Методы очистки сточных вод от вредных веществ

Методы очистки  сточных вод от вредных веществ

   В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочище-ния воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые  сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриаль-ный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезврежи-вать, очищать сточные воды и утилизировать их.

   Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или

удаления  из них вредных  веществ. Освобождение сточных вод  от загрязне-ния - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода). Методы очистки сточных вод  можно разделить на механические,  химичес-кие, физико-химические и биологические и комбинированные. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется харак-тером загрязнения и степенью вредности примесей.

Очистка сточных  вод от нефтепродуктов

Физико-химические методы очистки нефтесодержащих  сточных вод. Адсорбция.

   Широко распространённые реагентные методы в очистке нефтесодержащих сточных вод наряду с коагуляцией и флокуляцией включают адсорбцию. Адсорбция - это практически единственный метод, позволяющий очищать сточные воды от нефтепродуктов до любого требуемого уровня без внесения в воду каких-либо вторичных загрязнений. В качестве адсорбентов загрязняющих стоки агентов применяют природные и искусственные пористые материалы. Выпускаемые промышленностью адсорбенты должны удовлетворять определенным стандартным показателям, в числе которых прочность на истирание, сорбционная емкость и др. Так, для очистки и доочистки сточных вод от нефтепродуктов используют асбестосодержащий материал - отход производства асбестовых бумаг и картона (регенерация прокаливанием); пористый полимерный сорбент-сополимер стирола и дивинилбензола (нефтепродукты могут быть элюированы растворителем); пенополиуретан, в который введены гранулы ферромагнитного материала размером 0,01-0,1 мм в количестве 0,02-0,08% для фильтрования в магнитном поле (регенерация отжимом); сорбент на основе базальтового волокна и гидрофобизатора - кремний или органические гидрофобизирующие соединения - 2-15% (регенерация - отжим или сжигание углеводородов, позволяет многократное использование); древесные стружки, опилки, волокна, помещенные в пористые тканые оболочки (утилизация сжиганием) и другие материалы.

   Чаще других сорбентов при очистке промышленных сточных вод от нефтепродуктов используется, однако, гранулированный активный уголь, имеющий частицы размером более 0,10 мм на 85-99%, состоящий из углеродов и способный самопроизвольно отделяться от воды. 
Аппаратурное оформление сорбционной очистки стоков - общепринятые в химической технологии - напорные фильтры с плотным слоем гранулиро-ванных активных углей, перед которыми расположены механические фильтры. Двухступенчатое фильтрование применяется при глубокой очистке сточных вод, содержащих эмульгированные и растворенные нефтепродукты (очистка до 0,1-2 мг/л).

   Напорные фильтры для сорбционной очистки воды выпускаются серийно промышленностью. Обычно используют комбинацию из трех фильтров (два рабочих, соединенных последовательно и один резервный). Исходную воду подают в первый адсорбер, доочистку стоков проводят во втором. При полной отработке первый адсорбер отключают на регенерацию, а подключают резервный и другие, цикл повторяется. Безнапорные фильтры, конструкционно аналогичные механическим, используют для очистки больших объемов сточных вод. Схема работы подобна принятой для напорных фильтров, только движение воды снизу-вверх. Пористые сорбенты имеют низкую механическую прочность. Потери сорбентов за один цикл на истирание или промывку достигают 0,1-2%, учитывая это, а также стоимость сорбентов, большое значение имеет регенерация сорбентов и возможность их многократного использования в аппаратах водоочистки.

   Существуют три основных метода регенерации сорбентов: химический (обработка растворами реагентов - применяется редко), низкотемпературный (обработка с паром - эффективен для извлечения низкомолекулярных нефтепродуктов) и термический (десорбция высококипящих соединений парогазовыми смесями). Термическая регенерация может быть проведена в барабанных печах, многоподовых (используемых в основном за рубежом) и в печах с кипящим слоем, в которых в 5-10 раз больше расход топлива и в 3-5 раз больше потери сорбента. Используются у нас серийно выпускаемые барабанные вращающиеся печи (ПВ-0,7), которые не только просты и надежны в эксплуатации, но и позволяют проводить регенерацию сорбентов с малыми потерями (менее 10%). Регенерация сорбента позволяет использовать его в системах очистки нефтесодержащих стоков 8-10 раз и более.

Очистка сточных  вод от хрома

Метод  электрокоагуляции

   Метод наиболее пригоден для выделения хрома. Сущность метода заключается в восстановлении Cr(VI) до Cr(III) в процессе электролиза с использованием растворимых стальных электродов. При прохождении растворов через межэлектродное пространство происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом. 
 
Суть протекающих при этом процессов заключается в следующем: при протекании постоянного электрического тока через хромсодержащие растворы гальваношламов, анод подвергается электролитическому растворению с образованием ионов Fe, которые, с одной стороны, являются эффективными восстановителями для ионов хрома (VI), с другой - коагулянтами: 
 
Cr ₂O₇ ^2- + 6Fe ²⁺ 6Fe ²⁺ + 2Cr³⁺

   На катоде выделяется газообразный водород, что ведет к выщелачиванию раствора и созданию, таким образом, условий для выделения гидроксидов примесных металлов, также происходит процесс электрохимического восстановления по реакциям:

2H ⁺ + 2e H₂

Cr₂O₇ ^2- + 14H ⁺ 2Cr ³⁺ + 7H₂O

   Находящиеся в растворе ионы Fe ⁺³, Fe ²⁺ ,Cr⁺³гидратируют с образованием гидроксидов Fe(OH)₃ ,Fe(OH)₂ ,Cr(OH)₃. Образующиеся гидроксиды железа являются хорошими коллекторами для осаждения гидроксидов примесных металлов и адсорбентами для других металлов.

Метод ионного  обмена

   Ионообменное извлечение металлов из сточных вод позволяет рекуперировать ценные вещества с высокой степенью извлечения. Ионный обмен – это процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, называются ионитами. Метод ионного обмена основан на применении катионитов и анионитов, сорбирующих из обрабатываемых сточных вод катионы и анионы растворенных солей. В процессе фильтрования обменные катионы и анионы заменяются катионами и анионами, извлекаемыми из сточных вод. Это приводит к истощению обменной способности материалов и необходимости их регенерации.

   Наибольшее практическое значение для очистки сточных вод приобрели синтетические ионообменные смолы – высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами. Пространственная углеводородная сетка называется матрицей, а обменивающиеся ионы – противоионами. Каждый противоион соединен с противоположно заряженными ионами, называемыми анкерными. Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

RSO₃H + NaCL = RSO₃Na + HCL,   при контакте с катионитом, где R – матрица, Н – противоион, SO₃ - анкерный ион;

ROH + NaCL = RCL + NaOH,   при контакте с анионитом.

   Для извлечения из сточных вод гальванопроизводства катионов трехвалентного хрома применяют Н-катиониты, хромат-ионы CrO₃^2- и бихромат-ионы Cr₂O₇^2- извлекают на анионитах АВ-17, АН-18П, АН-25, АМ-п. Емкость анионитов по хрому не зависит от величины рН в пределах от 1 до 6 и значительно снижается с увеличением рН больше 6. При концентрации шестивалентного хрома в растворе от 800 до 1400 экв/л обменная емкость анионита АВ-17 составляет 270 - 376 моль*экв/м³. 
 
Регенерацию сильноосновных анионитов проводят 8 - 10 %-ным раствором едкого натра. Элюаты, содержащие 40 - 50 г/л шестивалентного хрома, могут быть направлены на производство монохромата натрия, а очищенная вода - использоваться повторно.

   На базе ВлГлУ разработана технология локальной очистки хромсодержащих стоков с целью извлечения из них соединений тяжелых цветных металлов, в т.ч. и хрома сорбцией на сильноосновном анионите. Степень очистки воды по данной технологии более 90 - 95%. Очищенная вода соответствует ГОСТ 9.317-90 и вполне пригодна для использования в системах замкнутого водооборота.