Физико-химические методы очистки

Эти методы применяют как самостоятельно, так и в сочетании с механическими и биологическими методами при удалении тонкодисперсных взвешенных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ. К этим методам относят коагуляцию, флокуляцию, флотацию, ионный обмен, адсорбцию, экстракцию, обратный осмос, кристаллизацию, дистилляцию, ректификацию, дезорацию.

Коагуляция — процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидроксидов металлов. Приготовленные растворы коагулянтов подают дозировочным насосом в смеситель, в котором они смешиваются со сточными водами. После этого вода поступает в камеры хлопьеобразования, которые могут быть перегородчатыми или вихревыми. Хлопья улавливают коллоидные и взвешенные частицы и агрегируют их, а затем быстро оседают на дно резервуара под действием силы тяжести.

Время пребывания воды в перегородчатых камерах составляет 20—30 мин, в вихревых — 6—10 мин. По мере образования хлопьев вода поступает на механические очистные устройства — отстойники, гидроциклоны.

Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод эмульгированных веществ и тонкодисперсных частиц размером 1—100 мкм. Эффективность очистки может достигать 95%. Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа.

Флокуляция — процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами.

Весьма перспективным методом очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от тяжелых металлов, цианидов является электрокоагуляция — процесс образования нерастворимых гидроксилов в сточной воде при их прокачке через электрокоагулятор. При этом если в сточной воде содержатся поверхностно-активные вещества, то осуществляют пенопогашение с помощью пара. Осадок из илонакопителя направляют на обезвоживающую установку и уплотнитель, входящие в этот комплекс, в последующем утилизируют или направляют на захоронение.

Флотация применяется для очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков, прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фаз, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удалении образовавшегося пенного слоя.

Различают следующие методы флотационной обработки сточных вод: перенасыщение сточных вод воздухом, механическая и электрофлотация.

Флотацию за счет перенасыщения сточных вод воздухом подразделяют на вакуумную и напорную. При вакуумной флотации сточные воды предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, после чего направляют во флотационную камеру. Выделяющиеся пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 мин.

Напорная флотация осуществляется в две стадии: насыщение сточных вод воздухом под избыточным давлением и затем резкое снижение давления до атмосферного, что позволяет обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 5 г/л при производительности от 5 до 2000 м³/ч. В ряде случаев сточные воды насыщают кислородом или озоном. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сбора пены в пеносборник.

Суть метода электрофлотации заключается в том, что в процессе электролиза воды выделяющиеся на электродах пузырьки газов (водорода и кислорода) сталкиваются с взвешенными частицами, прилипают к ним и флотируют их на поверхность жидкости. Основную роль в процессе флотации частиц выполняют пузырьки водорода, выделяющиеся с поверхности катода. Эффективность процесса флотационной очистки связана с числом и размером пузырьков. Поскольку размер отрывающихся пузырьков зависит не только от краевого угла, но и от кривизны поверхности электродов, последние изготовляют в виде проволочной сетки. При этом на размер пузырьков влияет толщина проволоки — с ее увеличением размеры пузырьков, как правило, возрастают. Число пузырьков зависит от плотности тока и материала электродов.

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными. Адсорбционная очистка бывает регенеративная и деструктивная. Эффективность адсорбционной очистки достигает 0,8—0,95. В качестве адсорбентов используют активированные угли, синтетические вещества, золу, шлаки.

Процесс адсорбционной очистки сточных вод ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента.

Экстракция — способ разделения и извлечения из сточных вод компонентов смеси (фенолов, масел, жирных кислот и др.) Целесообразность применения экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. Экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3—4 г/л. Процесс экстракции состоит из трех следующих стадий:

• — интенсивное смешивание сточных вод с экстрагентом (органическим растворителем), в результате чего образуются две жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, и рафинат, который содержит сточные воды и экстрагент;
• — разделение экстракта и рафината;
• — регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Для экстракции из сточных вод фенолов используют эфиры, а нефтепродуктов — бензол. Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,95.

Электрохимические методы применяют для очистки сточных вод от растворимых диспергированных примесей. К этим методам относят процессы анодного окисления и катодного восстановления, электродиализ. Процессы протекают на электродах при пропускании через сточные воды постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления вещества (цианиды, амины, альдегиды), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя С0₂, аммиак и воду или более простые и нетоксичные вещества, которые удаляют другими методами. На практике применяют способы электрохимической очистки стоков, содержащих соли металлов, кислот и щелочей.

Для удаления солей из сточных вод широко используют метод электродиализа, который осуществляют в электролитической ванне, разделенной на три отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещают электроды. Метод электродиализа перспективен для очистки сточных вод не только от растворенных солей, но и от ионов тяжелых металлов и фтора.