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.

Основы очистки сточных вод. Тяжелые металлы и методы их удаления

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: все существующие способы

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.

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.

Очистка сточных вод от ионов тяжёлых металлов

Применение технологии, реализованной в установке УКОС-ПРОМ, при модернизации и реконструкции действующих очистных сооружений, а также при строительстве новых станций нейтрализации позволяет:

• осуществлять очистку сточных вод гальванического производства со средней и высокой концентрацией ионов тяжелых металлов до требуемых норм с разделением или без разделения сточных вод по категориям;
• частично отказаться от применения химических реагентов или существенно снизить их расход;
• осуществлять обеззараживание и стабилизацию очищенной воды;
• за счет уменьшения количества применяемых реагентов снизить солесодержание очищенной воды;
• получать малое количество твердых отходов, которые по составу, физико-химическим и механическим свойствам пригодны к дальнейшей переработке и утилизации;
• В зависимости от солесодержания сточных вод, поступающих на очистку, повторно использовать в гальваническом производстве 50-90% очищенной воды без дополнительного оборудования для её обессоливания;
• Компактно разместить водоочистное оборудование, сократить протяженность технологических трубопроводов, количество насосов и арматуры;
• На 15-25% уменьшить материалоёмкость и энергоёмкость процесса очистки сточных вод и обработки образующихся твердых отходов.

Водоочистной комплекс УКОС-ПРОМ по эффективности, техническим и экономическим показателям соответствует мировому уровню.

Технические решения, использованные в технологии и оборудовании, патентуются, в них предусмотрены элементы «ноу-хау».

Область применения

Блочно-модульный водоочистной комплекс УКОС-ПРОМ предназначен для очистки следующих категорий сточных вод:

• производства печатных плат
• очистка стоков гальванических производств
• стоки металлургических производств
• циркуляционной воды гидрофильтров окрасочных камер
• кожевенного производства
• химико-фармацевтического производства
• дренажных вод полигонов бытового мусора
• оборотная вода систем охлаждения
• нефте- и маслосодержащих стоков
• лакокрасочного производства
• других категорий промышленных стоков при установке дополнительных модулей

Комплект поставки

В основной комплект поставки входят:

• водоочистной комплекс УКОС-ПРОМ
• электролизеры с пластинчатыми электродами или стружечные смесители
• сатураторы и эжекторы
• нутч-фильтр или фильтр-пресс
• расходные ёмкости для реагентов
• комплектующие изделия и оборудование, трубы, арматура, фасонные части (по согласованию с Покупателем)

Исполнение

Оборудование изготавливается из чёрного металла, пластмассы или нержавеющей стали.

Условия поставки

Срок поставки: 1-3 месяца (в зависимости от типоразмера оборудования, загруженности производства, сроков поставки комплектующих).

Транспортировка: любым видом транспорта.

Складирование оборудования: под навесом, в летний период — на открытом воздухе.

Гарантия

Стандартный гарантийный срок составляет 12 месяцев со дня приёмки оборудования в эксплуатацию. Возможно увеличение срока гарантии за дополнительную плату.

Исходные требования

Установку допускается применять при следующих исходных данных:

• расход стоков, м 3 /ч — до 100
• Концентрация не более, мг/л:
  • тяжелые металлы (сумма) — 1000
  • экстрагируемые вещества — 250
    • т.ч. нефтепродукты — 200

    Технические характеристики

    #	Наименование показателя	Модификация комплекса
    		1.	Производительность, м 3 /ч	1	1-2,5	2,5-5	5-10	10-25
    2.	Продолжительность работы до замены электродов, мес.	6-12
    3.	Концентрация примесей в очищенной воде, мг/л:
    	— хром шестивалентный	отсутствие
    	— хром трехвалентный	следы
    	— железо общее	следы
    	— цинк	следы
    	— никель	следы
    	— медь	следы
    	— нефтепродукты	0,05
    	— взвешенные вещества	2,0
    	— ХПК	мгО2/л	по требованию заказчика
    	— рН	6,5-8,5
    4.	Габаритные размеры, мм:
    	— длина (L)	2 500	3 300	4 000	6 500	7 500
    	— ширина (B)	1 200	2 000	2 000	2 500	2 500
    	— высота (H)	2 500	2 500	2 500	2 500	5 000
    5.	Установленная мощность, не более, кВт	5	8	12	25	60
    6.	Продолжительность фильтроцикла, ч	10
    7.	Режим работы	непрерывный или периодический

    Примечание: По отдельному заказу может поставляться водоочистной комплекс УКОС-ПРОМ производительностью более 100 м 3 /ч.

    Очистка сточных вод: загрязняющие вещества, методы, сооружения

    

    Загрязнение окружающей среды негативно сказывается на природных ресурсах, в том числе на водных объектах. Сточные воды легко могут проникать в почву и даже в жидкость, которой снабжаются жилые и общественные здания. Очистка сточных вод требуется для улучшения экологической обстановки. Существуют различные способы удаления загрязнения из стоков.

    Загрязняющие вещества

    Деятельность многих отраслей народного хозяйства приводит к загрязнению сточных вод:

    • нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность;
    • металлургия и горнодобывающая индустрия;
    • химическая и целлюлозно-бумажная промышленность;
    • предприятия по изготовлению пищевых продуктов и ряд других производств.

    Огромный вред сточным водам наносит неправильное использование удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве. Часть соединений очень трудно удаляются из стоков, в их число входят поверхностно-активные вещества, содержащиеся в синтетических моющих средствах.

    Большую опасность представляют радиоактивные загрязнения. Данные примеси появляются при переработке ядерного горючего, нарушении технологии очистки урановых руд и в ряде других ситуаций.

    Загрязняющие вещества сточных вод можно подразделить на три большие группы:

    1. Физические – песок, глина, ил, шлам, взвешенные твердые частицы, радиоактивные элементы. Органолептические загрязнители, влияющие на цвет и запах жидкости.
    2. Биологические – дрожжевые и плесневые грибки, лигнины и водоросли, различные болезнетворные организмы.
    3. Химические – кислоты и щелочи, нефть и нефтепродукты, соли и фенолы, диоксиды и пестициды, тяжелые металлы, аммонийный и нитритный азот, СПАВы.

    Реже встречается тепловое загрязнение сточных вод. При смешивании высоких температур технологических вод с более прохладными массами происходит изменение химического и газового состава стоков. Это несет опасность размножения анаэробных бактерий, выделения ядовитых газов – метана и сероводорода, роста гидробионтов.

    Методы очистки сточных вод

    Вид загрязнения влияет на выбор способа очистки сточных вод. Часто используют комбинированные методы для достижения наилучшего результата. Основные способы очистки сточных вод:

    • механический – применяется для удаления нерастворимых примесей;
    • биологический – очищение жидкости осуществляется без использования химикатов;
    • биохимический – наряду с химическими реагентами применяются микроорганизмы, которые питаются загрязняющими веществами;
    • химический – используется для удаления из стоков различных кислот и щелочей;
    • физико-химический – включает в себя несколько способов удаления загрязнений.

    Прежде чем использовать тот или иной метод очистки стоков, необходимо сделать анализ сточной воды. Данную процедуру могут выполнять только аккредитованные организации, в число которых входит компания «Лаборатория экологического контроля ЭкоЭксперт». На основании результатов исследований, специалисты дают рекомендации о целесообразности применения конкретного метода удаления загрязнений.

    Очистные сооружения

    Каждый метод очистки сточных вод осуществляется при помощи различных приспособлений и сооружений. Очистные сооружения могут быть различными по масштабу, начиная от городских, обрабатывающих сточные воды мегаполиса, до локальных, используемых для небольших поселков, автомоек или приусадебных участков. Механическая очистка является первоначальным этапам, она выполняется с использованием следующих приспособлений:

    • сит и решеток – они улавливают крупный мусор размером более 16 мм;
    • песколовилок – помимо песка в них попадают мелкие камни, осколки стекла, шлак и другие отходы;
    • жироловок – предназначены для улавливания примесей, всплывающих на поверхности воды, в их число входят масла, жиры, нефтепродукты и прочие;
    • отстойники – именно в них отфильтровываются взвешенные частицы;
    • при необходимости применяются мембраны, септики, фильтры и другие приспособления.

    Биологические очистные сооружения удаляют из жидкости разнообразные загрязнители с помощью специальных микроорганизмов. Биологическая очистка выполняется в несколько циклов:

    Источник http://global-aqua.ru/ochistka-stochnykh-vod/reagentnyy-metod-ochistki-stochnykh-vod.html

    Источник https://potential-2.ru/equipment/waste/ochistka_promyshlennyh_stochnyh_vod/ochistka_stochnyh_vod_ot_ionov_tyazhelyh_metallov

    Источник https://ogbu.green.tsu.ru/?p=4838