Реагентный метод очистки сточных вод

Промышленные сточные воды часто содержат опасные соединения со значительной атомной массой. Этим соединениям присущи свойства металлов, а сами вещества называются тяжелыми металлами – ценными в производстве и опасными для окружающей среды. Процесс выделения данных веществ из очищаемой воды – это и есть очистка стоков от тяжелых металлов. Она может осуществляться разными методами – мембранным, ионным, сорбционным и путем электролиза, в статье мастер сантехник подробно разобрал каждый из методов. 

Основы очистки сточных вод

Очистка стоков от ионов тяжелых металлов производится за счет перевода ионов тяжелых металлов в нерастворимые соединения в ходе нейтрализации сточных вод с применением различных щелочных реагентов. Так при нейтрализации кислых стоков известковым молоком с высоким содержанием известняка, растворами соды ионы тяжелых металлов начинают осаждаться в виде карбонатов. Последние в воде менее растворимы, чем соответствующие гидроксиды. Кроме того, все основные карбонаты осаждаются при сравнительно невысоких значениях рН (более низких, чем соответствующие гидроксиды).

Как происходит очистка сточных вод от тяжелых металлов

При одновременно осаждении гидроксидов нескольких металлов при равной величине рН достигаются более высокие результаты, чем при раздельном осаждении каждого металла по отдельности. При локальном обезвреживании никель, цинк, кадмий содержащих потоков в роли щелочного реагента желательно использовать известь. Расход извести при этом составляет на 1 весовую часть кадмия — 0,5 в.ч. СаО, никеля — 0,8 в.ч. СаО, а также цинка — 1,2 в.ч. СаО. При небольшом объеме стоков обычно используется периодическая схема очистки, а при значительных – непрерывная либо смешанная.

Осаждение нерастворимых соединений происходит в отстойниках (предпочтительно вертикальных). Число отстойников – минимум два, оба должны быть рабочими. Продолжительность отстаивания – от двух часов. Для ускорения осветления прошедших нейтрализацию сточных вод к ним рекомендуется добавлять синтетический флокулянт полиакриламид.

Влажность осадка после прохождения отстойников составляет 98-99,5%. Для ее снижения рекомендуется дополнительное отстаивание веществ в шламоуплотнителе в течение нескольких дней. После шламоуплотнителя влажность падает до 95-97%. В некоторых случаях до сброса очищенных стоков в канализацию либо при их дальнейшем обессоливании с применением ионного обмена, электродиализа производится снижение концентрации взвешенных частиц в очищенной воде. Осветление будет осуществляться путем фильтрования через устройства с песчаной, двухслойной или плавающей загрузкой ФПЗ.

Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Для удаления ионов тяжелых металлов, кроме реагентного (самый популярный вариант), могут применяться и другие решения.

Реагентная очистка сточных воды от ионов тяжелых металлов

Самое широкое распространение в практике водоочистки от ионов тяжелых металлов имеет реагентный метод. Он включает процессы нейтрализации, окислительные и восстановительные реакции, осаждение, обезвоживание осадка, позволяет удалять ИТМ. Ионы тяжелых металлов в данном случае переводятся в гидроксидные соединения за счет повышения рН усредненных стоков до показателей их гидратообразования с осаждением и фильтрацией.

Главное достоинство реагентного метода – эффективное обезвреживание кислотно-щелочных стоков разных объемов с любой заданной концентрацией ионов тяжелых металлов. Недостатки – значительный расход реагентов, получение неутилизируемого осадка, повышение солесодержания стоков, очищенных от ИТМ, значительные эксплуатационные расходы, необходимость организации системы содержания реагентного хозяйства.

Ионнообменный метод

Ионообменный метод используется для удаления ионов металлов, прочих примесей, обессоливания. Его суть состоит в способности ионообменных материалов убирать из растворов электролита ионы, а давать эквивалентное количество ионов ионита. Для очистки используются синтетические ионообменные смолы в виде гранул – иониты. Они состоят из полимерных веществ, нерастворимых в воде, имеют на поверхности подвижные ионы, которые при соблюдении определенных условий вступают в реакции обмена с ионами аналогичного знака, которые есть в воде. Существуют слабо- и сильнокислые катиониты с анионитами, в отдельную категорию выделяются иониты смешанного действия. Избирательное поглощение молекул загрязняющих веществ поверхностью твердого адсорбента происходит в результате воздействия на них поверхностных неуравновешенных сил адсорбента.

Ионообменные смолы способны к регенерации, которая осуществляется насыщенными растворами. Процессы восстановления протекают автоматически, время регенерации составляет в среднем 2 часа.

Умягчение катионированием

Умягчение катионированием – еще один часто используемый способ обессоливания. Он предполагает обработку воды методом ионного обмена, в результате которой начинается катионный обмен. В зависимости от типа ионов различается два вида процесса – Н и Na.

Натрий-катионитовый метод эффективно умягчает воду в том случае, если содержание взвешенных частиц в ней составляет до 8 мг/л. Жесткость снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, а при двухступенчатом максимально до 0,01 мг-экв/л. Достоинства данного варианта – простая утилизация продуктов регенерации, дешевизна.

Водород-катионитовый метод используется для глубокого умягчения. В его основе лежит фильтрация стоков через слой катионита. рН фильтрата снижается за счет кислот, образующихся в процессе очистки.

Ионный обмен

Для очистки стоков от анионов сильных кислот применяется технологическая схема одноступенчатого Н-кати и ОН-анионирования с применением сильнокислотного катионита, слабоосновного анионита. Для глубокой очистки сточных вод применяется одно-или двухступенчатое Н-катионирование с последующим двухступенчатым ОН-анионированием. Если в стоках много диоксида углерода и его солей, то емкость сильноосновного анионита быстро истощается. Для уменьшения истощения стоки после катионитового фильтра дегазируют в специальных приборах.

Цеолиты

Цеолиты – это алюмосиликаты, которые имеют пористую регулярную структуру. Из мелких кристалликов синтетических или природных цеолитов с помощью связующего либо без него формируются мелкие гранулы. Цеолиты широко используются для улавливания паров воды, в нефтеперерабатывающей промышленности в целях очистки и регенерации масел, увеличения степени очистки, качества жидких топлив. Как и многие другие адсорбенты, цеолиты подходят для очистки отходов пищевой промышленности, стоков промышленных газовых выбросов от органики. Цеолиты обладают ионообменными свойствами – на данный момент они широко используются в промышленности, сельском хозяйстве. Сфера применения веществ вообще очень широкая – они могут выполнять роль катализатора, улучшающего качество почв компонента, удобрения и так далее. Промышленные адсорбенты имеют пористую структуру и развитые внутренние поверхности, за счет чего поглощают значительные объемы адсорбируемого компонента.

Электродиализ

Электpодиализ – это пpоцесс пеpеноса ионов чеpез мембpаны под воздействием электpического поля. Для очистки стоков методов электpодиализа используются электpохимически активные мембpаны ионитового типа. Метод электpодиализа может использоваться для удаления малоконцентpиpованных стоков минеpальных солей для повтоpного использования обессоленных водных масс в пpоизводстве либо переработки высококонцентpиpованных вод в целях регенерации из них ценных веществ. Удаление солей происходит в многокамерных аппаратах, где плоские мембраны располагаются параллельно.

Внутренний электролиз

Под внутренним электролизом подразумевается выделение из растворов металлов в ходе гальванического процесса. Электролиз начинается при соединении электродной пары внешним проводником либо муфтой и длится до тех пор, пока металл полностью не осядет. Когда гальваническая пара погружается в раствор, возникает требуемая разность потенциалов. На менее активном металле (это катод) начинаются процессы восстановления с выделением определенного металла из раствора. Более легкоотрицаемые металлы растворяются (формула химического процесса – Me + m*H O — Me *m*H O + z*e). Затем ионы металла под воздействием электрического поля начинают разряжаться (Me * l*H O + ze — Me + l*H O).

Цементация

Цементация – отдельная разновидность внутреннего электролиза, в ходе которой менее активный металл проходит процесс восстановления на более активном. Речь идет об аноде, который в результате сложных химических реакций растворяется.

Электрохимический метод

Электролиз – еще один широко применяемый для выделения из растворов металлов метод. Сложнее всего с применением электролиза выделять частицы, которые содержатся в стоках в небольших концентрациях. Процесс осуществляется в двух режимах – либо при постоянном потенциале, либо при неизменной плотности.

При постоянной силе тока электролиз для очистки растворов с разными сортами ионов использовать нежелательно, чтобы в течение заданного срока времени плотность тока предельных значений не превышала. В противном случае еще до окончательного завершения процесса выделения данного металла потенциал электрода может достичь той вершины, при которой начнется выделения уже другого металла, и состав осадка получится неопределенным. Раздельное выделение металлов обеспечивается за счет достаточного различия в потенциалах ионного разряда определяемых металлов (данный показатель обуславливается разницей в нормальных потенциалах, перенапряжении или и тем, и другим показателем).

Общая характеристика гальванического производства

Производства, деятельность которых связана с электрохимической или химической обработкой металлов, считаются самыми вредными для среды. Особую опасность несут тяжелые металлы, под воздействием которых у человека развиваются опасные патологии сердца, печени, сосудов, нервной системы. Кроме того, тяжелые металлы имеют мутагенное действие. Именно по этим причинам вопросы эффективной очистки стоков в процессе обработки металлов на производствах на данный момент являются актуальными.

Состав сточных вод гальванических цехов

Металлообрабатывающие заводы цветной металлургической промышленности потребляют значительные объемы воды в ходе реализации основных технологических процессов. Только при промывке изделий после химических, гальванических покрытий ежегодно вымывается от 3300 т цинка, 2400 т никеля, 125 т олова, 460 т меди, 500 т хpома, 135 т кадмия.

Очистка сточных вод гальванических цехов от тяжелых металлов

Для снижения уровня экологической опасности производств используются разные способы извлечения металлических примесей из вод промывки. Процессы очистки стоков базируются на химических, физических и биологических процессах. Потребность в значительных капитальных затратах на строительство очистных сооружений, экономическая целесообразность которых в большинстве случаев проявляется только в рамках рассмотрения экологических задач народно-хозяйственного, регионального масштаба, затрудняет расширение сфер их применения.

Сдерживается процесс внедрения передового оборудования и из-за дефицита определенных химикатов, материалов, устройств. Главными задачами в этой связи является разработка новых способов очистки и усовершенствование старых. В комплексе это должно уменьшить капитальные расходы на очистку воды и массово внедрить автоматические передовые системы, что в итоге приведет к снижению эксплуатационных расходов. Глубокая очистка стоков способна не только улучшить экологию окружающей среды, открыть источники для получения ценных металлов.

Применение аппараты вихревого слоя в процессах очистки сточных вод гальванических цехов

В ходе очистки стоков гальванических цехов широко применяются аппараты вихревого слоя. Они предназначены для ускорения химических и физических процессов. АВС – это герметичная установка, которая оснащается системой охлаждения, рабочей камерой, электромагнитным устройством, пультом управления. Внутри камеры находятся ферромагнитные частички, которые приводятся в хаотичное движение за счет действия электромагнитного поля. Эффективность всех рабочих процессов установки зависит от скорости перемещения и частоты соударения частичек внутри камеры. На данные показатели оказывают влияние изменения напряжения поля.

Обработка воды в аппаратах АВС позволяет удалять кишечные палочки, протеи, бактероиды, гельминты, другие анаэробные микроорганизмы. Степень дезинвазии определяется с учетом продолжительности обработки воды электромагнитным полем и вихревым слоем ферромагнитных частиц. АВС способствует повышению скорости процесса дезинвазии, позволяет экономить электроэнергию. Аппараты вихревого слоя могут использоваться в комплексе с другими видами очистки, что позволяет достигать максимально эффективных результатов водообработки.

Видео

В сюжете - Очистка промышленных сточных вод

Выводы

Проблема утилизации стоков с примесями тяжелых металлов сегодня стоит особенно остро. Для удаления железа используются разные методики, которые делятся на регенеративные и деструктивные. Самым популярным является реагентный метод – дешевый, простой и эффективный.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Флотатор для очистки сточных вод — технология, виды, плюсы и минусы использования