по дисциплине «Экология» Тема: «Очистка сточных вод предприятий железнодорожного транспорта» (стр. 5 из 9)

При нейтрализационной коагуляции ионы прибавляемого электролита нейтрализуют потенциалопределяющие ионы, при этом уменьшается термодинамический и электрокинетический потенциал (рис. 5.15).

Коагуляцию широко используют при очистке воды для удаления взвешенных веществ. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их_ смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды. При использовании смесей А1₂(5О₄)з и РеС1₃ в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном использовании этих реагентов. Кроме этих коагулянтов, для обработки сточных вод могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства и др. Для осаждения взвешенных частиц, в сточную воду часто добавляют высокомолекулярные соединения. Такой процесс называется флокуляцией. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах высокомолекулярного вещества (флокулянта). Флокуляцию производят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа и увеличения скорости их осаждснид. Использование, флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев. Наиболее широко для очистки сточных вод в качестве флокулянта используется полиакриламид.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой, хлопьеобразование и осаждение хлопьев.

Наиболее эффективным методом для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, а также нефтепродуктов, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, является флотация. Достоинством флотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратуры, селективность выделения примесей по сравнению с отстаиванием, большая скорость процесса, высокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ), лскгоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

Процесс, на котором основана флотация, состоит в том, что при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс «пузырскчастцица» поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов

и др.

Присоединение частиц к пузырьку воздуха сопровождается уменьшением поверхностной энергии натяжения пограничных слоев и возникновением сил, стремящихся уменьшить площадь контакта воды с частицей. Смачиваемость определяется косинусом краевого угла, образуемого поверхностями контакта трех фаз (нефтепродукт-вода-воздух). В соответствии со схемой, изображенной на рис. 5.16, на границе соприкосновения трех фаз действует сила поверхностного натяжения на границах нефтепродукт-вода а_ив, нефтепродукт-воздух а_аг и сила сцепления Р", удерживающая пузырек воздуха на поверхности нефтепродукта:

Взаимодействие трех фаз показывает, что чем большей гидрофобностью обладает поверхность частицы, тем больше вероятность присоединения частицы к воздушному пузырьку при столкновении, так как газы также относятся к гидрофобным веществам. С другой стороны, чем более гидрофобная частица, тем вероятнее образование на ней пузырьков газа, выделяющихся из раствора.

Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод: с выделением воздуха из растворов, с механическим диспергированием воздуха, с подачей воздуха через пористые материалы, электрофлотацию и химическую

флотацию.

Флотация с выделением воздуха из раствора применяется для очистки сточных вод, которые содержат очень мелкие частицы загрязнения. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в воде. При уменьшении давления из раствора выделяются пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнения. В зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в воде различают вакуумную и напорную флотацию.

При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрациошюй камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживают разряжение 29,9— 39,9 кПа (225—300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в камере пузырьки выносят часть загрязнений. Процесс флотации длится около 20 мин. Образование пузырьков газа и их слипание с частицами происходит в спокойной среде, затрата энергии на процесс минимальна. Из-за незначительной степени насыщения стоков пузырьками газа этот способ нельзя применять при высокой концентрации взвешенных частиц (не более 250—300 мг/л).

Напорные установки больше распространены, чем вакуумные. Они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвеси до А—5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты. Процесс напорной флотации осуществляется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением и выделение растворенного газа под атмосферным давлением. Напорные флотационные установки имеют производительность от 5 до 2000 м³/ч. Они работают при изменении параметров в следующих пределах: давление в напорной емкости 0,17—0,35 МПа; время пребывания воды во флотационной камере 10—20 мин. Объем засасываемого воздуха составляет 1,5—5% объема очищаемой воды. Значения параметров зависят от концентрации и свойств загрязнений. Схема установки напорной флотации показана на рис. 5.17. В зависимости от объема и степени загрязнения сточных вод нефтепродуктами используются горизонтальные (рис. 5.18), вертикальные и радиальные (рис. 5.19) флотаторы. Производительность горизонтальных и вертикальных флотаторов составляет до 100 м³/ч, радиальных — более 100 м³/ч. Напорные флотационные установки рекомендуется устанавливать после нефтеловушек и отстойников для дополнительной очистки от нефтепродуктов сточных вод перед выпуском их в бытовую канализацию или при использовании очищенной воды в обороте. При проектировании очистных сооружений рекомендуется предусматривать применение многокамерных флотаторов типа ЦНИИ-5 производительностью 10—20 м³/с.

Для повышения эффективности флотационной очистки применяют коагулянты в виде растворов сернокислого алюминия, сернокислого и хлорного железа, образующих в щелочной среде нерастворимые гели гидроксилов металлов. Для очистки сточных вод, содержащих стойкие эмульсии, применяют электрофлотацию, при которой загрязненную нефтепродуктами воду насыщают микропузырьками водорода и кислорода, образующихся при электролизе воды.

Остаточное содержание нефтепродуктов в сточных водах после механической или физико-химической очистки составляет 10—20 мг/л, поэтому дальнейшую очистку проводят химическим или биохимическими методами, описанными ниже. Остаточное содержание экстрагируемых эфиром и взвешенных веществ в воде после флотационной очистки стоков депо, ремонтных предприятий, пунктов обмывки вагонов равно 40—50 без применения реагентов, 15—20 с применением реагентов и 8—10 мг/л с многократной циркуляцией воды через флотатор.

Флотация с механическим диспергированием воздуха осуществляется турбинками насосного типа — импеллерами и применяется для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (более 2 г/л). При вращении импеллера в жидкости возникает большое число мелких вихревых потоков, которые разбиваются на пузырьки, выносящие на водную поверхность флотационные камеры загрязнители. Для такой флотации требуется высокая степень насыщения воздухом (0,1—0,5 объема воздуха на один объем воды). Диаметр импеллеров составляет 600—700 мм.

Пневматические флотационные установки применяются для очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные по отношению к механизмам, имеющим движущие части (насосы, импеллеры). При такой флотации воздух пропускается через пористые керамические пластины или колпачки. В результате такой операции образуются мелкие пузырьки, поднимающие вверх загрязнители, которые вмести с пеной переливаются в кольцевой желоб и удаляются из него. Этот способ флотации по сравнению с другими имеет следующие преимущества: простота конструкции флотационной камеры и меньшие затраты энергии, так как отсутствуют насосы или импеллеры. Производительность такого флотатора зависит от характеристик пористого материала, давления воздуха, его расхода, продолжительности флотации и уровня во флотаторе. На основе опытных данных размер пор должен быть 4—20 мкм, давление воздуха 0,1—0,2 МПа, расход воздуха 40—-70 м³/м и продолжительность флотации 10—30 мин. В установках с большой продолжительностью флотации воздух подается через фильтросные пластины.