Физико-химические методы очистки сточных вод от ПАВ

Для регенерации углей  может быть использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими  низкокипящими и легко перегоняющимися  с водяным паром растворителями. При регенерации органическими  растворителями (метанолом, бензолом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс  проводят при нагревании или без  нагревания. По окончании десорбции  остатки растворителей из угля удаляют  острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных  слабых органических электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы переходят в раствор, заключенный в. порах угля, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических оснований) или раствором щелочей (для удаления кислот).

В некоторых случаях перед  регенерацией адсорбированное вещество путем химического превращения  переводят в другое вещество, которое  легче извлекается из адсорбента. В том случае, когда адсорбированные  вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию химическими  реагентами (окислением хлором, озоном или термическим путем). Термическую  регенерацию проводят в печах  различной конструкции при температуре 700—800 °С в бес кислородной среде. Регенерацию ведут смесью продуктов горения газа или жидкого топлива и водяного пара. Она связана с потерей части адсорбента (15—20%). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. Этот способ регенерации значительно удлиняет срок использования сорбента.

 

 

Широкое распространение  поверхностно-активные вещества находят  в промышленности и в быту в  качестве моющих средств. Синтетические  ПАВ (детергенты) содержат 15—30% поверхностно-активных веществ, большое количество полифосфатов, отбеливающих и пахучих веществ. Детергенты, попадая со сточными водами в водоемы, вызывают вспенивание, ухудшают органолептические свойства воды, нарушают процессы обмена кислорода, токсически действуют на фауну. Поверхностно-активные вещества, попадая на очистные сооружения, оказывают тормозящее влияние на процессы очистки. Эффект осаждения сточных вод, загрязненных ПАВ, уменьшается на 7—10%, наблюдается нарушение работы биофильтров при концентрации ПАВ свыше 15 мг/л, а содержание ПАВ более 5—10 мг/л оказывается токсичным для активного ила аэротенков. При сбраживании осадков, содержащих ПАВ, в метантенках уменьшается выход метана, что объясняется понижением степени распада органических веществ. Очистка сточных вод, загрязненных ПАВ, может производиться физико-химическими и биохимическими методами. Весьма эффективен метод коагуляции с применением в качестве коагулянта солей цинка. При использовании обычных коагулянтов содержание поверхностно-активных веществ уменьшается только на 20—30%. По зарубежным данным, совместное применение химической коагуляции и сорбции на активированном угле обеспечивает почти полное изъятие ПАВ из сточных вод. Применение физико-химических методов является целесообразным прежде всего при предварительной очистке сточных вод отдельных предприятий, когда концентрация ПАВ в сточных водах значительна (сточные воды текстильных фабрик, фабрик переработки шерсти, заводов синтетического каучука).

 

Поверхностно-активные вещества	Анионные и неионогенные ПАВ	Флотация
		Электрофлотация
		Сорбция на активированном угле
		Коагуляция
	Анионные, катионные и неионогенные ПАВ	Ультрафильтрация
		Обратный осмос(гиперфильтрация)
		Ионный обмен
		Озонирование

 

Необходимость очистки сточных  вод от ПАВ очевидна. Для этих целей применяются несколько  способов и методов. В качестве стандартных  или традиционных методов очистки  сточных вод от ПАВ наиболее эффективными можно назвать: сорбционные методы, флотация и реагентная обработка.

При использовании флотации удается в некоторых случаях  достичь высокого эффекта удаления ПАВ из сточной воды. Но данный метод  не подходит для удаления некоторых  типов ПАВ и требует высоких  расходов реагентов, таких как коагулянты и флокулянты.

Для реагентной обработки сточных вод с содержанием ПАВ используют сильные окислители. Наиболее практичным получается использование гипохлорита натрия. Минус этого метода заключается в большом расходе реагента и увеличенным содержанием остаточного активного хлора в очищенной воде.

Сорбционный метод можно  назвать универсальным для очистки  сточных вод от любых ПАВ. Эффективность  очистки стоков зависит от типа применяемого материала. В большинстве случаев  применяют различные марки активированных углей. Но при больших концентрациях  ПАВ использование данного метода сопряжено с высокими экономическими затратами на частую замену сорбента.

 

Физико-химические методы очистки: флотация, коагуляция, адсорбция, ионный обмен, обратный осмос, ультрафильтрация, электрохимические методы. Сущность и особенности каждого метода.

Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого

материала к поверхности  раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха; и жидкости, обусловленный  избытком свободной энергии поверхностных  пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые  материалы, методом флотации заключается  в образовании комплексов "частицы-пузырьки", всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с  поверхности

обрабатываемой жидкости Прилипание частицы, находящейся в  ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается

несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее по 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)-10-3 Н/м. Большое значение при флотации  имеют размер, количество и равномерность  распределения воздушных пузырьков  в сточной воде. Оптимальные размеры

воздушных пузырьков 15-30 мкм, а максимальные -100-200 мкм.

Адсорбционный метод - один из наиболее доступных в эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, кстильной и других отраслей промышленности.

Сорбция - это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и высокая Эффективность очистки, особенно слабо концентрированных сточных вод. Сорбциониые методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

В качестве сорбентов применяют  различные искусственные и природные  пористые материалы: золу, опилки, торф, коксовую мелочь, силикагели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных  марок. Активность сорбента характеризуется  количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).

Обратный осмос (гиперфильтрация) - процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично Молекулы либо ионы растворенного вещества. При приложении давления выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки. Необходимое давление, превышающее осмотическое давление растворенного вещества в растворе, составляет при концентрации солей % 0,1-1 МПа и при концентрации солей 20-3 0 г/л 5-10 МПа. Ультрафильтраця- мембранный процесс разделения растворов осмотическое давление которых мало. Этот метод используется при отделении сравнительно высокомолекулярных веществ, взвешенных -коллоидов. Ультрафильтрация по сравнению с обратным осмосом высокопроизводительный процесс, так как высокая проницаемость мембран достигается при давлении 0,2-1 МПа. ^

Коагуляция – способность дисперсных систем выделяться на растворе под влиянием внешних воздействий. Вещества, обуславливающие коагуляцию называются коагулянтами. Центробежное отделение твердой фазы под действием центробежных и центростремительных сил происходит таких аппаратах, как центрифуги и гидроциклоны.

Применяется для очистки  стоков от мелкодисперсных и коллоидных примесей.

Al+3 +H2O = Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)2+2 + H+

Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)+3 + H+

Коагуляция. Для очистки стоков от мелкодисперсных и коллоид примесей используют их удаление с помощью коагулянтов и флокулянтов. Коагуляцию осуществляют непосредственно после удаления крупных взвесей.

При очистке питьевых и сточных вод в качестве коагулянтов используют соли алюминия, соли железа и их смеси в разных пропорциях. Реже применяют соли магния, цинка и титана. На станциях в специальных баках, защищенных от коррозии, готовят рабочие растворы коагулянтов определенной концентрации и дозируют их в обрабатываемую воду.

Ионообменный метод - процесс обмена 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 катеониты и аниониты, проявляющие 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.

Однако ведущая роль принадлежит  синтетическим органическим ионитам - ионообменным слюдам.

Важнейшим свойством ионитов  является их подготовительная 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.

Электрохимические методы. Для очистки сточных вод применяют электрохимическое окисление или восстановление, электрофлотацию, электрофорез, электродиализ и электрокоагуляцию.

Общим для всех методов  является осуществление электролиза  сточных вод, при котором имеет  место направленное движение ионов  и заряженных дисперсных частиц и  протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде.

Электрохимическое окисление  на индифферентном аноде (графит, титан, покрытый оксидами рутения, свинца и  др.) различных органических соединений происходит путем образования окислителей  С12,О2ClO

которые способствуют разложению органических веществ

обрабатываемойсточнойводы. Электрохимическим окислением можно

удалить фенолы, цианид-ионы и др. Электрохимическим вост. на катоде можно удалить из сточных металлы сполож-ым значением электродного потенциала, такие как Hg2+, Cr2+,Pb2+, Ni2+, можно восстановить непредельные

органические соединения, осуществить восстановление соединений Сr6+ до Сr3+ и др.

процесс электрохимического восстановления и окисления в

значительной степени  определяется электролита и величиной  рН сточных вод, условиями проведения электролиза.

При электрофлотациина катоде и аноде образуются пузырьки водорода и кислорода, которые оказывают флотационное действие Прилипая к частицам дисперсной фазы, поднимают их на поверхность.

Очистка сточных вод электрофорезом и электродиализам основана на использовании направленного движения ионов и заряженных частиц

процессе электролиза. Осуществляют такую очистку с помощью селективных ионообменных мембран (электродиализ) или фильтрующих материалов (электрофорез).

Электрокоагуляция. В процессе анодного растворения образуется коагулянты - гидроксиды металлов, которые снижают поверхностный заряд частиц под воздействием электрического поля.

В электролитах, содержащих активирующие ионы такие как С1-,Вr-, стальной электрод при наложении электрического поля ионизируется по реакции

Fe° - е + Н20 = Fe(OH)адс + Н+ ;

Fе(ОН)адс - е + Н20= Fe(OH)2адс+ Н+.

В результате анодного растворения  и последующего

происходит накопление коагулирующего компонента. Гидроксид Fe(OH)2 образуется при рН > 4,5 и потенциале 0,8 В виде коллоидного раствора.

 

 

Озонирование сточных  вод позволяет одновременно осуществлять обесцвечивание воды, обеззараживание, удаление запаха и привкуса. Озон окисляет как органические, так и неорганические соединения, растворенные в сточных  водах. Озонирование применяется при  очистке сточных вод от фенола, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ (ПАВ), красителей, окисления  цианидов и ароматических углеводородов.

В процессе озонирования воды происходит разложение органических соединений и обеззараживание воды. Бактерии погибают в тысячи раз быстрее, чем  при хлорировании воды.