7.Физико-химические основы процессов очистки сточных вод методом электрокоагуляции и флотации.

При электрокоагуляции в резервуаре (электрокоагуляторе) через систему плоских стальных электродов, установленных на расстоянии 10 мм друг от друга, пропускается постоянный ток плотностью 0,6 А/дм² под напряжением 10-18 В. При продолжительности контакта сточных вод в электрическом поле 15-30 с и пропускной способности 1,5-3 м³/на 1 м² площади поверхности электродов одного полюса эффектив-ность очистки достигает 99 %. Положительные результаты получены также при обработке сточных вод цеха гальванопокрытий, где расход электроэнергии на 1 м³ обрабатываемой сточной воды составляет 0,4-0,5 кВт-ч.

Электрокоагуляционная установка

1. подача сточных вод; 2- отстойник; 3 – резервуар-электрокоагулятор; 4 – пакет плоских листовых стальных электродов; 5 – выпуск обработанных сточных вод в систему оборотного водоснабжения; 6 – выпрямитель электрического тока; 7 – выпуск осадка.

Флотация

Флотация - это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела 2-х фаз, обычно газа( воздуха ) и воды.

Процесс очистки сточных вод, содержащих поверхностно активные вещества, нефте- продукты, масла, волокнистые материалы методом флотации заключается в образовании комплексов частица-пузырек. Всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой воды. Принципиальное отличие способов флотации связано с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому признаку различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:

1. Флотация с выделением воздуха из раствора(вакуумные, напорные)

2. Флотация с механическим диспергированием воздуха (безнапорные и пневматические флотационные установки).

3. Флотация с подачей воздуха через пористые материалы.

4.Электрофлотация.

5.Биологическая и химическая флотация.

Различные способы флотации отличаются конструкцией установки способом разделения жидкой и вплывающей фаз.

Метод напорной флотации заключается в насыщении сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующим резким снижением давления до атмосферного, выделяемые при этом пузырьки флотируют частички загрязнения на поверхность воды.

При флотации с механическим диспергированием воздуха в воде, создается интенсивное вихревое движение под действием которого струя распадается на отдельные пузырьки.

Пневматические флотационные установки применяются при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные к механизмам: насосам, мешалкам и др. Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой аппаратурного оформления процесса и малыми энергозатратами. Воздух во флотационные камеры подается через мелкопористые фильтросные пластины, в трубы, насадки, уложенные на дне полимеры.

На рис. показана схема процесса флотации с выделением воздуха из раствора.

Схема процесса флотации с выделением воздуха из раствора

(Вакуумной и напорной).

1 - подача сточной воды; 2 - аэратор; 3- деаэратор; 4 - флотационная камера; 5- механизм сгребания пены; 6 - пеносборник; 7,8 - отвод соответственно пены и отработанной сточной воды; 9 - подача воздуха; 10 - насос; 11 - напорный бак (сатуратор).

Сточная жидкость, поступающая на флотацию, предварительно насыщается воздухом в течение 1-2 минут в аэрационной камере, откуда она поступает в деаэратор для удаления не растворившегося воздуха. Далее под действием разрежения сточные воды поступают во флотационную камеру, в которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность пребывания воды во флотационной камере 20 мин. а нагрузка на квадратный метр площади поверхности около 200 м ³/сут. Скапливающаяся пена вращяющимися скребками удаляется в пеносборник.

8. Физико-химические основы процессов очистки сточных вод методом ионного обмена. Ионитовое обессоливание воды производится с помощью фильтров, загруженных гранулами катионитов или анионитов. При ионитном обессоливании достигается удаление из воды катионов и анионов растворенных в ней солей. В зависимости от принятой схемы обессоливающей установки и режима ее эксплуатации можно достичь либо частичного, либо практически полного обессоливания воды. Катиониты обессоливают воду в результате обмена Н-ионов катионита и Na⁺, Ca ²⁺-ионов, содержащихся в воде. Различают Н-катиониты (сульфоуголь) и Na-катиониты. Н-катионит работает в соответствии с уравнением:

HR + Na⁺ = NaR + H⁺; 2HR + Ca²⁺ = Ca²⁺R + 2H⁺.

Na-катиониты предназначены для умягчения воды в соответствии с уравнением:

2NaR + Ca²⁺ = Ca²⁺R+ 2Na⁺.

Н-катионит подвергается регенерации промывкой кислотой, Na-катионит - растворов хлорида натрия. Аниониты обессоливают воду в результате обмена ОН-ионов анионита и SO₄^2-, Cl^-, CO₃^2-, SiO₃^2--ионов, содержащихся в воде в соответствии с уравнением реакции:

ROH + Cl^- = RCl + OH^-; 2ROH + SO₄^2- = R₂SO₄ + 2OH^-.

Аниониты регенерируют путем промывки щелочным раствором. Ионитовая установка, показанная на рисунке ниже состоит из двух групп ионитовых фильтров. Первая работает по циклу Н-катионирования и служит для извлечения из воды катионов, а вторая группа фильтров работает по циклу ОН-анионирования и предназначена для удаления из воды анионов.

Схема установки ионитового обессоливания воды

1 - водород-катионитовые фильтры; 2 - дегазатор; 3 - вентилятор; 4 - анионитовые фильтры; 5 - буферный натрий-катионитовый фильтр; 6 - насос; 7 - резервуар

В промежутке между фильтрами или в конце установки располагается дегазатор для удаления из воды диоксида углерода, который образуется в обессоленной воде за счет распада бикарбонатов, при Н-ионировании воды, а также при фильтровании воды через анионовые фильтры в случае регенерации их кальцинированной содой или бикарбонатом натрия. Кроме того, в данную схему включен буферный Na-катионитовый фильтр, который сглаживает возможные проскоки катионов солей на основных фильтрах и поддерживает неизменное значение рН обессоленной воды. На обессоливающую уста-новку подается осветленная вода с содержанием взвешенных веществ не более 20 мг/л. В зависимости от качества исходной воды и требований, предъявляемых к обессоленной воде, приведенная схема может претерпевать значительные изменения. В практических условиях эксплуатации ионитовых обессоливающих установок, как правило, не удается достигнуть глубокого обессоливания воды, т.е. такого обессоливания, когда прокаленный растворенный остаток снижается до сотых долей мг/л. В этих случаях вводятся допол-нительные ступени катионирования и анионирования воды. Дополнительные ступени гарантируют от проскока в обессоленную воду катионов и анионов, чего практически трудно достигнуть при одноступенчатом фильтровании через катионитовые и анионитовые фильтры. При наличии в схеме обессоливающей установки двух ступеней катионного и анионного обмена катионитовые фильтры 1-й ступени отключают на регене-рацию, когда начинается проскок в фильтрах катионов Са²⁺ и Мg²⁺; катионитовые фильтры 2-й ступени служат в основном для задерживания катионов Nа⁺. Анионные фильтры 1-й ступени задерживают анионы сильных кислот (Сl^-, SО₄^2-), а анионитовые фильтры 2-й ступени - анионы слабых кислот (SiО₃^2- и СО₃^2-). В последнее время получил распространение метод обессоливания воды, при котором катионно-анионный обмен совершается в одном фильтре, так называемом фильтре смешанного действия. Для этого требуемое количество катионита и анионита загружают в фильтр и тщательно перемешивают сжатым воздухом. В таком виде в фильтре образуется множество как бы сдвоенных фильтров по примеру обычных схем обессоливания. Применение фильтров смешанного действия дает возможность получить глубоко обессоленную воду и снизить число фильтров. Для отечественных установок ионитового обессоливания воды приме-няют фильтры, серийно выпускаемые промышленностью. При этом все фильтры должны обладать надежной кислотостойкой изоляцией их внутренних поверхностей. Должен иметь кислотостойкую изоляцию и весь тракт обессоливаемой воды так как обессоли-ваемая вода может взаимодействовать с компонентами стали (особенно в присутствии кислорода), вызывая коррозию оборудования и загрязнение обессоленной воды железом и другими ионами. Для этой цели могут применяться либо трубопроводы и арматура из нержавеющих сталей, либо из неметаллических материалов (винипласта, полипропилена и др.).