Химические методы очистки сточных вод Нейтрализация

Химические методы очистки сточных вод • Нейтрализация • Окисление • Восстановление 1

Химические методы очистки применяются для удаления из сточных вод растворимых загрязнителей с помощью реагентов, которые при взаимодействии с примесями образуют безвредные соединения или малорастворимые осадки. 2

Нейтрализация - приведение сточных вод к среде, близкой к нейтральной (р. Н 6, 5 -8). • Все методы нейтрализации основаны на взаимодействии кислоты с основаниями или основными окислами с образованием соли и воды, например 3

Способы нейтрализации • Взаимная - смешением кислых и щелочных сточных вод • Реагентная - растворами кислот, негашеной известью, содой кальцинированной (Na 2 СО 3) и каустической (Na. OH), раствором аммиака 4

• Фильтрационная - пропусканием сточных вод через фильтры с нейтрализующими материалами: известь, дробленые известняки и мрамор (Са. СО 3), доломит (Са. СО 3 Мg. СО 3), обожженный магнезит (Мg. О), мел и т. д. 5

Нейтрализация сточных вод осуществляется на станциях реагентной нейтрализации Аппаратура для нейтрализации: • резервуары-усреднители стоков • емкости для приготовления рабочих растворов реагентов • трубопроводы, насосы и т. п. 6

Принципиальная схема станции нейтрализации 7

Окисление Применяется для обезвреживания сточных вод от токсичных примесей (медь, цинк, сероводород, сульфиды), а также от органических соединений, извлечение которых нецелесообразно. 8

Окислители В качестве окислителя используют: • Хлор • Гипохлориты натрия и калия (Na. Cl. O и КСl. О) • Диоксид хлора Сl. О 2 • Озон • Технический кислород и кислород воздуха • Пероксид водорода Н 2 О 2 • Перманганат калия КМn. О 4 • Бихромат калия К 2 Сr 2 О 7 9

Окислительновосстановительные процессы • Химические • Термоокислительные • Электрохимические 10

Хлорирование - самый распространенный среди химических методом обеззараживания воды. • Реагент сравнительно недорог, активен, обладает широким спектром антимикробного действия, легко дозируется и контролируется 11

Схема автоматического хлоратора 12

Озонирование - альтернатива хлорированию 13

Преимущества озона в сравнении с другими реагентами • большая активность, чем у хлора, • одновременно с обеззараживанием удаляются другие загрязнения воды (цветность, запах, привкус, железо, марганец и т. д. ) 14

Преимущества озона в сравнении с другими реагентами • компактность установок, удобство их эксплуатации, меньшая громоздкость реагентного хозяйства • отсутствие побочных токсичных хлорорганических продуктов реакции 15

Ограничения по применению озона • неустойчивость в воде (по этой причине он не может быть использован в качестве конечного дезинфицирующего средства в распределительной системе) • высокая энергоемкость и стоимость озонаторных установок (30 -40 к. Вт-ч/кг озона) 16

Контактная камера озонирования сточных вод 17

Схема цилиндрического озонатора 18

Диоксид хлора • Получение Промышленный метод получения Cl. O 2 основан на реакции восстановления хлората натрия диоксидом серы: 19

Преимущества диоксида хлора в сравнении с хлором • длительный (до 7 сут. ) бактерицидный эффект - предотвращает вторичное загрязнение • малые концентрации Сl. О 2 (0, 1 -0, 5 мг/л) • отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений; 20

Недостатки диоксида хлора • взрывоопасен при концентрациях, превышающих 3, 44 об. % • сложные способы получения 21

Пероксид водорода • до 25% производимого в мире пероксида водорода расходуется на цели охраны окружающей среды 22

Преимущества пероксида водорода • в сравнении с другими окислителями (хлорноватистая кислота НСЮ, озон) • относительная стабильность в водном растворе • отсутствие вторичных продуктов при деструкции и окислении 23

Термоокислительные методы • парофазное окисление без катализатора (800 -1000°С + избыток кислорода) • парофазное каталитическое • жидкофазное окисление (кислородом воздуха при 200 -300°С и давлении 10 -15 МПа) • "огневой" метод - сжиганием сточных вод при высокой температуре (9001000°С) 24

Огневое обезвреживание ( «огневой метод» ) Сточная вода в распыленном состоянии вводится в высокотемпературные (более 1000° С) продукты горения органического топлива. 25

Огневое обезвреживание ( «огневой метод» ) При этом: • капли воды полностью испаряются • токсические органические примеси подвергаются термическому разложению и окислению за счет кислорода печной атмосферы, образуя продукты полного сгорания. 26

Огневое обезвреживание ( «огневой метод» ) • Используется для обезвреживания небольших объемов сточных вод, содержащих высокотоксичные органические вещества 27

Схемы огневого обезвреживания сточных вод а — без утилизации тепла; б — с использованием тепла отходящих газов для подогрева дутьевого воздуха 1 — печь 2 — дымовая труба 3 — вентилятор подачи воздуха иа разбавление дымовых газов 4 — воздуходувка 5 — газоход, 6— дымосос 7 — воздухоподогреватель 28

Аппараты огневого обезвреживания сточных вод 1. • • 2. Печи: Шахтные Камерные Барабанные вращающиеся Циклонные Топки котельных агрегатов 29

Камерная печь • - простейшее устройство огневого обезвреживания сточных вод. Оборудована горелочными устройствами для сжигания жидкого или газообразного топлива и форсунками для распыления сточной воды. 30

Схема камерной печи с золоулавливающими камерами 1 - газомазутная горелка 2 - форсунка для подачи сточной воды 3 - взрывные клапаны 4 - камера для осаждения летучей золы 5 - затвор для удаления жидкой золы 31

Шахтная печь • - вертикально установленная цилиндрическая камера, оборудованная в нижней части горелочными устройствами для жидкого или газообразного топлива Высота шахтных печей - до 20 м, внутренний диаметр - до 4 м и более 32

Схема шахтной печи • 1 - форсунки для подачи сточных вод • 2 - горелочные устройства жидкого и газообразного топлива 33

Схема барабанной вращающейся печи 1 2 3 4 5 - горелочное устройство вращающийся футерованный барабан форсунка сточной воды камера дожигания камера выпуска золы 34

Недостатки этих конструкций Большинство печей не обеспечивает полного окисления токсических органических веществ, в связи с чем их оборудуют дожигательными камерами. Причины: 35

Недостатки этих конструкций 2. При обезвреживании сточных вод, содержащих наряду с органическими легкоплавкие минеральные вещества, наблюдается быстрый износ огнеупорной футеровки. 3. Низкий коэффициент улавливания минеральных веществ в связи с прямоточным движением газов. 36

Циклонные печи (реакторы) Малогабаритные устройства, работающие с высокими удельными нагрузками, в десятки раз превышающими нагрузки камерных, шахтных и барабанных печей. 37

Циклонные печи (реакторы) Преимущества: • высокая интенсивность и устойчивость процесса сжигания топлива • малые топочные потери • минимальный избыток воздуха • большие скорости и высокая турбулентность → благоприятные условия тепло- и массообмена между газовой средой и каплями сточной воды • малые габариты 38

Схема циклонной печи 1 2 3 4 5 — — — шибер тангенциально расположенные сопла для ввода воздуха выходная диафрагма (пережим) кирпичная футеровка форсунка для подачи жидких отходов 39

Вертикальная циклонная печь 1 — вход газа 2 — вход воздуха 3 — подача сточной воды По высоте циклонной печи, имеющей предтопок для сжигания топлива, тангенциально расположены три ряда штуцеров для подачи воздуха на горение органических составляющих сточной воды, которая подается в печь одной форсункой, установленной в крышке по оси циклона. 40

Схемы вертикальных циклонных печей для огневого обезвреживания сточных вод 1 - горелка предварительного смешения 2 - центробежные механические форсунки 3 - кирпичная головка 4 водоохлаждаемый пережим 5 - летка для выпуска минеральных веществ а — не образующих расплава минеральных веществ (рабочая камера - с огнеупорной кирпичной футеровкой) б — образующих расплав (нижняя часть рабочей камеры и пережим с гарнисажной футеровкой с охлаждением) 41 1—

Схемы огневого обезвреживания сточных вод а — без утилизации тепла б — с использованием тепла отходящих газов для подогрева дутьевого воздуха 1 — печь; 2 — дымовая труба; 3 — вентилятор подачи воздуха на разбавление дымовых газов; 4 — воздуходувка; 5 — газоход 42

Недостатки метода большие затраты топлива и электроэнергии. Считается, что самостоятельно, т. е. без использования топлива, способны гореть промышленные стоки с теплотворной способностью не менее 8, 4 МДж/кг. Для сжигания стоков с меньшей теплотворной способностью требуется добавление высококалорийного топлива. Расход топлива составляет 250 -300 кг у. т. /т сточной воды. 43

Обезвоживание осадков: 1. Отстаивание (отстойники) 2. На дренированных шламовых площадках (на открытом воздухе или в закрытых помещениях) 3. В осадкоуплотнителях (сгустителях) 4. На вакуум-фильтрах, фильтрпрессах или в центрифугах. 44