10.2 Сооружения для адсорбционной, ионнообменной и электрохимической очистки сточных вод

Для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических загрязняющих веществ методом адсорбции в качестве сорбента надлежит применять активные угли. Активный уголь следует применять в виде слоя загрузки плотного (движущегося или неподвижного), намытого на подложку из другого материала или суспензии в сточной воде.

В качестве адсорберов надлежит применять конструкции безнапорных открытых и напорных фильтров с загрузкой в виде плотного слоя гранулированного угля крупностью 0,8-5 мм.

Сточные воды, поступающие в адсорберы с псевдоожиженным слоем, не должны содержать взвешенных веществ свыше 1 г/л при гидравлической крупности не более 0,3 мм/с. Взвешенные вещества, выносимые из адсорберов, и мелкие частицы угля надлежит удалять после адсорбционных аппаратов.

Адсорбенты с насыпным весом свыше 0,7 т/м³ допускается дозировать в мокром или сухом виде, а менее 0,7 т/м³ - только в мокром виде.

По высоте адсорберов 0,5-1,0 м следует устанавливать секционирующие решетки с круглой перфорацией диаметром 10-20 мм и долей живого сечения 10-15 %. Оптимальное число секций - три-четыре.

Скорость восходящего потока воды в адсорбере надлежит принимать 30-40 м/ч размерами частиц 1-2,5 мм для активных углей и 10-20 м/ч для углей размерами частиц 0,25-1 мм.

Аппаратурное оформление адсорбционной очистки сточных вод активными углями включает комплекс оборудования и его обвязки, обеспечивающий в общем случае следующие технологические операции:

а) подачу сточных вод в адсорбер;

б) контакт сточных вод с адсорбентом в адсорбере;

в) отделение очищенной воды от адсорбента и вывод ее из адсорбционной аппаратуры;

г) вывод отработанного адсорбента из адсорбера с утилизацией или регенерацией его;

е) загрузку в адсорбер чистого адсорбента.

Выбор конструкции адсорберов прежде всего обусловлен дисперсным составом адсорбента, который принимается с учетом дефицитности, его стоимости н возможности регенерации.

В зависимости от дисперсного состава адсорбента принципиальные конструкции адсорберов можно подразделить на следующие типы;

I - адсорбер с неподвижной или движущейся загрузкой, через которую водный поток фильтруется пили нисходящим потоком со скоростью до 20 м/ч, или восходящим - со скоростью до 12 м/ч, применяется для фракции 0,8-5 мм;

II - адсорбер с псевдосжиженной загрузкой, расширение слоя которого осуществляется не менее чем на 50 % восходящим потоком воды со скоростью 10-40 м/ч, применяется для фракций 0,25-2,5 мм;

III - адсорберы-смесители применяются для фракции 0,05- 0,5 мм;

IV - патронные адсорберы с фильтрованием воды со скоростью 1-12 м/ч через слой адсорбента толщиной 0,5-2 см, применяются для фракции 0,02-0,1 мм.

Адсорберы I типа могут применяться для очистки любых объемов сточных вод самого широкого спектра концентрации и химического строения извлекаемых примесей.

Если исчерпание емкости адсорбента происходит на коротком слое загрузки (за счет высокой эффективности адсорбции или малой концентрации адсорбата) и процесс можно прервать на период смены загрузки или ее регенерации, то вся высота загрузки, используемая для адсорбции, размещается в одном адсорбере.

Если требуемая высота загрузки больше размеров одного адсорбера или процесс не может прерываться, то используются несколько последовательно работающих адсорберов, или порционный (дискретный или непрерывный) вывод из адсорбера отработанного адсорбента.

В тех случаях, когда расход воды превышает допустимый для одного адсорбера или требуемую степень очистки можно обеспечить за счет смешения потоков, поступающих из адсорберов с разной эффективностью работы, устанавливают параллельно работающие адсорберы.

Адсорберы II типа наиболее целесообразно применять для очистки небольших объемов сточных вод с хорошо сорбируемыми загрязнениями.

Адсорберы III типа эффективно использовать для очистки небольших объемов высококонцентрированных сточных вод, а адсорберы четвертого типа для очистки небольших объемов низкоконцентрированных сточных вод (5-10 мг/л извлекаемых примесей).

Адсорберы с неподвижной гранулированной загрузкой выполняются в виде металлических колонн или бетонных резервуаров. Промышленное изготовление таких колонных адсорберов в настоящее время ограничено. Возможно применение сорбционных угольных фильтров, предназначенных для глубокой очистки конденсата от нефтепродуктов на ТЭЦ, для обработки любой сточной воды активными углями при условии предварительного удаления из воды грубодисперсных примесей.

Фильтры сорбционные угольные вертикальные (ФСУ-2, 0-6; ФСУ-2, 6-6; ФСУ-3, 0-6 и ФСУ-3, 4-6) представляют собой однокамерные цилиндрические аппараты из листовой стали с приваренными эллиптическими штампованными днищами. К нижнему днищу приварены три опоры для установки фильтра на фундамент. В центре верхнего и нижнего днища приварены патрубки для подвода и отвода сточной воды. К ним снаружи присоединяются трубопроводы, расположенные по фронту фильтра, а внутри - распределительные устройства, состоящие из вертикальных коллекторов, соединенных с радиально расположенными перфорированными трубами.

Адсорберы с движущейся плотной или ожиженной не более чем на 10 % загрузкой выполняются в виде колонных аппаратов, дополнительно оборудованных устройствами для непрерывной подачи сверху замоченного и отмытого от мелкой фракции адсорбента, находящегося в верхней части адсорбера, и для вывода отработанного адсорбента из нижней зоны адсорбера. Сточная вода при этом подается через распределительное устройство под загрузкой и собирается сборным устройством над загрузкой угля. Кроме того, адсорбер оборудуется устройством, обеспечивающим равномерность перемещения толщи угольной загрузки по поперечному сечению аппарата.

В адсорберах с псевдоожиженным слоем нет необходимости отмывать загружаемый уголь от пылевидной фракции, так как она выносится из адсорбера вместе с очищенной водой. После адсорберов с псевдоожиженным слоем обязательно устанавливается фильтр для осветления воды. В настоящее время в химической технологии разработано и применяется большое число мешалочных аппаратов и патронных фильтров, которые могут быть использованы как адсорберы III и IV типов. Для перемешивания сточных вод с активным углем рекомендуется использовать лопастные, турбинные или пропеллерные мешалки в аппаратах, изготавливаемых отечественной промышленностью.

Ионообменные установки следует применять для глубокой очистки сточных вод от минеральных и органических ионизированных соединений и их обессоливания с целью повторного использования очищенной воды в производстве и утилизации ценных ком­понентов. Сточные воды, подаваемые на установку, не должны содержать: солей – свыше 3000 мг/л; взвешенных веществ – свыше 8 мг/л; ХПК не должна превышать 8 мг/л. При большем содержании в сточной воде взвешенных веществ и большем ХПК необходимо предусматривать ее предварительную очистку.

Процессы ионообменной очистки и обессоливания сточных вод могут осуществляться в различных аппаратах: ионообменных фильтрах с обработкой воды в плотном слое; фильтрах для работы с псевдоожиженным слоем ионитов; пульсационных колоннах, «паучках».

Сточные воды, поступающие на установку, могут иметь кислую или щелочную реакцию, содержать компоненты, обладающие агрессивными свойствами по отношению к бетону или металлам. Кроме того, при обессоливании вода, поступающая из Н-катионитовых фильтров в анионитовые, имеет кислую реакцию, а обессоленная вода по отношению к бетону или металлам также обладает коррозионными свойствами. Агрессивны и применяемые для регенерации ионитов растворы и образующиеся элюаты. Эти обстоятельства необходимо учитывать при проектировании ионообменных установок. Необходима защита от коррозии внутренних поверхностей всех емкостей для приготовления и дозирования регенерирующих реагентов, сбора и хранения элюатов и промывных вод; внутренних поверхностей фильтров, декарбонизаторов, всех деталей внутри фильтра, обвязки трубопроводов, арматуры, соприкасающейся с водой и растворами в установке.

Для защиты от коррозии внутреннюю поверхность корпуса фильтров и емкостей либо гуммируют, либо покрывают кислотостойкими смолами и лаками. Нижние распределительные устройства трубчатого типа, крепежные детали внутри корпуса фильтра и другую арматуру изготовляют из нержавеющей стали. Верхние распределительные устройства выполняются из полиэтилена. Нижние распределительные устройства типа «ложное дно» изготовляют из полимерных материалов: доски из пресс-материала АГ-40, щелевые колпаки из сополимера стирола СНП-2.

Аппараты для электрохимической очистки сточных вод могут быть как с не подвер­гающимися (электролизеры), так и с подвергающимися электролитическому растворе­нию анодами (электрокоагуляторы). Для обработки циансодержащих сточных вод над­лежит применять электролизеры с анодами, не подвергающимися электролитическому растворению (графит, титан с металлооксидным покрытием и др.), и стальными катода­ми. Электролизеры следует применять при расходе сточных вод до 10 м³/ч и исходной концентрации цианидов не менее 100 мг/л.

Электролизеры для обработки сточных вод, относящиеся к нестандартному оборудованию, представляют собой открытые или со съемной крышкой прямоугольные стальные резервуары, разделенные с помощью перегородок из синтетических материалов на несколько отсеков. В перегородках проделываются несколько рядов отверстий, суммарная площадь которых составляет 20 - 30 % площади находящейся в воде чисти перегородки, высота которой соответствует высоте погруженных в воду электродов.

Движение потока сточных вод в электролизере происходит вдоль поверхности электродов в горизонтальном направлении. Электролизер снабжается приемной и сборной камерами, также отделенными от его рабочего пространства дырчатыми перегородками. На дно электролизера (в каждом из отсеков) укладывают дырчатые трубки из синтетических материалов, через которые поступает сжатый воздух, который, барботируя через жидкость, способствует ее перемешиванию.

В электролизер помещаются электроды двух типов: стальные катоды (в виде пластин толщиной 1-2 мм) и аноды из графитированного угля в виде плит или стержней. Можно использовать малоизнашивающиеся титановые аноды с металлоксидным покрытием (диоксид рутения, магнетит и др.). Ориентировочный срок службы анодов из графитированного угля составляет 4-5 мес. При обработке медьсодержащих сточных вод целесообразно использование медных катодов для облегчения утилизации дополнительно извлекаемой из сточных вод (в виде катодного осадка) металлической меди.

Электрокоагуляторы с алюминиевыми пластинчатыми электродами следует применять для очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод (отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей), образующихся при обработке металлов резанием и давлением, с концентрацией масел не более 10 г/л. При обработке сточных вод с более высоким содержанием масел необходимо предварительное разбавление предпочтительно кислыми сточными водами. Остаточная концентрация масел в очищенных сточных водах должна быть не более 25 мг/л. Предварительное подкисление сточных вод следует производить соляной (предпочтительно) или серной кислотой до величины рН 4,5-5,5.

Электрокоагуляторы со стальными электродами следует применять для очистки сточных вод предприятий различных отраслей промышленности от шестивалентного хрома и других металлов при расходе сточных вод не более 50 м³/ч, концентрации шестивалентного хрома до 100 мг/л, исходном общем содержании ионов цветных металлов (цинка, меди, никеля, кадмия, трехвалентного хрома) до 100 мг/л, при концентрации каждого из ионов металлов до 30 мг/л, минимальном общем солесодержании сточной воды 300 мг/л, концентрации взвешенных веществ до 50 мг/л. . Корпус электрокоагулятора должен быть защищен изнутри кислотостойкой изоляцией и оборудован вентиляционным устройством.

При проектировании электрокоагуляторов надлежит принимать:

• анодную плотность тока - 150-250 А/м²;

• время пребывания сточных вод в электрокоагуляторе - до 3 мин;

• расстояние между соседними электродами - 5-10 мм;

• скорость движения сточных вод в межэлектродном пространстве - не менее 0,03 м/с;

• удельный расход электричества для удаления из сточных вод 1 г Cr⁶⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺ при наличии в сточных водах только одного компонента - соответственно 3,1; 2-2,5; 4,5-5; 6-6,5 и 3-3,5 Ач;

• удельный расход металлического железа для удаления из сточных вод 1 г шестивалентного хрома - 2-2,5 г; удельный расход металлического железа для удаления 1 г никеля, цинка, меди, кадмия - соответственно 5,5-6; 2,5-3; 3-3,5 и 4-4,5 г.

Технологическая схема электрохимической очистки циансодержащих сточных вод включает: двухсекционный резервуар-усреднитель (каждая секция усреднителя рассчитана на часовой расход сточных вод); электролизеров; источник постоянного электрического тока (выпрямитель из ременного электрического тока - типа ВАКГ или ВАКР); бак для приготовления раствора поваренной соли; бак, для приготовления раствора щелочного реагента (едкий натр, сода), используемого для корректировки исходной величины рН обрабатываемой воды (в случае необходимости); сборный бак для очищенной воды.

К сточным водам, находящимся в резервуаре-усреднителе, добавляют насыщенный раствор поваренной соли для достижения ее концентрации в воде в пределах 5-10 г/л и раствор щелочного реагента (в случае необходимости) до величины рН 10. При наличии высококонцентрированных циансодержащих сточных вод (отработанных технологических растворов) следует предусмотреть дополнительный бак для их сбора с последующим равномерным добавлением к сточным водам поступающим в резервуар-усреднитель, до достижения расчетной концентрации цианидов не более 1 г/л.