по дисциплине «Экология» Тема: «Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта» (стр. 7 из 9)
За рубежом применяют шахтные аэротенки, которые позволяют в несколько раз сократить производственные площади и существенно снизить энергозатраты на аэрацию Шахтный аэротенк с эрлифтной циркуляцией представляет собой цилиндрический вертикальный резервуар диаметром от 0,6 до 3 м и высотой 12—100 м. Он может быть заглублен или установлен на поверхности земли в виде колонны. В поперечном сечении аэротенк разделяется на две части, в одной из которых предусматривается система пневматической аэрации с помощью фильтросных труб или тканевых аэраторов, а в другой размещается насос или эрлифт, обеспечивающий циркуляцию иловой смеси и подачу ее в аэрационную часть. В этой части иловая смесь движется вниз со скоростью 1—2 м/с, увлекая за собой пузырьки воздуха, поступающего из аэратора. Длительное пребывание воздуха при повышенном давлении обуславливает эффективное использование кислорода (до 90%).
Для очистки и доочистки от растворенных загрязнений сточных вод до достижения предельно допустимых концентраций эффективно используется адсорбция микропористыми сорбентами. Для сорбционной очистки и доочистки сточных вод от органических веществ может быть использовано множество материалов естественного и искусственного происхождения. Однако чаще других применяют гранулированный активированный уголь, имеющий частицы размером более 0,10 мм, на 85—90% состоящий из углерода и способный самопроизвольно отделяться от воды. Исходным сырьем для получения активированного угля служат любые углеродосодержащие материалы — уголь, торф, древесина и др. Процесс изготовления таких высококачественных углей сложен и дорог.
Аппаратурное оформление процесса адсорбционной очистки — общепринятое в химической технологии. Это — напорные фильтры с плотным слоем гранулированных углей, перед которыми расположены механические фильтры. Использование высококачественных дорогостоящих сорбентов, прежде всего, активированных углей, целесообразно лишь при их эффективной регенерации с полным восстановлением их сорбционной емкости. Для такой регенерации одной тонны углей расходуется 1000 м3 природного газа, 10 000 м3 воздуха и 0,5 т пара. После каждой регенерации сорбент может быть использован до 10 раз с потерями 10%..
2.4. Методы удаления ионоя тяжелых металлов.
При работе гальванических цехов в сточные воды поступают соли тяжелых металлов в количествах, иногда превышающих ПДК. В результате этого окружающей среде наносится значительный ущерб, так как соли тяжелых металлов, кроме общей ядовитости, являются также канцерогенами и могут влиять на наследственность.
Соли тяжелых металлов в сточных водах содержаться в виде раствора, а также взвесей. Они способны; восстанавливаться, окисляться, осаждаться, адсорбироваться в виде индивидуальных веществ и комплексов По степени токсичности тяжелые металлы можно условно расположить в ряд: ЗЬ > А§ > Си > Н§ > Со > № > РЬ > Сг > V > Со1. Для удаления солей тяжелых металлов из сточных вод применяют реагентные и физико-химические методы. Реа-гентные методы очистки наиболее эффективно применяются для удаления соединений цинка, меди, никеля, свинца, кадмия, кобальта, железа и др. Сущность реагентных методов заключается в переводе растворимых в воде соединений веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостатком является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками. В качестве реагентов для удаления сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксилы кальция и натрия, карбонат натрия, сульфиды кальция и натрия, карбонат натрия, сульфида натрия, различные шлаки. Наиболее широко используется гидроксил кальция. Осаждение металлов происходит в виде гидроксилов. При одновременном осаждении двух или нескольких металлов образуются смешанные кристаллы и происходит адсорбция на поверхности твердой фазы ионов металлов. Вследствие этого достигается более полная очистка от некоторых металлов. Каждое соединение тяжелых металлов, удаляемое из сточных вод, имеет свои особенности. Некоторые из них характеризуются общими физико-механическими свойствами, позволяющими извлекать их на основе одной технологической схемы.
При обработке кислых вод оксидом кальция и гидрооксидом натрия, содержащиеся в стоках ионы указанных тяжелых металлов связываются в труднорастворимые соединения. Состав солей зависит от рН среды. Так, например, при рН =7 осаждается гидроксидсульфат цинка 2п5О4-32п(ОН)2, а при рН < 8,8 состав осадка соответствует формуле 2п8О4-52п(ОН)2. В сильнощелочной среде твердая фаза представляет собой в основном гидрооксид цинка.
Очистка сточных вод от меди связана с осаждением ее в виде гидрооксид или гидрооксид карбоната:
Для очистки сточных вод от ионов металлов (цинка, свинца, меди, хрома, никеля, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соеди нений и радиоактивных веществ применяют ионный обмен. Этот процесс протекает на ионитах, представляющих собой твердые полиэлектролиты, у которых ионы одного знака заряда закреплены на твердой матрице, а ионы противоположного знака заряда способны переходить в раствор и заменяться на другие ионы того же знака. Иониты состоят из полимеров, имеющих функциональные группы, которые способны диссоциировать в растворе. В зависимости от того, какие ионы переходят в раствор, иониты разделяются на
катиониты и аниониты.
Для удаления металлов из сточных вод применяются катиониты, например КУ-2. V катионитов в раствор переходят катионы, которые обмениваются на катионы, находящиеся в растворе. Функциональными группами у катионитов обычно служат сульфогруппы 5О3Н~, фосфорнокислые группы РО(ОН)2, кабоксильные СООН" и гидроксильные ОН~. При контакте ионнта с раствором происходит обмен, при котором в раствор поступают ионы Н+, а на катионите оседают ионы металла.
Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. С течением времени работы катионита его обменная емкость истощается и необходимо проводить его регенерацию. Регенерацию Н-катионита проводят раствором раз» бавлснной серной кислоты концентрацией 1,0—1,5%.
Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия. Наиболее распространенным является непрерывный ионо-обмен, который позволяет уменьшить расход смолы, реагентов для регенерации, промывной воды, а также применять более компактное оборудование. Колонны непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и с кипящим.
Для регенерации смолы используют колонны с движущимся слоем или пневмопульсационные. Сорбент подается через коническую трубу. При подаче воздуха смола в рабочем объеме аппарата движется навстречу раствору и удаляется сверху. При этом столб смолы в трубе действует как обратный клапан.
Наиболее эффективными методами очистки воды от ионов тяжелых металлов являются электро- и гальванокоагуляция. При обработке малых объемов стоков на небольших предприятиях применяют электрокоагуляционный способ обезвреживания хромсодержащих стоков. Его применение целесообразно при расходе сточных вод до 50 м3/ч, содержании хрома до 100 мг/л, взвешенных веществ до 50 мг/л и рН стоков 4—7. Обработку стоков проводят в электролизерах проточного типа с пластинчатыми электродами из низкоуглеродистой стали. Для предотвращения пассивации электродов перед электрокоагуляцией в сточную воду добавляют раствор поваренной соли.
На ряде предприятий страны применяют гальванокоагуляторы барабанного типа КБ-1 и КБ-3. Они предназначены для очистки промышленных сточных, продувочных и оборотных вод от ионов цветных металлов, включая хром. Сущность процесса очистки состоит в том, что при загрузке коагулятора железным скрапом и коксом или железным и медным скрапом в определенных соотношениях за счет разности электрохимических потенциалов загружаемых материалов возникает гальванопара. В результате этого без введения химических реагентов и без использования (или при незначительном использовании) внешних источников электроэнергии в рабочей зоне протекают электрохимические процессы с образованием магнитных форм соединений железа. Одновременное протекание нескольких электрохимических, химических и физических процессов в рабочей зоне коагулятора, а именно, катодного осаждения металлов, восстановления поливалентных элементов (хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и др.), образования ферритов, коагуляции, сорбции на свежсобразованных кристаллах магнетита и гетита обеспечивает высокую степень очистки воды и растворов от различных примесей. При этом происходит полное восстановление хрома до трехвалентного состояния.
Очистка стоков от солей железа имеет свою специфику. По своему распространению железо среди металлов занимает второе место после алюминия. Природные воды содержат железо в широком диапазоне концентрации (0,01— 20,00 мг/л). Ограничение содержания железа в воде, подаваемой различным производственным потребителям, обусловлено требованиями технологии. Так, например, для охлаждения компрессоров и двигателей внутреннего сгорания норма содержания железа в воде составляет 0,2 мг/л, для питания паровых котлов при давлении 2 МПа — 0,1 мг/л, а для котлов сверхвысокого давления 0,005—0,01 мг/л. При содержании железа более 1 мг/л вода приобретает бурый цвет. При движении такой воды по трубопроводам на их стенках откладываются соединения железа и железобактерии, уменьшающие сечение трубопровода.