8. Другие методы

Наряду с рассмотренными и распространенными методами очистки производственных сточных вод, реже находят применение также и другие физико-химические методы.

Эвапорация. Эвапорационные методы очистки производственных сточных вод подразделяются на пароциркуляционный и азеотропную ректификацию.

Пароциркуляционный метод применяется для удаления из сточных вод летучих веществ (фенолов, крезолов, ксиленолов, нафтолов и др.). Он основан на отгонке загрязнений с циркулирующим водяным паром и на последующей его отмывке от загрязнений раствором щëлочи. При нейтрализации щëлочного раствора загрязнения выделяются из него и могут быть отделены от водного слоя отстаиванием. Отгонка осуществляется в периодически действующих аппаратах или в непрерывно действующих дистцилляционных колоннах. При движении через колонну с насадкой навстречу острому пару сточная вода нагревается до 100 °С. Находящиеся в ней летучие примеси частично переходят в паровую фазу.

Азеотропная ректификация основана на свойстве многих химических соединений образовывать азеотропные нераздельнокипящие смеси с водой. Сточная вода из емкости направляется в колонну, обогреваемую паром, где отгоняется часть воды в виде азеотропной смеси с загрязняющим компонентом. Из нижней части колонны выходит очищенная вода. Пары, выходящие через верх колонны, поступают в конденсатор. Конденсат после дополнительного охлаждения направляется в сепаратор, где разделяется на два слоя – водный и органический. Водный слой из сепаратора сбрасывается в емкость исходной сточной воды, а загрязняющий компонент поступает на дальнейшую переработку или на повторное использование.

Эвапорационные методы применяются для очистки сточных вод коксохимических и химических заводов, заводов синтетического каучука и др.

Выпаривание. Выпаривание сточных вод применяется для увеличения концентрации солей, содержащихся в сточных водах, и ускорения их после дующей кристаллизации, а также для обезвреживания небольших количеств высококонцентрированных сточных вод (например, радиоактивных).

Испарение. В отличие от выпаривания, испарение осуществляется с открытой поверхности жидкости и происходит практически при любой температуре. Площадь испарительных площадок рассчитывается в зависимости от климатических и грунтовых условий.

Кристаллизация. Этот метод основывается на различной растворимости содержащихся в сточной воде веществ, зависящей не только от их вида, но и от температуры растворителя. При изменении температуры сточных вод получаются пересыщенные растворы находящихся в них веществ, а затем их кристаллы. На этом принципе основан метод выделения из сточной воды кристаллов загрязняющего ее вещества, т.е. на естественном или ускоренном испарении жидкости. Кристаллизация применяется при обработке небольших количеств концентрированных сточных вод.

Магнитная обработка. Находит применение при очистке сточных вод металлургической промышленности от ферромагнитных механических примесей, а также в системах оборотного водоснабжения для предупреждения накипеобразования в теплообменных аппаратах.

Термоокислительные методы. В термоокислительных методах обезвреживания органические примеси в сточных водах окисляются кислородом воздуха при повышенной температуре до безвредных продуктов (H2О, СО2). Выбор метода обезвреживания зависит от объема сточных вод, их состава и теплотворной способности, экономичности процесса и требований к очищенным стокам.

Наиболее распространенные из этих методов:

• парофазное окисление («огневой метод»);
• жидкофазное обезвреживание («мокрое сжигание»);
• каталитическое окисление.

Сущность «огневого» метода заключается в том, что сточная вода вводимая в распыленном состоянии в высокотемпературные (900-1000 °С) продукты горения топлива, испаряется, органические примеси в сточной воде сгорают, образуя продукты полного сгорания. Минеральные примеси образ уют при этом твердые или расплавленные частицы, которые выводятся из рабочей камеры печи или уносятся с дымовыми газами.

Огневой метод обезвреживания сточных вод является универсальным и характеризуется высокой степенью очистки сточных вод (98 – 99,9 %). В этом методе сточная вода вводится в распыленном состоянии в высокотемпературные продукты сгорания топлива (900 – 1000 °С). Вода испаряется, а органические примеси сгорают, образуя продукты полного сгорания (СО2, Н2О). Минеральные примеси при этом образуют твердые или расплавленные частицы, которые удаляются из камеры печи.

Недостатком метода является высокий расход топлива на испарение воды и перегрев пара до 900-1000 °С. В связи с этим огневой метод рекомендуется использовать: во-первых, при большом количестве сточных вод, содержащих высокотоксичные органические примеси, обезвреживание которых другими методами невозможно или экономически невыгодно; во-вторых, при наличии горючих вторичных энергоресурсов, которые могут быть использованы вместо топлива.

Сущность термоокислительного жидкофазного обезвреживания (рис. 1.61) состоит в окислении кислородом воздуха органических примесей сточной воды, находящихся в жидкой фазе при повышенных температуре (до 350 ºС) и давлении. Недостатком циклонных печей является большой унос солевой массы потоком газ.

Продукты сгорания из реактора поступают в камеру охлаждения парогенератора. Наличие эжектора позволяет исключить дымосос. Циркуляционный насос 5 используется для подачи раствора минеральных веществ из емкости 6 в реактор 2 и в струйный аппарат 4. Пройдя каплеотделитель 7, очищенные газы поступают в дымовую трубу 8 и из нее в атмосферу. На некоторых установках используют для утилизации тепла водогрейные котлы, водоаммиачные абсорбционные холодильные машины и циклоны для сухой очистки газа от каплеуноса.

В процессе обезвреживания сточных вод, содержащих органические соединения серы, хлора, нитросоединения, образуются SO2, SО3, P2O5, НСl, Сl2, (NO)x. Вещества эти могут взаимодействовать с образованием новых, более токсичных соединений, что необходимо иметь в виду при удалении отходящих газов в окружающую среду.

Метод жидкофазного окисления основан на окислении органических веществ, растворенных в сточной воде, кислородом воздуха при температуре 100 – 350 ºС и давлении 2 – 28 МПа. Повышение давления ускоряет процесс и глубину окисления вследствие увеличения растворимости в воде кислорода. Жидкофазное окисление осуществляется как на катализаторах, так и без них. В качестве катализаторов используются металлы (Pt, Pd, Cu, Zn, Мn), нанесенные на оксид алюминия или активированный уголь.

Принципиальная схема установки жидкофазного окисления органических соединений, содержащихся в сточной воде, показана на рис. 1.62.

Загрязненная вода из сборника 7 насосом 2 подается в систему обезвреживания горючих соединений. Вода нагревается в теплообменнике 3 и в печи 4, в которой сжигается природный газ. После отделения воды в сепараторе 6 газы выбрасываются, а очищенная вода охлаждается в теплообменнике 3, нагревая загрязненный поток.

В методе парофазного каталитического окисления используется гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха летучих органических соединений, находящихся в сточных водах. Процесс окисления интенсивно протекает в присутствии медно-хромовых, медно-цинковых, медно-марганцевых катализаторов. При высокой температуре (350 – 400 °С) большинство органических веществ подвергается полному окислению (98,5 – 99,9 %).

Применение парофазного окисления наиболее целесообразно в случае вывода технологического потока в виде пара, направляемого в конденсаторы (из выпарных аппаратов, ректификационных колонн, сушильных камер и т.д.). В данном процессе могут быть использованы конструкции реакторов, характерные для гетерогенно-каталитических процессов.

Каталитическое окисление применяется при очистке сточных вод, загрязненных летучими веществами органического происхождения. По этому методу сточная вода подается в выпарной аппарат, где пары воды и органических веществ, а также газы и воздух подогреваются до 300 ºС, а затем смесь подается в контактный аппарат, загруженный катализатором. Обезвреженная парогазовая смесь охлаждается и образующийся конденсат используется в производстве.

Термоокислительные методы очистки применяются при небольших расходах сточных вод с высокой концентрацией загрязнений.