Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков

Сточные воды перед биологической  очисткой подвергают механической, а  после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также  другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.) Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

4. Выбор технологической схемы  очистки сточных вод 

Выбор оптимальных технологических  схем очистки воды - достаточно сложная  задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в  воде примесей и высоким требованиями, предъявленными к качеству очистки воды. При выборе способа очистки примесей учитывают не только их состав в сточных водах, но и требования, которым должны удовлетворять очищенные воды: при сбросе в водоем - ПДС (предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ) , а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те требования, которые необходимы для осуществления конкретных технологических процессов.

Для приготовления из сточных вод  технической воды или обеспечения  условий сброса очищенных сточных вод водоемов большое значение имеет технико-экономическая оценка способов подготовки воды. Экономическое преимущество имеют, как правило, замкнутые системы водоиспользования [1-3]. Однако процесс замены современных производств безотходными, в том числе и с полностью замкнутой системой водоиспользования, достаточно длительный. Поэтому часть очищенных сточных вод сбрасывают в водоемы. В этих случаях необходимо соблюдать установленные нормативы для относительной концентрации вредных веществ в очищенных сточных водах.

Применяемые схемы очистки должны обеспечивать максимальное использование  очищенных вод в основных технологических  процессах и минимальный их сброс  в открытые водоемы. При широком  внедрении оборотных систем имеются  дополнительные резервы по сокращению расхода свежей воды и уменьшению сброса в открытые водоемы. При широком внедрении оборотных систем имеются дополнительные резервы по сокращению расхода свежей воды и уменьшению сброса сточных вод в водоемы (совершенствование технологических процессов, повышение эффективности очистки сточных вод) . Сточные воды являются чистыми, если их отведение в водные объекты не приводит к нарушению норм качества воды в контролируемом створе или пункте водоиспользования.

Степень очистки сточных вод при сбросе их в водоемы определяется нормативами качества воды водоема в расчетном створе и в большой степени зависит от фоновых загрязнений. Для снижения концентраций вредных примесей, присутствующих в сточных водах, до требуемых величин необходима достаточно глубокая очистка. Поэтому важное значение имеет надежный контроль степени очистки сточных вод, так как с ужесточением требований к качеству очищенных вод значение ПДК большинства вредных веществ снижается и, следовательно, возрастают трудности их определения [4]. Кроме того, контроль усложняется при определении концентраций вредных веществ в сильно разбавленных сточных водах.

5. Физико-химические методы очистки  сточных вод с применением  коагулянтов

Для обеспечения высокой степени  очистки сточных вод в ряде случаев одной биохимической очистки производственных сточных вод недостаточно, поэтому в последние годы отмечено возрастающее применение физико-химических методов. Широкое распространение получили коагуляция и флотация. Реагентный способ очистки достаточно эффективен и прост. Этот способ можно применять практически при неограниченных объемах сточных вод.

Совместное использование коагулянтов  и флокулянтов позволит еще более  расширить использование этих реагентов  для очистки сточных вод. Большие резервы интенсификации метода коагуляции и флокуляции связаны как с более глубоким исследованием механизмов явлений, сопровождающих эти процессы, так и с более эффективным использованием различных физических воздействий.

Данные зарубежных исследований показывают, что значительного повышения эффективности реагентного способа можно добиться оптимизацией технологии очистки, предусматривающей смешение реагентов с водой, а также подбором используемых коагулянтов и флокулянтов [5].

Эффективность реагентного способа очистки воды, в частности с использованием коагулянтов, можно повысить, установив долее строгий контроль за расходом реагентов в зависимости от количества загрязнений, присутствующих в сточных водах, и физико-химических характеристик этих загрязнений, в первую очередь от их заряда, характеризуемого x потенциалом. Внедрение автоматизированного контроля за расходом реагентов позволит повысить не только степень очистки воды, но и снизить расход реагентов.

Эффективность реагентного способа  можно также повысить, применяя физические воздействия на обрабатываемую воду и водные системы (например, электрические и магнитные поля, ультразвук, радиацию и другие способы) . Однако внедрение этих методов интенсификации коагуляции и флокуляции тормозится недостаточной изученностью процессов, протекающих на молекулярном и ионном уровне.

Очистка производственных сточных  вод реагентным способом включает несколько  стадий, основными из которых являются:

1) Приготовление и дозирование  реагентов; 

2) Смешение реагентов с водой;

3) Хлопьеобразование; 

4) Отделение хлопьевидных примесей  от воды.

5.1 Приготовление реагентов

Правильная организация процесса приготовления реагентов позволит при минимальном их расходе получить максимальный эффект очистки воды. От качества приготовленных растворов зависит не только эффективность воздействия коагулянтов на загрязнения, но и работа оборудования этого узла. Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа(III) . В несколько меньшем масштабе используются сульфаты железа, смешанные коагулянты в виде солей алюминия и железа. Заметно в меньших количествах используют алюмоаммонийные и алюмокалиевые квасцы. Возрастает использование коагулянтов, в первую очередь железа и алюминия, получаемых электрохимическим способом. В этом случае их свойства как коагулянтов резко улучшаются.

Реагенты как в твердом, так  и в виде концентрированных растворов, необходимо доводить до рабочей концентрации (5-15%) . В связи с этим следует  проанализировать растворение солей и в первую очередь солей алюминия и железа Зная основные закономерности процесса растворения реагентов в воде, можно выбрать оптимальный режим растворения реагентов в воде и подобрать для этого необходимое оборудование.

Эффективность очистки сточных вод с использованием коагулянтов и флокулянтов в значительной мере зависит от точности поддержания основных параметров. основными параметрами регулирования являются рH обработанных сточных вод, электропроводность, мутность, окислительно-восстановительный потенциал.

В настоящее время широко используются разработанные ВНИИВодгео системы  автоматического регулирования (САР) , предназначенные для управления реагентной очисткой сточных вод. Повышение  уровня автоматизации процессов  физико-химической очистки промышленных сточных вод позволяет уменьшить расходы реагентов.

В практике очистки вод, как правило, применяют объемнопропорциональные  дозирующие системы. В основном по такому принципу построены САР подачи растворов  коагулянтов и флокулянтов.

Дозаторы, используемые в САР раегентной очистки сточных вод, должны надежно  работать и при подаче растворов, содержащих взвешенные частицы, осадки, шламы, так как часто в качестве реагентов используют отходы различных  производств.

При использовании предварительно осветленных растворов реагентов можно применять плунжерные насосы-дозаторы с ручным регулированием производительности.

Для нормального функционирования узла реагентной обработки с использованием плунжерных насосов-дозаторов необходима предварительная очистка растворов реагентов. В противном случае насос-дозатор забивается взвешенными частицами, а следовательно необходимо его останавливать и промывать.

5.2 Оптимизация дозы реагентов

Для технологии очистки воды и обезвреживания осадков большое значение имеет рациональное использование реагентов, так как годовой расход только флокулянтов составляет сотни тонн. Определение оптимальной дозы реагентов представляет собой весьма сложную задачу, так как в практике очистки воды возможно одновременное изменение ряда факторов, например состава и количества примесей.

Следует отметить, что при коагуляции примесей в объеме воды и при контакте с зернистой загрузкой оптимальная  доза будет различной, так как  кинетические условия коагуляции на поверхности фильтрующего материала значительно лучше, чем в объеме воды.

Эффективность процессов очистки  воды в аппаратуре всех типов обусловлена  прочностью и плотностью коагуляционной структуры.

Для тонкодисперсной суспензии  с частицами заданного размера  одним из основных критериев выбор, а дозы коагулянта является прочность структуры.

Одновременного  увеличения прочности и плотности  коагуляцоинной структуры можно  достичь комбинированным воздействием на структуру гидродинамических  условий перемешивания и дозы коагулянта. Выбор оптимального режима очистки воды с использованием реагентов возможен на основе цепочечно-ячеистой модели коагуляционной структуры.

Представляет  интерес определение оптимальной  дозы реагента при добавлении его  в воду электрохимическим способом. В этом случае наиболее легко оптимизировать процесс изменением плотности тока и продолжительности обработки в зависимости от количественного состава сточных вод.

Применяя  известные методы математического  моделирования можно определить оптимальный режим электрохимической обработки. Существующие устройства для автоматического дозирования реагентов дают возможность, как правило, поддерживать только их расход, установленный на основе предварительных исследований. Поддержание оптимальной дозы реагентов для соблюдения основных качественных параметров процесса коагуляции пока еще затруднено.

5.3 Перемешивание сточных вод  с реагентами.

Приготовленный раствор через  дозирующее устройство и смеситель  вводят в воду. Перемешивание воды с реагентами целесообразно осуществлять в две стадии, причем первую стадию проводить в режиме, приближающемся к режиму идеального смешения, а вторую - в режиме идеального вытеснения по жидкой фазе. Это обусловлено тем, что на первой стадии должно быть обеспечено равномерное распределение реагента по всему объему очищаемых сточных вод, а на второй - создание условий, исключающих распад образовавшихся агломератов частиц загрязнений. Первый режим можно осуществить, например, а аппарате с интенсивно вращающейся мешалкой, а второй - в слое взвешенного осадка.

Как показывают результаты многих исследований, процесс перемешивания воды с  реагентами, в частности с неорганическими  коагулянтами, необходимо проводить  с максимальной скоростью. Оптимизация  режима смешения коагулянта с водой  может привести к более эффективному использованию, а в некоторых случаях и к сокращению расхода коагулянта.

Эффективность мгновенного перемешивания заключается  в изменении степени дисперсности продуктов гидролиза коагулянтов, абсорбирующихся на поверхности  частиц загрязнений. При более интенсивном перемешивании увеличивается вероятность сорбции на поверхности частиц загрязнений мелких частиц продуктов гидролиза коагулянтов, что приводит к экономии коагулянта и одновременному увеличению прочности связи частиц в микрохлопьях.

При выборе режима смешения коагулянта необходимо учитывать состав и физико-химические свойства сточных вод, а также  вводимых реагентов. Важность определения  оптимальных параметров режима смешения обусловлена также большой ролью  ортокинетической стадии коагуляции в процессах агрегации частиц загрязнений. Вероятность столкновений между коагулирующими частицами возрастает с увеличением интенсивности перемешивания. Однако при достижении определенного скоростного градиента образующиеся хлопья начинают разрушаться. Для применяемых коагулянтов значение скоростного градиента составляет примерно 20-70 с^-1. В качестве критериальной оценки процесса смешения реагентов с водой наряду со скоростным градиентом применяют также произведение последнего на продолжительность смещения, введенное Кэмпом (критерий Кэмпа) .

В направлении интенсификации перемешивания  воды с реагентами развивается и разработка смесителей. Рекомендуется при выборе типа, конструкции и режима действия перемешивающих устройств на стадиях быстрого смешения воды с реагентами и медленного перемешивания воды в камерах хлопьеобразования учитывать закономерности коагуляционного структурообразования, определяющие начальные значения скоростного градиента, необходимость постепенного перемешивания и концентрации твердой и жидкой фаз на поверхности раздела.

Быстрое перемешивание реагентов  с водой может быть достигнуто в смесителях с псевдоожиженной насадкой и предварительной электрообработкой смеси.

Электромагнитные смесители целесообразно  применять, прежде всего, при контактировании  воды с растворами электролитов, например с растворами кислот, щелочей, солей. Однако возможно перемешивание неэлектропроводимых реагентов, например полиакриламида с водой, в электромагнитных смесителях с псевдоожиженной или магнитоожиженной насадкой.

Наиболее просты в аппаратурном оформлении смесители, содержащие камеру электрообработки, в которой установлены два или несколько электродов. В результате воздействия электрического поля на растворы электролитов происходит эффективное смешение воды с коагулянтом, что позволяет существенно сократить время перемешивания, а также расход реагентов на очистку стоков. Электролиз проводят, как правило, в режимах без заметного выделения газов (кислорода и водорода) Другим простейшим вариантом электромагнитного перемешивания является использование генераторов магнитного поля, устанавливаемых на участке трубы, где одновременно подают воду и раствор коагулянта (электролита) . Такие смесители весьма просты и их легко установить практически на любом участке технологической линии. Кроме того, смесители с использованием постоянных магнитов могут быть установлены в помещениях любой категории.