Застосовувані схеми очищення повинні забезпечувати максимальне використання очищених вод в основних технологічних процесах і мінімальний їх скидання у відкриті водойми. При широкому впровадженні оборотних систем є додаткові резерви по скороченню витрати свіжої води і зменшення скидання у відкриті водойми. При широкому впровадженні оборотних систем є додаткові резерви по скороченню витрати свіжої води і зменшення скидання стічних вод у водойми (вдосконалення технологічних процесів, підвищення ефективності очищення стічних вод). Стічні води є чистими, якщо їх відведення у водні об'єкти не призводить до порушення норм якості води в контрольованому створі або пункті водокористування.
Ступінь очищення стічних вод при скиданні їх у водойми визначається нормативами якості води водоймища в розрахунковому створі і у великій мірі залежить від фонових забруднень. Для зниження концентрацій шкідливих домішок, присутніх у стічних водах, до необхідних величин необхідна досить глибоке очищення. Тому, важливе значення має надійний контроль ступеня очищення стічних вод, так як з жорсткістю вимог до якості очищених вод значення ГДК більшості шкідливих речовин знижується і, отже, зростають труднощі їх визначення [4]. Крім того, контроль ускладнюється при визначенні концентрацій шкідливих речовин в сильно розбавлених стічних водах.
5. Фізико-хімічні методи очищення стічних вод з застосуванням коагулянтів
Для забезпечення високого ступеня очищення стічних вод в ряді випадків однієї біохімічної очистки виробничих стічних вод недостатньо, тому в останні роки позначений зростаюче застосування фізико-хімічних методів. Широке поширення отримали коагуляція і флотація. Реагентний спосіб очищення досить ефективний і простий. Цей спосіб можна застосовувати практично при необмежених обсягах стічних вод.
Спільне використання коагулянтів і флокулянтів дозволить ще більше розширити використання цих реагентів для очищення стічних вод. Великі резерви інтенсифікації методу коагуляції і флокуляції пов'язані як з більш глибоким дослідженням механізмів явищ, супроводжуючих ці процеси, так і з більш ефективним використанням різних фізичних впливів.
Дані зарубіжних досліджень показують, що значного підвищення ефективності реагентного способу можна домогтися оптимізацією технології очищення, що передбачає змішання реагентів з водою, а також підбором використовуваних коагулянтів і флокулянтів [5].
Ефективність реагентного способу очищення води, зокрема з використанням коагулянтів, можна підвищити, встановивши долее суворий контроль за витратою реагентів в залежності від кількості забруднень, присутніх у стічних водах, і фізико-хімічних характеристик цих забруднень, в першу чергу від їх заряду, що характеризується x -потенціалом. Впровадження автоматизованого контролю за витратою реагентів дозволить підвищити не тільки ступінь очищення води, але й знизити витрати реагентів.
Ефективність реагентного способу можна також підвищити, застосовуючи фізичні впливу на оброблювану воду і водні системи (наприклад, електричні і магнітні поля, ультразвук, радіацію та інші способи). Проте впровадження цих методів інтенсифікації коагуляції і флокуляції гальмується недостатньою вивченістю процесів, що протікають на молекулярному та іонному рівні.
Очищення виробничих стічних вод реагентним способом включає кілька стадій, основними з яких є:
1) Приготування і дозування реагентів;
2) Змішання реагентів з водою;
3) хлопьеобразования;
4) Відділення сиплеся домішок від води.
5.1 Готує реагенти
Правильна організація процесу приготування реагентів дозволить при мінімальному їх витраті отримати максимальний ефект очищення води. Від якості приготовлених розчинів залежить не тільки ефективність впливу коагулянтів на забруднення, але і робота обладнання цього вузла. Найбільше застосування в якості коагулянтів отримали сульфат алюмінію, гидроксохлоріда алюмінію і хлорид заліза (III). У трохи меншому масштабі використовуються сульфати заліза, змішані коагулянти у вигляді солей алюмінію і заліза. Помітно в менших кількостях використовують алюмоаммонійние і алюмокалієвий галун. Зростає використання коагулянтів, в першу чергу заліза і алюмінію, одержуваних електрохімічним способом. У цьому випадку їх властивості як коагулянтів різко поліпшуються.
Реагенти як у твердому, так і у вигляді концентрованих розчинів, необхідно доводити до робочої концентрації (5-15%). У зв'язку з цим слід проаналізувати розчинення солей і в першу чергу солей алюмінію і заліза
Знаючи основні закономірності процесу розчинення реагентів у воді, можна вибрати оптимальний режим розчинення реагентів у воді і підібрати для цього необхідне обладнання.
Ефективність очищення стічних вод з використанням коагулянтів і флокулянтів в значній мірі залежить від точності підтримки основних параметрів. основними параметрами регулювання є рH оброблених стічних вод, електропровідність, каламутність, окислювально-відновний потенціал.
В даний час широко використовуються розроблені ВНІІВодгео системи автоматичного регулювання (САР), призначені для управління реагентної очищенням стічних вод. Підвищення рівня автоматизації процесів фізико-хімічної очистки промислових стічних вод дозволяє зменшити витрати реагентів.
У практиці очищення вод, як правило, застосовують об'емнопропорціональние дозуючі системи. В основному за таким принципом побудовані САР подачі розчинів коагулянтів і флокулянтів.
Дозатори, що використовуються в САР раегентной очищення стічних вод, повинні надійно працювати і при подачі розчинів, що містять зважені частки, опади, шлами, так як часто в якості реагентів використовують відходи різних виробництв.
При використанні попередньо освітлених розчинів реагентів можна застосовувати плунжерні насоси-дозатори з ручним регулюванням продуктивності.
Для нормального функціонування вузла реагентної обробки з використанням плунжерних насосів-дозаторів необхідна попередня очистка розчинів реагентів. В іншому випадку насос-дозатор забивається зваженими частинками, а отже необхідно його зупиняти і промивати.
5.2 Оптимізація дози реагентів
Для технології очищення води та знешкодження опадів велике значення має раціональне використання реагентів, оскільки річний витрата тільки флокулянтів становить сотні тонн. Визначення оптимальної дози реагентів представляє собою досить складне завдання, оскільки на практиці очищення води можливе одночасне зміна низки чинників, наприклад складу і кількості домішок.
Слід зазначити, що при коагуляції домішок в об'ємі води і при контакті з зернистим завантаженням оптимальна доза буде різною, тому що кінетичні умови коагуляції на поверхні фільтруючого матеріалу значно краще, ніж в об'ємі води.
Ефективність процесів очищення води в апаратурі всіх типів обумовлена ​​міцністю і щільністю коагуляционной структури.
Для тонкодисперсної суспензії з частинками заданого розміру одним з основних критеріїв вибір, а дози коагулянту є міцність структури.
Одночасного збільшення міцності і щільності коагуляцоінной структури можна досягти комбінованим впливом на структуру гідродинамічних умов перемішування і дози коагулянту. Вибір оптимального режиму очищення води з використанням реагентів можливий на основі цепочечной-комірчастої моделі коагуляционной структури.
Представляє інтерес визначення оптимальної дози реагенту при додаванні його у воду електрохімічним способом. У цьому випадку найбільш легко оптимізувати процес зміною щільності струму і тривалості обробки в залежності від кількісного складу стічних вод.
Застосовуючи відомі методи математичного моделювання можна визначити оптимальний режим електрохімічної обробки. Існуючі пристрої для автоматичного дозування реагентів дають можливість, як правило, підтримувати тільки їх витрата, встановлений на основі попередніх досліджень. Підтримка оптимальної дози реагентів для дотримання основних якісних параметрів процесу коагуляції поки ще ускладнено.
5.3 Перемішування стічних вод з реагентами.
Приготований розчин через дозуючий пристрій і змішувач вводять у воду. Перемішування води з реагентами доцільно здійснювати в дві стадії, причому першу стадію проводити в режимі, що наближається до режиму ідеального змішування, а другу - в режимі ідеального витіснення по рідкій фазі. Це обумовлено тим, що на першій стадії має бути забезпечений рівномірний розподіл реагенту по всьому об'єму очищаються стічних вод, а на другий - створення умов, що виключають розпад утворилися агломератів частинок забруднень. Перший режим можна здійснити, наприклад, а апараті з інтенсивно обертається мішалкою, а другий - в шарі зваженого осаду.
Як показують результати багатьох досліджень, процес перемішування води з реагентами, зокрема з неорганічними коагулянтами, необхідно проводити з максимальною швидкістю. Оптимізація режиму змішування коагулянту з водою може призвести до більш ефективного використання, а в деяких випадках і до зменшення витрати коагулянту.
Ефективність миттєвого перемішування полягає в зміні ступеня дисперсності продуктів гідролізу коагулянтів, абсорбуються на поверхні частинок забруднень. При більш інтенсивному перемішуванні збільшується ймовірність сорбції на поверхні частинок забруднень дрібних частинок продуктів гідролізу коагулянтів, що призводить до економії коагулянту і одночасному збільшенню міцності зв'язку частинок в мікрохлопьях.
При виборі режиму змішування коагулянту необхідно враховувати склад і фізико-хімічні властивості стічних вод, а також вводяться реагентів. Важливість визначення оптимальних параметрів режиму змішування обумовлена ​​також великою роллю ортокінетіческой стадії коагуляції в процесах агрегації частинок забруднень. Вірогідність зіткнень між коагулюють частинками зростає із збільшенням інтенсивності перемішування. Однак при досягненні певного швидкісного градієнта утворюються пластівці починають руйнуватися. Для застосовуваних коагулянтів значення швидкісного градієнта становить приблизно 20-70 с-1. В якості критеріальної оцінки процесу змішування реагентів з водою поряд зі швидкісним градієнтом застосовують також твір останнього на тривалість зміщення, введене Кемпо (критерій Кемпа).
У напрямку інтенсифікації перемішування води з реагентами розвивається і розробка змішувачів. Рекомендується при виборі типу, конструкції і режиму дії перемішують на стадіях швидкого змішування води з реагентами і повільного перемішування води в камерах хлопьеобразования враховувати закономірності коагуляційного структуроутворення, що визначають початкові значення швидкісного градієнта, необхідність поступового перемішування і концентрації твердої і рідкої фаз на поверхні розділу.
Швидке перемішування реагентів з водою може бути досягнуто в змішувачах з псевдозрідженим насадкою та попередньої електрообробки суміші.
Електромагнітні змішувачі доцільно застосовувати перш за все при контактуванні води з розчинами електролітів, наприклад з розчинами кислот, лугів, солей. Однак можливо перемішування неелектропроводімих реагентів, наприклад поліакриламіду з водою, в електромагнітних змішувачах з псевдозрідженим або магнітоожіженной насадкою.
Найбільш прості в апаратурному оформленні змішувачі, що містять камеру електрообробки, в якій встановлено два або кілька електродів. У результаті впливу електричного поля на розчини електролітів відбувається ефективне змішання води з коагулянтом, що дозволяє істотно скоротити час перемішування, а також витрати реагентів на очищення стоків. Електроліз проводять, як правило, в режимах без помітного виділення газів (кисню і водню)
Іншим найпростішим варіантом електромагнітного перемішування є використання генераторів магнітного поля, що встановлюються на ділянці труби, де одночасно подають воду і розчин коагулянту (електроліту). Такі змішувачі досить прості і їх легко встановити практично на будь-якій ділянці технологічної лінії. Крім того, змішувачі з використанням постійних магнітів можуть бути встановлені в приміщеннях будь-якої категорії.
Висока інтенсивність очищення досягається в електромагнітних змішувачах з магнітоожіженной насадкою, що складається з феромагнітних частинок.
У тих випадках, коли неприпустимо забруднення води, що очищається домішками заліза, замість змішувачів з магнітоожіженной насадкою можна застосувати електромагнітні змішувачі типу статора асинхронного двигуна з використанням в якості насадки багатоосьові ротора з рухомими елементами.
6. Відділення зважених часток від води.
Очищення води від зважених коагульованими частинок є багатостадійним процесом, що включає, принаймні, утворення агрегатів і відділення їх від води. Процес починається з утворення агрегатів часток, потім відбувається їх розпад, перехід агрегатів в осад, випадання агрегатів частинок з осаду знову в рідку фазу, випадання монодисперсних частинок з рідини в осад, минаючи стадію агрегатоутворення. Процес відділення агрегатів частинок від води називається відстоюванням.
Для відділення скоагульованого частинок домішок від води використовують також флотацію або фільтрацію. Відстоювання представляє собою екстенсивний процес, проте, будучи універсальним методом, дозволяє очищати стічні води різного складу. Інтенсифікація процесу відстоювання пов'язана як з поліпшенням седиментаційних характеристик скоагульованого частинок домішок, так і з оптимізацією конструкцій відстійників.
Останнім часом для очищення стічних вод все частіше використовують флотацію. Перевага її - досить висока ефективність вилучення домішок з води. Процес флотації залежить як від властивостей частинок, так і від їх розміру, а також від ряду фізико-хімічних властивостей освітлюємо токсідісперсних суспензій, включаючи і стічні води. все це призводить до певних труднощів впровадження флотаційного способу очищення вод.
Використання реагентів при флотації дозволяє в ряді випадків добитися високих показників очищення. У практиці флотаційного розділення суспензій відомо досить багато способів насичення рідини бульбашками газів (повітря). Однак для очищення стічних вод найбільший інтерес представляє спосіб напірної флотації з утворенням бульбашок газу в рідині при зниженні тиску, електронний спосіб аерірованія стічних вод, спосіб подачі стисненого повітря через фільтри (пневматичний), електролітичний спосіб.
В останні роки для електролітичної очищення рідин застосовують електрофлотатора і електрокоагулятори. Дія Електрофлотаціонний апаратів засноване на принципі аерації рідини і бульбашками газів, що утворюються при електролізі води. Висока інтенсивність методу електрофлотаціі обумовлена ​​отриманням тонкодисперсних бульбашок електролізних газів і незначним перемішуванням в камері Електрофлотаціонний апарату. За кордоном відомі апарати для одночасного проведення електрокоагуляції і електрофлотаціі. Відомі апарати в яких поєднані електрохімічна обробка та електрофлотація, а також апарати, що поєднують електрохімічну обробку та напірну флотацію.
7. Електрофлотаціонний апарат для освітлення тонкодисперсних суспензій та очищення стічних вод.
Для очищення стічних вод і згущення суспензій з тонкодисперсної фазою запропонований Електрофлотаціонний апарат, забезпечений камерою змішання, що дозволяє інтенсифікувати згущення суспензій і знизити винесення часток твердої фази. У камері попереднього очищення встановлені електроди, число яких непарна. В останній секції апарата перебуває іонообмінна мембрана. (Див. мал.1).
При дії електричного поля і гідродинамічному перемішуванні, що забезпечує псевдорідинному шару дисперсної насадки, в камері змішування відбувається інтенсивний процес контактування твердої фази суспензії з хімічними реагентами, що вводяться для агломерації тонкодисперсних часток. В апараті такої конструкції досягається швидке контактування реагентів з суспензією, при цьому утворюються агломерати часток суспензії, і в той же час не руйнуються утворилися флокули.
Апарат працює наступним чином. Суспензія через патрубок 11 і реагент через патрубок 12 надходять в камеру змішування 3, де утворюються псевдозрідженим шар насадки, що забезпечується висхідним потоком рідини, в якому відбувається інтенсивне перемішування суспензії з реагентом. Потім суспензія направляється в секції апарату 5 для грубого очищення і далі в камеру тонкого очищення 9, де повністю освітлюється рідка фаза суспензії. У камері 5 відокремлюється основна маса твердої фази суспензії в результаті флотації тонкодисперсних часток бульбашками газів, що виділяються на електродах 8 і 10. Інтенсифікація згущення суспензії досягаються збільшенням шляху проходження рідини (встановлено певне число перегородок - 13). У камері 9 зважені частинки дисперсної фази практично повністю відокремлюються від рідини, тому що створюються сприятливі гідродинамічні умови для спливання бульбашок разом з частинками. Освітлена рідина виводиться через патрубок 6, а продукт видаляється через патрубок 2. Використовуючи іонообмінну мембрану 7, розташовану між електродами в камері тонкого очищення, змінюють рН освітленої рідини до необхідних значень.