Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков

Защита 25.09.2009г, оценка-5 ...

Оглавление
1. ВВЕДЕНИЕ
2. Источники загрязнения внутренних водоемов
3. Методы очистки сточных вод
4. Выбор технологической схемы очистки сточных вод
5. Физико-химические методы очистки сточных вод с применением коагулянтов
5.1 Приготовление реагентов
5.2 Оптимизация дозы реагентов
5.3 Перемешивание сточных вод с реагентами.
6. Отделение взвешенных частиц от воды.
7. Электрофлотационный аппарат для осветления ТОНКОДИСПЕРСНЫХ суспензий и очистки сточных вод.
8. Обезвоживание и утилизация осадков сточных вод
8.1. Методы обезвоживания избыточного активного ила и осадков сточных вод.
8.2 Установка для сушки ила с коагулянтами
8.3. Использование осадков сточных вод и активного ила
9. Заключение
Список литературы

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.
Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км 3 . При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.
Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде.

Правильная организация процесса приготовления реагентов позволит при минимальном их расходе получить максимальный эффект очистки воды. От качества приготовленных растворов зависит не только эффективность воздействия коагулянтов на загрязнения, но и работа оборудования этого узла. Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа(III) . В несколько меньшем масштабе используются сульфаты железа, смешанные коагулянты в виде солей алюминия и железа. Заметно в меньших количествах используют алюмоаммонийные и алюмокалиевые квасцы. Возрастает использование коагулянтов, в первую очередь железа и алюминия, получаемых электрохимическим способом. В этом случае их свойства как коагулянтов резко улучшаются.
Реагенты как в твердом, так и ввиде концентрированных растворов, необходимо доводить до рабочей концентрации (5-15%) . В связи с этим следует проанализировать растворение солей и в первую очередь солей алюминия и железа Зная основные закономерности процесса растворения реагентов в воде, можно выбрать оптимальный режим растворения реагентов в воде и подобрать для этого необходимое оборудование.
Эффективность очистки сточных вод с использованием коагулянтов и флокулянтов в значительной мере зависит от точности поддержания основных параметров. основными параметрами регулирования являются рH обработанных сточных вод, электропроводность, мутность, окислительно-восстановительный потенциал.
В настоящее время широко используются разработанные ВНИИВодгео системы автоматического регулирования (САР) , предназначенные для управления реагентной очисткой сточных вод. Повышение уровня автоматизации процессов физико-химической очистки промышленных сточных вод позволяет уменьшить расходы реагентов.
В практике очистки вод, как правило, применяют объемнопропорциональные дозирующие системы. В основном по такому принципу построены САР подачи растворов коагулянтов и флокулянтов.
Дозаторы, используемые в САР раегентной очистки сточных вод, должны надежно работать и при подаче растворов, содержащих взвешенные частицы, осадки, шламы, так как часто в качестве реагентов используют отходы различных производств.
При использовании предварительно осветленных растворов реагентов можно применять плунжерные насосы-дозаторы с ручным регулированием производительности.
Для нормального функционирования узла реагентной обработки с использованием плунжерных насосов-дозаторов необходима предварительная очистка растворов реагентов. В противном случае насос-дозатор забивается взвешенными частицами, а следовательно необходимо его останавливать и промывать.
5.2 Оптимизация дозы реагентов
Для технологии очистки воды и обезвреживания осадков большое значение имеет рациональное использование реагентов, так как годовой расход только флокулянтов составляет сотни тонн. Определение оптимальной дозы реагентов представляет собой весьма сложную задачу, так как в практике очистки воды возможно одновременное изменение ряда факторов, например состава и количества примесей.
Следует отметить, что при коагуляции примесей в объеме воды и при контакте с зернистой загрузкой оптимальная доза будет различной, так как кинетические условия коагуляции на поверхности фильтрующего материала значительно лучше, чем в объеме воды.
Эффективность процессов очистки воды в аппаратуре всех типов обусловлена прочностью и плотностью коагуляционной структуры.
Для тонкодисперсной суспензии с частицами заданного размера одним из основных критериев выбор, а дозы коагулянта является прочность структуры.
Одновременного увеличения прочности и плотности коагуляцоинной структуры можно достичь комбинированным воздействием на структуру гидродинамических условий перемешивания и дозы коагулянта. Выбор оптимального режима очистки воды с использованием реагентов возможен на основе цепочечно-ячеистой модели коагуляционной структуры.
Представляет интерес определение оптимальной дозы реагента при добавлении его в воду электрохимическим способом. В этом случае наиболее легко оптимизировать процесс изменением плотности тока и продолжительности обработки в зависимости от количественного состава сточных вод.
Применяя известные методы математического моделирования можно определить оптимальный режим электрохимической обработки. Существующие устройства для автоматического дозирования реагентов дают возможность, как правило, поддерживать только их расход, установленный на основе предварительных исследований. Поддержание оптимальной дозы реагентов для соблюдения основных качественных параметров процесса коагуляции пока еще затруднено.
5.3 Перемешивание сточных вод с реагентами.
Приготовленный раствор через дозирующее устройство и смеситель вводят в воду. Перемешивание воды с реагентами целесообразно осуществлять в две стадии, причем первую стадию проводить в режиме, приближающемся к режиму идеального смешения, а вторую - в режиме идеального вытеснения по жидкой фазе. Это обусловлено тем, что на первой стадии должно быть обеспечено равномерное распределение реагента по всему объему очищаемых сточных вод, а на второй - создание условий, исключающих распад образовавшихся агломератов частиц загрязнений. Первый режим можно осуществить, например, а аппарате с интенсивно вращающейся мешалкой, а второй - в слое взвешенного осадка.
Как показывают результаты многих исследований, процесс перемешивания воды с реагентами, в частности с неорганическими коагулянтами, необходимо проводить с максимальной скоростью. Оптимизация режима смешения коагулянта с водой может привести к более эффективному использованию, а в некоторых случаях и к сокращению расхода коагулянта.
Эффективность мгновенного перемешивания заключается в изменении степени дисперсности продуктов гидролиза коагулянтов, абсорбирующихся на поверхности частиц загрязнений. При более интенсивном перемешивании увеличивается вероятность сорбции на поверхности частиц загрязнений мелких частиц продуктов гидролиза коагулянтов, что приводит к экономии коагулянта и одновременному увеличению прочности связи частиц в микрохлопьях.
При выборе режима смешения коагулянта необходимо учитывать состав и физико-химические свойства сточных вод, а также вводимых реагентов. Важность определения оптимальных параметров режима смешения обусловлена также большой ролью ортокинетической стадии коагуляции в процессах агрегации частиц загрязнений. Вероятность столкновений между коагулирующими частицами возрастает с увеличением интенсивности перемешивания. Однако при достижении определенного скоростного градиента образующиеся хлопья начинают разрушаться. Для применяемых коагулянтов значение скоростного градиента составляет примерно 20-70 с -1 . В качестве критериальной оценки процесса смешения реагентов с водой наряду со скоростным градиентом применяют также произведение последнего на продолжительность смещения, введенное Кэмпом (критерий Кэмпа) .
В направлении интенсификации перемешивания воды с реагентами развивается и разработка смесителей. Рекомендуется при выборе типа, конструкции и режима действия перемешивающих устройств на стадиях быстрого смешения воды с реагентами и медленного перемешивания воды в камерах хлопьеобразования учитывать закономерности коагуляционного структурообразования, определяющие начальные значения скоростного градиента, необходимость постепенного перемешивания и концентрации твердой и жидкой фаз на поверхности раздела.
Быстрое перемешивание реагентов с водой может быть достигнуто в смесителях с псевдоожиженной насадкой и предварительной электрообработкой смеси.
Электромагнитные смесители целесообразно применять, прежде всего, при контактировании воды с растворами электролитов, например с растворами кислот, щелочей, солей. Однако возможно перемешивание неэлектропроводимых реагентов, например полиакриламида с водой, в электромагнитных смесителях с псевдоожиженной или магнитоожиженной насадкой.
Наиболее просты в аппаратурном оформлении смесители, содержащие камеру электрообработки, в которой установлены два или несколько электродов. В результате воздействия электрического поля на растворы электролитов происходит эффективное смешение воды с коагулянтом, что позволяет существенно сократить время перемешивания, а также расход реагентов на очистку стоков. Электролиз проводят, как правило, в режимах без заметного выделения газов (кислорода и водорода) Другим простейшим вариантом электромагнитного перемешивания является использование генераторов магнитного поля, устанавливаемых на участке трубы, где одновременно подают воду и раствор коагулянта (электролита) . Такие смесители весьма просты и их легко установить практически на любом участке технологической линии. 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 флоккулы.
Аппарат работает следующим образом. Суспензия через патрубок 11 и реагент через патрубок 12 поступают в камеру смешения 3, где образуются псевдоожиженный слой насадки, обеспечиваемый восходящим потоком жидкости, в котором происходит интенсивное перемешивание суспензии с реагентом. Затем суспензия направляется в секции аппарата 5 для грубой очистки и далее в камеру тонкой очистки 9, где полностью осветляется жидкая фаза суспензии. В камере 5 отделяется основная масса твердой фазы суспензии в результате флотации тонкодисперсных частиц пузырьками газов, выделяющихся на электродах 8 и 10. Интенсификация сгущения суспензии достигаются увеличением пути прохождения жидкости (установлено определенное число перегородок - 13) . В камере 9 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 6, а продукт удаляется через патрубок 2. Используя ионообменную мембрану 7, 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 [6-7].
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 м 3 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 непрерывнодействующие, 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.