Комарова Л.Ф., Кормина Л.А. Инженерные методы защиты окружающей среды. Техника защиты атмосферы и гидросферы от промышленных загрязнений

Подождите немного. Документ загружается.

241

нижний слой составляет 80 % суммарной скорости. Недостаток фильт-

ров АКХ - более сложная конструкция и управление их работой.

Работа контактных осветлителей и контактных фильтров ос-

нована на использовании явления контактной коагуляции. На поверх-

ности зерен загрузки при движении воды, обработанной коагулянтом,

снизу вверх сорбируются коллоидные и взвешенные частицы. Кон-

тактные осветлители являются своеобразной

разновидностью скорых

безнапорных фильтров, работающих по принципу пропускания воды с

добавлением коагулянта в направлении убывания крупности зерен в

слое. Объем сооружений очистки воды с применением контактных ос-

ветлителей уменьшается в 4-5 раз по сравнению с объемом сооруже-

ний обычного типа, т.к. перед контактными осветлителями не устраи-

вают отстойников.

В них

на 15-20 % уменьшается расход коагулянта. В контактных

фильтрах (рис.12.24), работающих по принципу контактной коагуля-

ции, вода с добавленными к ней реагентами (в отличие от контактных

осветлителей) фильтруется через зернистые слои загрузки сверху вниз.

По конструкции контактные осветлители и контактные фильтры

аналогичны скорым безнапорным фильтрам.

Из других конструкций фильтров можно отметить магнитные,

акустические

, намывные и фильтры с плавающей загрузкой.

Магнитные фильтры (сепараторы) применяются для удаления

из жидкостей мелких ферромагнитных частиц размером 0,5-5 мкм при

их содержании более 25 %. Они могут быть снабжены постоянным

магнитом или электромагнитом. При прохождении ламинарным пото-

ком через магнитное поле ферромагнитные частицы намагничиваются

и образуют агломераты. Направление потока должно совпадать с

на-

правлением магнитного поля. Широкое распространение нашли маг-

нитные сепараторы, которые имеют эффективность очистки 80-90 %

при производительности до 60 м

/ч. Фильтрующий элемент представ-

ляет собой ферромагнитную зернистую загрузку крупностью 1-3 мм.

Фильтрование очищаемой сточной воды производят при наложении

магнитного поля, промывку - без его применения.

Акустические сетчатые фильтры применяют для предвари-

тельного осветления вод, содержащих высокодисперсные глинистые

взвеси. Эффект осветления достигает 60 % при содержании взвесей в

исходной воде до 6000 мг/л. В

результате упругих колебаний звукового

диапазона частот электромагнитным вибратором в акустических

фильтрах происходит непрерывная регенерация фильтруюшего эле-

мента. Электромагнитный вибратор располагается на крышке акусти-

ческого фильтра, представляющего собой круглый металлический ре-

242

зервуар (рис.12.25). Фильтрующий элемент выполняется в виде перфо-

рированного стакана из нержавеющей стали с расположенными в шах-

матном порядке отверстиями диаметром 4-5 мм, обтянутого микросет-

кой с размерами ячеек 100-125 мкм.

Намывные фильтры представляют собой открытые, напорные

или вакуумные резервуары, внутри которых находятся плоские или

цилиндрические фильтрующие элементы с размером ячеек 100-

150 мкм (

пористые керамические, сетчатые, каркасно-навитые), на ко-

торые предварительно намывают специальные фильтрующие порошки.

В качестве последних применяют диатомит, целлюлозу, бентонит,

опилки и другие материалы с размером частичек 50-70 мкм. Наиболее

широко используют диатомит и перлит, получаемые дроблением поро-

ды вулканического происхождения с последующим обжигом.

Намывные фильтры применяют для очистки небольших объемов

воды

, если ее мутность не превышает 40 мг/л. При достижении потери

напора 15-20 м фильтр промывают обратным током воды.

Для удаления нефтепродуктов и других эмульгированных ве-

ществ применяются фильтры с плавающей загрузкой (ФЗП) из раз-

личных полимерных материалов (рис.12.26). Хорошие результаты по-

лучены при использовании пенополистирола различных марок, пено-

243

полиуретана, гранул керамзита, котельных и металлургических шла-

ков. Такие материалы обладают высокой пористостью, механической и

химической прочностью и большой поглотительной способностью.

Высота слоя загрузки 1,2-2,0 м, скорость фильтрования от 0,6-2 м/ч до

20-25 м/ч.

Разработаны различные конструкции напорных, самотечных и

контактных ФЗП, они могут встраиваться в первичные и вторичные

отстойники. Регенерация

фильтрующего материала может произво-

диться интенсивной водовоздушной промывкой или механическим от-

жимом.

12.4.

ЕНТРИФУГИРОВАНИЕ

12.4.1. Гидроциклоны

Интенсификацию процессов осаждения взвешенных частиц из

сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных и цен-

тростремительных сил в гидроциклонах и центрифугах.

Используют низконапорные (открытые) и напорные (закрытые)

гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осаждения

твердых примесей, а открытые - для удаления осаждающихся и всплы-

вающих примесей. Гидроциклоны просты по устройству,

компактны,

легко обслуживаются, имеют высокую производительность, невысо-

кую стоимость.

Вращательное движение жидкости в гидроциклоне, приводящее к

сепарации частиц, обеспечивается тангенциальным подводом воды к

цилиндрическому корпусу. Вращение потока способствует агломера-

ции частиц и увеличению их гидравлической крупности. При высоких

скоростях вращения центробежные силы значительно больше сил тя-

жести. Скорость движения частицы в

жидкости зависит от ее диаметра,

разности плотностей фаз, вязкости и плотности сточной воды, ускоре-

ния центробежного поля.

При больших значениях скоростей и малых радиусах гидроци-

клонов сила, действующая на частицу взвеси во вращающейся жидко-

сти, будет значительно превосходить скорость их свободного осажде-

ния:

244

Рис.12.27. Схема

напорного гидроциклона

1 - цилиндрическая часть;

2 - отвод воды;

3 - впуск воды;

4 - коническая часть;

5 - отвод шлама

где К - фактор разделения, показывающий, во сколько раз центробежные силы

больше сил тяжести; V - тангенциальная скорость движения частицы, м/с; R -

радиус вращения частицы, м.

Кроме физических свойств жидкости, на эффективность рабо-

ты гидроциклонов влияют конструктивные размеры (диаметр аппарата

и устройство впускных и выпускных пат-

рубков). Чем меньше диаметр гидроци-

клона, тем выше (при одинаковом напоре)

его эффективность.

Напорные гидроциклоны пред-

ставляют собой цилиндрические аппараты

с нижней конической частью (рис. 12.27).

Сточная вода под давлением 0,15-0,4 МПа

потупает

по тангенциально располо-

женному вводу в верхнюю часть цилиндра

и приобретает вращательное движение.

Возникающие центробежные силы переме-

щают частицы примесей к стенкам аппа-

рата по спиральной траектории вниз к вы-

ходному патрубку.

Очищенная вода удаляется через

верхний патрубок. Фактор разделения на-

порных гидроциклонов достигает 2000,

что обусловливает их высокую эффек-

тивность.

Диаметр напорных гидро-

циклонов от 75 до 1000 мм (типовых 50-

500 мм), высота цилиндрической части

равна примерно диаметру аппарата. Эф-

фективность очистки 70 %. Скорость по-

тока на входе достигает 20 м/с.

Производительность гидроциклонов

от 3 до 90 м

/ч. К недостаткам можно отнести высокую энергоемкость,

быстрый износ стенок. Последнее устраняется футеровкой внутренней

поверхности аппарата резиной или каменным литьем.

Открытые гидроциклоны имеют большую производительность и

меньшее гидравлическое сопротивление, чем закрытые, но меньший

эффект осветления. Часто их используют в качестве первой ступени в

комплексе с другими аппаратами для механической очистки

сточных

вод. Число впускных патрубков в гидроциклоне для более равномерно-

245

го распределения потока должно быть не менее двух. Скорость впуска

воды 0,1-0,5 м/с.

Разработаны различные конструкции открытых гидроциклонов

(рис.12.38): без внутренних устройств, с диафрагмой, с диафрагмой и

цилиндрической перегородкой, многоярусные.

В открытых гидроциклонах задерживают всплывающие примеси

и нефтепродукты кольцевым полупогруженным щитом. Диаметры от-

крытых гидроциклонов составляют от 2 до 10 м.

Многоярусные

гидроциклоны используются для интенсифика-

ции процесса очистки. В них рабочий объем разделен на отдельные

ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами, каждый из

ярусов работает самостоятельно. Малое расстояние между ярусами

приводит к тому, что отделение частиц идет по принципу тонкослой-

ного отстаивания. Вращательное движение позволяет полнее исполь-

зовать объем яруса и способствует агломерации

взвешенных частиц.

Диаметр многоярусных гидроциклонов 2-6 м, высота яруса 100-

250 мм, число ярусов 4-20. Скорость воды на входе в аппарат V=0,3-

0,5 м/с. При той же эффективности очистки, что у других типов гидро-

циклонов, удельные гидравлические нагрузки возрастают в 8-10 раз.

12.4.2. Центрифуги

Рис.12.28. Схемы открытых гидроциклонов: а - без внутренних уст-

ройств; б - с конической диафрагмой; в - с цилиндрической перегород-

кой

1 - отвод воды; 2 - полупогруженная кольцевая доска; 3 - лоток; 4 - кольцевой

водослив; 5 - подача воды; 6 - отвод шлама; 7 - коническая диафрагма; 8 -

цилиндрическая перегородка

246

Рис. 12.29. Схема центрифуги

типа ОГШ

1 - барабан; 2,3,5 - окна; 4 - кожух;

6 - разгрузочный шнек; 7 - подвод

сточной воды; 8,9 - отвод

осветленной воды и осадка

соответственно

Для очистки производственных сточных вод от мелкодисперсных

загрязнений применяют осадительные центрифуги непрерывного и пе-

риодического действия. Центрифуги бывают отстойные и фильтрую-

щие. В процессах очистки сточных вод фильтрующие центрифуги ис-

пользуют для разделения грубодисперсных систем, отстойные - труд-

нофильтрующихся тонко- и грубодисперсных суспензий, а также для

классификации суспензий по размерам и плотности

частиц.

Экономически целесообразно использовать центрифуги для ло-

кальной очистки сточных вод в том случае, когда уловленный осадок

имеет ценность и может быть рекуперирован, а для его выделения

нельзя использовать реагенты.

Центрифуги периодическо-

го действия желательно использо-

вать при концентрации нераствори-

мых примесей в сточных водах не

более 2-3 г/л и

если образующиеся

осадки цементируются или харак-

теризуются высокими абразивными

свойствами.

Из центрифуг непрерывного

действия в системах очистки вод

наибольшее распространение полу-

чили горизонтальные шнековые

центрифуги типа ОГШ (рис.12.29).

Для выделения частиц с гид-

равлической крупностью U

=0,2 мм

используют противоточные центри-

фуги, U

= 0,05 мм/с - прямоточные.

12.5.

ХЕМА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

СТОЧНЫХ ВОД

В ряде случаев механическая очистка является единственным и

достаточным способом для извлечения из производственных сточных

вод механических загрязнений и для подготовки их к повторному ис-

пользованию в системах оборотного водоснабжения.

В схему механической очистки производственных сточных вод

(рис.12.30) входят следующие очистные сооружения: решетки для за-

держания крупных загрязнений органического

и минерального проис-

хождения, песколовки для выделения тяжелых минеральных примесей,

247

водоизмерительное устройство, усреднители расхода и загрязнений

сточных вод, отстойники или отстойники-осветлители для выделения

нерастворимых примесей, фильтры для более полного осветления во-

ды.

ГЛАВА 13. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ

СТОЧНЫХ ВОД

Основными методами химической очистки являются нейтрализа-

ция, окисление и восстановление. Химическая очистка может приме-

няться как самостоятельный метод перед подачей производственных

сточных вод в систему оборотного водоснабжения, перед спуском их в

водоем или в городскую водоотводящую сеть, так и совместно с дру-

гими методами. В качестве предварительной очистки химическая мо-

жет применяться перед биологической или физико-химической. Она

находит также применение и как метод глубокой очистки сточных вод

с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них раз-

личных компонентов.

13.1.

ЕЙТРАЛИЗАЦИЯ

Производственные сточные воды многих отраслей промышлен-

ности содержат кислоты и щелочи. В большинстве кислых сточных вод

содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделить из

Рис.12.30. Принципиальная схема механической очистки производствен-

ных сточных вод

I - вариант с дроблением отходов и отводом их в канализацию; П - вариант с

вывозом отходов в контейнерах на обезвреживание; 1 - приемная камера; 2 -

решетки; 3 - песколовки; 4 - водоизмерительное устройство (лоток Вентури); 5 -

усреднители; 6 - отстойники или отстойники-осветлители; 7 - барабанные сетки

или песчаные (каркасно-засыпные) фильтры; 8 - насосная станция

248

Рис.13.1. Схема установки

нейтрализации

1 - усреднитель; 2 - аппарат для при-

готовления реагента; 3 - растворные

баки; 4 - дозаторы; 5 - нейтрализа-

тор; 6 - отстойник

этих вод. С целью предупреждения коррозии материалов и сооруже-

ний, нарушения биохимических процессов, кислые и щелочные сточ-

ные воды перед сбросом их в водоем, подачу на биологические очист-

ные сооружения или повторном использовании в технологическом

процессе должны быть нейтрализованы. Реакция нейтрализации - это

химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты

и основания

, которая приводит к потере характерных свойств обоих

соединений:

+ ОН

–

= Н

О,

при этом активная реакция водной среды приближается к рН=7. Кис-

лые воды (рН<6,5) встречаются чаще, чем щелочные (рН>8,5), и пред-

ставляют большую опасность.

Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кисло-

тами: серной, азотной, соляной, а также их смесями. Концентрация их

обычно не превышает 3 %, но иногда достигает 40 % и более.

При

химической очистке применяют следующие способы нейтра-

лизации:

1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

2) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная из-

весть СаО, гашеная известь Са(ОН)

, кальцинированная сода Nа

СО

каустическая сода NаОН, аммиак NН

ОН);

3) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, из-

вестняк СаО

, доломит СаСО

⋅МgСО

, магнезит МgСО

, обоженный

магнезит МgО, мел СаСО

Выбор способа нейтрали-

зации зависит от вида и концен-

трации кислот, загрязняющих

сточные воды, расхода и режима

поступления вод на нейтрали-

зацию, наличия реагентов, мест-

ных условий и т.п.

Предложен способ нейтра-

лизации щелочных вод дымо-

выми газами, содержащими СО

SО

, NО

и др., который поз-

воляет одновременно нейтрали-

зовать сточные воды и произ-

водить очистку газов от вредных

компонентов.

Наиболее простым и деше-

вым способом нейтрализации

249

сточных вод является смешение кислых сточных вод со щелоч-ными.

Метод взаимной нейтра-лизации широко используется на

ях химической промышленности.

При наличии на предприятии сточных вод одного вида применя-

ют реагентный метод нейтрализации, особенно для кислых сточных

вод. Для нейтрализации минеральных кислот чаще всего используют

известь в виде пушонки или известкового

молока и карбонаты кальция

или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и

общедоступны, но усложняют реагентное хозяйство (необходимы ус-

реднители, затруднено регулирование дозы реагента).

При нейтрализации стоков, содержащих серную кислоту, в зави-

симости от реагента происходят реакции:

SО

+ Са(ОН)

= СаSО

+ 2Н

О,

SО

+ CаСО

= СаSО

+ Н

О + СО

Образующийся при нейтрализации сульфат кальция (гипс) при

высокой концентрации (∼2 г/л) выпадает в осадок, тогда необходимо

устраивать отстойники-шламонакопители. Принципиальная схема ней-

трализационной установки приведена на рис.13.1.

Гашеная известь, применяемая для нейтрализации, готовится в

виде известкового молока 5 % концентрации по активному оксиду

кальция (“мокрое” дозирование), но может использоваться и в

виде су-

хого порошка (“сухое” дозирование). Для нейтрализации органических

жирных кислот применяют известь, содержащую не менее 25-30 % ак-

тивного оксида кальция, или смесь извести с 25 % технической амми-

ачной водой.

При фильтровании кислых вод через нейтрализующие материалы

процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах, ко-торые могут быть вер-

тикаль-ными или горизонтальными. Для вертикальных

фильтров ис-

пользуют куски известняка или доломита размером 30-80 мм. Высота

слоя материала 0,85-1,2 м, скорость не менее 5 м/ч для вертикальных

фильтров, 1-3 м/ч - для горизонтальных, продолжительность контакта

не менее 10 мин.

13.2.

КИСЛЕНИЕ

Химическое окисление промышленных сточных вод относится к

деструктивным методам и применяется для обезвреживания токсичных

примесей, например, цианидов или соединений, которые нецелесооб-

разно извлекать из сточных вод или очищать другими методами (серо-

водород, сульфиды), а также органических загрязнений. Такие сточные

250

Рис.13.2. Концентрация НОСl и ОСl

–

воде при изменении рН

воды встречаются в машиностроительной (гальванопокрытие), горно-

добывающей, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, химической и

других отраслях промышленности.

Для обезвреживания сточных вод используют различные окисли-

тели: хлор, гипохлориты кальция и натрия, хлорную известь, диоксид

хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха. В ряде случаев

могут применяться пероксид водорода, оксиды марганца, перманганат

и бихромат калия

(для окисления фенолов, крезолов, циансодержащих

соединений).

13.2.1. Окисление газообразным хлором и хлорсодержащими

агентами

Метод окисления примесей хлором и его соединениями - один из

самых распространенных способов очистки от ядовитых цианидов, а

также сероводорода, сульфидов, метилмеркаптана и др.

Хлор, как окислитель, в зависимости от реакции среды может на-

ходиться в растворе в

виде различных соединений (рис.13.2). В силь-

нокислой среде возможно присутствие только молекулярного хлора,

т.к. равновесие реакции взаимодействия хлора с водой сдвинуто влево:

HCl.HOClOHCl

⇔

По мере уменьшения кислотности появляется хлорноватистая ки-

слота НОСl, а в щелочной среде - гипохлориты.

В качестве реагентов, содержащих гипохлорит-ион ОСl

–

, служит

хлорная известь, гипохло-

рит каль-ция Са(ОСl)

или

гипохло-рит натрия NаОСl.

Товар-ная хлорная известь

содер-жит около 30-35 %

актив-ного хлора, а гипо-

хлорит кальция - 30-45 %.

Сl

, НОСl и ОСl образуют

свободный активный хлор,

который является основ-

ным обеззараживающим

веществом. Хлорная из-

весть содержит: Са(ОСl)

Са(ОН)

, Н

О в различных

соотношениях.

Окисление цианидов