Тема: Снижение уровня опасных воздействий промышленных производств на природную среду (стр. 2 )

       Насыпной фильтр – наиболее простой вид адсорбера, применяемый перед сооружениями биологической очистки. Он представляет собой колонну с неподвижным слоем сорбента, через который фильтруется сточная вода. Наиболее рациональное направление фильтрования жидкости – снизу вверх. В этом случае происходит равномерное заполнение колонны по всему сечению, относительно легко вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающие в слой сорбента вместе со сточной водой. В колонне на беспровальную решетку с отверстиями 5-10 мм и шагом 10-20 мм укладывается поддерживающий слой мелкого щебня и крупного гравия высотой 40 – 50 см, далее - слой зерен сорбента. Сверху слой сорбента закрывают слоем гравия и щебня, решеткой. Процесс десорбции проводят при помощи растворителей или пара.

       Сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций, состоящих из 3-5 последовательно расположенных фильтров. При достижении предельного насыщения головной фильтр отключается на регенерацию, вода подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр  включается в схему очистки уже в качестве последней ступени.

       Смесители применяются  при проведении процесса сорбционной очистки в статических условиях с последовательным введением сорбента (рис. 5). Процесс ведут при интенсивном перемешивании обрабатываемой сточной воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды отстаиванием, фильтрованием и т. п.  При последовательном введении новых порций сорбента в очищаемую воду можно максимально извлечь из нее загрязняющие вещества. Глубина извлечения загрязнения будет определяться адсорбционной константой распределения сорбата между сорбентом и раствором.

Рис. 5        Схема установки сорбционной очистки в статических условиях с последовательным введением сорбента.

1 - подача сточной воды, 2 – подача сорбента, 3 - резервуар с перемешивающим устройством, 4 – отстойник для отделения отработавшего сорбента, 5 – выпуск воды, 6 – выпуск  отработавшего сорбента.

При относительно высоком содержании в сточной воде мелкодиспергированных взвешенных частиц, заиливающих сорбенты, а также в случаях, когда равновесие устанавливается медленно, применяют процесс сорбционной очистки с псевдоожиженным слоем. Псевдоожижение слоя наступает при повышении скорости потока очищаемой сточной воды, проходящей снизу вверх аппарата, до такой величины, при которой зерна расширившегося слоя начинают интенсивно и беспорядочно перемещаться в объеме слоя, сохраняющего постоянную для данной скорости потока воды высоту. Процесс проводят в цилиндрических одноярусных адсорберах.

       Цилиндрический одноярусный адсорбер для очистки в псевдоожиженном слое представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее  имеет расширение, диаметр которого в 1,5-2 раза  больше диаметра колонны, днище колонны имеет коническую форму. Непосредственно над коническим днищем устанавливается распределительная решетка с отверстиями 5 – 10 мм, на которую загружается активированный уголь. Высота неподвижного слоя угля составляет 2,5 – 2,7 м. В нижнюю часть аппарата поступает сточная вода со скоростью, обеспечивающей расширение слоя 1,5 – 1,6. Уголь равномерно подается в аппарат из бункера с автоматическим  дозатором.        Сорбент в виде 5-20%-ной суспензии  подается в нижнюю часть колонны под решетку, где смешивается с очищаемой водой. Смесь проходит через отверстия решетки. Над решеткой образуется псевдоожиженный слой, в котором идет процесс сорбции загрязнений. Избыток угля поступает в сборник, потом на регенерацию. Очищенная вода отводится из верхней части колонны.

Сорбционная очистка может быть:

регенеративной, когда извлеченные вещества утилизируются, деструктивной, когда извлеченные вещества уничтожаются.

В зависимости от назначения сорбционной очистки применяются различные методы регенерации сорбента. Для извлечения адсорбированных веществ используют:

экстракцию их органическим растворителем; отгонку адсорбированного вещества с водяным паром; испарение адсорбированного вещества током газообразного инертного теплоносителя.

Легколетучие органические вещества десорбируют воздухом, инертными газами, перегретым паром. При этом температура воздуха должна быть 120 – 140ОС, перегретого пара - 200-300ОС, а инертных газов - 300 – 500°С. В качестве растворителей при десорбции могут использоваться легколетучие органические вещества (дихлорэтан, бутилацетат и др.). Растворитель отгоняется из сорбента перегретым водяным паром. При деструктивной очистке применяют термические или окислительные методы (в безкислородной среде). При этом часть сорбента неизбежно теряется.

Флотация - метод очистки промышленных сточных вод от гидрофобных мелкодисперсных загрязнений, основанный на явлении смачивания жидкостью твердых или жидких несмешивающихся с ней поверхностей. Метод применяют для удаления из сточных вод нерастворимых в воде  диспергированных  загрязнений (ПАВ, жиров, масел, нефтепродуктов, волокнистых частиц, активного ила после биохимической очистки), которые самопроизвольно плохо отстаиваются в условиях механической очистки.

       Флотацию применяют на многих производствах:

       - нефтеперерабарывающих;

       - искусственного волокна;

       - целлюлозно-бумажных;

       - кожевенных;

       - машиностроительных;

       - пищевых;

       - химических.

Рис. 6 Процесс флотации

Процесс флотации (рис.6) заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании комплексов частицы-пузырьки на поверхность обрабатываемой сточной воды и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности жидкости.

       Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда частица гидрофобная, т. е. не смачивается (или плохо смачивается) жидкостью. Смачивание – это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым (или другим жидким) телом при наличии  одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом (воздухом). Если каплю жидкости нанести на твердую поверхность или несмешивающуюся с ней жидкую поверхность, то нанесенная капля:

может остаться на поверхности в виде капли определенной формы, близкой к шарообразной (несмачивание или плохое смачивание), частично растекается по поверхности, приобретая форму шарового сегмента определенной высоты (смачивание).

Угол между касательными к межфазным поверхностям с вершиной в точке раздела трех фаз, отсчитанный  внутри жидкости, называют краевым углом или углом смачивания. Величина краевого угла является количественной характеристикой процесса смачивания. Жидкость не смачивает твердую поверхность, если краевой угол больше 90°, такая поверхность называется гидрофобной. Соответственно дисперсная частица, поверхность которой не смачивается водой, также называется гидрофобной.

       Эффективность процесса флотации определяется в основном адгезией между гидрофобной частицей и пузырьком воздуха, а также скоростью установления контакте между ними, т. е. скоростью разрыва разделяющей их водной пленки. При выборе условий флотации необходимо учитывать также, что флотирующая (подъемная сила), прижимающая частицу к пузырьку воздуха (сила адгезии), должна быть больше силы тяжести.

       Применение того или иного способа флотации зависит от состава сточных вод, необходимой степени очистки и обосновывается технико-экономическими расчетами. Степень очистки 95-98%.

Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:

флотация с выделением пузырьков воздуха из раствора (напорная флотация); флотация с механическим диспергированием воздуха; флотация с подачей воздуха через пористые материалы; электрофлотация; биологическая и химическая флотация.

       Флотация с выделением воздуха из раствора применяется при очистке производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений. Метод основан на зависимости растворимости газов воздуха в воде от давления. Если при атмосферном давлении получить насыщенный раствор газов воздуха в очищаемой сточной воде, а затем  снизить давление до 225 – 300 мм. рт. ст., то в результате уменьшения растворимости газов в воде при понижении давления  в объеме  очищаемой воды будут образовываться мелкие пузырьки воздуха, которые и флотируют загрязнения. Такой способ применяется при вакуумной флотации. При напорной флотации схема получения пузырьков воздуха в очищаемой воде противоположна: воду насыщают воздухом при повышенном давлении, затем  внешнее давление снижают, растворимость газов в воде уменьшается и они выделяются в объеме очищаемой воды в виде мелких пузырьков.

       Флотация с механическим диспергированием воздуха. При перемешивании струи воздуха в воде  создается интенсивное вихревое движение, воздушная струя распадается на отдельные пузырьки. Механическое перемешивание осуществляется импеллерами– турбинками насосного типа. Импеллер представляет собой диск с радиальными обращенными вверх лопатками. При вращении импеллера в жидкости возникает большое число мелких вихревых потоков, которые разбиваются на пузырьки определенной величины. Эффективность очистки зависит от скорости вращения импеллера.

Флотация с подачей воздуха через пористые материалы проводится пропусканием воздуха  через пористые керамические пластины или колпачки, трубы, насадки, уложенные на дне флотационной камеры. Недостатком метода является возможность зарастания и засорения пор, а также трудности выбора материалов, обеспечивающих выход мелких, близких по размеру пузырьков.