Тема: Снижение уровня опасных воздействий промышленных производств на природную среду (стр. 3 )

Электрофлотация отличается от других способов флотационной очистки сточных вод тем, что пузырьки газа образуются при электролизе воды. На катоде происходит восстановление воды с образованием молекулярного водорода, на аноде выделяется кислород (при использовании инертных электродов):

Катод: 2                                                        (16)

Анод:   1                                                        (17)

                                                               (18)

При использовании  неинертных электродов (железных или алюминиевых)  на аноде происходит анодное окисление металла, который в виде хлопьев гидроксида переходит в очищаемую воду. На хлопьях коагулянта закрепляются пузырьки воздуха, происходит интенсивная коагуляция загрязнений. Процесс в целом называют электрокоагуляционно-флотационным (или электрофлотокоагуляцией).

       Биологическая флотация применяется для уплотнения осадков сточных вод. При биологической флотации осадок из первичных отстойников подогревается паром в специальной емкости до 35 – 55°С и при этих условиях выдерживается несколько суток. В результате деятельности микроорганизмов выделяются пузырьки газов, которые флотируют частицы осадка в пенный слой, где они уплотняются и обезвоживаются.

       Химическая флотация отличается тем, что для получения пузырьков газа в очищаемую воду добавляются специальные реагенты. При реакции реагентов с водой или загрязнениями воды выделяются газообразные вещества: О2, СО2, Сl2 и другие.

       Экстракционная очистка  сточных вод основана на распределении загрязняющего вещества между двумя несмешивающимися  жидкостями в соответствии с растворимостью в них (жидкофазная экстракция). Отношение равновесных концентраций извлекаемого вещества в двух взаимно несмешивающихся жидкостях  величина постоянная, называемая коэффициентом распределения: . Величина его зависит от химической природы веществ, температуры и других факторов, влияющих на состояние равновесия в рассматриваемой системе. Например, коэффициет распределения салициловой кислоты в системе ацетон - вода равен 126 при 25ОС.

       Экстракция – применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение. Для большинства веществ при концентрации выше 3-4 г/л их рациональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. При концентрации меньше 1 г/л экстракцию следует применять только в особых случаях.

Процесс очистки проводится в несколько стадий:

подготовка воды перед экстракцией (отстаивание, фильтрование, нейтрализация, охлаждение); интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем) в экстракционных колоннах. В результате образуется экстракт  - раствор извлекаемого вещества в экстрагенте и рафинат – сточная вода с некоторым небольшим количеством экстрагента; разделение экстракта и рафината; регенерация экстрагента из экстракта регенерация экстрагента из рафината.

При содержании в сточной воде нескольких примесей целесообразно извлекать экстракцией сначала один из компонентов – наиболее ценный или токсичный, а затем, если это необходимо, другой и т. д. При этом для каждого компонента может быть разный экстрагент.

Для успешного проведения процесса экстракции экстрагент должен отвечать следующим требованиям:

иметь большое значение коэффициента распределения по отношению к экстрагируемому веществу и малую растворимость в воде; обладать большой селективностью по отношению к одному веществу или группе извлекаемых веществ; не образовывать с водой устойчивых эмульсий; значительно отличаться по плотности от сточной воды; иметь температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества; иметь малую токсичность и взрывоопасность; не взаимодействовать химически с извлекаемым веществом и материалами оборудования; регенерироваться простым и дешевым способом и др.

       Для очистки промышленных сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной многоступенчатой экстракции  и непрерывной противоточной экстракции.

Ионный обмен (ионообменная сорбция) – метод очистки сточных вод, основанный на реакции обмена между ионами, находящимися в составе очищаемой воды, и  подвижными ионами, входящими в состав полиэлектролита – ионита.

катиониты        ,                (19)

               (20)

Иониты         аниониты  ,                (21)

               (22)

Примечание: амфотерные иониты (обладают кислотными и основными свойствами).

Применение метода ионного обмена позволяет извлекать из сточных вод такие металлы как цинк, медь, хром, никель, свинец, ртуть, кадмий, ванадий, марганец и др., а также соединения мышьяка, фосфора, цианистых соединений, ПАВ, радиоактивных веществ, очищать сточную воду для использования в системах оборотного водоснабжения.

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней на другие ионы, присутствующие в растворе.

Вещества, составляющие эту твердую фазу, носят название ионитов. Они практически нерастворимы в воде. Иониты, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами, отрицательные ионы – анионитами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые – основными. Если иониты обменивают и катиониты, и аниониты, их называют амфотерными.

Иониты бывают:

неорганические (минеральные); органические.

К неорганическим природным ионитам относят: цеалиты, глинистые минералы, полевые шпаты, слюды и другие. К неорганическим синтетическим ионитам относят: селикагели, труднорастворимые оксиды, пермутиты и другие.

Органические  природные иониты – гуминовые кислоты почв и углей. Органические синтетические иониты – ионообменные смолы с развитой поверхностью, они-то и приобрели наибольшее практическое значение для очистки сточных вод.

Ионообменные смолы представляют собой полимеры, углеводородные радикалы мономерных звеньев которых образуют пространственную сетку  с фиксированными на ней функциональными  группами, которые могут принимать участие в реакциях ионного обмена. При пропускании сточной воды, содержащей ионы-загрязнители, протекает реакция обмена ионами между ионитом и раствором (сточная вода), в результате чего загрязнение оказывается связанным с полимерным  нерастворимым ионом, например:

,                                        (23)

где X+ - загрязнение;

  RSO3H - катионит в Н-форме.

Ионный обмен в большинстве случаев является обратимым. Реакция проходит до установления ионообменного равновесия. Скорость установления равновесия зависит от многих факторов: скорости пропускания очищаемой воды через слой ионита, концентрации ионов, структуры зерен  и физических свойств ионита и др.  При соприкосновении ионитов с водой происходит их набухание, объем ионитов при этом увеличивается в 1,2 – 2 раза. Степень набухания зависит  от химического строения смолы, состава раствора. Набухание влияет на скорость и полноту ионного обмена ионов, а также на селективность ионита. В целях повышения селективности ионитов к определенным металлам в состав смолы вводят вещества, способные образовывать с ионами металлов комплексные соединения.

Важнейшим свойством ионитов является их обменная емкость. Полная обменная емкость определяется как количество моль ионов, которые может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Рабочая емкость ионита – количество моль ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита  до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов. Иониты выпускают в виде порошка с размерами частиц 0,04 – 0,07 мм, гранул размером 0,3 – 2,0 мм, волокнистого материала, листов и плиток.

Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят  на установках непрерывного и периодического (фильтры) действия. Фильтр периодического действия представляет собой закрытый цилиндрический резервуар с расположенным у днища щелевым дренажным устройством, обеспечивающим равномерное отведение воды по всему сечению фильтра. Высота слоя загрузки ионита 1,5 – 2,5 м. Фильтр может работать при различных режимах подачи сточной воды и регенерирующего раствора: