасных химических элементов и приведения основных параметров таких стоков к нормам, позволяющим в дальнейшем провести обычную биологическую очистку.

Буквально в процессе такой очистки используются основные типы химических реакций:

• Нейтрализация опасных соединений и элементов;
• Окислительная реакция;
• Реакция восстановления химических элементов.

В технологическом цикле очистных сооружений промышленных предприятий химическая очистка применима:

• Для получения очищенной технической воды;
• Очистке стоков производства от химических соединений перед сбросом в канализацию для дальнейшей биологической очистки;
• Извлечения ценных химических элементов для дальнейшей переработки;
• При проведении доочистки воды в отстойниках для сброса в открытые водоемы.

Химическая очистка сточных вод перед выбросом стоков в канализацию общего назначения, позволяет существенно повысить безопасность и ускорить процесс биоочистки.

Экология СПРАВОЧНИК

Окисление этилбензола и кумола при соотношении термофилов и мезофилов 1 : 4 протекало в 40 раз медленней, чем окисление алканов и нафтенов (см. табл. 4.2), а окисление циклогексана и циклогексена в 100—125 раз медленней. Изменение ХПК и БПКполн сточных вод, содержащих ароматические углеводороды, окисление сульфидов до сульфатов, накопление углерода, а также биомассы бактерий в активном иле происходит в 1,5—2 раза медленнее. Эти особенности аэробного окисления сточных вод, содержащих арены, связывают со спецификой видового состава преобладающей физиологической группы микроорганизмов (Bacterium, Bacillus, Actinomyces, Micrococcus) [10]. При соотношении термофилов и мезофилов 1 : 8 темп окисления ароматических углеводородов еще более замедлился, что объясняют преобладанием в активном иле представителей рода Actinomyces [10, 13].[ …]

Сточные воды при производстве полиамидного волокна образуются на стадии его отделки. Основным загрязняющим веществом является капролактам, содержание которого в сточных водах достигает 300 мг/л, а БПК составляет 630-650 мг/л. Биохимическое окисление сточных вод данного производства проводят в аэротенках-смесителях, при этом органический азот капролактама окисляется до азота нитратов. Эффективность работы аэротенка по БПКполн. составляет 99,4%.[ …]

Степень окисления органических веществ зависит от температуры контактирования (рис. 29, а). Как видно из характера кривой, при температуре контактирования выше 165° С степень окисления возрастает, достигая 100% при температуре 300° С. Коэффициент избытка воздуха при окислении сточных вод производства поливинилхлорида и сополимеров установлен по ХПК. Полное окисление, как видно из рис. 29, б, достигается при количестве воздуха, в 4 раза большем по сравнению с теоретическим. Степень окисления, зависящую от объемной скорости, для сточных вод производства поливинилхлорида определяли при оптимальной температуре контактирования 300° С. Как видно из рис. 29, в, оптимальной скоростью можно считать 15—17 мг сточной воды в час на 1 .и3 катализатора.[ …]

В — скорость окисления сточных вод; для бытовых сточных вод при очистке их до БПК2о- равной 15 мг/л, и при температуре 15° величина В = 45 мг/л в час.[ …]

Большую роль в окислении сточных вод играет теипература, с увеличением которой существенно увеличивается глубина окисления.[ …]

При использовании для окисления сточных вод технического кислорода вместо сжатого воздуха допустимое содержание органических веществ может быть увеличено до 10%. Однако выбор кислорода или воздуха в качестве окислителя следует решать в каждом конкретном случае на основании сопоставления экономических показателей.[ …]

Испытана радиационная очистка (окисление) сточных вод, содержащих фенолы, красители, лигнин и другие органические вешества. При действии гамма-излучения кобальта с мощностью дозы (6, 8 -8) х 10 рад/ч на сточные воды производств сульфатной и сульфитной целлюлозы снижение ХПК составляло 50-80%, и одновременно наблюдалась нейтрализация стока: величина pH снижалась с 9 до 7.[ …]

Жидкофазное термокаталитическое окисление. Сточную воду после очистки методом вторичной конденсации рекомендуется [373, с. 45] доочищать путем жидкофазного окисления с использованием пиролюзита или регенерированных оксидов марганца (см. гл. 7).[ …]

Запатентован способ жидкофазного окисления сточных вод [17], который заключается в том, что сточные воды поступают в шшдао часть вертикально расположенной реакционной зоны, являющейся частью реакционного устройства (ТУ), куда одновременно подают кислород или кислородсодержащий газ. Количество кислородсодержащего газа рассчитывают таким образом, чтобы поступающий в реакционную зону кислород обеспечивал 90 -ное снижение ХПК в сточных водах. В реакционной зоне поддерживают температуру 1?7-315°С и давление 5,6-15,5 Ща. Перед поступлением в РУ сточные воды проходят через противоточный трубчатый теплообменник, где происходит повышение температуры до 150-250°С за счет тепла очищенных сточных вод, выходящих из РУ через этот же теплообменник. Процесс окисления может быть одно- или многостадийным.[ …]

Данные, полученные при жидкофазном окислении сточных вод 5зличных производств, приведены в табл. 7.1 [309, с. 86]. Как [дно, метод жидкофазного окисления является высокоэффектив-лм и может использоваться для обезвреживания сточных вод, грязненных различными веществами.[ …]

Как видно из таблицы 11, токсичность сточной воды практически не уменьшилась в результате окисления, лаже несмотря на значительное снижение содержания обшего органического углерода. Очевидно, что необходимость проведения химического окисления сточных вод должна быть определена экспериментально для каждого конкретного случая.[ …]

Практическое значение имеет вторая фаза окисления сточных вод, протекающая при участии микроорганизмов в присутствии растворенного в воде свободного кислорода, в результате которой сточная вода приобретает способность не загнивать.[ …]

Как известно, процесс химической очистки сточных вод, содержащих хромистые соединения (Сг6+), связан прежде .всего с восстановлением Сг6+ до Сг3+. Так как эта реакция протекает в очень кислой среде (рН=2-т—т-3), то перед ее проведением необходимо проводить соответствующее окисление сточных вод.[ …]

Успешным является проведение химического окисления сточных вод пероксидом водорода в присутствии катализатора. Результаты этой обработки двух сточных вод с различным содержанием загрязняющих веществ приведены в таблице 11.[ …]

Принимаем удельную скорость биохимического окисления сточных вод по табл. 5.4: для первой группы Ри =6,6 мг/ г-ч); для второй группы ри = 15 мг/ г ■ ч).[ …]

При использовании метода парофазного каталитического окисления сточные воды, загрязненные летучими органическими веществами, подают в выпарной аппарат, где при / 300 °С образуются пары воды и органических веществ. Эти пары вместе с горячим воздухом подают в выпарной аппарат, загруженный катализатором (медно-хро-мовым, цинк-хромовым и др.), в котором происходит процесс гетерогенного каталитического окисления кислородом воздуха органических паров. Степень обезвреживания достигает 99,8 %. Разработаны установки для обработки больших объемов сточных вод. К недостаткам метода следует отнести возможность отравления катализаторов соединениями фосфора, фтора и серы. Во избежание этого их необходимо предварительно удалять из сточных вод.[ …]

На Тамбовском заводе осваивается схема предварительного окисления сточных вод воздухом на насадке из Чиатурского пиролюзита в кислой среде, что значительно снижает растворимость ряда органических соединений (аминов, фенолов), улучшает их сорбцию и снижает расход активного угля. Следует отметить, что в кислой среде катализатор (перекись марганца) практически не отравляется.[ …]

Происходящие одновременно процесс потребления кислорода при окислении сточных вод, постепенно затухающий по мере минерализации органических веществ, и процесс реаэрации кислорода из воздуха создают определенные условия для существования в водоеме особого кислородного режима. Он характеризуется так называемой «кривой кислородного прогиба», показанной на рис. 173.[ …]

Существуют разные параметры, характеризующие степень загрязнения вод, в том числе: химическая потребность в кислороде (ХПК) — количество кислорода необходимое для полного химического окисления сточных вод, т. е. количество кислорода, необходимое для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде. Биологическая потребность в кислороде (БПК) — количество кислорода, необходимое для полного биологического окисления загрязнений, содержащихся в сточных водах, показатель загрязнения вод.[ …]

Начиная с концентрации 1,0 мг/л, никель снижает эффективность биологической очистки сточных вод, ослабляет интенсивность процессов нитрификации активного ила, значительно снижает аэробное окисление сточных вод на биологических фильтрах; при концентрации 2,0 мг/л никель оказывает токсическое действие на микрофлору метантенков и тормозит сбраживание осадка.[ …]

Режим измерения скорости потребления кислорода подбирают таким образом, чтобы процесс окисления сточной воды происходил при недостатке органических загрязнений. В таком режиме измерения, соответствующем начальному участку кривой, описываемой уравнением типа Моно, наблюдается близкая к линейной зависимость между ВПК и скоростью потребления кислорода. Значения коэффициентов в этой зависимости сохраняются лишь при неизменных характеристиках активного ила и сточной воды. Однако в реальных условиях биологической очистки изменяются и состав, и концентрация органических загрязнений сточных вод, не остаются постоянными и свойства активного ила. По этим причинам нельзя получить воспроизводимые результаты при определении ВПК по скорости потребления кислорода только измерениями в исследуемой воде.[ …]

Большой интерес проявляется к разработке и применению гетерогенных каталитических систем для окисления сточных вод пероксидом водорода.[ …]

Флокулянты с порошкообразными добавками используют при высокоградиентной магнитной сепарации природных и сточных вод после добавления магнетита, при каталитическом окислении сточных вод на поверхности сорбента — катализатора, при дезодорации и обесцвечивании природных вод активным углем, а также при обработке воды глинистыми минералами с целью извлечения радиоактивных загрязнений и других примесей [117].[ …]

В те же годы на основании лабораторных исследований ГИАП [15J была спроектирована промышленная установка (мощностью 2 м3/ч) по окислению сточных вод от производства капролактама на Лисичанском химическом комбинате. Построенная в 1962 г. установка в течение всего срока ее эксплуатации на стоках одного из химических производств комбината давала хорошие результаты.[ …]

Впервые термин «активный ил» был введен в 1914 г. В журнале «Society of the Chemical Industry» была опубликована статья, в которой сообщалось о результатах экспериментов по очистке сточных вод без применения фильтров. Авторы статьи выполнили серию опытов на предприятиях по обработке сточных вод в г. Манчестере и предложили новый способ очистки, который позволял сократить время, необходимое для окисления сточных вод, до нескольких часов. Суть способа состояла в том, что сточные воды смешивались с илом, образовавшимся в результате предварительного окисления вод. Этот способ и получил название «обработка активным илом».[ …]

Благоприятное влияние на развитие микроорганизмов оказывают азот и фосфор. Эти два компонента являются необходимыми для нормального развития биомассы. Недостаток этих веществ в воде приводит к резкому (снижению физиологической активности микроорганизмов и интенсивности окисления сточных вод. Потребление биогенных веществ зависит от прироста биомассы, которая в свою очередь зависит от класса окисляемого вещества, вида микроорганизмов, фазы их развития и других факторов.[ …]

Разность между ХПК и БПК характеризует наличие примесей, не окисляющихся биохимическим путем, и количество органических веществ, идущих на построение клеток микроорганизмов. Для бытовых сточных вод БПКполн составляет 85—90% от ХПК- По соотношению БПКполн/ХПК можно судить о возможности применения определенного метода очистки сточных вод. Если соотношение БПК/ ХПК>0,5, то это указывает на возможность применения биохимической очистки сточной воды; при соотношении БПК/ХПК[ …]

С физико-химических позиций активный ил представляет собой структурированную коллоидную систему, обладающую высокой сорбционной способностью. Активный ил представляет собой среду обитания многих микроорганизмов воды и почвы, образующих сложный биоценоз. Он получается при длительной аэрации биологической пленки биофильтров или бытовых сточных вод. Состав активного ила определяется природой органических примесей и поэтому может изменяться качественно и количественно. Так, при окислении фенолсодержащих сточных вод в биоценозе активного ила преобладают псевдомонады (Pseudomonas) при общем количестве видов микроорганизмов 48 и плотности бактериального населения 550 млн. клеток в 1 мл. А при окислении сточных вод, содержащих анионные ПАВ (алкилсульфонаты), развиваются только десять видов со значительным преобладанием микобактерий при общем количестве микроорганизмов 500 ООО в 1 мл.[ …]

Однако без добавки питательных веществ процесс биологического разложения протекает далеко не полностью, чем собственно н объясняется ограниченный успех, которого добился Боде [5] в своих опытах. Он предложил проводить окисление сточных вод в очистных прудах с большой поверхностью воды и небольшой глубиной, как это имеет место при переработке сточных вод спиртовых заводов и т.д. [11].[ …]

Изменение скорости потребления кислорода по длине аэротенка для каждой из модификаций и соответствующее изменение концентрации растворенного кислорода (при известном распределении интенсивности аэрации) могут быть выявлены расчетом (при известном законе и скорости окисления сточной воды и известной гидродинамической модели потоков) или экспериментально (на основе усреднения профилей концентрации растворенного кислорода, измеренных в разных аэротенках).[ …]

Нейтрализация промышленных стоков

Большинство промышленных предприятий использующих химическую очистку промышленных стоков наиболее часто используют в своих очистных сооружениях и комплексах средства нейтрализации кислотных и щелочных показателей воды до приемлемых для дальнейшей обработке уровня кислотности 6,5– 8,5 (рН). Снижение или наоборот, повышение уровня кислотности стоков позволяет в дальнейшем использовать жидкость для технологических процессов поскольку такой показатель уже не является опасным для человека.

Доведенная до такого показателя воды может быть использована для технологических нужд предприятий, на вспомогательных производствах или для дальнейшей очистки с применением биологических средств.

Важно, что нормализация химическим путем воды проводимая на предприятиях эффективно обеспечивала нейтрализацию кислот и щелочей, растворенных в стоках, и не допускала их попадание в грунт и водоносные слои.

Превышение количества показателей кислот и щелочей в сбрасываемых отходах ведет к ускорению старения оборудования, коррозии металла трубопроводов и запорной арматуры, растрескиванию и разрушению железобетонных конструкций фильтровальных и очистительных станций.

В дальнейшем для нормализации кислотно-щелочного баланса отходов в отстойниках, резервуарах и на полях фильтрации необходимо больше времени на проведение биологической очистки на 25-50% времени больше чем нейтрализованных стоков.

Промышленные технологии нейтрализации жидких отходов

Проведение мероприятий химической очистки жидких отходов методом нейтрализации связана с выравниванием необходимого показателя уровня кислотности определенного объема сточных вод. Основными технологическими процессами, задействованными в нейтрализации, выступают:

• определение уровня загрязнений химическими соединениями стоков;
• расчет дозировки химических реагентов, необходимых для нейтрализации;
• осветление воды до необходимого уровня норм для жидких отходов.

Подбор оборудования средств очистки, его расположение, подключение и работа зависит, прежде всего, от уровня загрязнения и необходимых объемов очистки сбросов.

В отдельных случаях для этого достаточно мобильных установок химической очистки, обеспечивающих очистку и нейтрализацию относительно небольшого количества жидкости из накопителя предприятия. А в отдельных случаях требуется применение постояннодействующей установки химической очистки и нейтрализации.

Основным видом технологического оборудования для таких станций выступает установки проточной очистки или контактного типа. Обе установки позволяют обеспечить:

• контроль уровня загрязнения;
• возможность использования в технологии схемы взаимной нейтрализации кислотного и щелочного компонентов;
• возможность использования естественного процесса нейтрализации в технологических водоемах.

Технологические схемы химической очистки методом нейтрализации должны обеспечивать возможность изъятия или удаления из резервуаров очистки твердых, нерастворимых частиц осадка.

Вторым важным моментом работы очистительных установок выступает возможность своевременной корректировки необходимого количества и концентрации реагентов для реакции, в зависимости от уровня загрязнения.

Обычно в технологическом цикле применяется оборудование, имеющее несколько накопительных резервуаров, позволяющих обеспечить своевременный прием, хранение, смешивание и сброс стоков, доведенных до необходимой кондиции.

Как нейтрализовать стоки

Нейтрализация стоков способствует нормализации водородного показателя. Такой химический состав воды неопасен для человека и природы. Её можно использовать повторно для различных нужд.

Процесс нейтрализации основан на применение реагентов, которые используются с учетом концентрации и составных элементов кислой среды. Специалисты выделяют 3 вида стоков с кислотами:

• преобладание слабых кислот;
• наличие сильных кислот;
• преобладание серной и сернистой кислоты.

Нейтрализация вод с серной кислотой зависит от используемого реагента. Процесс протекает по разным уровням. Если использовать известковое молоко, тогда в остаток выпадет гипс. Он будет оседать на стенках труб.

Чтобы нейтрализовать щелочные воды, применяют кислоты или кислые газы. С помощью последней технологии осуществляется одновременная нейтрализация стоков и очистка от вредных компонентов газов. Чтобы рассчитать количество необходимого кислого газа, определяется уровень массотдачи. Подобная технология считается ресурсосберегающей, так как она ликвидирует сброс стоков, сокращая потребление свежей воды, экономя тепловую энергию на её подогрев.

При разработке технологической схемы по нейтрализации сточных вод учитывается:

• возможная одновременная нейтрализации поступающих со стоками щелочей и кислот;
• наличие щелочного резерва;
• природная нейтрализация водоемов.

Для реализации рассматриваемого процесса используется специальное оборудование. Нейтрализация осуществляется в накопителе, отстойнике либо осветителе. Выбор оборудования зависит от климатических условий, длительности хранения стоков.

Для реализации нейтрализации в стоки добавляют разные химикаты, которые вступаю в реакцию с кислотами или щелочами образуют взвесь. Она выпадает в осадок. Её объем определяется по следующим показателям:

• количество металлов, ионов кислот в исходной воде;
• количество и вод применяемого реагента;
• используемый уровень осветления.

Химическая нейтрализация стоков смешиванием кислотной и щелочной составляющих

Использование метода нейтрализации стоков путем смешивания кислотных и щелочных составляющих позволяет, проводить контролируемую реакцию нейтрализации без использования дополнительных реагентов и химикатов. Контроль количества сбрасываемых сточных вод кислотного и щелочного составов позволяет своевременно проводить операции по аккумулированию обеих составляющих и дозирование при смешивании. Обычно для непрерывной работы очистных сооружений такого вида используется суточный объем сбросов. Каждый из видов отходов проверяется и в случае необходимости доводится до необходимой концентрации путем добавления объема воды или определения объема пропорции для реакции очистки. Непосредственно на установке очистки это проводится в накопительных и регулирующих резервуарах станции. Использование данного метода требует правильного химического анализа составляющих кислотной и щелочной составляющей, проведение залповой или многоступенчатой реакции нейтрализации. Для небольших предприятий использование такого метода может быть проведено как в локальных очистительных сооружениях цеха или участка, так и при помощи очистных предприятия в целом.

Очистка при помощи добавления реагентов

Метод очистки жидких отходов реагентами применяется в основном для очистки вод содержащих большое количество загрязнений одного вида, когда нормальное соотношение щелочной и кислотной составляющей в воде значительно в одну из сторон.

Чаще всего это необходимо когда загрязнение имеет ярко выраженный вид и очистка методом смешивания результатов не дает или же попросту из-за повышенной концентрации нерациональна. Единственным и наиболее надежным методом нейтрализации в таком случае выступает метод добавления реагентов – химикатов, вступающих в химическую реакцию.

В современных технологиях такой метод чаще всего используется для кислых сточных вод. Самым простым и эффективным методом нейтрализации кислоты обычно выступает использование местных химикатов и материалов. Простота и эффективность метода заключается в том, что отходы, например, доменного производства отлично нейтрализуют загрязнение серной кислотой, а шлак с тепловых электростанций и централей часто используется для добавления в резервуары с кислотными сбросами.

Использование местных материалов позволяет значительно удешевить процесс очистки, ведь шлак, мел, известняк, доломитовые породы отлично нейтрализуют большое количество сильнозагрязненных стоков.

Отходы доменного производства и шлак с тепловых электростанций и централей не требует дополнительной подготовки, кроме измельчения, пористая структура и наличие в составе многих соединений кальция, кремния и магния позволяют применять материалы без предварительной обработки.

Мел, известняк и доломит, используемые в качестве реагентов, в обязательном порядке проходят подготовку и измельчение. Кроме того, для очистки в некоторых технологических циклах используется подготовка жидких реагентов, например, с использованием извести и аммиачного раствора воды. В дальнейшем, аммиачная составляющая отлично помогает при процессе биологической очистки воды.

Применение реагентов

Нейтрализация реагентами применяется, если в стоках нарушен баланс между кислотой и щелочью. В таких случаях исключается возможность реализации рассматриваемого процесса путем смешивания вод. Чтобы решить проблему, в стоки добавляют недостающие химикаты. Чаще такая технология применяется при наличии кислых вод.

Их нейтрализация основана на применении отходов от различных производств (шлам, который образуется после химической очистке на ТЭЦ). При наличии серной кислоты используются шлаки сталеплавильного производства.

Эффективность такой технологии основана на наличии в них большого количества соединений оксида магния и кальция. При этом учитываются следующие данные:

• количество кальциевых солей, присущих в воде и способных хорошо растворяться;
• количество кальциевых солей, плохо растворимых водой.

Известь вводится в стоки в виде молока либо сухого порошка. Самым экономичным вариантом считается применения извести-пушонки. Если необходимо обработать до 200 куб.м. воды, тогда применяют соду.

Метод окисления сточных вод

Метод окисления сточных вод дает возможность получать безопасные по своим характеристикам токсичности сточных вод в опасных химических производствах. Чаще всего окисление используется для получения стоков, которые не требуют дальнейшего извлечения твердых частиц, и могут быть сброшены в общую систему канализации. В качестве добавок используются окислители на основе хлора, это сегодня самый популярный материал для очистки.

Материалы на основе хлора, натрия и кальция озон и пероксид водорода используются в многоступенчатой технологии очистки стоков, при которой каждый новый этап позволяет значительно снижать токсичность, связывая опасные токсические вещества в нерастворимые соединения.

Установки окисления, имеющие многоступенчатые системы очистки делают этот процесс относительно безопасным, но применение таких токсичных окислителей, как хлор постепенно вытесняется более безопасными, но не менее эффективными методами окисления стоков.

Определение БПК и ХПК

БПК или биохимическое потребление кислорода определяет величину кислорода, которая потребуется аэробным микроорганизмам на разложение легко окисляемой органики. Данный процесс можно описать как окисление органики биологическим путем, завершающийся образованием диоксида углерода и воды. На практике чаще всего пользуются значениями БПК5 и БПКполн, которые выражаются количеством О2 в мг на л.

ХПК (химическое потребление кислорода) характеризует обобщенную величину кислорода, требующуюся для окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах, химическим путем. Иначе говоря, позволяет определить необходимое количество кислорода, которое потребуется для превращения органического углерода в углекислый газ, азотсодержащих веществ в аммиак, а серосодержащих веществ в сернистый ангидрид.