Очистка условно-чистых стоков на моделях по разработанной технологии

Смачивающая способность жидкости зависит от ее номерности, с возрастанием которой способность жидкости смачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60-65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуется величиной краевого угла смачивания. Чем больше этот угол, тем более гидрофобна поверхность частицы, т.е. увеличивается вероятность применания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются. Большое значение при флотации имеет размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде. Оптимальные размеры воздушных пузырьков 15-30 мкм, а максимальные 100-200 мкм. ./ 17/

В практике очистки производственных сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ, метод пенной сепарации – для удаления растворенных веществ.

Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу можно выделить следующие способы флотационной обработки производственных сточных вод:

1)                флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационные установки);

2)                флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);

3)                  флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

4)                  электрофлотация;

5)                  биологическая и химическая флотация /18/

Флотационные установки могут состоять из одного или двух отделений (камер). В однокамерных установках в одном и том же отделении происходит одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках, состоящих из приемного и отстойного отделений, в первом отделении происходит образование пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек-частица», а во втором – всплывание шлама (пены) и осветление жидкости. /19/

Экстракция

При относительно высоком содержание в производственных сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным методом очистки является экстрация органическими растворителями – экстрагентами. Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или слабосмешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения.

Коэффициент распределения зависит от температуры, при которой производится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и экстрагенте. /20/.

После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе очистки.

Метод экстракционной очистки экономически целесообразен при значительной концентрации органических примесей или при высокой стоимости извлекаемого вещества. Для большинства продуктов применение экстрации рационально при концентрации 2 г/л и более. /21/

Для успешного протекания процесса экстрации  экстрагент должен иметь следующие свойства: хорошую экстрагирующую способность по отношению к экстрагируемому веществу, т.е. высокий коэффициент распределения; селективность, т.е. способность экстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу; малую растворимость в воде; плотность, отличающуюся от плотности воды; температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества; небольшую удельную теплоту испарения и малую теплоемкость, что позволяет снизить расходы пара и охлаждающей воды; возможно меньше огне- и взрывоопасность, токсичность; низкую стоимость.

Экстрагент не должен подвергаться заметному гидролизу и взаимодействовать с экстрагируемым веществом, материалом трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры экстракционной установки.

Методы экстрагирования органических веществ по схемам контакта экстрагента и сточной воды можно разделить на перекрестноточные, ступенчато-противоточные и непрерывно-противоточные. Прямоток в процессах экстракции не применяется. /22/

Ионный обмен

Гетерогенный ионный обмен, или ионообменная сорбция – процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита.

Очистка производственных сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (соединения, мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть и другие металлы), ПАВ и радиоактивные вещества, очищать сточную воду до предельно допустимых концентраций с последующим ее использованием в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты и аниониты, проявляющиеся соответственно кислотные и основные свойства. Иониты подразделяются на природные и искусственные, или синтетические. Практическое значение имеют неорганические природные и искусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных металлов; применяются также иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы и лигнина /23/.

Однако ведущая роль принадлежит синтетическим  органическим ионитам – ионообменным смолам.

Различают следующие виды ионитов:

1)                сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы SО3Н и сильноосновные анионы, содержащие четвертичные аммониевые основания;

2)                слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные СООН и фенольные группы, диссоциирующие при рН>7, а также слабоосновные аниониты, содержащие первичные NН2 и вторичные NН аминогруппы, диссоциирующие при рН < 7;

3)                иониты смешанного типа, проявляющие свойства смеси сильных и слабых кислот или оснований  /24,26/.

Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность, так называемая обменная емкость. Полная емкость ионита – количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Рабочая емкость ионита – количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.

При соприкосновении ионитов с водой происходит их набухание вследствие осмотических явлений; объем ионитов обычно увеличивается в 1,2 – 2 раза. На кинетику ионного обмена влияют также величина температуры, концентрация ионов и др.

Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т.е. возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит в основе их регенерации.

Регенерация слабоосновных анионитов достигается  фильтрованием через слой анионита 2-4%-ных водных растворов NаОН, Nа2СО3 и NН4ОН.

Регенерация катионитов осуществляется промывкой кислотой (при Н – катионите) или раствором хлористого натрия (при Nа – катионите).

Процесс ионообменной очистки сточных вод осуществляются в аппаратах периодического (фильтрах) или непрерывного действия. /25/.

Электродиализ

Электродиализ – процесс сепарации ионов солей, осуществляемый в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока, применяемый для опреснения высокоминерализированных сточных вод.

Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие (дилюатные) камеры. Под действием постоянного тока катионы, двигаясь к катоду («-»), проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми, а анионы, двигаясь в направлении анода («+»), проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. В результате этого из одного ряда камер (например, четных) ионы обоих знаков выводятся в смежный ряд камер.

Мембраны для электродиализатора изготовляют в виде гибких листов прямоугольной формы или рулонов  из термопластичного полимерного связующего и порошка ионообменных смол /26/.

Электродиализные аппараты применяются двух типов: прокладочные и лабиринтные. Электродиализаторы прокладочного типа имеют горизонтальную ось электрического поля; их пропускная способность 2-20 м3/ч. Электродиализаторы лабиринтного типа имеют вертикальную ось электрического поля, их пропускная способность 1-25 м3/ч. Оптимальная область применения электродиализаторов – при концентрации солей в сточной воде 3-8 г/л. Во всех конструкциях электродиализаторов в основном применяют электроды, изготовленные из платинированного титана. Для эффективной работы аппаратов большое значение имеет промывка приэлектродных камер, что предохраняет крайние мембраны от разрушения продуктами электролиза. /27/

Технологические схемы электродиализных установок (ЭДУ) состоят из следующих узлов:

1) аппаратов предварительной подготовки исходной воды;

2) собственно электродиализной установки;

3) кислотного хозяйства и системы сжатого воздуха;

4) фильтров, загруженных активированным углем и бактерицидных установок. /27/

Технологические схемы бывают следующих типов.

1. Прямоточные ЭДУ, в которых сточная вода  последовательно или параллельно проходит через аппараты установки и солесодержащие воды снижается от исходного до заданного за один проход.

2. Циркуляционные (порционные) ЭДУ, в которых определенный объем частично обессоленной воды из бака дилюата перекачивается через мембранный электродиализный аппарат обратно и бак до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень обессоливания.

3. Циркуляционные ЭДУ непрерывного действия, в которых часть сточной воды непрерывно смешивается с частью не полностью обесссоленной воды (дилюата), проходит через электродиализатор и подается потребителю или в резервуар очищенной воды.

4. ЭДУ с аппаратами, имеющими последовательную гидравлическую систему движения потоков в рабочих камерах. /28/

Каждая из указанных выше технологических схем имеет определенные преимущества и недостатки, и их выбор производится на основании технико–экономических расчетов. Исходными параметрами для расчета являются: конкретные местные условия, пропускная способность ЭДУ, солесодержание и состав обрабатываемых сточных вод. Например. При суточном расходе более 300-500 м3 сточных вод считается рациональным применение технологических схем прямоточного типа.  /29/

1.2.4. Биологическая очистка производственных сточных вод

Биологическое окисление – широко применяемый на практике метод очистки производственных сточных вод, позволяющий очистить их от многих органических примесей. Процесс этот, по своей сущности, природный, и его характер одинаков для процессов, протекающих в водоеме, очистном сооружении, склянки для определения БПК, респирометре и т.п. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество высокоорганизованных организмов – водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующую роль в этом сообществе принадлежит бактериям, число которых варьируется от 106 до 1014 клеток на 1 г сухой биологической массы (биомассы). Число родов бактерий может достигать 5-10, число видов – нескольких – нескольких десятков и даже сотен.

Такое разнообразие видов бактерий обусловлено наличием в очищаемой воде органических веществ различных классов. Если же в составе сточных вод присутствует лишь один или несколько близких по составу источников органического углерода, т.е. одни или несколько близких гомологов органического соединения, то возможно развитие монокультуры бактерий. /29,40/

Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями в том случае, если очистку проводят в анаэробных условиях (в отсутствии растворенного в воде кислорода) или при слишком неблагоприятном уровне питания, который представляет собой отношение количества органических веществ к числу микроорганизмов. Неблагоприятным уровнем питания может оказаться, например, слишком высокое соотношение количеств подаваемых на очистку загрязнений и биомассы микроорганизмов. Если очистку проводят в анаэробных условиях (в присутствии растворенного кислорода), то при благоприятной обстановке в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие, представленные числом видов от 1 до 15-30. /40/. Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и автотрофы, причем преимущественное развитие та или иная группа получает в зависимости от условий работы системы. Эти две группы бактерий различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы используются в качестве источника углерода готовые органические вещества и перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для синтеза клетки неорганический углерод, а энергию получают за счет фотосинтеза, используя энергию света, либо хемосинтеза путем окисления некоторых неорганических соединений (например, аммиака, нитритов, солей двухвалентного железа, сероводорода, элементарной серы и др.). /41/.

II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Объекты исследования.

Объектами исследования явились сточные воды ОАО «Уфаоргсинтез». 

На заводе имеются два потока сточных вод: условно-чистые стоки и химически загрязненные стоки.

В систему промливневых стоков поступают стоки:

- от продувки водооборотных систем;

- стоки от технологических  установок (от охлаждения  технологического оборудования, насосов, от мытья производственных помещений и оборудования, технологические утечки и пропуски и т.д.);

- дождевые стоки с площадок, технологических установок, с крыш производственных и административных зданий, с проезжей части и территории предприятия.

- стоки, образовавшиеся от таяния снега;

- хозяйственно-бытовые стоки от бытовых, административных и производственных зданий.

Количество промливневых сточных вод:

- средний расход стоков: 300 м3/ч; 7200 м3/сут; 262800 м3/год.

- максимальный расчетный часовой расход стоков 500 м3/час.

2.2. Методы исследований.

2.2.1. Определение взвешенных веществ в сточных водах  гравиметрическим методом

Сухой остаток характеризует общее содержание растворенных в воде минеральных и частично органических веществ, температура кипения которых превышает 110 оС , нелетучих с водяным паром и не разлагающихся при указанной температуре /42/

Гравиметрический метод определения взвешенных веществ основан на выделении из  пробы фильтрованием воды через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм или бумажный фильтр «синяя лента» и взвешивании осадка на фильтре после высушивания его до постоянной массы.

Определение общего содержания примесей (суммы растворенных и взвешенных веществ) осуществляют выпариванием известного объема нефильтрованной анализируемой воды на водяной бане, высушиванием остатка при 105 оС до постоянной массы и взвешиванием.

Ход определения.

Взвешенный бумажный фильтр помещают в воронку, смачивают небольшим количеством дистиллированной воды для хорошего прилипания и фильтруют отмеренный объем тщательно перемешанной анализируемой воды.

По окончании фильтровании дают воде полностью стечь, затем фильтр с осадком трижды промывают дистиллированной водой порциями по 10 см3, осторожно вынимают пинцетом и помещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования. Фильтр высушивают 2 часа при 105 оС, охлаждают в эксикаторе и закрыв бюкс крышкой взвешивают. Повторяют процедуру  сушки, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг при массе осадка 50 мг и менее 1 мг при массе более 50 мг.

Содержание взвешенных веществ в анализируемой пробе воды

(мг/дм3 )рассчитывают по формуле:

С = М1 – М2   100%

V

где  М1 и М2 – масса тигля с фильтром с высушиванием осадком после фильтрования и с чистым фильтром, мг;

V – объем пробы, взятой для анализа, мл.

2.2.2.Определение общей жесткости в сточных водах комплексонометрическим методом

Общая жесткость воды обусловлена главным образом присутствием растворенных соединений кальция и магния и варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года.

При жесткости до 4 мг-экв/л вода считается жесткой; 4-8 мг-экв/л- средней жесткости; 8-12 мг-экв/л- жесткой; более 12 мг-экв/л- очень жесткой./42/

Метод основан на образовании прочного комплексного соединения при РН 10 ионов кальция и магния с этилендиаминтетраацетатом натрия ( трилон Б). Определение проводят титрованием пробы в присутствии индикатора. Минимально определяемая концентрация ).05 мг-экв/л (при тировании 100 мл пробы) /4

Ход определения.

Объем исследуемой воды берут с таким расчетом, чтобы содержание в нем ионов кальция и магния не превыщало 0,5 мг-экв/л в 100  мл профильтрованной пробы. В коническую колбу вносят 100 мл или меньший объем, разведенный до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 мл буферного раствора, 5-7 капель индикатора )или 0,1 г сухого индикатора) и сразу же титруют при сильном перемешивании 0,05 н. трилоном Б до изменения окраски в эквивалентной точке.

Нечеткое изменение окраски в эквивалентной точке указывает на присутствие меди и цинка. Для устранения влияния этих веществ к пробе воды до внесения буферного раствора добавляют 1-2 мл 5% сульфида натрия, после чего проводят анализ, как указано выше.

Общую жесткость воды  (мг-экв/л) вычисляют по формуле:

                                     С = А  н  К    1000

                                                 V

где  А- объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование пробы, мл - ;

н – нормальность ратвора трилона Б;

К – поправочный коэффициент к титру раствора трилона Б;

V – объем пробы воды, взятой для титрования, мл.

2.2.3. Определение ХПК в сточных водах.

Окисляемость- общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями, например, бихроматом, перманганатом и др. Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому бихроматную окисляемость нередко называют «химическим потреблением кислорода(ХПК). Это основной метод определения окисляемости. Большинство соединений окисляется при этом на 95-100%. Однако есть небольшое число соединений (бензол, толуол, пиридин и др), которые совсем не окисляются бихроматом калия даже в присутствии катализатора. Окисление органических веществ бихроматом происходит до образования диоксида углерода и воды, азот выделяется в виде газа./42/

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7