5. Физико-химическая очистка сточных вод

5.1. Метод нейтрализации

Сточные воды, рН которых ниже 6,5 или выше 8,5, перед отводом в канализацию или в водоем подлежат нейтрализации.

Нейтрализация сточных вод (рис. 13) может проводиться следующими способами:

• путем смешения кислых и щелочных стоков;

• добавлением реализующих реагентов;

• фильтрованием сточных вод через нейтрализующие материалы.

Дозу реагентов надлежит определять из условий полной нейтрализации кислот или щелочей, а также выделения в осадок соединений тяжелых металлов. Избыток реагентов надлежит принимать равным 10 % расчетного количества.

Из условия сброса производственных стоков в водоемы или в городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются значительно чаще.

Для реализации кислых стоков чаще всего применяется известь. Применение гашеной извести надлежит предусматривать в виде известкового молока 5 %-й концентрации по активной окиси кальция.

Рис. 13. Принципиальная технологическая схема водно-реагентной нейтрализации сточных вод: 1 – усреднители; 2 – смеситель; 3 – контактный резервуар; 4 – отстойник; 5 – уплотнитель осадка; 6 – механическое обезвоживание; 7 – шламовые площадки; 8 – накопитель обезвоженного осадка; 9 – реагентное хозяйство; I – кислые сточные воды; II – щелочные сточные воды; III – нейтрализованные стоки

Расчет водно-реагентной нейтрализации

1. Доза извести, моль/л,

,

где k – коэффициент запаса реагента, равный 1,1; W – содержание активного вещества в товарном продукте, %; n₁ – количество извести на нейтрализацию 1 моль кислоты, моль; n₂, n₃ – количество извести на нейтрализацию 1 моль металлов, моль.

2. Расход товарной извести, кг/сут (т/сут),

,

где Q – суточный расход сточных вод, м³/сут; Д – доза извести, г/л.

3. Необходимое количество известкового молока с запасом 5 %, м³/сут,

.

4. Объем смесителя-реактора, м³,

,

где  – время контакта сточной воды с регентами, равное 30 мин.

2.3.2.Флотация

Под флотацией понимают сложный физико-химический процесс выделения загрязнений из гомогенных и гетерогенных систем, сопровождающийся всплыванием частиц удаляемых компонентов, закрепленных на пузырьках газа, образующих пену на поверхности жидкости. Флотацию необходимо рассматривать как процесс, сопровождающийся рядом взаимосвязанных механических, физических и физико-химических явлений, где прилипание частиц загрязнений к пузырькам газа является наиболее ответственным.

При оптимальных условиях эффект очистки достигает 85 – 95 %. Процесс образования аэрофлокул – комплексов «частица-пузырек» может быть интенсифицирован за счет применения различных реагентов, которые способствуют гидрофобизации поверхности частиц, повышению дисперсности и устойчивости газовых пузырьков, активации процесса флотации. При флотационной очистке применяют следующие реагенты: соли железа и алюминия, флокулянты марок ВПК – 101, ПЭИ, ППС, ПАА, а также для корректирования рН – едкий натр, известь или кислоту.

Выбор метода флотационной очистки сточных вод является первоочередной задачей, которая должна решаться с учетом подробной качественно-количественной и физико-химической характеристик сточных вод. В настоящее время нет общепринятой классификации способов флотационной очистки. Наиболее распространенной является классификация по способу образования газовых пузырьков в жидкости. При этом чаще всего в области очистки воды применяются флотационные методы, основанные на образовании мелких пузырьков размером от 10 до 500 мкм, которые сравнительно легко могут быть получены при реализации механического, напорного, пневматического и электрохимического методов флотации.

При выводе метода флотации следует принять во внимание, что в настоящее время наиболее широкое применение получил метод напорной флотации, в процессе которого при снижении давления происходит выделение мелких однородных пузырьков.

Напорная флотация

Этот метод используется для очистки сточных вод, которые загрязнены отходами нефти, продуктами ее переработки, жирами, маслами, продуктами органического синтеза, поверхностно-активными веществами, тонкодиспергированными взвесями, имеющими гидравлическую крупность до 0,01 мм/с.

Сущность метода напорной флотации состоит в создании в сатураторе, при давлении 0,20,5 МПа, перенасыщенных газами растворов жидкости и подаче их через дросселирующее устройство во флотационную камеру, где за счет снижения давления до атмосферного происходит выделение газовых пузырьков и образование аэрофлокул, которые в виде пены всплывают на поверхность жидкости (рис. 14).

Установки напорной флотации рекомендуется применять для снижения содержания в сточных водах нефти и нефтепродуктов с 70150 до 1030 мг/л и механических примесей со 100150 до 1015 мг/л. Эффективность очистки сточных вод значительно повышается за счет применения реагентов и рециркуляции сточных вод.

Рис. 14. Принципиальная схема установки напорной флотации с радиальным флотатором-отстойником без рециркуляции: 1 – исходная вода; 2 – отвод осветленной воды; 3 – всас воздуха; 4 – сатуратор; 5 – флотатор; 6 – реактивный водораспределитель; 7 – скребковый механизм

Электрофлотация

Электрофлотацией называют процесс извлечения загрязнений из сточных вод пузырьками газа, полученными в результате электрохимических реакций.

Электрохимический метод флотации загрязнений из сточной жидкости проводится за счет выделения газовых пузырьков, образующихся на электродах при пропускании через них постоянного электрического тока в результате электролиза воды.

В качестве основных факторов, влияющих на процесс флотации, называют следующие: электропроводность раствора, масса газа, находящегося в виде пузырьков в единице объема жидкости, средний радиус газовых пузырьков, солевой состав и рН стоков, материал электродов и степень шероховатости их поверхности, анодная плотность тока.

Метод электрофлотации рекомендуется применять для очистки сильнозагрязненных небольших количеств сточных вод: отработанных моющих растворов; стоков пищевой и масло-жировой промышленности.

В настоящее время разработаны проекты электрофлотационных сооружений производительностью 4050 и 100 м³/ч. Реализация процесса электрофлотации может проводиться по тем же принципиальным технологическим схемам, что и для напорной флотации.

При проектировании электрофлотаторов следует принимать:

• продолжительность пребывания в электрофлотационной камере – 20¸30 мин;

• общая продолжительность пребывания в электрофлотаторе – 50¸60 мин;

• плотность тока – 20¸30 мА на 1 см² поверхности электродов, напряжение – 12 В.

Расчет флотаторов-отстойников

Исходные данные для расчета отстойника

1. Время нахождения в отстойнике – 2 ч;

2. Скорость течения жидкости в горизонтальном и радиальном отстойниках – 25 мм/с;

3. Гидравлическая крупность – 0,4  0,5 мм/с.

Исходные данные для расчета флотаторов - отстойников

1. Высота флотационной камеры Н_к – 1,5;

2. Скорость движения воды во флотационной камере _к – 3 мм/с;

3. Продолжительность пребывания во флотационной камере _к – 57 мин;

4. Высота флотатора-отстойника H_ф – 3 м;

5. Скорость движения воды в отстойной зоне _ф – 1,3 мм/с;

6. Время пребывания во флотаторе-отстойнике _ф – 20 мин.

Расчетные параметры

1. Диаметр флотационной камеры, м,

,

где Q_ф – расход сточных вод, поступающих на один флотатор, м³/ч.

2. Диаметр флотатора-отстойника, м,

.

3. Подбираем типовой проект (табл. П9) и проверяем расчетные параметры.

4. Количество образующейся пены, м³/ч,

,

где Q – расход сточных вод, м³/ч; С, С₁ – начальное и конечное содержание загрязнений, мг/л; 0,95 – объемная масса пены, т/м³; 90 – обводненность пены, %.

Расчет электрофлотационных установок

1. Диаметр камеры флотации, м,

,

где Q_ф – расход сточных вод, поступающих на один флотатор, м³/ч.

2. Диаметр электрофлотатора, м,

.

3. Количество сблокированных электродов, устанавливаемых в камере флотации,

,

где d – расстояние между электродами в осях, равное 1,5 см.

4. Величина тока, А,

I = i·S_a,

где S_a – площадь анодных пластин (табл. 14).

5. Удельные затраты электроэнергии, кВт·ч/м³,

.

6. Общие затраты электроэнергии на обработку жидкости, кВт·ч,

W = W_уд·Q.

Характеристика электродов, устанавливаемых в камере флотации приведена в табл. 15.

Таблица 15. Характеристика электродов, устанавливаемых в камере флотации

№	Размеры, см			Площадь одного электрода	Количество электродов
	lэ	вэ	бэ
1	270	20	0,5	10800	20
2	200	20	0,5	8000	20
3	150	20	0,5	6000	20
4	100	20	0,5	4000	20
5	50	20	0,5	2000	20