8.2. Утилизация и обезвреживание жидких отходов

Основную массу жидких отходов составляют сточные воды .

Применение конкретного метода очистки сточной вода зависит, прежде всего, от характера примесей. Наиболее часто употребляемые приемы очистки сточных вод можно объединить в такие группы:

1. для суспензионных и эмульгированных примесей — отстаивание, флотация, фильтрация, осветление, центрифугирование (для грубодисперстных частиц); коагуляция, флотация, электрические методы осаждения (для мелкодисперсных и коллоидных частиц);

2. для очистки от неорганических соединений — дистилляция, яо-нообмен, обратный осмос, ультрафильтрация, реагентное осаждение, методы охлаждения, электрические методы;

3. для очистки от органических соединений — экстракция, абсорб­ция, флотация, ионообмен, реагентные методы (регенерационные);

биохимическое окисление, жидкофазное окисление, парофазное окисление, озонирование, хлорирование, электрохимическое окисле­ние (деструктивные методы);

4. для очистки от газов и паров — отдувка, нагрев, реагентные ме­тоды;

5. для уничтожения вредных веществ — термическое разложение.

Очистку сточных вод от соединений фосфора и азота осуществля­йте помощью специальных методов. Например, удаление соединений фосфора проводят при помощи сульфатов алюминия и железа, а осво­бождение стоков от соединений азота — аммиака, нитритов и нитратов — методами абсорбции и ионообмена.

Эффективность различных методов очистки сточных вод показана в табл.

Приведенные методы в большинстве случаев относятся к типовым процессам химической технологии (или их сочетанию), поэтому уде­лим внимание особенностям биохимического и химического окисле­ния примесей в сточных водах.

Метод биологической очистки сточных вод основан на использова­нии способности гетеротрофных микроорганизмов питаться разнообразными органическими соединениями, подвергая последние биохи­мическим превращениям. Использование свойств адаптации бактерий активного ила позволяет успешно решать вопросы биологической очи­стки стоков воды химических производств, содержащих сложные орга­нические соединения неприродного происхождения.

Контактируя с органическими веществами микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфатионы и др. Другая часть вещества идет на образование их биомассы. Разрушение органических соединений называют биохимическим окис­лением, оно происходит избирательно, поэтому некоторые соединения разрушаются легко, другие — медленно или совсем не окисляются.

Методы биохимической очистки сточных вод делятся на аэробные и анаэробные. Первые методы основаны на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых требуется постоянный приток кислорода и температура 293—313 К. При измене­нии кислородного и температурного режимов состав и число микро­организмов меняется, а соответственно меняется и эффективность очистки стоков. В случае анаэробной очистки микроорганизмы куль­тивируются в активном иле или биопленке, где биохимические про­цессы протекают без доступа кислорода. Этот метод используют глав­ным образом для обезвреживания осадков.

С точки зрения организации безотходного производства биохими­ческая очистка не может считаться универсальной, так как поступающие со сточными водами ценные органические вещества не извлека­ются из них, а перерабатываются в избыточный ил, также требующий обезвреживания. Однако пока это единственный метод, который обеспечивает очистку сточных вод до показателей, позволяющих ис­пользовать их в оборотных системах охлаждения.

Сооружения биологической очистки могут иметь различные техно­логические схемы, которые выбирают в зависимости от характеристик поступающих в них сточных вод. Наиболее часто используется схема, указанная на рис. Сточные воды первоначально поступают в усреднительные емкости 1, а затем в смесительную камеру 3. Сюда же поступают хозяйственно-бытовые сточные воды из накопителя 2, а также условно-чистая вода. Накопитель хозяйственно-бытовых сточ­ных вод играет роль усреднителя, поскольку эти воды имеют перемен­ный характер загрязнения. Смешанный сток поступает в аэротенк 4, куда подается воздух. Иловая смесь из аэротенка направляется во вто­ричный отстойник 5, где очищенная вода отделяется от активного ила и направляется в водоем или на подпитку водооборотных систем (по­сле соответствующей доочистки). Активный ил из вторичных отстой­ников возвращается в аэротенк в виде возвратного ила, а частично в виде избыточного ила направляется на обработку.

Термоокислительные методы обезвреживания сточных вод. В термо­окислительных методах обезвреживания органические примеси в сточных водах окисляются кислородом воздуха при повышенной тем­пературе до безвредных продуктов (Н₂О, СО₂). Это пламенный («огне­вой») метод, жидкофазное окисление и парофазное каталитическое \ окисление.

Выбор метода обезвреживания зависит от объема сточных вод, их теплотворной способности, экономичности процесса и требований к очищенным стокам. По теплотворной способности загрязненные сто­ки делятся на сточные воды, способные гореть самостоятельно за счет содержащихся в них органических веществ и воды, термоокислительное обезвреживание которых возможно только с вводом топлива (при теплотворной способности стоков ниже 8400 кДж/кг).

Огневой метод обезвреживания сточных вод является универсальным и обладает высокой степенью очистки (98-99,9%). В этом методе сточная вода вводится в распыленном состоянии в высокотемператур­ные продукты сгорания топлива (1200—1300К). Вода испаряется, а ор­ганические примеси сгорают, образуя продукты полного сгорания (СО₂ Н₂О). Минеральные примеси при этом образуют твердые или расплавленные частицы, которые выводятся из камеры печи

Недостатком метода является высокий расход топлива на испарение воды и перегрев пара до 1200-1300 К. В связи с этим сетевой ме­тод рекомендуется использовать в следующих случаях:

1. при большом количестве сточных вод, содержащих высокоток­сичные органические примеси, обезвреживание которых другими ме­тодами невозможно или экономически невыгодно;

2. при наличии горючих вторичных энергоресурсов, которые могут быть использованы вместо топлива.

Схема установки огневого обезврежива­ния сточных вод состоит циклонный реактор 2, парогенератор (котел-утилизатор) 3 и струйный аппарат 4. Из реактора продукты сго­рания поступают в камеру охлаждения парогенератора. Наличие эжек­тора позволяет исключить дымосос. Циркуляционный насос 5 исполь­зуется для подачи раствора минеральных веществ из емкости 6 в реак­тор 2 и в струйный аппарат 4. Пройдя каплеотделитель 7, очищенные газы поступают в дымовую трубу 8 и из нее — в атмосферу. На некото­рых установках для утилизации теплоты используют водогрейные кот­лы, водоаммиачные абсорбционные холодильные машины и циклоны для сухой очистки газа.

В процессе обезвреживания сточных вод, содержащих органичес­кие соединения серы, хлора, нитросоединения, образуются SО₂, SО₃, Р₂О₅, НС1, Сl₂, (NО)_х. Эти вещества могут взаимодействовать с обра­зованием новых более токсичных соединений, что необходимо иметь в виду при удалении отходящих газов в окружающую среду.

Метод жидкофазного окисления основан на окислении органичес­ких веществ, растворенных в сточной воде, кислородом воздуха при температурах 370-620 К и давлении 2-28 МПа. Повышение давления ускоряет процесс и глубину окисления вследствие увеличения раство­римости в воде кислорода. Жидкофазное окисление осуществляется как на катализаторах, так и без них.

Воздух

Схема установки огневого обезвреживания сточных вод:

1 – нагнетательный насос; 2 – циклонный реактор; 3- парогенератор (котел-утилизатор); 4 – струйный аппарат; 5 – циркуляционный насос; 6 – емкость; 7 – каплеотделитель; 8 – дымовая труба.

В качестве катализаторов используются металлы (Рt, Рd, Сu, Zn, Мn), нанесенные на оксид алюминия или активированный уголь.

В методе парофазного каталитического окисления используется ге­терогенное каталитическое окисление кислородом воздуха летучих ор­ганических соединений, находящихся в сточных водах. Процесс окис­ления интенсивно протекает в присутствии меднохромовых, медноцинковых, медномарганцевых катализаторов. При высокой температуре (350-400°С) большинство органических веществ подвергается полному окислению (98,5-99,9%). В данном процессе могут быть ис­пользованы конструкции реакторов, характерные для гетерогенно-каталитических процессов.