Очистка нефте- и маслосодержащих сточных вод с использованием коагулянтов

Вариант 7

 

1.Очистка нефте- и маслосодержащих  сточных вод с использованием  коагулянтов.

На предприятиях металлургической и машиностроительной промышленности одной из основных категорий  сточных вод являются маслосодержащие  стоки.  
По концентрации основного загрязнения (масла) они делятся на малоконцентрированные и концентрированные. Малоконцентрированные стоки образуются при промывке металлических изделий после их термической обработки и после расконсервирования. 
Концентрированные сточные воды содержат масел до 50 г/л. Это отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), а также отработанные моющие растворы, представляющие собой стойкие эмульсии типа "масло в воде". Их расход составляет 0,5 - 200 м3/сут в зависимости от мощности предприятия и типа его продукции.  
На многих предприятиях концентрированные маслосодержащие стоки разбавляются большим количеством условно чистых вод и превращаштся в малоконцентрированные. Содержание в них масел обычно колеблется от 10 до 500 мг/л. Объем этих сточных вод достигает 5 - 10 тыс. М3/сут. 
Технологические схемы очистки маслосодержащих сточных вод в нашей стране и за рубежом предусматривают смешивание всех видов маслосодержащих сточных вод, их отстаивание для удаления грубодисперсных и всплывающих примесей, обработку коагулянтами и обезвоживание образующихся осадков. 
Основным недостатком таких схем очистки являются большие затраты коагулянтов и образование значительных количеств осадков, для обезвоживания которых требуется дополнительный расход коагулянтов с целью снижения содержания в них масел. Практика показывает, что раздельная обработка коагулянтами малоканцентрированных и концентрированных сточных вод требует меньших затрат коагулянтов и сопровождается образованием меньших объемов осадков.

Для очистки  отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей применяют следующие методы:  
1. реагентные (обработка минеральными солями и кислотами, коагулянтами и флокулянтами);  
2. физико-химические (электрокоагуляция, ультрафильтрация).

 

2.Электрохимическая очистка воды  от ионов ртути

При электролитическом восстановлении направленный поток пропускается через жидкий раствор, содержащий ионы металла между катодом и нерастворимым анодом. Положительно заряженные ионы металла притягиваются к отрицательно заряженному катоду, образуя металлический слой, который может быть снят и восстановлен. Принимаются во внимание электродные потенциалы, окисление-восстановление, равновесия и смешанные потенциалы, вольтамперометрию и электрокапиллярные процессы.

Очистки сточных  вод от ртути можно достигнуть при фильтровании их через сильноосновной катионит в Н- или Ш-форме. В результате реакции обмена. растворенная ртуть полностью переходит из раствора на поверхность катионита и выходящая из ионообменных фильтров вода практически не содержит ионов ртути. Емкость катионитов отечественных марок (КУ-2, КУ-2-20, сульфо-уголь и др.) при извлечении ртути из дистиллированной воды составляет 10—12% по отношению к массе смолы. При этом следует иметь в виду, что при извлечении ртути ионообменной смолой из производственных сточных вод сорбционная емкость катионита по отношению к ионам ртути будет несколько ниже, так как смола одновременно будет извлекать из сточных вод все другие катионы, находящиеся в растворе. Предельно допустимая концентрация ртути в водоемах составляет 0,005 мг/л, поэтому сточные воды следует тщательно очищать от ртути. Сорбцяя ртути ионообменным волокном мтилон-т (до 0,4 г металла на 1 г волокна) происходит достаточно быстро — время контакта не превышает 1 мин при низких концентрациях ртути в растворе. Промышленные стоки при помощи вакуума закачиваются в три отстойные колонны из оргстекла для отделения взвешенных веществ. После отстаивания осветленная часть раствора фильтруется на нутч-фильт-ре и перекачивается вакуум-сборником в напорный мерник . Промышленные стоки сливов рабочих площадок из вакуум-сборника также перекачиваются в напорный мерник. Затем промышленные стоки поступают на параллельно соединенные оргстекллнные колонны высотой 1 м и диаметром 300 мм, заполненные ионитом мтилон-т. Загрузка ионитом каждой колонны составляет 12 кг. Колонны при помощи перфорированных перегородок из оргстекла разделены на три секции, что предотвращает чрезмерное уплотнение ионита и создает возможность замены его в тех секциях, где он уже насыщен ртутью. Скорость пропускания промышленных стоков через колонны контролируется ротаметрами марки РС-5. Очищенные от ртути промышленные стоки собираются в эмалированный вакуум-сборник и по мере наполнения перекачиваются при помощи сжатого воздуха в цех нейтрализации. Контроль уровня промышленных стоков в емкостях осуществляется автоматическими сигнализаторами уровня. Кроме ионной ртути волокно механически задерживает мелкодисперсную металлическую ртуть и взвеси солей редкоземельных металлов.

 

3.Рекомендуемые методы удаления  примесей первой и второй групп по классификации А.А.Кульского.

Классификация Л.А. Кульского

Практический интерес представляет фазово-дисперсная классификация примесей воды, разработанная Л.А. Кульским. Для задач, связанных с очисткой воды, эта классификация полезна тем, что, определив фазоводисперсное состояние примесей в воде и установив ее принадлежность к какой-то группе, можно предварительно выбрать комплекс методов и стадий очистки воды. При этом фазово-дисперсное состояние примесей должно устанавливаться после каждой стадии обработки воды и учитываться при проектировании всей схемы водоподготовки.

• Группа I. Воздействие на взвеси (например, седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирование, центробежная сепарация в гидроциклонах, флотация, фильтрование на медленных фильтрах и на скорых фильтрах по безнапорной схеме и др.).
• Группа II. Воздействие на коллоидные примеси, в том числе высокомолекулярные соединения и вирусы: коагуляция, флокуляция, электрокоагуляция, электроискровой (разрядный) метод, биохимический распад, адсорбция на высокодисперсных материалах, в том числе глинистых минералах, ионитах, окисление (хлорирование, озонирование), воздействие ультрафиолетовым, излучением, потоками нейтронов и др., ультразвуковая обработка, обработка ионами тяжелых металлов (меди, серебра и др.).
• Группа III. Воздействие на растворенные органические вещества и газы: десорбция газов и легколетучих органических соединений путем аэрирования, термической и вакуумной отгонки, адсорбция на активных углях, природных и синтетических ионитах и других высокопористых материалах, экстракция не смешивающимися с водой органическими растворителями, эвапорация (азеотропная отгонка, пароциркуляция), пенная флотация, ректификация, окисление (жидкофазное, радиационное, электрохимическое, биологическое, парофазное, хлором, озоном, диоксидом хлора и др.).

Классификация вод по фазово-дисперсному состоянию примесей

• Группа IV. Воздействие на примеси ионогенных неорганических веществ: ионный обмен, электродиализ, реагентная обработка, кристаллизация.
• Группа V. Воздействие на воду: дистилляция, вымораживание, экстракция кристаллогидратами или смешивающимися с водой органическими растворителями, магнитная обработка, обратный осмос, напорная фильтрация.
• Группа VI. Воздействие на водную систему в целом: закачка в подземные горизонты, в глубины морей, захоронение, сжигание. Эти методы применяются только в том случае, если методы первых пяти групп экономически неприемлемы.

 

 Для удаления примесей I группы рекомендуют использовать такие методы:

Фильтрация (механическое удаление), агрегация при помощи флокулянтов, флотация, электролиз сине-зеленых водорослей, бактерицидное воздействие.

Для удаления примесей II группы: ультрафильтрация, коагуляция, окисление хлором,  озоном, перманганатом, адсорбция на гидроксидах и дисперсных материалах, агрегация при помощи флокулянтов(анионных и катионных), электро-форетические методы, вирулицидное воздействие.

 

4.Напорные гидроциклоны. Основные зависимости.

Напорный гидроциклон представляет собой металлический аппарат конической формы (рис. 1)Сточная вода подается под давлением под крышку гидроциклона по трубе, присоединенной тангенциально к цилиндрической части. Песок и шлам отводят через нижнее отверстие, а осветленную воду — через верхний сливной патрубок.

Под влиянием центробежной силы, создаваемой водой, поступающей через трубу, расположенную касательно к корпусу циклона, твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона, а затем опускаются к нижнему отверстию. В гидроциклоне возникают два основных винтовых потока (рис. 5.26,6): внешний, направленный к вершине конуса, и внутренний, направленный в противоположную сторону. По оси гидроциклона образуется воздушный столб.

Благодаря тому что центробежная сила значительно превосходит силу тяжести, гидроциклоны могут работать в вертикальном, наклонном и горизонтальном направлениях.

Производительность гидроциклона по осветленной воде может быть приближенно определена по формуле

Рис. 1. Напорный гидроциклон

/—крышка; 2— труба; 3 — отверстие; 4— сливной патрубок; 5—внутренний винтовой поток; 6—внешний винтовой поток; 7 — воздушный столб

где d_n, d_CJI — соответственно эквивалентные диаметры питательного (входного) и сливного (выходного) патрубков гидроциклона, м;

а—коэффициент, учитывающий потерю воды с осадком (а— = 0,85—0,9);

со — площадь живого сечения входного отверстия, м²; g— ускорение свободного падения, м/с²; АН — потеря напора в гидроциклоне, м.

Вода может подаваться в гидроциклон и отводиться из него через один или несколько патрубков. Необходимый напор составляет 5—10 м. При меньшем напоре может образоваться воздушный столб.

В зависимости от требуемой пропускной способности устанавливают одиночные гидроциклоны или группу из нескольких параллельно включенных гидроциклонов. Для более высокого эффекта осветления включают последовательно два и более напорных гидроциклонов.

Расчет гидроциклонов сводится к определению двух основных показателей их работы: пропускной способности и крупности частиц задерживаемых примесей.

5. Сущность процесса ионного обмена, основные характеристики.

Метод ионного обмена – один из самых распространенных способов очистки воды – применяют в тех случаях, когда в растворе содержатся небольшие концентрации загрязняющих веществ или на завершающей стадии очистки.

Установки ионообменного обессоливания  воды эксплуатируют в системах водоподготовки для получения воды высокой степени чистоты. Такую воду используют для работы котлов высоких параметров на тепловых и атомных электростанциях.

Для очистки сточных вод метод  ионного обмена применяют обычно на завершающей стадии и в тех  случаях, когда к воде, выходящей из очистных сооружений, предъявляют повышенные требования.

Метод ионного обмена используют для  очистки растворов от неорганических соединений, диссоциированных на ионы.

Процесс ионного обмена заключается  в извлечении из раствора ионов-примесей и замене их на другие ионы (Н+ или Na+), не влияющие на качество воды. Этот процесс протекает на поверхности материалов, называемых ионообменными.

Ионы, присутствующие в растворе, подходят к поверхности ионообменного  материала, в структуре которого имеются легко-подвижные ионы. Происходит замена иона, присутствующею в растворе, на ионную группу, входящую в состав ионообменной смолы. Ионные группы, первоначально входящие в состав смолы, переходят в раствор, а ионы, присутствующие в растворе, хемосорбируются на поверхности полимерного материала.

Существуют два вида ионообменных смол – одни смолы способны к  обмену катионами, другие – к обмену анионами. Смолы, которые способны к  обмену катионами, называются катионообменными смолами, а процесс, протекающий  с их участием, – катионированием.

Различают две разновидности катионообменных  процессов: Н-катионирование (смолы  обменивают катионы, которые присутствуют в растворе, на ионы водорода) и Na-катионирование (смолы обменивают ионы, которые  присутствуют в растворе, на ионы натрия).

Полимерные материалы, способные  к обмену анионами, называют апионообменными  смолами, а процесс, протекающий  с их участием, – анионированием.

Имеются две разновидности анионообменных смол. Одни смолы обладают способностью к обмену с анионами сильных кислот (в процессе работы они хемосорбируют на своей поверхности СГ, SO4-, N03; в раствор переходят ионы ОН»); другие хемосорбируют анионы слабых кислот – угольной и кремниевой кислот. Независимо от вида применяемой смолы в раствор поступают ионы ОН.

Первыми ионообменными материалами были неорганические алюмосиликаты натрия, которые получали либо синтетическим путем, либо путем переработки природного глауконитового песка – минерала, известного под названием цеолит.

В настоящее время в качестве ионитов применяют синтетические высокомолекулярные вещества, полученные методом полимеризации.

Структура ионообменной смолы –  пористая и проницаемая, поэтому  весь ионит участвует в процессе ионного обмена. Типичная ионообменная смола имеет форму гранул размером 0,3 – 0,8 мм. Применяемые в промышленности ионообменные смолы – это, в основном, синтетические материалы.

Ионообменные материалы с отрицательно заряженными центрами обмена являются катионообменниками (катионитами), так  как принимают положительно заряженные ионы. Катиониты получают в процессе взаимодействия смолы с серной кислотой. Сульфогруппы соединяются с каждым ядром структуры, образуя центры обмена: 
Na+ + R • S03 • Н —► R S03 Na + H+, где R – структура ионита. Обычно активную группу (-S03-) не показывают, а представляют всю молекулу ионообменника буквой Z (от значения слова «цеолит»), или буквой X, которая обозначает катионообменник. Тогда уравнение принимает вид 
2Na+ + Н2Х —► Na2X + 2Н+, где X – двухвалентный катионообменник.

В приведенном примере в ионите происходит замена присутствующих в воде ионов натрия на ионы водорода. Осуществляется процесс водород-катионирования (Н-катионирование). Умягчение воды с помощью ионообменника Na2X приводит к замене в растворе катионов кальция на катионы натрия: 
Са2+ + Na2X — ►  СаХ + 2Na+

После насыщения смолы катионами  ее надо регенерировать. После обеднения  ионита, которое называется «истощением», проводят регенерацию ионообменника  путем промывки его раствором  кислоты: 
2НС1 + Na2X — ►  Н2Х + 2NaCl

Анионообменники (аниониты) имеют положительно заряженные центры обмена и принимают отрицательно заряженные ионы. Основу анионообменных смол составляют различные полимерные материалы. Функциональной группой анионообменника является амин, который представляет собой органический эквивалент аммиака.

Слабоосновные анионообменники имеют  вторичную или третичную аминогруппу -RR,-NH или RRj-N-R, которая может адсорбировать  сильные кислоты.

Сильноосновные анионообменники  содержат четвертичный амин, который  способен к обмену всех анионов. Наиболее часто применяемый анионит, содержащий четвертичный амин, имеет формулу -R * N(CH3)3 * С1

Слабоосновные аниониты позволяют  удалять только анионы минеральных  кислот – НС1, H2S04, HN03. Типичная реакция: СГ + А ОН —► A CI,+ОН», где А —  анионит.

Сильноосновные иониты применяются для удаления всех анионов, в том числе и слабых кислот.

Основными характеристиками ионитов  являются обменная емкость и избирательность. Обменная емкость характеризует  количество ионов, выраженное в миллиграммах (мг) или миллиграммах-эквивалентах (мг-экв), которое поглощает 1 м3 ионита. Избирательность ионитов показывает очередность сорбции ионов, присутствующих в растворе, и прочность их связи с ионообменной смолой. Избирательность зависит от структуры смолы и характера обменно-активной группы, а также от ионной валентности адсорбирующихся ионов. Обычно трехвалентные ионы имеют более высокую избирательность, чем двухвалентные. Последние в свою очередь сорбируются на ионите в большей степени, чем одновалентные ионы. Среди ионов одной группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева избирательность меняется в зависимости от порядкового (атомного) номера. Например, Ва > Sr > Са > Mg.