Методи нейтралізації стічних вод

Стічні води, які містять мінеральні кислоти або луги, перед їх скиданням у природні водойми або перед використанням у технологічних проце­сах піддають нейтралізації. Практично нейтральними вважаються води, які мають рН 6,5-8,5. Для нейтралізації кислотних вод використовують сполуки основного характеру, а лужних - кислотного.

Нейтралізацію стічних вод проводять одним із способів:

· змішуванням кислотних і основних стічних вод;

· додаванням реагентів;

· фільтруванням кислотних вод через нейтралізуючі матеріали;

· абсорбцією кислотних газів лужними водами або аміаку кислотними водами.

Вибір методу нейтралізації залежить від об'єму і концентрації стічних вод, від режиму їх утво-рення, наявності і вартості реагентів. При реалі зації заходів по нейтралізації стічних вод слід враховувати можливість утворення мулу.

Нейтралізація змішуванням можлива в тому випадку, коли на одному або на сусідніх підприємствах утворю-ються кислотні і лужні води, які не­забруднені іншими компонентами. Змішування кислотних і лужних вод проводять в ємностях з мішалкою або без неї. В останньому випадку пере мішування стічних вод здійснюють за допомогою повітря при швидкості його подачі 20-40 м/с (рис. 4.19.).

При змінній концентрації стічних вод передбачають установки усе­реднення або здійснюють автома­тичне регулювання стічних вод в ка»і меру змішування. Розрахунки співвідношення стічних вод, які на« прямляють в камеру змішування, проводять за стехіометричними рівняннями.

При нейтралізації кислотних стічних вод шляхом додавання реагентіи використовують луг (NaOH, КОН), соду (Na₂C0₃), аміачну воду (NH₄ОН), карбонати кальцію і магнію (СаС0₃, MgC0₃), доломіт (CaC0₃xMgC0₃), цемент. Але найдешевіим реагентом є вапнякове молоко з вмістом активного вапна Са(ОН)₂ - 5-10%. Соду і гідроксид натрію використовують тільки в тих випадках, коли вони є відходами виробництва. Іноді для нейтралізації використовують відходи виробництва (шлами сталеплавильного і доменного виробництва для нейтралізації вод, які містять сульфатну кислоту). Реагенти обирають залежно від складу і концентрації кислотної стічної води. При цьому враховують можливість утворення мулу. Розрізняють три види кислотновмісних стічних вод:

· води, які містять слабкі кислоти (CH₃СООН тощо);

· води, які містять сильні кислоти (HCl, HNÖ₃);

· води, які містять сульфатну і сульфітну кислоту.

Для нейтралізації стічних вод перших двох видів можна використану вати будь-які реагенти. Солі цих кислот добре розчинні у воді. Кальцієві солі сульфатної і сульфітної кислоти (стічні води третього виду) поганії розчиняються у воді і випадають в мул.

Вапно для нейтралізації вводиться в стічну воду у вигляді вапнякового молока ("мокре" дозування) або у вигляді сухого порошку ("сухе" дозування). Схема установки для нейтралізації кислотних вод вапняковим молоком наведена на рис. 4.20. Для гашення вапна використовують кульові млини мокрого помелу, в них одночасно проходить тонке подрібнення і гашення. Для змішування стічних вод з вапняковим молоком використовують гідравлічні змішувачі різних типів: з механічною мішалкою, вихрові, дірчасті, барботажні з витрптами повітря 5-10 м³/год на 1 м² вільної поверхні. При нейтралізації стічних вод, які містять сульфатну кислоту, вапняковим молоком в мул виділяється гіпс Ca₂S0₄x2H₂0

1 - усереднювач; 2 - апарат для гашення вапна; 3 - баки для розчинів; 4 - дозатори; і нейтралізатор; 6 - відстійник.

Рис. 4.20. Схема установки для нейтралізації вод вапняковим молоком.

Розчинність гіпсу у воді мало змінюється температурою і, при переміщенні таких розчинів проходить відкладання гипсу на стінках трубопроводів. Для усунення цього процесу стінки трубоводів періодично промивають чистою водою або додають до стічних пом'якшувачі (гексаметафосфат). Для зменшення відкладення гіпсу на стінках трубопроводів іноді збільшують швидкість руху нейтралізова­них розчинів.

При нейтралізації кислотних вод шляхом їх фільтрування через нейтралізуючі матеріали, в якості останніх використовують магнезит, доломіт, вапняк, тверді відходи (шлак, попіл). Процес здійснюють в фільтрах-нейтралізаторах, які можуть бути горизонтальними або вертикальними. Для вертикальних фільтрів використовують шматки нейтралізуючого матеріалу розміром 30-80 мм, а при висоті шару матеріалу 1,2 м, швидкість фільтрування повинна бути < 5 м/год. Тривалість контакту повинна бути не менше 10 хвилин. Горизонтальні фільтри ви­коримтовуються рідше.

Для нейтралізації лужних стічних вод використовують нейтралізацію кислими газами, які є відходами виробництва (СО₂, SO₂, NO₂ тощо). Використання кислих газів дозволяє не тільки нейтралізувати лужні стічні води, але і одночасно проводити очистку самих газів від шкідливих компонентів.

Особливо часто для нейтралізації лужних стічних вод використовують діоксид карбону. По-перше, цс найдешевший спосіб. По-друге, внаслідок обмеженої розчинності СО₂, у воді зменшується ризик перекисленим нейтралізованих розчинів. По-третє, утворювані карбонати знаходять ширше використання, порівняно зі сульфатами і хлоридами. Більше того, карбонат-іони не викликають значної корозії обладнання і є мало­токсичними.

Процес нейтралізації можна здійснювати в реакторах з мішалкою (рис, 4.21), в розпилювальних, плівчастих і тарілчастих колонах.

Рис. 4.. Схема нейтралізації димовими газами

Якщо нейтралізацію лужних стічних вод проводять в апараті з мішалкою, то димові гази вентилятором подаються в простір навколо мішалки, де розпилюються у вигляді бульбашок і потоків у стічній воді, яка потрапляє в реактор. Завдяки великій поверхні контакту між водою і газами прохо­дить швидка нейтралізація стічної води. Наявність у димових газах кис лих компонентів сприяє нейтралізації.

Очистка стічних вод методом коагуляції

Коагуляція - це процес укрупнення диспергованих часток внаслідок їх взаємодії і об'єднання в агрегати. При очистці стічних вод її використо­вують для прискорення осадження тонкодиспергованих домішок і емульгованих речовин. Коагуляція може проходити самовільно під впливом хімічних і фізичних процесів і це явище має велике значення для самоочищення водних джерел. Проте в процесах очистки стічних вод коагуля ція проходить під впливом додавання спеціальних речовин – коагулянтів. Коагулянти у воді утворюють пластівці гідроксидів металів, які швидко осаджуються під дією сили тяжіння. Утворювані пластівці володі­ють здатністю вловлювати колоїдні і завислі частинки та викликати їх агрегацію. Оскільки колоїдні частинки (міцели колоїдних часток) ма­ють слабкий поверхневий негативний заряд, а пластівці коагулянтів -слабкий поверхневий позитивний заряд, між ними виникає взаємне електростатичне притягування. Утвореная пластівців гідроксидів металів відбувається внаслідок гідролізу солей (коагулянтів), який про­ходить ностадійно:

Ме³⁺ + НОН ↔ Ме(ОН)²⁺ + Н⁺;

Ме(ОН)²⁺ + НОН ↔ Ме(ОН)₂⁺ + Н⁺;

Ме(ОН)₂⁺ + НОН ↔ Ме(ОН)₃і + Н⁺;

Ме³⁺ + З НОН ↔ Ме(ОН)₃↓ + 3Н⁺.

В якості коагулянтів зазвичай використовують солі алюмінію, феруму або їх суміші. Серед солей алюмінію в якості коагулянтів використовують сульфат алюмінію А1₂(SO₄)₃ х 18Н₂О, алюмінат натрію NаА1₂О₃, оксихлорид алюмінію А1₂(ОН)₅С1, алюмокалієві КА1(SO₄)₂х12Н₂0 та алюмо­амонійні NН₄А1(SO₄)₂х12Н₂0 галуни. Серед цих сполук найбільшого нрення набув сульфат алюмінію, який ефективний в межах рН 5,0-7,5.

Він добре розчинний у воді і відносно недорогий. Його використовують в сухому вигляді або у вигляді 50%-ого розчину. При коагулюванні сульфату алюмінію від взаємодіє з гідрокарбонатами, які присутні у воді:

А1₂(SO₄)₃ + 3 Са(НС0₃) ↔ А1(ОН)₃ + 3 СаSO₄ + 6 СО₂

Алюмінат натрію використовують в сухому вигляді або у вигляді 45%-ного розчину. Він є лужним реагентом і, при рН 9,3-9,8, утворює пластівці, які швидко осідають. Для нейтралізації води (лужне середовище) можна використовувати кислоти або димові гази, що містять діоксид карбону:

2 NаА1О₂+ С0₂ + З Н₂0 ↔ 2 А1(ОН)₃ + Nа₂С0₃.

Часто використовують суміш алюмінату натрію і сульфату алюмінію у співвідношенні NаА1О₂: = (10:1)-(20:1) і при цьому реакція утворення пластівці» с наступною:

6 NаА1О₂ + А1₂(SO₄)₃ + 12 Н₂0 ↔ 8 А1(ОН)₃ ↓ + 3 ₂SO₄).

Сумісне використання цих солей дає можливість підвищити ефект освітлення, збільшити густину і швидкість осадження пластівців, розширити оптимальні межі рН середовища. Оксихлорид алюмінію володіє невисокою кислотністю і тому придатний для очистки слабколужних стічних вод. Внаслідок високого вмісту в якому водорозчинного алюмінію збільшується швидкість утворення пластівців і осадження коагульованої завислої суміші, наприклад, за реак цією:

2 А1₂(ОН)₅С1 + Са(НС0₃)₂ ↔ 4 А1(ОН)₃↓ + 3 СаС1₂ + 2 С0₂.

Серед солей феруму як коагулянти використовують феруму(ІІІ) суль­фати і хлорид Fе₂SO₄x 2H₂О, x 2H₂О, FеС1₃, а також феруму(ІІ) сульфат FеSO₄x 7H₂О. Найбільше освітлення проходить при використанні солей феруму(ІІІ). Феруму(ІІІ) хлорид використовується в сухому виг­ляді або у вигляді 10-15%-вих розчинів. Феруму сульфати використову ються у вигляді порошків. Вибір коагулянту залежить від рН стічних вод. Для Fе³⁺ рН складає 6,0-9,0, а для Fе²⁺ - рН > 9,5. Іноді проводять підлужу­вання стічних вод, для чого використовують NаОН і Са(ОН)₂. Утворення пластівців проходить за реакціями:

2 FеС1₃ + З Н₂0 ↔ З НС1;

Fе ₂(SO₄)₃ + 6 Н₂0 H₂0 ↔ 2 Fе(ОН)₃↓ + З Н₂ SO₄

При підлужуванні проходять такі реакції:

2 FеС1₃ + 3 Са(ОН) ↔ 2 Fе(ОН)₃↓+ 3 СаС1₂;

Fе ₂(SO₄)₃ + 3 Са(ОН)₂ ↔ 2 Fе(ОН)₃↓ + 3 СаSO₄

Солі феруму, як коагулянти, мають певні перевагу над солями алюмінію, але мають і певні недоліки. Перевагами солей феруму є краща ефек тивність при низьких температурах, більш широкі межі оптимальних значень рН середовища, більша міцність і гідравлічна величина пластівціd, можливість очистки вод з широким діапазоном сольового складу, здатність усувати неприємні запахи і присмаки, які зумовлені наявністю сірководню. До недоліків солей феруму як коагулянтів, належать здатність катіонів феруму утворювати з деякими органічними і неорганічними спо­луками інтенсивно забарвлені водорозчинні комплексні сполуки. Крім того, солі феруму володіють сильними кислотними властивостями, що підсилює корозію обладнання, а також їх пластівці мають менш розвинуту поверхню. При використанні сумішей сульфату алюмінію А1₂(SO₄)₃ і хлори ду феруму(ІІІ) FеС1₃ у співвідношенні 1:1 - 1:2 досягається кращий результат коагулювання, ніж при роздільному використанні реа гентів. Швидкість коагуляції залежить від концентрації електроліту. В загалі, ному вигляді ця залежність показана на рис. 4..

Рис. 4.. Залежність швидкості коагуляції від концентрації електроліту

При малих концентраціях електроліту ефективність зіткнення частинок, тобто відношення кількості зіткнень, які закінчуються злипанням, до загального числа зіткнень, близька до нуля (ψ → 0). При зростанні концентрації швидкість коагуляції збільшується, але не всі зіткнення ефективні (повільна коагуляція). При ψ = 1 настає швидка коагуляція, при якій всі зіткнення частинок закінчуються утворенням агрегатів

У полідисперсних системах коагуляція проходить швидше, ніж в монодисперсних, тому що крупні частинки при осадженні захоплюють більш дрібний. Форма частинок також впливає на швидкість коагуляції. Розмір пластівців (в межах 0,5-3,0 мм) визначається співвідношенням між молекулярними силами втримування частинок разом і гідродинамічними силами відриву, які намагаються зруйнувати агрегат. Для характеристики пластівців використовують поняття еквівалентного діаметру (d_е), який визначають з рівняння:

,

де γ - густина пластівців;

V - швидкість вільного осадження;

ν - коефіцієнт кінематичної в'язкості води;

k_ф - коефіцієнт форми пластівців.

Густину пластівців (γ) визначають з врахуванням густин води γ_в і твердої фази γ_т, а також об'єму твердої речовини в одиниці об'єму пластівців d_Т : γ_Х = γ_В + d_Т · (γ_Т - γ_В).

Якщо в процесі очистки стічної води виділяються гази (аерація, флотація), то це сприяє зменшенню об'ємної ваги пластівців і зменшенню швидкості осадження.

Процес очистки води методом коагуляції складається із таких стадій:
- дозування і змішування коагулянтів із стічною водою;
- утворення пластівців;

- осадження пластівців.

Загальна схема очистки стічних вод методом коагуляції наведена на рис.4

1 - ємність для приготування розчинів; 2 - дозатор; 3 - змішувач; 4 - камера утворення пластівців; 5 - відстійник. Рис. 4 Схема установки для очистки вод коагуляцією.	1 корпус; 2 - жолоб; 3 - отвори для видалення освітленої води; 4 - відділювач повітря' 5 - центральна труба; 6 - розподільчі труби.' Рис. Коагуляторнхштлювач.

Для змішування коагулянтів з водою використовують гідравлічні і механічні змішувачі. В гідравлічних змішувачах змішування проходить внаслідок зміни напрямку руху і швидкості потоку води. В механічних змішувачах - апаратах з мішалкою - процес перемішування повинен бути рівномірним і повільним, щоб частинки при наближенні утворювали пластівці, які не руйнуються при обертанні мішалки.

Після змішування стічних вод з реагентами вода напрямляється в камери утворення пластівців. Камери необхідні для утворення пластівців коагулянтів. Використовують камери з перетинами, вихрові і з механічною мішалкою. Утворення пластівців в камерах проходить повільно - за 10-30 хвилин, що обмежує швидкість руху води в камері. Осадження пластівців проходить у відстійниках і освітлювачах, конст­рукція яких розглянута раніше (механічна очистка стічних вод).

В деяких випадках змішування коагулянтів і осадження утворених пластівців проводять в одному апараті, причому поєднують очистку коагуляцією і флокуляцією. Приклад такого апарату наведений на рис. 4.24. Стічна вода, яка змішана з коагулятором по трубі потрапляє у відділювач повітря (4),. Після цього вона рухається по центральній трубі (5) до розподільних труб, які закінчуються соплами для розподілу і обертання води і кільцевій зоні, куди подається флокулянт. Пластівці коагулянту утворюються в кільцевій зоні. Завислі частки з пластівцями осідають на дно і видаляються з апарату. Освітлена вода через отвори (3) потрапляє в жолоб (2), з якого видаляється.