Методические указания студентам по изучению профессионального модуля “Основы обеспечения безопасности на производствах электронной промышленности” (стр. 33 )

Различают сильно - и слабокислотные катиониты (в Н+- или Na+-форме) и сильно - и слабоосновные аниониты (в ОН– - или солевой форме), а также иониты смешанного действия.

В зависимости от вида и концентрации примесей в сточной воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок. Для очистки сточных вод от анионов силь­ных кислот применяют технологическую схему одноступенчатого Н-катионирования и ОН-анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита (рис. 5.14, а). Для более глубокой очистки сточных вод, в том числе от солей, применяют одно - или двухступенчатое Н-катионирование на сильнокислотном катионите с последующим двухступенчатым ОН-анионированием на слабо-, а затем на сильноосновном анионите (рис. 5.14, б).

При содержании в сточной воде большого количества диоксида углерода и его солей происходит быстрое истощение емкости сильноосновного анионита. Для уменьшения истощения сточную воду после катионитового фильтра дегазируют в специальных дегазаторах с насадкой из колец Рашига или в других аппаратах (рис. 5.14, в).

Рис. 5.14. Технологическая схема ионообменной очистки сточных вод:

а - одноступенчатая очистка; б - очистка с двухступенчатым анионированием; в - очистка с промежуточной дегазацией и двухступенчатым анионированием; К - катионитовый фильтр; А - анионитовый фильтр; Д - декарбонизатор; ПБ - промежуточный бак

При необходимости обеспечивать значение рН ≈ 6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешанного действия, загру­жаемый смесью сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита.

Электрохимическая очистка, в частности электрохимическое окисление, осуществляется электролизом и реализуется двумя путя­ми: окислением веществ путем передачи электронов непосредствен­но на поверхности анода или через вещество – переносчика, а также в результате взаимодействия с сильными окислителями, образовавшимися в процессе электролиза.

Наличие в сточной воде достаточного количества хлоридионов обусловливает появление в ней при электролизе активного хлора (Сl2, НОСl, Сl2О, СlO-, СlО3), который является сильнейшим окислителем и способен вызывать глубокую деструкцию многих органических ве­ществ, содержащихся в сточных водах.

Электрохимическое окисление применяют для очистки сточных вод гальванических процессов, содержащих простые цианиды (КСС1, NaCCl) или комплексные цианиды цинка, меди, железа и других металлов. Электрохимическое окисление осуществляют в электролизерах (обычно прямоугольной формы) непрерывного или периодического действия. На аноде происходит окисление цианидов
в малотоксичные и нетоксичные продукты (цианаты, карбонаты, диоксид углерода, азот), а на катоде – разряд ионов водорода с образованием газообразного водорода и разряд ионов меди, цинка, кадмия, образующихся при диссоциации комплексных анионов с содержанием CN-группы.

На рис. 5.15 показана технологическая схема установки для электрохимического окисления сточных вод. В ее состав входят сборный резервуар 1, бак 2 для приготовления концентрированного раствора NaCl, электролизер 3 с источником постоянного напряжения 7. Очищенная от цианидов сточная вода выходит по трубопроводу 4, а при необходимости ее доочистки по трубопроводу 5 вновь направляется в сборный резервуар 1. Для интенсификации процесса окисления в электролизер 3 по трубопроводу 6 подают сжатый воздух.

Гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, поры которых разме­ром около 1 нм пропускают молекулы воды, задерживая гидратированные ионы солей или молекулы недиссоциированных соединений. По сравнению с другими методами очистки гиперфильтрация требует малых энергозатрат: установки для очистки конструктивно просты и компактны, легко автоматизируются; фильт-

Рис. 5.15. Технологическая схема установки электрохимического окисления циансодержащих сточных вод

рат имеет высокую степень чистоты и может быть использован в оборотных системах водо­снабжения, а сконцентрированные примеси сточных вод легко утилизируются или уничтожаются.

Для гиперфильтрации используют ацетатцеллюлозные, полиамидные и тому подобные полимерные мембраны с ресурсом работы до 2-х лет.

Эвапорация реализуется обработкой паром сточной воды с содер­жанием летучих органических веществ, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды. Процесс эвапорации осуществляют в испарительных установках (рис. 5.16), в кото­рых при протекании через эвапорационную колонну с насадками из колец Рашига навстречу потоку острого пара сточная вода нагревается до температуры 100 °С. При этом содержащиеся в сточной воде ле­тучие примеси переходят в паровую фазу и распределяются между двумя фазами (паром и водой) в соответствии с уравнением , где сп и св - концентрации примеси в паре и сточной воде, кг/м3; γ - коэффициент распределения. Для аммиака, этиламина, диэтиламина, анилина и фенола, содержащихся в сточной воде, коэффици­ент распределения соответственно равен 13, 20, 43; 5,5 и 2.

Рис. 5.16. Технологическая схема эвапорационной установки:

1 - трубопровод подачи исходной сточной воды; 2 - теплообменник; 3 - эвапорационная колонна; 4 - трубопровод загрязненного пара; 5 - трубопровод подачи растворителя; 6 - колонна с насадками из колец Рашига для очистки отработанного пара; 7 - вентилятор; 8 - трубопровод повторно используемого очищенного пара; 9 - трубопровод отвода загрязненного летучими примесями растворителя; 10 - трубопровод отвода очищенной сточной воды; 11 - трубопровод подачи свежего пара

Выпаривание, испарение и кристаллизацию используют для очистки небольших объемов сточной воды с большим содержанием летучих веществ.

Биологическую очистку применяют для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ. Она основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т. п.). Процесс реализуется в две стадии, протекаю­щие одновременно, но с различной скоростью: адсорбция из сточных вод тонкодисперсных и растворенных примесей органических ве­ществ и разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микро­организмов при протекающих в них биохимических процессах (окис­лении или восстановлении). Обе стадии реализуются как в аэробных, так и в анаэробных условиях в зависимости от видов и свойств микро­организмов. Биологическую очистку осуществляют в природных и искусственных условиях.

Сточные воды в природных условиях очищают на полях фильтрации, полях орошения и в биологических прудах [7.5]. Очистку и быто­вых, и производственных сточных вод на полях фильтрации и полях орошения в настоящее время используют очень редко в связи с малой пропускной способностью единицы площади полей и непостоянст­вом состава производственных сточных вод, а также из-за возможно­сти попадания на поля токсичных для их микрофлоры примесей.

Биологические пруды используют для очистки и доочистки сточ­ных вод суточным расходом не более 6000 м3. Применяют пруды с ес­тественной и искусственной аэрацией.

Биологические фильтры широко используют для очистки и быто­вых, и производственных сточных вод. В качестве фильтровального материала для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, ке­рамзит, пластмассу, гравий и т. п. Существуют биофильтры с естест­венной подачей воздуха; их применяют для очистки сточных вод су­точным расходом не более 1000 м3. Для очистки производственных сточных вод больших расходов и сильно концентрированных используют биофильтры с принудительной подачей воздуха (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Схема биофильтра с принудительной подачей воздуха:

1 - трубопровод подачи исходной сточной воды; 2 - водораспределительные устройства; 3 - фильтровальная загрузка; 4 - трубопровод отвода очищенной сточной воды; 5 - гидравлический затвор; 6 - трубопровод подвода сжатого воздуха; 7 - корпус фильтра

Нормальный ход процесса биологической очистки сточных вод устанавливается после образования на загрузочном материале биофильтра биологической пленки, микроорганизмы которой адаптировались к органическим примесям сточных вод. Период адаптации обычно составляет 2...4 недели, хотя в отдельных случаях он может достигать нескольких месяцев. Для оценки состава сточных вод в процессе биологической очистки используют биологическую потребность воды в кислороде (БПК) - количество кислорода, необхо­димое для окисления всех органических примесей, содержащихся в единице объема сточной воды.

Аэротенки, используемые для очистки больших расходов сточных вод, позволяют эффективно регулировать скорость и полноту проте­кающих в них биохимических процессов, что особенно важно для очистки промышленных сточных вод нестабильного состава. Окис­лительная мощность аэротенков составляет 0,5...1,5 кг/м3 в сутки. В зависимости от состава примесей сточных вод и требуемой эффек­тивности очистки применяют аэротенки с дифференцируемой пода­чей воздуха, аэротенки-смесители с дифференцируемой подачей сточной воды и аэротенки с регенераторами активного ила.

При БПК > 0,5 кг/м3 используют аэротенки с дифференцируемой (сосредоточенной) подачей смеси сточной воды и активного ила в на­чале сооружения (рис 5.18).

Воздух, интенсифицирующий процесс окисления органических примесей, распределяется равномерно по всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточной воде осуществляют механическими или пневматическими аэра­торами. Окислительная мощность аэротенков существенным обра­зом зависит от концентрации активного ила в сточной воде. При очистке производственных сточных вод концентрация ила обычно составляет 2…3 кг/м3 по сухому веществу.