Кроме того,
смесители с использованием постоянных магнитов могут быть установлены
в помещениях любой категории.
Высокая интенсивность очистки достигается в электромагнитных
смесителях с магнитоожиженной насадкой, состоящей из ферромагнитных
частиц.
В тех случаях, когда недопустимо загрязнение очищаемой воды
примесями железа, вместо смесителей с магнитоожиженной насадкой можно
применить электромагнитные смесители типа статора асинхронного
двигателя с использованием в качестве насадки многоосевого ротора с
подвижными элементами.
6. Отделение взвешенных частиц от воды.
Очистка воды от взвешенных коагулированных частиц является
многостадийным процессом, включающим, по крайней мере, образование
агрегатов и отделение их от воды. Процесс начинается с образования
агрегатов частиц, затем происходит их распад, переход агрегатов в
осадок, выпадение агрегатов частиц из осадка снова в жидкую фазу,
выпадение монодисперсных частиц из жидкости в осадок, минуя стадию
агрегатообразования. Процесс отделения агрегатов частиц от воды
называется отстаиванием.
Для отделения скоагулированных частиц примесей от воды используют
также флотацию или фильтрацию. Отстаивание представляет собой
экстенсивный процесс, однако, являясь универсальным методом,
позволяет очищать сточные воды различного состава. Интенсификация
процесса отстаивания связана как с улучшением седиментационных
характеристик скоагулированных частиц примесей, так и с оптимизацией
конструкций отстойников.
В последнее время для очистки сточных вод все чаще используют
флотацию. Преимущество ее - достаточно высокая эффективность
извлечения примесей из воды. Процесс флотации зависит как от свойств
частиц, так и от их размера, а также от ряда физико-химических
свойств осветляемых токсидисперсных суспензий, включая и сточные
воды, все это приводит к определенным трудностям внедрения
флотационного способа очистки вод.
Использование реагентов при флотации позволяет в ряде случаев
добиться высоких показателей очистки. В практике флотационного
разделения суспензий известно достаточно много способов насыщения
жидкости пузырьками газов (воздуха). Однако для очистки сточных вод
наибольший интерес представляет способ напорной флотации с
образованием пузырьков газа в жидкости при снижении давления,
электронный способ аэрирования сточных вод, способ подачи сжатого
воздуха через фильтры (пневматический), электролитический способ.
В последние годы для электролитической очистки жидкостей применяют
электрофлотаторы и электрокоагуляторы. Действие электрофлотационных
аппаратов основано на принципе аэрации жидкости и пузырьками газов,
образующимися при электролизе воды. Высокая интенсивность метода
электрофлотации обусловлена получением тонкодисперсных пузырьков
электролизных газов и незначительным перемешиванием в камере
электрофлотационого аппарата. За рубежом известны аппараты для
одновременного проведения электрокоагуляции и электрофлотации.
Известны аппараты, в которых совмещены электрохимическая обработка и
электрофлотация, а также аппараты, совмещающие электрохимическую
обработку и напорную флотацию.
7. Электрофлотационный аппарат для осветления тонкодисперсных
суспензий и очистки сточных вод.
Для очистки сточных вод и сгущения суспензий с тонкодисперсной
фазой предложен электрофлотационный аппарат, снабженный камерой
смешения, что позволяет интенсифицировать сгущение суспензий и
снизить унос частиц твердой фазы. В камере предварительной очистки
установлены электроды, число которых нечетное. В последней секции
аппарата находится ионообменная мембрана. (См. рис.1).
При воздействии электрического поля и гидродинамическом
перемешивании, обеспечивающем псевдоожижение слоя дисперсной насадки,
в камере смешения происходит интенсивный процесс контактирования
твердой фазы суспензии с химическими реагентами, вводимыми для
агломерации тонкодисперсных частиц. В аппарате такой конструкции
достигается быстрое контактирование реагентов с суспензией, при этом
образуются агломераты частиц суспензии, и в тоже время не разрушаются
образовавшиеся флокулы.
Аппарат работает следующим образом. Суспензия через патрубок и
реагент через патрубок поступают в камеру смешения, где образуются
псевдоожиженный слой насадки, обеспечиваемый восходящим потоком
жидкости, в котором происходит интенсивное перемешивание суспензии с
реагентом. Затем суспензия направляется в секции аппарата для грубой
очистки и далее в камеру тонкой очистки, где полностью осветляется
жидкая фаза суспензии. В камере отделяется основная масса твердой
фазы суспензии в результате флотации тонкодисперсных частиц
пузырьками газов, выделяющихся на электродах. Интенсификация сгущения
суспензии достигаются увеличением пути прохождения жидкости
(установлено определенное число перегородок). В камере взвешенные
частицы дисперсной фазы практически полностью отделяются от жидкости,
так как создаются благоприятные гидродинамические условия для
всплывания пузырьков вместе с частицами. Осветленная жидкость
выводится через патрубок, а продукт удаляется через патрубок.
Используя ионообменную мембрану, расположенную между электродами в
камере тонкой очистки, изменяют рН осветленной жидкости до требуемых
значений.
При использовании этого аппарата достигается более глубокое
осветление суспензий, и уменьшаются энергозатраты, поскольку реагенты
подаются непосредственно в камеру смешения. В присутствии реагентов
электропроводность разделяемой суспензии, а также степень коагуляции
частиц увеличиваются, что способствует более полному разделению
сгущаемой суспензии на жидкую и твердую фазы.
Процесс, протекающий в этом аппарате, можно условно разделить на
три стадии: перемешивание реагентов с суспензией; образование
агломератов (коагуляция); флотация комплексов агломераты частиц -
пузырьки газов.
После перемешивания суспензии с реагентами в оптимальном режиме ее
направляют, а камеру грубой электрофлотационной очистки, где
установлены в несколько рядов электроды, подключенные к источнику
постоянного тока. В этой камере продолжается укрупнение частиц
дисперсной фазы при взаимодействии с продуктами электрохимического
растворения анода из алюминия или стали.
Окончательно жидкость очищают в камере доочистки, где
осуществляется только электрофлотационный процесс. Эффективность
флотационного процесса существенно зависит от размера пузырьков газа
и скорости барботажа.
Испытания электрофлотационного аппарата предлагаемой конструкции
на ряде производств показали его высокую эффективность при очистке
сточных вод. Недостатком электрофлотационных аппаратов подобной
конструкции следует считать то, что их нельзя применять для
осветления суспензий, содержащих грубодисперсные примеси.
8. Обезвоживание и утилизация осадков сточных вод
Большое разнообразие состава и свойств, образующихся при очистке
осадков сточных вод практически исключает создание и использование
каких-либо универсальных способов обезвоживания.
Образующиеся при очистке сточных вод осадки условно классифицируют
на следующие основные категории: минеральные, органические осадки и
избыточный активный ил. Наиболее легко обезвоживаются минеральные
осадки и гораздо труднее органические осадки, и избыточный активный
ил. Технологические схемы обработки и последующего обезвоживания
органического осадка и избыточного активного ила включают, как
правило, следующие стадии - предварительное уплотнение,
обезвоживание, термическую сушку (сжигание). Перед обезвоживанием
органические осадки можно сбраживать или стабилизировать, а также
кондиционировать термореагентной обработкой.
Для снижения влажности осадки, в том числе и избыточный активный
ил, уплотняют.
8.1. Методы обезвоживания избыточного активного ила и осадков
сточных вод.
На стадии предварительного уплотнения активного ила наибольшее
распространение получили отстаивание и флотация. Преимущества
флотационного сгущения суспензии активного ила:
простота аппаратурного оформления способа;
незначительная продолжительность процесса;
удовлетворительные показатели сгущения суспензии активного ила
(ступень сгущения 3,0-5,0);
не требуется предварительная реагентная обработка.
Достаточно широкое распространение получила напорная флотация для
уплотнения избыточного активного ила. Сущность ее заключается в
насыщении воды воздухом со значительным пересыщением им, что
обеспечивается созданием избыточного давления в течение некоторого
времени. При снижении давления до атмосферного начинают выделяться
мельчайшие пузырьки воздуха, которые и флотируют содержащиеся в воде
частицы примесей.
При использовании такого метода для обезвоживания избыточного
активного ила микробную биомассу можно сгустить в 305 раз. Такую
степень сгущения следует считать хорошей при достаточно простом
аппаратурном оформлении процесса напорной флотации. Однако потери
микробной биомассы с осветленной иловой водой при сгущении активного
ила напорной флотацией в некоторых случаях сравнительно большие.
Для уменьшения потерь микробной биомассы и повышения степени
сгущения в исходную суспензию активного ила перед флотацией иногда
добавляют реагенты, например растворы электролитов или
полиэлектролитов.
Интенсификация процесса флотации достигается также введением ПАВ в
сгущаемую суспензию активного ила.
Исследования показали, что одним из эффективных методов
предварительного уплотнения активного ила является также
электрофлотация. Степень сгущения активного ила электрофлотацией
составляет 3-5 при исходной концентрации 0,6-1,0% абсолютно сухих
веществ, а энергозатраты составляют около 1-2 кВт ч на 1 м3 исходной
суспензии. Наибольшее влияние на процесс электрофлотации оказывает
плотность тока.
Для повышения степени извлечения биомассы активного ила следует
вводить в исходную суспензию минеральные коагулянты или
синтетические флокулянты.
Высокоэффективным методом сгущения осадков сточных вод и
избыточного активного ила является центрефугирование. Преимущества
способа - простота, экономичность и низкая влажность сгущенного
продукта; недостаток - большой унос твердой фазы с осветленной
жидкостью (фугатом), что приводит к необходимости дополнительной
стадии очистки фугата, например сепарированием.
Для обезвоживания осадков сточных вод и избыточного активного ила
наиболее эффективны непрерывно действующие, осадительные
горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка. Преимущество
этих центрифуг - высокая производительность при низком удельном
расходе энергии и массе. Недостатки - невысокая степень сгущения
осадка, а также быстрый износ шнека и ротора.
Всесторонние исследования безреагентного центрифугирования
осадков сточных вод и избыточного ила, показали возможность
практического использования этого способа. Исследован новый способ
обработки избыточного активного ила, включающий центрифугирование
суспензии активного ила, отбираемой из вторичных отстойников
Для повышения эффективности центрифугирования применяют различные
химические реагенты, в частности синтетические флокулянты. Обработка
флокулянтами катионного типа позволяет повысить эффективность
задержания сухого вещества до 95-99%.
Использование центрифуг для механического обезвоживания осадков
первичных отстойников представляет собой один из перспективных
способов, особенно при применении флокулянтов.
Высокая степень сгущения твердой фазы может быть достигнута на
тарельчатых сепараторах.
Известно, что эффективность сгущения суспензии активного ила с
использованием сепараторов существенно зависит от предварительной
термореагентной обработки. Эффективность режима термореагентной
подготовки суспензии активного ила к сгущению проверена в
промышленных условиях.
Технологическая схема обезвоживания активного ила с
предварительной термореагентной обработкой, уплотнением напорной
флотацией и с последующим сгущением в центрифугах и сепараторах
представляется перспективной и практичной.
Для кондиционирования активного ила и осадков первичных
отстойников и интенсификаций процесса сгущения можно использовать
наряду с тепловой и реагентной обработкой и другие способы, например
с добавлением золы, в частности полученной от сжигания осадков
сточных вод. Практический и научный интерес представляет
флокуляционно-центробежный способ сгущения суспензий.
Достаточно прочные хлопья образуются в биосуспензиях, в том числе
и в суспензии активного ила, при проведении комплексной обработки.
Один из наиболее эффективных способов такой обработки - аэробная
стабилизация суспензии активного ила с термореагентной обработкой.
Следует отметить, что термореагентная обработка не только усиливает
образование агрегатов частиц квазитвердой фазы биосуспензии, но и
приводит к обезвреживанию получаемого в дальнейшем готового продукта,
что весьма важно при использовании биомассы микроорганизмов в
качестве кормовой добавки. Иногда высокий эффект флокуляции
достигается только при аэробной стабилизации и термообработки
суспензии.
После уплотнения (сгущения) дальнейшее обезвоживание суспензии
активного ила достигается выпариванием и сушкой или одной сушкой. Для
сушки избыточного активного ила и осадков сточных вод можно
рекомендовать распылительные сушилки, непрерывные сушилки струйного
типа и сушилки с инертным псевдоожиженным носителем.
Поскольку концентрированная иловая суспензия имеет высокую
вязкость, перед сушкой ее целесообразно предварительно подогреть.
Если же биомасса в дальнейшем будет использоваться в качестве
кормовой добавки, то необходима тепловая обработка.
8.2 Установка для сушки ила с коагулянтами
Для обезвоживания ила с коагулянтами рекомендуется применять
сушилку с взвешенным слоем инертных тел.
Процесс осуществляется следующим образом.
Обезвоживаемый продукт сначала поступает в вакуум-фильтр, а затем
в двухвальный смеситель, где перемешивается с высушенным материалом
из расчета 1:1. Влажность смеси составляет 45-50%. Долее смесь
подается в сушилку вихревого слоя, заполненную инертной насадкой, в
качестве которой используется галька или цементный клинкер с
частицами размером 5-6 мм.
Теплоносителем и псевдоожижающим агентом являются разбавленные
воздухом дымовые газы температурой 500оС. Генератором дымовых газов
служит топка 10, в которой сжигают либо мазут, либо природный газ.
Температура псевдоожиженного слоя поддерживается на уровне 100-
120оС. Влажный материал контактирует с интенсивно движущимися
частицами, обезвоживается, измельчается и вместе с отходящими газами
направляется в систему циклонов. После первой и второй ступеней
очистки в прямоточном циклоне сухой продукт поступает в двухвальный
смеситель, а остальная часть вместе с сухими частицами из батарейного
циклона подается в сборник готового продукта. Давление дымовых газов
под газораспределительной решеткой поддерживается около 4-5 кПа.
Количество загрузочного шлама приблизительно соответствует массе
инертных частиц. Рабочая нагрузка при сушке паст в аппарате,
снабженном мешалкой, составляет 6-8 кг/ч; влажность суспензии
активного ила после высушивания примерно 3-5%; потери суспензии в
сушилке с псевдоожиженным слоем около 4%, а в распылительной 9%.
8.3. Использование осадков сточных вод и активного ила
Утилизация осадков сточных вод и избыточного активного ила часто
связана с использованием их в сельском хозяйстве в качестве
удобрения, что обусловлено достаточно большим содержанием в них
биогенных элементов. Активный ил особенно богат азотом и фосфорным
ангидридом, такими, как медь, молибден, цинк.
В качестве удобрения можно использовать те осадки сточных вод и
избыточный активный ил, которые предварительно были подвергнуты
обработке, гарантирующей последующую их незагниваемость, а также
гибель патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов.
Наиболее эффективным способом обезвоживания отходов, образующихся
при очистке сточных вод, является термическая сушка. Перспективные
технологические способы обезвоживания осадков и избыточного активного
ила, включающие использование барабанных вакуум-фильтров, центрифуг,
с последующей термической сушкой и одновременной грануляцией
позволяют получать продукт в виде гранул, что обеспечивает получение
не загнивающего и удобного для транспортировки, хранения и внесения в
почву органоминерального удобрения, содержащего азот, фосфор,
микроэлементы.
Наряду, с достоинствами получаемого на основе осадков сточных вод
и активного ила удобрения следует учитывать и возможные отрицательные
последствия его применения, связанные с наличием в них вредных для
растений веществ в частности ядов, химикатов, солей тяжелых металлов
и т.п. В этих случаях необходимы строгий контроль содержания вредных
веществ в готовом продукте и определение годности использования его в
качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.
Извлечение ионов тяжелых металлов и других вредных примесей из
сточных вод гарантирует, например, получение безвредной биомассы
избыточного активного ила, которую можно использовать в качестве
кормовой добавки или удобрения. В настоящее время известно достаточно
много эффективных и достаточно простых в аппаратурном оформлении
способов извлечения этих примесей из сточных вод. В связи с широким
использованием осадка сточных вод и избыточного активного ила в
качестве удобрения возникает необходимость в интенсивных
исследованиях возможного влияния присутствующих в них токсичных
веществ (в частности тяжелых металлов) на рост и накопление их в
растениях и почве.
Представляет интерес практика использования осадков сточных вод в
ФРГ. По санитарным соображениям в ФРГ допускается использование в
качестве удобрения только не загнивающих, стабилизированных осадков
сточных вод, термически высушенных, компостированных и
пастеризованных. Пастеризация осадков заключается в их нагревании до
65-70оС в течение 20-30 мин, что приводит к уничтожению яиц
гельминтов и патогенных микроорганизмов. Более высокий эффект
пастеризации достигается при нагревании осадка до 80-90оС с
последующим выдерживанием в течение 5 мин. В случае образования
больших объемов осадков сточных вод, содержащих соли тяжелых
металлов, из-за чего их нельзя использовать в качестве удобрения, по-
видимому, целесообразно использовать другие пути утилизации,
например, сжигание осадков.
В ФРГ также предложен способ сжигания активного ила с получением
заменителей нефти и каменного угля. Подсчитано, что при сжигании
350тыс т активного ила можно получить топливо, эквивалентное 700
тыс. баррелей нефти и 175 тыс. т угля [1 баррель - 159 л.]
Одним из преимуществ этого метода является то, что полученное
топливо удобно хранить. В случае сжигания активного ила выделяемая
энергия расходуется на производство пара, который немедленно
используется, а при переработке ила в метан требуются дополнительные
капитальные затраты на его хранение.
Важное значение также имеют методы утилизации активного ила,
связанные с использованием его в качестве флокулянта для сгущения
суспензий, получения из активного угля адсорбента в качестве сырья
для получения строй материалов и т.д.
Проведенные токсикологические исследования показали возможность
переработки сырых осадков и избыточного активного ила в цементном
производстве.
Ежегодный прирост биомассы активного ила составляет насколько
миллионов тонн. В связи с этим возникает необходимость в разработке
таких способов утилизации, которые позволяют расширить спектр
применения активного ила.
9. Заключение
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их
рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из
наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В
России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды,
в частности по очистке производственных сточных вод.
Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов
является внедрение новых технологических процессов производства,
переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные
сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в
технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного
водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые
сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для
пополнения безвозвратных потерь.
В химической промышленности намечено более широкое внедрение
малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих
наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению
эффективности очистки производственных сточных вод.
Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой
предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей,
сложность решения этих задач на предприятиях химической
промышленности состоит в многообразии технологических процессов и
получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество
воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного
охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90% расходы воды в
разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются
разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего
минимальное количество воды для охлаждения.
Существенное влияние на повышение водооборота может оказать
внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности
физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является
применение реагентов. Использование реагентного метода очистки
производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих
примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет
существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в
сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в
определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой
производственных сточных вод.
В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов
для очистки сточных вод.
На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от
загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются
ассигнования, достигающие 2-4% национального дохода ориентировочно,
на примере США, относительные затраты составляют (в %): охрана
атмосферы 35,2% , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов
- 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая
часть затрат - затраты на охрану водоемов, Расходы, связанные с
получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за
счет более широкого использования для этих целей отходов производства
различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при
очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который
можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.
Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов
- это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.
Список литературы
1. Алферова А.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства
промышленных предприятий, комплексов и районов М.: Стройиздат 1997
2. Проблемы развития безотходных производств Б.Н. Ласкорин,
Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н. Сенин М.: Стройиздат 1995
3. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств
М.: Химия 1994
4. Беспамятнов Г.П.,Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации
химических веществ в окружающей среде Л.: Химия 1996.
5. Абрамович С.Ф. Раппорт Я.Д. Тенденции развития водоснабжения
городов за рубежом. Обзор М.: ВНИИИС 1993
6. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989
7. Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки
производственных сточных вод М.: Стройиздат.
8. Евилович А.З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1996
9. А.Г. Банников , А.К. Рустамов, А.А Вакулин Охрана природы М.:
Агропромиздат 1989
10 П.И. Капинос, Н.А. Панесенко Охрана природы Киев: “Выща школа”
1994
11. Охрана окружающей природной Среды Под редакцией Г.В. Дуганова
Киев: “Выща школа” 1995
12. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией
О.А. Юшманова М.: Агропромиздат 1988
13. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под
редакцией И.К. Гавич М.: Агропромиздат 1989
14. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков Под
редакцией В.Н. Соколова М.: Стройиздат 1999
|
