Блоги

Рекомендации по применению перспективных технологических операций при создании систем промышленного водоснабжения Многие новые технические разработки в области водоподготовки и очистки сточных вод – это хорошо забытые старые технологические приемы, которые применялись еще в 20 веке советскими специалистами-водниками. Об этих разработках следует помнить инженерам-экологам предприятий и применять их с использованием современного оборудования и реагентов. Данная техническая политика позволит предприятию снизить объем затрат на создание систем промышленного водоснабжения и обеспечит экологическую безопасность близлежащих водоемов. 1.В черной и цветной металлургии широко применяют процесс травления для обработки проката с использованием различных кислот. В ходе травления металла образуется большой объем кислых стоков, для обезвреживания которых требуется дорогостоящие очистные сооружения. С целью сокращения затрат на очистку целесообразно до 50-70 % нейтрализованной воды вернуть на повторное использование для первичной промывки металла. В 80-х годах прошлого века такие схемы были реализованы на целом ряде заводов по обработке цветных металлов бывшего Союза. Для предотвращения процесса гипсации трубопроводов применяли такие технологические приемы как фильтрацию через инертную загрузку, аэрацию со стабилизацией(выдержка в емкости до суток),применение комплексонов. В настоящее время стабилизация нейтрализованной воды (при ее возврате на повторное использование) может быть достигнута более эффективными способами, которые сейчас широко используются для предотвращения солеотложения при добыче нефти. 2.При создании современных оборотных циклов водоснабжения для промышленных предприятий стали широко применять в качестве подпитывающей воды –обессоленную воду, полученную с помощью ультрафильтрации, обратного осмоса и выпарки. На создание таких схем требуются огромные капитальные затраты. Стабильная работа оборотной системы ,как показали исследования и практика водников 20 века, может быть обеспечена за счет умягчённой подпиточной воды, полученной с помощью двухступенчатого натрий катионирования. Создание таких схем обходится значительно дешевле, чем схем по получению обессоленной воды. Солесодержание умягченной воды( по хлориду натрия) в ходе эксплуатации оборотной системы может достигать 1,5-2.2 г/л. Но, как показала практика прошлых лет, коррозия труб незначительна, а в настоящее время ее можно свести к минимуму за счет применения современных ингибиторов. Природоохранная технология очистки засоленных стоков реализуется за счет повторного использования сточных вод станции водоподготовки и выделения солей жесткости в составе товарного продукта. Практическое значение данного технологического приема -это внедрение предложенного способа очистки засоленных стоков на станциях водоподготовки, что позволяет улучшить состояние близлежащих водоемов за счет исключения сброса высокоминерализованных сточных вод. При этом можно сэкономить 90-95% хлористого натрия, который используется для регенерации натрий-катионитовых фильтров и на 90% уменьшить расход воды на приготовление регенерационного раствора и промывку фильтров. В результате реализации данного метода образуется отход, насыщенный солями кальция и магния, который может быть использован в качестве известково-магниевого удобрения для нейтрализации почв с повышенной кислотностью и для улучшения минерального питания растений. 3.При очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью нейтрализации известью целесообразно использовать такой технологический прием как наработка плотного осадка(возврат в голову процесса определенной части образующегося при нейтрализации гидроокисного осадка ), что позволяет снизить объем осадка на 30-45% и улучшить его фильтрационные свойства. Кроме того, при нейтрализации кислых стоков, содержащих соли железа и ионы тяжелых металлов, для повышения глубины очистки следует применять такие реагенты как сульфид или гидросульфид натрия. Перспективным реагентом для снижения концентрации тяжелых металлов при нейтрализации является силикат натрия. 4.На металлургических предприятиях в ходе технологических процессов образуются большое количество сточных вод с повышенным содержанием нефтепродуктов(отработанные эмульсии, промывные растворы, стоки нефтебаз и т.д.).Для очистки подобных сточных вод вместо отстаивания целесообразно применять напорную флотацию. Наиболее эффективным оборудованием для оформления процесса флотации являются отстойники –флотаторы, позволяющие не только повысить глубину очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ, но и значительно сократить рабочие площади для установки очистного оборудования. Отстойник-флотатор представляет собой комплексный аппарат, состоящий из флотационной камеры и соосно расположенного отстойника с тонкослойными элементами. Отстойник и флотационная камера сообщаются между собой через основание аппарата - отстойник. Отстойник представляет собой емкость в форме цилиндра, в центре которого расположена флотационная камера, а на периферии установлены тонкослойные элементы. Флотационная камера оборудована системой тангенциального распределения исходной воды, которая обеспечивает эффективное смешение воды с реагентами и ее аэрацию. Технический результат - обеспечение двухступенчатой очистки стоков (при этом аппарат занимает минимальные площади в производственном помещении), потребление незначительного количества энергии и обеспечение высокого качества очистки сточных вод от нефтепродуктов, жиров и взвешенных частиц. 5.Электрокоагуляция Очистка промышленных сточных вод методом электрокоагуляции основана на электролизе с использованием металлических (стальных или алюминиевых) анодов, подвергающихся электролитическому растворению под воздействием электрического поля. Метод электрокоагуляции технологически достаточно прост и эффективен — его используют для удаления из сточных вод неорганических и органических загрязнений — тяжелых металлов, хроматов, фосфатов, тонко диспергированных примесей, эмульгированных масел, жиров и масел и нефтепродуктов, органических взвесей и т.д. Вследствие растворения анодов вода обогащается соответствующими катионами металлов, образующими затем в нейтральной и слабощелочной среде гидроокисью алюминия или гидрозакисью железа, которая под воздействием растворенного в воде кислорода переходит в гидроокись железа. Гидроокиси металлов обладают повышенной коагуляционной активностью и сорбционной способностью, что обеспечивает эффективную коагуляцию дисперсных примесей с участием продуктов электролиза. В настоящее время в промышленно развитых странах мира очистка сточных вод методом электрокоагуляции применяется достаточно широко на предприятиях машиностроения и при водоподготовке, когда отработанная вода характеризуется высоким уровнем содержания солей тяжелых металлов, нерастворимых осадков, технических масел и нефтепродуктов. Электрокоагуляцию также можно применять для осветления и обесцвечивания воды, удаления из нее железа, кремния, хрома, СПАВ и радиоактивных веществ, а также для очистки воды от биологических загрязнений. Наряду с электрокоагуляцией при наложении электрического поля происходит также: электролиз воды; поляризация коллоидных частиц; движение заряженных частиц в электрическом поле (электрофорез); окислительно-восстановительные процессы; химические реакции между ионами Аl 3+ или Fe2+ , образующимися при электролитическом растворении металлических анодов и некоторыми содержащимися в воде ионами (S2- , РO43- ); взаимодействие продуктов электролиза друг с другом; флотация твердых частиц пузырьками газообразного водорода, выделяющегося на катоде; сорбция ионов и молекул растворенных примесей на поверхности гидроксидов железа и алюминия, обладающих значительной сорбционной способностью. Электрохимический способ, в частности электрокоагуляция, находит все более широкое применение в области водоподготовки в тех случаях, когда традиционные способы механической и физико-химической обработки воды оказываются недостаточно эффективными. Основными преимуществами электрокоагуляции являются: компактность и простота эксплуатации установки для осуществления процесса электрокоагуляции; отсутствие реагентного хозяйства. Применение напорного типа электрокоагулятора позволяет работать с использованием в качестве анодного материала железных отходов в виде стружки и обрези. В электрокоагуляторе открытого типа в качестве анода используется листовое железо, что значительно удорожает процесс очистки воды. На протяжении многих лет метод электрокоагуляции с использованием алюминиевых электродов применялся как способ электрохимического ввода в обрабатываемую жидкость коагулянта — гидроксида алюминия. Кроме того, было показано, что при электрокоагуляционной обработке сточных вод с использованием железных электродов можно осуществлять восстановление шестивалентного хрома и проводить соосаждения ионов тяжелых металлов на гидроксиде железа. Метод электрокоагуляционного восстановления шестивалентного хрома был внедрен в качестве локального способа очистки хромсодержащих сточных вод на многих предприятиях цветной металлургии и машиностроения бывшего СССР. 6. В передовых промышленных странах все более широкое распространение для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов получает метод ферритизации. Железо в вод¬ном растворе с рядом металлов образует комплексные соединения по реакции: (3-x)Fe2++xM2++6OH-Fe3-x(OH)6 При последующем окислении они превращаются в ферриты: Fe3-xMx(OH)6+O2Mx Fe3-xO4 Образовавшиеся ферриты образуют шпинелевые кристаллические структуры черного цвета, выпадающие в осадок. Отделение ферри¬тов от воды может быть произведено одним из двух методов - фильтрацией или магнитной сепарацией, т.к. выделенные вещества обладают сильными магнитными свойствами. В процессе электрокоагуляционной очистки сточных вод от шестивалентного хрома и других ионов тяжелых металлов образуется большое количество гидроксидов двух и трехвалентного железа. Образование ферри¬тов позволяет не только улучшить структуру осадков и облегчить их переработку, но и значительно повысить глубину очистки воды от ионов тяжелых металлов. Практика использования данного способа очистки воды показала, что связывая ионы тяжелых метал¬лов в ферриты, можно снижать содержание последних в сточных водах до 0,001мг/л. Для осуществления метода ферритизации требуемое оборудование невелико по весу и объему и возможно его размещение внутри здания. Следовательно, стоимость очистных соо-ружений значительно снижается.

Ключевые слова: сточные воды, технология очистки воды, электрокоагуляция, ферритизация, нейтрализация, натрий-катионирование

---

Добавить комментарий 0

На одном из уральских предприятий химической промышленности, где было крупно тоннажное производство тринитротолуола, возникли проблемы с очисткой сточных вод. Промывные воды с остатками органических соединений сбрасывались на биологические очистные сооружения поселка. Но органические нитропроизводные не только не подвергались биологической очистки, но вызывали нарушение работы процесса очистки хоз-бытовых стоков. Руководство предприятия обратилось научно-производственное объединение «Уралэнергоцветмет» с просьбой разработать технологию очистки сточных вод от органических нитропроизводных. При разработке метода электрокоагуляционной очистки стоков от нитро содержащей органики был использован старинный способ русских купцов , которые занимались крашением тканей с использованием органических красителей: перед сбросом окрашенных промывных вод в реку стоки фильтровали через бочки, которые были заполнены дробленным чугуном. За счет перехода железа в раствор и выделения атомарного водорода шло восстановление нитро продуктов и их коагуляция. После такой обработки дальнейшая очистка сточных вод происходила непосредственно в реке за счет микрофлоры и кислорода ,растворенного в речной воде. Для интенсификации процесса очистки сточных вод от нитросодержащей органики было решено вместо фильтрации сточных вод через железную стружку использовать метод анодного растворения железа под воздействием постоянного электрического тока. Электрокоагуляцию проводили при плотности тока 0,25-0,75а/дм2 с последующей нейтрализацией щелочным реагентом до рН 8,5-9,5.Данная плотность тока обеспечивала достаточную полноту разложения нитропродуктов.при минимальных затратах электроэнергии, а последующая нейтрализация и обработка хлором приводит к получению совершенно бесцветной воды без запаха нитровеществ, что свидетельствует о полном их отсутствии. Таким образом, применение электрокоагуляция позволяет за счет протекания в одном объеме таких процессов как восстановление нитрогрупп в аминогруппы водородом и двухвалентным железом, коагуляция и сорбция органических веществ на гидроокиси двухвалентного железа. Кроме того, за счет выделения газов при электролизе идут процессы окисления органики и их флотация в виде пенного продукта ,что способствует более глубокой очистки сточных вод от нитропроизводных. На данный способ очистки было получено в 1969 авторское свидетельство на изобретение «Способ очистки сточных вод путем электрокоагуляции»( автор Селицкий Г.А.) №242764. На всех предприятиях бывшего СССР очистку хромсодержащих сточных вод осуществляли на локальных установках с применением таких реагентов как серная кислота, гипосульфит натрия или сульфат двухвалентного железа. Данная технология имела много недостатков: 1. большие рабочие площади для очистных сооружений; 2.дефицитные и дорогостоящие реагенты(гипосульфит натрия); 3.обязательное наличие специально обученного персонала; 4.большой объем трудно утилизируемых отходов , которые образовывались при очистки сточных вод от хрома. Поэтому появилась идея: если за счет анодного растворения железа удается восстанавливать нитропроизводные , то вероятно можно за счет процесса электрокоагуляции осуществить восстановление шестивалентного хрома двухвалентным железом, которое образуется за счет анодного растворения железного анода при электролизе. Исследования в лаборатории по очистке сточных вод от шестивалентного хрома с применением электрокоагуляции показали следующее: -при электролизе водного раствора в широком диапазоне величины рН обрабатываемой воды идет процесс перехода двухвалентного железа в раствор, с последующим образованием гидроксида двух валентного железа; -оптимальная плотность тока при электрокоагуляции хромсодержащего раствора составляет 5 до 20 а / дм2 . Одно из первых исследований в нашей стране по восстановлению хромового ангидрида за счет анодного растворения железа было выполнено в Казанском госу- дарственном университете. Применительно к очистке сточных вод от хрома и других окислителей метод электрокоагуляции был впервые исследован и затем успешно применен на производстве научно-промыш- ленным объединением «Уралэнергоцветмет» под руко- водством автора настоящей публикации . Очистка хромсодержащих сточных вод в электрокоагуляторе с железными электродами основана на химическом восстановлении бихромат и хромат ионов ионами Fe2+, образующимися при электролитическом растворении анодов и в результате катодного восстановления Fe3++ e-→Fe2+, а также гидрозакисью железа Fe(OH)2, образующейся в обрабатываемой воде при взаимодействии Fe2+ + 2OH- ионов при рН >7,5, На восстановление 1 г х рома в электрокоагуляторе, расходуется 3,22 г железа, на что тратится по закону Фарадея — 3,09 А/ч. электричества. Обычно величина напряжения на ванне электрокоагулятора не превышает максимально допустимого напряжения для используемых источников постоянного тока и находится в пределах 6-12 В. В тех случаях, когда напряжение на электролизере является предельным для используемого источника тока, а величина тока еще не достигнута для получения требуемой производительности установки, рекомендуется вводить в обрабатываемую сточную воду раствор хлорида натрия. Практика работы электрокоагуляционных установок показывает, что величина тока, пропускаемого через сточные воды, определяется количеством электричес- тва, которое необходимо для полного восстановления шестивалентного хрома, и выбранным временем обра- ботки воды в аппарате. Время обработки выбирается таким, чтобы за период пребывания воды в электрокоагуляторе в раствор пере- шло такое количество железа, которого бы хватило для восстановления шестивалентного хрома, содержаще- гося в обрабатываемом объеме сточных вод. Вместе с тем, скорость анодного растворения железа зависит от выбранной плотности тока. Очистку сточных вод от шестивалентного хрома следует вести в интервале плотностей тока от 50 до 200 а / м2 . Как уже отмечалось выше, увеличение плотности тока приводит к сокращению времени электрохимической обработки сточных вод, но в то же время из-за роста напряжения на ванне электрокоагулятора увеличивается удельный расход электроэнергии. По конструктивным соображениям, чтобы не применять громоздкие электрокоагуляторы и выпрямители постоянного тока, время обработки сточных вод рекомендуется выбирать в интервале от 2 до 15 мин . В ходе электрокоагуляционной очистки сточных вод происходит повышение величины рН. Это объясняется тем, что количество образующихся гидроксид ионов превалирует над количеством ионов водорода, которые образуются при гидратации ионов Fe3+ и Сr3+ . В случае содержания в обрабатываемой воде ионов тяжелых металлов (меди, цинка и никеля) последние осаждаются в виде гидроокисного осадка, при достижении величины рН начала гидратообразования. Осаждению тяжелых металлов из воды способствуют и другие процессы, происходящие в электрокоагуляторе с железными электродами. Так, переходящие в раствор за счет анодного растворения ионы железа, гидратируются с образованием гидроокиси и гидрозакиси железа, которые адсорбируют ионы цветных металлов и осаждаются вместе с ними. Установлено, что эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов методом электрокоагуляции определяется следующими условиями: 1.достижением величины рН начала гидратообразования ионов тяжелых металлов, находящихся в обрабатываемой воде; 2.переходом в раствор такого количества железа, которого было бы достаточно для соосаждения присутствующих в воде ионов тяжелых металлов. Расход железа в граммах на I г осаждаемого иона при электрокоагуляционной очистке воды от меди составляет 3-3,5, от цинка - 2-3, от никеля - 5-6. Эти данные получены при обработке сточных вод с рН 4-6. Удаление ионов тяжелых металлов из раствора при электрокоагуляции может происходить не толь- ко за счет гидратации и сорбции на поверхности гидроокиси железа, но и за счет образования труд- но растворимых комплексных соединений тяжелых металлов с железом. Электрокоагуляция, как указывалось выше, является мобильным методом, позволяющим вести процесс очистки воды от хрома в широком диапазоне рН (от 2 до 9) с меньшими (по сравнению с другими способами очистки) капитальными и эксплуатационными затратами. Для интересующихся направляю свои статьи, которые были опубликованы в различных журналах 2007-2008гг по вопросу «Электрокоагуляция»: • Применение напорных электрокоагуляторов в схемах очистки хромсодержащих сточных вод (PDF, 1019 КБ) • Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов методом натрийкатионирования (PDF, 193 КБ)

Ключевые слова: очистка сточных вод от шестивалентного хрома, электрокоагуляция, электроды, гидроксид железа, электролиз.шестивалентный хром

---

Добавить комментарий 0