Очистка и повторное использование технической воды и промышленных стоков (стр. 5 из 5)
Используемые в модулях мембраны должны обладать высокой разделяющей способностью, высокой удельной производительностью, прочностью и химической стойкостью к действию очищаемых сред. Из большого числа типов мембран можно выделить полимерные мембраны и мембраны с жесткой структурой.
К полимерным относятся мембраны из ароматических полиамидов «Владипор» типа МГА-90, МГА-100 для обратного осмоса с солесодержнием до 20 кг/м3, предназначенные для очистки сточных вод и промышленных стоков. Мембраны типа УАМ-80, УАМ-500 используют для разделения водомасляных эмульсий, пигментных красителей и др. методом ультрафильтрации.
Этилцеллюлозные мембраны типа УЭМ-200, УЭМ-500 предназначены для концентрирования, разделения и очистки различных веществ в кислых и особенно щелочных средах. Удельная производительность по воде 33–300 см3/, средний диаметр пор х10 3 м.
Мембраны на основе ароматических полиамидов «Владипор» типа МГМ-80, МГП-100 рекомендуются для разделения, концентрирования агрессивных сред с рН 1–12, содержащих большинство органических растворителей, и выдерживают в водных средах температуру до 150 °С.
К мембранам с жесткой структурой относятся металлические, из пористого стекла, нанесенные и напыленные. Мембраны этого типа обладают высокой химической стойкостью.
Для установок с мембранными аппаратами применяют технологический, гидравлический и механический, а при использовании горячих растворов – и тепловой расчеты. При технологическом расчете определяют необходимую поверхность мембран, жидкостные потоки и их состав. При гидравлическом расчете находят гидравлическое сопротивление аппаратов, трубопроводов и арматуры.
Расчет аппаратов обратного осмоса и ультрафильтрации проще выполнять на основе эмпирических корреляций. Составляют уравнения материального баланса по всему веществу и растворенному компоненту, дифференциальные уравнения изменения состава пермеата и проницаемости в произвольном сечении. Определив на лабораторных ячейках с мешалкой ряд констант и используя их при решении системы уравнений, рассчитывают выход концентрата и фильтрата, поверхность мембраны и состав фильтрата при концентрировании.
Расчет обратноосмотических аппаратов с плоскими мембранными элементами предпочтительнее выполнять на основе математического моделирования. Расчет заключается в совместном решении уравнений материального баланса по раствору и растворенному веществу и уравнений энергетического баланса по раствору и пермеату с учетом концентрированной поляризации и взаимного движения потоков.
Термическое сжигание. Термическое сжигание применяют для уничтожения высококонцентрированных сточных вод, содержащих минеральные или органические элементы. По этому методу сточные воды вводят в печь сжигания и испаряют при температуре 900–1000 °С. Органические примеси сгорают до продуктов полного сгорания С02, Н20, N02.
Промышленные стоки, удельная теплота сгорания которых Qcr <; 8,4 МДж/кг, сгорают, как жидкое топливо. При Qcr < 8,4 МДж/кг для сжигания
где с/ – концентрация /-го компонента в стоках, моль/дм3; р – плотность сточной воды, кг/м3; Осг' – удельная теплота сгорания 1-го компонента, кДж/моль.
2.3 Биологический метод очистки сточных вод
В основе биологической очистки сточных вод от органических веществ лежат три взаимосвязанных процесса: синтез протоплазмы клеток микроорганизмов, окисление органических загрязнений и окисление продуктов метаболизма клеток. Для проведения таких процессов требуется участие ферментов. Происходящее при этом аэробное окисление содержащегося в органических веществах углерода до С02 и водорода до Н20 характеризуется расходом кислорода, то есть биологическим потреблением кислорода.
Характеристикой глубины разложения примесей в водостоке является биохимический показатель, равный отношению ВПК к ХПК.
Под ХПК в отличие от ВПК понимают количество кислорода, теоретически необходимое для полного превращения органических веществ в С02, Н20, а также в соль аммония и серную кислоту, если они содержат азот и серу. Молекулярный кислород, входящий в состав молекул веществ, идет на окисление этих веществ.
При биохимическом окислении органических веществ требуется меньше кислорода, чем при химическом окислении с той же эффективностью очистки.
В биологических фильтрах сточные воды очищаются микроорганизмами активного ила или биопленки, образующими биологически активную массу.
Производительность установки и количество избыточного ила на единицу объема сточной воды оценивают по окислительной мощности г и приросту ила.
Окислительную мощность рассчитывают по формуле:
где АБПК = БПКисх – БПК0Ч– разность между БПК исходной и очищенной воды, г 02/м3; V – расход сточных вод, м3/ч; Va– рабочий объем аэротенка, м3; т = iyV – время аэрации, ч.
Прирост ила из-за сложного характера взаимоотношений бактерий определяют по приближенной зависимости
где Сн– концентрация взвешенных веществ, поступающих в аэротенк, г/м; Кэ– экономический коэффициент; Amи AS– количество органических примесей, удаленных в аэротенках, соответственно в массовых единицах и единицах БПК, г/м3 и г БГ7К7м3; У – удельный прирост ила, г/г БПК.
Очистка при БПК меньше 20 мг 02 /дм3 является полной, а больше 20 мг 02 /дм3 – неполной.
Анаэробные схемы применяют для очистки сточных вод концентрацией 6–20 г./дм3, для концентрирования минеральных солей 30 г./дм3 и для брожения осадков и избыточного ила.
По анаэробной схеме стоки, пройдя усреднитель 1, подаются в анаэробный восстановитель 2, где взаимодействуют с анаэробным илом. Затем смесь насосами 4 подается во флотатор 5, из которого иловая вода вместе с бытовыми водами поступает в аэротенк 6, а пенный продукт – в метантенк 3 на стабилизацию. Выходящая из аэротенка 6 смесь насосами 7 подается во флотатор 8, из которого аэробный активный ил возвращается на вход схемы. Часть ила возвращается в аэротенк 6, а избыточная часть в метантенк 3. Биологически очищенная вода доочищается на фильтрах 9 и 10, после чего сбрасывается в водоем 12 или подается насосами на повторное использование.
Стоки, очищаемые биологическими методами, должны отвечать следующим требованиям:
1. Органические вещества, входящие в стоки, должны быть способны к биохимическому окислению.
2. Их концентрация, выраженная через ВПК, не должна превышать 500 мг/дм3 при очистке на биофильтрах и 1000 мг/дм3 – при очистке в аэротенках-смесителях.
3. Концентрация ядовитых органических и неорганических веществ не должна превышать пределов, исключающих жизнедеятельность бактерий.
4. Количество механических примесей не должно превышать 150 мг/дм3.
5. Водородный потенциал среды рН должен быть 6,5–8,5.
6. Сточные воды должны содержать биогенные элементы.
7. Общее количество растворенных солей должно быть не больше 10 г./дм3.
8. Стоки не должны содержать плавающих масел и смол.
9. Температура сточных вод – от 6–35 до 50–60 °С.
С учетом изложенного специалистами разработана типовая станция биологической очистки сточных вод производительностью 10 тыс. м3/сут. Она размещается на площади 11000 м2 вместо 75000 м2. Очистка ведется в аэротенках колонного типа с доочисткой на песчаных фильтрах с водовоздушной промывкой. Реагентное кондиционирование смеси сырого осадка, уплотненного избыточного ила и обезвоживание проводят на фильтр-прессах ФПАКМ-25Н производительностью по сухому продукту 15 кг/м2ч и влажностью обезвоженного осадка 60%. Резервным оборудованием для обезвоживания осадка являются винтовые центрифуги.