Вибiр технологiчноï схеми очищення стiчних вод
Вибiр оптимальних технологiчних схем очищення води — доситьскладне завдання, що обумовлено переважним рiзноманiттям домiшок, що
перебувають у водi, i високим вимогами, пред'явленими до якостi очищення
води. При виборi способу очищення домiшок ураховують не тiльки
ïхнiй склад у стiчних водах, але й вимоги, яким повиннi
задовольняти очищенi води: при скиданнi у водойму — ПДС ( гранично
припустимi скидання) i ПДК (гранично припустимi концентрацiï
речовин), а при використаннi очищених стiчних вод у виробництвi —
тi вимоги, якi необхiднi для здiйснення конкретних технологiчних
процесiв
Для готування зi стiчних вод технiчноï води або забезпечення умов
скидання очищених стiчних вод водойм велике значення має технiко-
економiчна оцiнка способiв пiдготовки води. Економiчну перевагу мають,
як правило, замкнутi системи водовикористання [ 1-3]. Однак процес
замiни сучасних виробництв безвiдхiдними, у тому числi й з повнiстю
замкнутою системою водовикористання, досить тривалий. Тому частина
очищених стiчних вод скидають у водойми. У цих випадках необхiдно
дотримувати встановлених нормативiв для вiдносноï концентрацiï
шкiдливих речовин в очищених стiчнi водах
Застосовуванi схеми очищення повиннi забезпечувати максимальне
використання очищених вод в основних технологiчних процесах i мiнiмальне
ïхнє скидання у вiдкритi водойми. При широкому впровадженнi
оборотних систем є додатковi резерви по скороченню витрати
свiжоï води й зменшенню скидання у вiдкритi водойми. При широкому
впровадженнi оборотних систем є додатковi резерви по скороченню
витрати свiжоï води й зменшенню скидання стiчних вод у водойми
(удосконалювання технологiчних процесiв, пiдвищення ефективностi
очищення стiчних вод). Стiчнi води є чистими, якщо ïхнє
вiдведення у воднi об'єкти не приводить до порушення норм якостi
води в контрольованому створi або пунктi водовикористання
Ступiнь очищення стiчних вод при скиданнi ïх у водойми
визначається нормативами якостi води водойми в розрахунковому
створi й у великому ступенi залежить вiд фонових забруднень. Для
зниження концентрацiй шкiдливих домiшок, що є присутнiм у стiчних
водах, до необхiдних величин необхiдне досить глибоке очищення. Тому
важливе значення має надiйний контроль ступеня очищення стiчних
вод, тому що з жорсткiстю вимог до якостi очищених вод значення ПДК
бiльшостi шкiдливих речовин знижується й, отже, зростають труднощi
ïхнього визначення [4]. Крiм того, контроль ускладнюється при
визначеннi концентрацiй шкiдливих речовин у сильно розведенi стiчнi
водах
Фiзико-хiмiчнi методи очищення стiчних вод iз застосуванням коагулянтiв
Для забезпечення високого ступеня очищення стiчних вод у рядi випадкiв
одного бiохiмiчного очищення виробничих стiчних вод недостатньо, тому в
останнi роки вiдзначене зростаюче застосування фiзико-хiмiчних методiв.
Широке поширення одержали коагуляцiя й флотацiя. Реагентний спосiб
очищення досить ефективний i простий. Цей спосiб можна застосовувати
практично при необмежених обсягах стiчних вод
Спiльне використання коагулянтiв i флокулянтiв дозволить ще бiльше
розширити використання цих реагентiв для очищення стiчних вод. Бiльшi
резерви iнтенсифiкацiï методу коагуляцiï й флокуляцiï
зв'язанi як з бiльше глибоким дослiдженням механiзмiв явищ, що
супроводжують цi процеси, так i з бiльше ефективним використанням рiзних
фiзичних впливiв
Данi закордонних дослiджень показують, що значного пiдвищення
ефективностi реагентного способу можна домогтися оптимiзацiєю
технологiï очищення, що передбачає змiшання реагентiв з
водою, а також пiдбором використовуваних коагулянтiв i флокулянтiв [5].
Ефективнiсть реагентного способу очищення води, зокрема з використанням
коагулянтiв, можна пiдвищити, установивши долее строгий контроль за
витратою реагентiв залежно вiд кiлькостi забруднень, що є
присутнiм у стiчних водах, i хiмiчних характеристик цих забруднень, у
першу чергу вiд ïхнього заряду, характеризуемого ? потенцiалом.
Впровадження автоматизованого контролю за витратою реагентiв дозволить
пiдвищити не тiльки ступiнь очищення води, але й знизити витрата
реагентiв
Ефективнiсть реагентного способу можна також пiдвищити, застосовуючифiзичнi впливи на оброблювану воду й воднi системи (наприклад,
електричнi й магнiтнi поля, ультразвук, радiацiю й iншi способи). Однак
впровадження цих методiв iнтенсифiкацiï коагуляцiï й
флокуляцiï гальмується недостатньою вивченiстю процесiв, що
протiкають на молекулярному й iонному рiвнi
Очищення виробничих стiчних вод реагентним способом включають кiлька
стадiй, основними з яких є:
1) Готування й дозування реагентiв;
2) Змiшання реагентiв з водою;
3) Хлопьеобразование; 4) Вiддiлення пластiвчастих домiшок вiд води
Готування реагентiв
Правильна органiзацiя процесу готування реагентiв дозволить при
мiнiмальнiй ïхнiй витратi одержати максимальний ефект очищення
води. Вiд якостi приготовлених розчинiв залежить не тiльки ефективнiсть
впливу коагулянтiв на забруднення, але й робота встаткування цього
вузла. Найбiльше застосування як коагулянти одержали сульфат алюмiнiю,
гидроксохлорид алюмiнiю й хлорид залiза(III). У трохи меншому масштабi
використовуються сульфати залiза, змiшанi коагулянти у виглядi солей
алюмiнiю й залiза. Помiтно в менших кiлькостях використовують
алюмоаммонийние й алюмокалиевие квасци. Зростає використання
коагулянтiв, у першу чергу залiза й алюмiнiю, одержуваних
електрохiмiчним способом. У цьому випадку ïхньоï властивостi
як коагулянтiв рiзко полiпшуються
Реагенти як у твердому, так i у виглядi концентрованих розчинiв,
необхiдно доводити до робочоï концентрацiï ( 5-15%). У зв'язку
iз цим варто проаналiзувати розчинення солей i в першу чергу солей
алюмiнiю й залiза
Знаючи основнi закономiрностi процесу розчинення реагентiв у водi, можна
вибрати оптимальний режим розчинення реагентiв у водi й пiдiбрати для
цього необхiдне встаткування
Ефективнiсть очищення стiчних вод з використанням коагулянтiв i
флокулянтiв значною мiрою залежить вiд точностi пiдтримки основних
параметров. основними параметрами регулювання є р оброблених
стiчних вод, електропровiднiсть, мутнiсть, окислювально-вiдновний
потенцiал
У цей час широко використовуються розробленi Внииводгео системи
автоматичного регулювання (САР), призначенi для керування реагентной
очищенням стiчних вод. Пiдвищення рiвня автоматизацiï процесiв фiзико-
хiмiчного очищення промислових стiчних вод дозволяє зменшити
витрати реагентiв
У практицi очищення вод, як правило, застосовують
объемнопропорциональние дозуючi системи. В основному по такому принципi
побудованi САР подачi розчинiв коагулянтiв i флокулянтiв
Дозатори, використовуванi в САР раегентной очищення стiчних вод, повиннi
надiйно працювати й при подачi розчинiв, що мiстять зваженi частки,
опади, шлами, тому що часто як реагенти використовують вiдходи рiзних
виробництв
При використаннi попередньо прояснених розчинiв реагентiв можна
застосовувати плунжернi насоси-дозатори з ручним регулюванням
продуктивностi
Для нормального функцiонування вузла реагентной обробки з використанням
плунжерних насосiв-дозаторiв необхiдне попереднє очищення розчинiв
реагентiв. У противному випадку насос-дозатор забивається
зваженими частками, а отже необхiдно його зупиняти й промиватися
Оптимiзацiя дози реагентiв
Для технологiï очищення води й знешкодження опадiв велике значення
має рацiональне використання реагентiв, тому що рiчна витрата
тiльки флокулянтiв становить сотнi тонн. Визначення оптимальноï
дози реагентiв являє собою досить складне завдання, тому що в
практицi очищення води можливо одночасна змiна ряду факторiв, наприклад
складу й кiлькостi домiшок
Слiд зазначити, що при коагуляцiï домiшок в обсязi води й при
контактi iз зернистим завантаженням оптимальна доза буде рiзноï,
тому що кiнетичнi умови коагуляцiï на поверхнi фiльтруючого
матерiалу значно краще, нiж в обсязi води
Ефективнiсть процесiв очищення води в апаратурi всiх типiв обумовлена
мiцнiстю й щiльнiстю коагуляционной структури
Для тонкодисперсной суспензiï iз частками заданого розмiру одним з
основних критерiïв вибiр а дози коагулянту є мiцнiсть
структури
Одночасного збiльшення мiцностi й щiльностi коагуляцоинной структури
можна досягти комбiнованим впливом на структуру гiдродинамiчних умов
перемiшування й дози коагулянту. Вибiр оптимального режиму очищення води
з використанням реагентiв можливий на основi цепочечно-нiздрюватоï
моделi коагуляционной структури
Становить iнтерес визначення оптимальноï дози реагенту при
додаваннi його у воду електрохiмiчним способом. У цьому випадку
найбiльше легко оптимiзувати процес змiною щiльностi струму й тривалостi
обробки залежно вiд кiлькiсного складу стiчних вод
Застосовуючи вiдомi методи математичного моделювання можна визначити
оптимальний режим електрохiмiчноï обробки. Iснуючi пристроï
для автоматичного дозування реагентiв дають можливiсть, як правило,
пiдтримувати тiльки ïхня витрата, установлена на основi попереднiх
дослiджень. Пiдтримка оптимальноï дози реагентiв для дотримання
основних якiсних параметрiв процесу коагуляцiï поки ще утруднене
Перемiшування стiчних вод среагентами.
Приготовлений розчин через дозуючий пристрiй i змiшувач уводять у воду.
Перемiшування води з реагентами доцiльно здiйснювати у двi стадiï,
причому першу стадiю проводити в режимi, що наближається до режиму
iдеального змiшання, а другу — у режимi iдеального витиснення по
рiдкiй фазi. Це обумовлено тим, що на першiй стадiï повинне бути
забезпечене рiвномiрний розподiл реагенту по всьому обсязi стiчних вод,
що очищаються, а на другий — створення умов, що виключають розпад
агломератiв, що утворилися, часток забруднень. Перший режим можна
здiйснити, наприклад, а апарату з iнтенсивно обертовою мiшалкою, а
другий — у шарi зваженого осаду
Як показують результати багатьох дослiджень, процес перемiшування води з
реагентами, зокрема з неорганiчними коагулянтами, необхiдно проводити з
максимальною швидкiстю. Оптимiзацiя режиму змiшання коагулянту з водою
може привести до бiльше ефективного використання, а в деяких випадках i
до скорочення витрати коагулянту
Ефективнiсть миттєвого перемiшування полягає в змiнi ступеня
дисперсностi продуктiв гiдролiзу коагулянтiв, що абсорбуються на
поверхнi часток забруднень. При бiльше iнтенсивному перемiшуваннi
збiльшується ймовiрнiсть сорбцiï на поверхнi часток
забруднень дрiбних часток продуктiв гiдролiзу коагулянтiв, що приводить
до економiï коагулянту й одночасному збiльшенню мiцностi зв'язку
часток вмикрохлопьях.
При виборi режиму змiшання коагулянту необхiдно враховувати склад i фiзико-
хiмiчнi властивостi стiчних вод, а реагентiв, що також уводяться.
Важливiсть визначення оптимальних параметрiв режиму змiшання обумовлена
також великою роллю ортокинетической стадiï коагуляцiï в
процесах агрегацiï часток забруднень. Iмовiрнiсть зiткнень мiж
частками, що коагулюють, зростає зi збiльшенням iнтенсивностi
перемiшування. Однак при досягненнi певного швидкiсного градiєнта
пластiвцi, що утворяться, починають руйнуватися. Для застосовуваних
коагулянтiв значення швидкiсного градiєнта становить приблизно 20-
70 з-1. У якостi критериальной оцiнки процесу змiшання реагентiв з водою
поряд зi швидкiсним градiєнтом застосовують також добуток
останнього на тривалiсть зсуву, уведене Кемпом (критерiй Кемпа).
У напрямку iнтенсифiкацiï перемiшування води з реагентами
розвивається й розробка змiшувачiв. Рекомендується при
виборi типу, конструкцiï й режиму дiï пристроïв, що
перемiшують, на стадiях швидкого змiшання води з реагентами й повiльним
перемiшуванням води в камерах хлопьеобразования враховувати
закономiрностi коагуляционного структуроутворення, що визначають
початковi значення швидкiсного градiєнта, необхiднiсть поступового
перемiшування й концентрацiï твердоï й рiдкоï фаз на
поверхнi роздягнулася
Швидке перемiшування реагентiв з водою може бути досягнуте в змiшувачах
iз псевдоожиженной насадкою й попередньоï електрообработкой сумiшi
Електромагнiтнi змiшувачi доцiльно застосовувати насамперед при
контактуваннi води з розчинами електролiтiв, наприклад з розчинами
кислот, лугiв, солей. Однак можливе перемiшування неелектропроводимих
реагентiв, наприклад полiакриламiду з водою, в електромагнiтних
змiшувачах iз псевдоожиженной або магнитоожиженной насадкою
Найбiльш простi в апаратурному оформленнi змiшувачi, що мiстять камеру
електрообработки, у якiй установленi два або кiлька електродiв. У
результатi впливу електричного поля на розчини електролiтiв
вiдбувається ефективне змiшання води з коагулянтом, що
дозволяє iстотно скоротити час перемiшування, а також витрата
реагентiв на очищення стокiв. Електролiз проводять, як правило, у
режимах без помiтного видiлення газiв (кисню й водню)
Iншим найпростiшим варiантом електромагнiтного перемiшування є
використання генераторiв магнiтного поля, установлюваних на дiлянцi
труби, де одночасно подають воду й розчин коагулянту (електролiту). Такi
змiшувачi досить простi i ïх легко встановити практично на будь-
якiй дiлянцi технологiчноï лiнiï. Крiм того, змiшувачi з
використанням постiйних магнiтiв можуть бути встановленi в примiщеннях
кожноï категорiï
Висока iнтенсивнiсть очищення досягається в електромагнiтних
змiшувачах з магнитоожиженной насадкою, що складається з
феромагнiтних часток
У тих випадках, коли неприпустиме забруднення очет води, що, домiшками
залiза, замiсть змiшувачiв з магнитоожиженной насадкою можна застосувати
електромагнiтнi змiшувачi типу статора асинхронного двигуна з
використанням як насадка многоосевого ротора з рухливими елементами
Вiддiлення зважених часток вiд води
Очищення води вiд зважених коагулированних часток є многостадийним
процесом, що включає, принаймнi, утворення агрегатiв i вiддiлення
ïх вiд води. Процес починається з утворення агрегатiв часток,
потiм вiдбувається ïхнiй розпад, перехiд агрегатiв в осад,
випадання агрегатiв часток з осаду знову в рiдку фазу, випадання
монодисперсних часток з рiдини в осад, минаючи стадiю
агрегатообразования. Процес вiддiлення агрегатiв часток вiд води
називається вiдстоюванням
Для вiддiлення скоагулированних часток домiшок вiд води використовують
також флотацiю або фiльтрацiю. Вiдстоювання являє собою
екстенсивний процес, однак, будучи унiверсальним методом, дозволяє
очищати стiчнi води рiзного складу. Iнтенсифiкацiя процесу вiдстоювання
зв'язана як з полiпшенням седиментационних характеристик
скоагулированних часток домiшок, так i з оптимiзацiєю конструкцiй
вiдстiйникiв
Останнiм часом для очищення стiчних вод всi частiше використовують
флотацiю. Перевага ïï — досить висока ефективнiсть
витягу домiшок з води. процес флотацiï залежить як вiд властивостей
часток, так i вiд ïхнього розмiру, а також вiд ряду фiзико-хiмiчних
властивостей осветляемих токсидисперсних суспензiй, включаючи й стiчнi
води. все це приводить до певних труднощiв впровадження флотационного
способу очищення вод
Використання реагентiв при флотацiï дозволяє в рядi випадкiв
домогтися високих показникiв очищення. У практицi флотационного подiлу
суспензiй вiдомо досить багато способiв насичення рiдини пухирцями газiв
(повiтря). Однак для очищення стiчних вод найбiльший iнтерес
представляє спосiб напiрноï флотацiï з утворенням
пухирцiв газу в рiдинi при зниженнi тиску, електронний спосiб
аерирования стiчних вод, спосiб подачi стисненого повiтря через фiльтри
(пневматичний), електролiтичний спосiб
В останнi роки для електролiтичного очищення рiдин застосовують
електрофлотатори й електрокоагулятори. Дiя електрофлотационних апаратiв
засновано на принципi аерацiï рiдини й пухирцями газiв, що
утворяться при електролiзi води. Висока iнтенсивнiсть методу
електрофлотации обумовлена одержанням тонкодисперсних пухирцiв
електролiзних газiв i незначним перемiшуванням у камерi
електрофлотационого апарата. За рубежем вiдомi апарати для одночасного
проведення електрокоагуляции й електрофлотации. Вiдомi апарати в якi
сполученi електрохiмiчна обробка й електрофлотация, а також апарати, що
сполучають електрохiмiчну обробку й напiрну флотацiю
