Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка: - с., 24 табл., 11 рис., 37 джерел

Приведено аналітичний огляд існуючих методів біохімічного очищення виробничих стічних вод та обґрунтування прийнятого методу біохімічного очищення. Детально розглянуті фізико-хімічні та технологічні особливості біологічного методу очищення. Обґрунтована технологічна схема очищення, наведений її опис і параметри процесу, розглянуті питання використання очищеної води на технологічні потреби.

Виконано матеріальний баланс процесу очищення виробничих стічних вод за окремими потоками. Наведений матеріальний, технологічний, механічний та гідравлічний розрахунки аеротенку та вторинного відстійника, визначені розміри апаратів, витрати циркулюючого активного мулу та повітря, детально розглянуте обладнання апаратів та технологічні режими їх роботи.

Розроблена частини автоматизації та керування очищенням. Для підтримання заданих параметрів, передбачена автоматизація та механізація технологічного процесу. Використання технологічного контролю та сигналізації забезпечує чітку роботу біологічної очистки.

У розділі охорона праці розглянуті питання безпеки праці робітників, пожежо- та вибухобезпека установки БХО, а також розроблені блискавкозахист, освітлення виробничої ділянки.

У організаційно-економічній частині проаналізовані основні елементи економічного механізму природокористування на підприємстві, зроблена порівняльна оцінка токсичності викидів промислових підприємств Дніпропетровської області, розраховані ефективності інвестицій у природоохоронні заходи підприємства, розрахунок платежів за порушення навколишнього природного середовища підприємством, проведена оцінка рівня екологізації підприємства.

Біохімічне очищення, стічні води, коксохімвиробництво, аеротенк, аерація, активний мул, відстійник вторинний, матеріальні, конструктивні, механічні розрахунки



ЗМІСТ

Вступ

1. Технологічна частина

1.1 Огляд існуючих методів очищення стічних вод та обґрунтування

обраного методу

1.1.1 Фізичні засоби очищення

1.1.2 Фізико-механічні засоби очищення

1.1.3 Фізико-хімічні засоби очищення

1.1.4 Хімічні засоби очищення

1.1.5 Електрохімічні методи очищення

1.1.6 Біологічне очищення

1.1.7 Обґрунтування вибору методу

1.2 Фізико-хімічні основи процесу очищення стічних вод

1.2.1 Біоценоз активного мулу

1.2.2 Біологічне окислювання різних класів органічних сполук

1.2.3 Вплив різних факторів на процес біологічного очищення

1.3 Вибір та обґрунтування параметрів технологічного режиму

1.3.1 Норми технологічного режиму

1.3.2 Характеристика реагентів

1.4 Опис технологічної схеми очищення

1.5 Матеріальні розрахунки за потоками схеми очищення

1.5.1 Матеріальний баланс аеротенку

1.5.2. Матеріальний баланс відстійнику

2. Спеціальна частина

2.1 Обґрунтування прийнятої конструкції аеротенку

2.1.1 Пневматична система аерації

2.1.2 Зміни, що внесені до конструкції аеротенку

2.2 Технологічний та механічний розрахунок аеротенку

2.3 Гідравлічний розрахунок аеротенку

2.4 Вибір, обґрунтування та технологічний розрахунок

вторинного відстійнику

2.4.1 Обґрунтування вибору конструкції вторинного відстійнику

2.4.2 Технологічний розрахунок вторинного відстійнику

2.5 Гідравлічний розрахунок вторинного відстійнику

2.6 Механічний розрахунок вторинного відстійника

2.7 Вибір та обґрунтування прийнятого технологічного обладнання

2.8 Визначення витратних коефіцієнтів на підприємстві



ВСТУП

В теперішній час якість води природних водойм постійно погіршується у результаті надходження до них неочищених чи недостатньо очищених стічних вод промислового, комунального і сільськогосподарського походження. Підраховано, що якщо місто споживає в день 600 тис. м³ води, то воно дає близько 500 тис. м³ стічних вод [1]. Зі статистичних даних виходить, що будівництво очисних споруджень і реконструкція діючих ще істотно відстає від росту споживання води.

Деградація, висихання малих річок невідворотно призводить до деградації великих рік, тому проблеми їх збереження та оздоровлення є однією з найгостріших для України. У країні проводиться робота з охорони вод від забруднення. Розробляються схеми, здійснюється вибір ділянок під будівництво об'єктів, кожен проект будівництва і реконструкції промислових та інших об'єктів проходить екологічну експертизу.

Що стосується очищення стічних вод, то в Україні діє понад 2,8 тис. очисних споруд із самостійним випуском стічних вод у водні об'єкти. Серед цих споруд біологічного очищення - 60%, механічного - 35% і фізико-хімічного - 5%. Понад 300 міст мають споруди повного біологічного очищення.

Великим споживачем технічної води та джерелом утворення хімічних забруднень стічних вод є коксохімічні підприємства. Загальна потреба у воді діючих підприємств складає біля 2 млрд.м³ на рік, у тому числі оборотної води 1,7 млрд.м³. Більш 90% води, що витрачається, використовується у теплообмінних процесах хімічних цехів, головним образом для охолодження та конденсації коксового газу [2].

Кількість стічних вод, у тому числі фенольних, що утворюються на коксохімічних підприємствах складає біля 40 млн. м³ на рік. Проблема знешкодження фенольних та інших стічних вод є значно ускладненою з-за великого різноманіття забруднюючих домішок: фенолів, цианістого водню, аміаку, сірководню, смол, олій та інш. На більшості діючих підприємств фенольні води після часткового обесфенолювання, механічного та біохімічного очищення використовуються для гасіння коксу. Таке використання фенольних вод забезпечує чистоту природних водойм, але визиває деякі забруднення повітряного середовища, підвищує корозію обладнання коксових печей.

Найбільш раціональним рішенням проблеми захисту водойм від забруднень є використання очищених стічних вод для потреб підприємств. На коксохімічних підприємствах широке розповсюдження набуло використання очищених фенольних вод у зворотному водопостачанні мокрого гасіння коксу.

Можливим об'єктом споживання очищених стічних вод на підприємствах з сухим гасіння коксу є підживлення зворотної системи водопостачання закритої теплообмінної апаратури. За розрахунковими даними, кількість фенольних вод, що утворюються на підприємствах, не перевищує 50% вимагаємих витрат підживлюваної води. Ступінь очищення стічних вод для зазначеного використання повинна бути більш високою, ніж для гасіння коксу. Очищені фенольні води, що використовуються для цієї мети, не повинні визивати сольових та біологічних відкладень у системі зворотного водопостачання та забруднення атмосферного повітря при охолодженні води на градирнях.

Використання стічних вод для виробничих потреб промислових підприємств є перспективним напрямком у рішенні захисту водойм від забруднень. Необхідний ступінь очищення стічних вод визначається у таких випадках характером їх виробничого використання та санітарно-епідеміологічними вимогами.

Для зменшення матеріальних затрат на очищення стічних вод, виходячи з умови наступного використання, фенольні, дощові та малозабруднені води у першу чергу спрямовуються на поповнення витрат води у брудних зворотних циклах водопостачання: мокрого гасіння коксу, кінцевого охолодження газу, вуглезбагачення та інш. [2].

Автоматизація технологічного процесу очищення стічних вод дозволяє підвищити продуктивність праці, забезпечити безпеку праці. Багатоступінчасте очищення стічних вод характеризується великою складністю, багатоопераційністю та різноманітним обладнанням. Керування такими процесами можливе лише при широкому застосуванні методів та засобів автоматизації.

Застосування схем безстічної роботи підприємств поряд з ліквідацією скидів стічних вод дозволить зменшити приблизно на 50% споживання підприємствами води зі зовнішніх джерел.

Темою дипломної роботи є проект установки біологічного очищення стічних вод коксохімічного виробництва продуктивністю 1920. м³ за добу.



1. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

1.1 Огляд існуючих методів очищення стічних вод та обґрунтування обраного методу

Попередження забруднення водних об'єктів стічними водами може бути забезпечене організаційними та технічними заходами. Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати в наступні групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні.

Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та олійних забруднень. Механічне очищення здійснюється одним з наступних методів [3]:

подрібнення великих за розміром забруднень на менші за допомогою механічних пристроїв;

відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів, пісковловлювачів та інших відстійників;

розділення води та забруднювачів за допомогою центріфуг та гідроциклонів;

усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливих речовин та домішок до рівня, при якому стоки можна скидати у водойми або в каналізацію;

вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;

фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а найчастіше - шляхом пропускання їх через пісок;

освітлення води шляхом пропускання її через пісок або спеціальні пристрої, наповнені композиціями або мінералами, здатними поглинати завислі частки [4].

Вибір того чи іншого методу очищення (чи декількох методів) роблять з обліком санітарних і технологічних вимог, пропонованих до очищених виробничих стічних вод з метою подальшого їхнього використання, а також з урахуванням кількості стічних вод і концентрації забруднень у них, наявності необхідних матеріальних і енергетичних ресурсів і економічності процесу.

1.1.1 Фізичні засоби очищення

1.1.1.1 Проціджування

Перед більш тонким очищенням стічні води проціджують через решітки і сита, що встановлюють перед відстійниками з метою витягу з них великих часток забруднювачів, що можуть засмітити труби і канали [1].

Зняті з решіток забруднення направляють на переробку. Для здрібнювання відходів використовують дробарки. Витрата енергії на роботу механізованих граблів, транспортерів і дробарок складає близько 1 кВт на 1000 м³ стічних вод. Решітки-дробарки являють собою агрегат, що сполучає функції решіток і дробарки. Дробарки подрібнюють відходи, не витягаючи їх з води.

Для видалення більш дрібних зважених речовин, а також коштовних продуктів, застосовують сита, що можуть бути двох типів: барабанні чи дискові. Сито барабанного типу являє собою сітчастий барабан з отворами 0,5-1мм. При обертанні барабана стічна вода фільтрується через його зовнішню чи внутрішню поверхню в залежності від підведення води чи зовні усередину. Затримувані домішки змиваються із сітки водою і надходять у жолоб.

Продуктивність сита залежить від діаметру барабана і його довжини, а також від властивостей домішок. Сита застосовують у текстильній, целюлозно-паперовій, шкіряній промисловостях [3].

Для розподілу зважених часток на фракції можуть бути використані фракціонатори, основною частиною яких є вертикальна сітка, що розділяє ємність на двох частин. Діаметр отворів сітки 60-100мкм. Стічна вода через сопло надходить усередину фракціонатора і поділяється на грубу і тонку фракції. При розподілі 50-80% зважених часток залишається в грубій фракції.

1.1.1.2 Відстоювання

Відстоювання застосовують для осадження зі стічних вод грубодисперсних домішок. Осадження відбувається під дією сили ваги. Для проведення процесу використовують пісколовки, відстійники та освітлювачи. В освітлювачах одночасно з відстоюванням відбувається фільтрація стічних вод через шар зважених часток [1].

Як правило, стічні води містять зважені частки різної форми і розміру. Такі води являють собою полідисперсні гетерогенні агрегативно-нестійки системи. У процесі осадження розмір, густина і форма часток, а також фізичні властивості системи змінюються.

Крім того, при злитті різних по хімічному складі стічних вод можуть утворюватися тверді речовини, у тому числі і коагулянти. Ці явища також впливають на форму і розміри часток. Усе це ускладнює встановлення дійсних закономірностей процесу осадження. Ступінь очщення стічних вод від зважених неорганічних речовин при відстоюванні складає 75-85%.

1.1.1.3 Фільтрування

Фільтрування застосовують для виділення із стічних вод тонкодиспергованих твердих або рідких речовин, видалення яких відстоюванням затруднено. Розподіл відбувається за допомогою пористих перегородок, які пропускають рідину та затримують дисперговану фазу. Процес проходить під дією гідростатичного тиску стовпа рідини, підвищеного тиску над перегородкою або вакууму після перегородки.

Фільтрування через фільтруючі перегородки. Вибір перегородок залежить від властивостей стічної води, температури, тиску фільтрування та конструкції фільтру. Процес фільтрування відбувається з утворенням осаду на поверхні фільтруючої перегородки або з закупоркою пор фільтруючої перегородки [3].

Осади, які утворюються у процесі фільтрування, можуть бути такі, які сжимаються та несжимаються. Осади, що сжимаються, характеризуються зменшенням пірозності внаслідок ущільнення та збільшення опору зі зростанням перепаду тиску. У осадів, що несжимаються, пірозність та опір потоку рідини у процесі фільтрування остаються постійними. До таких осадів відносять речовини мінерального походження (пісок, сода та інш.) з розміром часток >100 мкм.

Продуктивність фільтру визначається швидкістю фільтрування, тобто об'ємом води, яка пройшла за одиницю часу одиницю поверхні. Для фільтрування використовують різні за конструкцією фільтри. Основні вимоги до них: висока ефективність видалення домішок та максимальна швидкість фільтрування [4]

Фільтрування є більш ефективним ніж відстоювання при очищенні від мілкодисперсних зважених речовин і складає 85-90%, але цей метод потребує додаткових затрат на завантаження, яке виконує роль фільтру.

1.1.2 Фізико-механічні засоби очищення

1.1.2.1Флотація

В основі флотаційного очищення стічних вод лежить здатність молекулярного злипання забруднених часток з пухирцями тонкодисперговане повітря. Комплекси, що утворяться при цьому, що складаються з часток забруднень і пухирців повітря, мають питому вагу менше первісного і спливають на поверхню рідини, що очищається. [3]

Процес флотації складається з утворення пухирців повітря, створення комплексів частка -- пухирець повітря і підйому їх на поверхню рідини. Утворення комплексів відбувається як у результаті прилипання пухирця до частки при їхньому зіткненні, так і при виділенні пухирця з перенасиченого розчину безпосередньо на поверхню частки.

Ефективність флотаційного очищення стічних вод залежить від змочуваності забруднюючих часток, що визначають їхню здатність прилипання до пухирців повітря, поверхневого натягу рідини, розмірів пухирців повітря і розподілу їхній в обсязі флотаційної рідини. Змочуваність часток може бути поліпшена введенням у стічні води необхідних реагентів.

Для ефективної флотації потрібно можливо тонке дисперговане повітря, тому що великі пухирці швидко спливають, не встигаючи закріпитися на поверхні забруднюючих часток. Граничним розміром пухирців повітря варто вважати 200 мкм. Зниження в'язкості рідини при підвищеній температурі поліпшує процес флотації. [3]

Флотаційну очистку стічних вод варто застосовувати для затримки нерозчинних забруднень, що унаслідок своєї питомої ваги не піддаються самовільному відстоюванню чи спливанню. На коксохімічних підприємствах флотація застосовується для очищення фенольних вод від мілкодисперсних забруднень смоли й олій, не затриманих у первинних відстійниках.

Практичне застосування одержали флотаційні установки двох типів, що відрізняються способами утворення пухирців повітря: механічного диспергування за допомогою зануреної в рідину обертової турбіни -- імпелерна флотація і диспергуваня шляхом зміни тиску -- напірна флотація. [3]

При проектуванні установок імпелерної флотації варто приймати тривалість флотації 20--30 хв, окружну швидкість імпелерної турбіни 12--15 м/с, сторону прямокутної камери, що обслуговується одним імпелером, не більш 6-кратного діаметра турбіни, питома витрата повітря 30--50 м³/год на 1 м² площі флотаційної камери.

Необхідна кількість флотаційних камер визначається з відношення годинного припливу стічних вод до продуктивності однієї камери. Перевагою імпелерної флотації є простота пристрою і надійність роботи, недоліком -- мала ефективність очищення (50--60 %) і велика витрата повітря, що викликає отдувку частини летучих забруднень (фенолів, аміаку, ціанідів, сірководню) в атмосферу.

Сутність напірної флотації полягає в утворенні пухирців шляхом попереднього насичення стічної води повітрям під надлишковим тиском і наступного зниження тиску до атмосферного. [3]

При проектуванні флотаторів варто враховувати, що зі збільшенням, швидкості витікання стічної води, насиченої повітрям, з відростків водорозподільника діаметр пухирців зменшується, кількість їхній зростає. Тривалість перебування стічної води в зоні флотації 5, у зоні відстоювання 15 хв. Висота шаруючи рідини не робить впливу на ефективність очищення стоків і звичайно приймається в межах 1,8--2,5 м.

Напірна флотація в сполученні з коагуляцією є високоефективним способом очищення стічних вод. У системах фенольних каналізацій коксохімічних підприємств очищення стічних вод ,від смол і олій на установках напірної флотації з коагуляцією сірчанокислим залізом забезпечується на рівні до 40 мг/л і менш. У зв'язку з високою ефективністю напірної флотації її варто застосовувати як завершальну стадію очищення фенольних вод від смол і олій після відстоювання. [3]

1.1.2.2 Інші фізичні методи.

Флотація з виділенням повітря з розчину. Цей спосіб застосовують для очищення стічних вод, що містять дуже дрібні частки забруднень. Сутність способу полягає в створенні пересиченого розчину повітря в стічній рідині. При зменшенні тиску з розчину виділяються пухирці повітря, що флотують забруднення. У залежності від способу утворення пересиченого розчину повітря у воді розрізняють вакуумну, напірну і ерлифтну флотацію.

При вакуумній флотації стічну воду попередньо насичують повітрям при атмосферному тиску в аераційній камері, а потім направляють у флотаційну камеру, де вакуум-насосом підтримується розрідження 29,9-39,9 кПа (225-300 мм рт. ст.). Дрібні пухирці, що виділяються в камері, виносять частину забруднень. Процес флотації триває близько 20 хв [7].

Перевагою цього способу є: утворення пухирців газу і їхнє злипання з частками відбувається в спокійному середовищі (імовірність руйнування агрегатів пухирець -- частка зведена до мінімуму); витрата енергії на процес мінімальна. Недоліки: незначний ступінь насичення стоків пухирцями газу.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) -- процес фільтрування стічних вод через напівпрониклі мембрани під тиском. При концентрації солей 2 г/л повинен бути тиск до 1МПа, а при концентрації солей 10-30 г/л -- близько 10 МПа.

Ультрафільтрація -- мембранний процес розділення розчинів, осмотичний тиск яких малий. Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярних речовин, завислих частинок та колоїдів [2].

1.1.3 Фізико-хімічні методи очищення

До фізико-хімічних методів очищення стічних вод відносять коагуляцію, адсорбцію, іонний обмін, екстракцію, ректифікацію, випарювання, дистиляцію, зворотний осмос і ультрафільтрацію, кристалізацію, десорбцію й ін. Ці методи використовують для видалення зі стічних вод тонкодисперсних зважених часток (твердих і рідких), розчинних газів, мінеральних і органічних речовин.

1.1.3.1 Коагуляція

Як коагулянт для очищення фенольних вод варто застосовувати сірчанокисле залізо, тому що одночасно з проявом властивостей солі, що коагулюють, заліза зв'язують ціаніди, що містяться у фенольних водах, у нетоксичні для біохімічного очищення ферроцианіди. При введенні залізного купоросу у воду утворяться малоростворюючі гідроксиди заліза: [3]:

FеSО₄ +2Н2О= Fе(OH)2 +Н2SО4.

Оскільки коагулюючою дією, володіє не гидроксид Fе(ОН)₂, а гідрат окису заліза Fе (ОН)3, при застосуванні двовалентного заліза його необхідно окислити в трьохвалентне:

4Fе(OН)₂ +02 +Н2О=4Fе(OН)3.

Процес окислювання можна здійснити шляхом барботування повітрям при розчиненні коагулянту у воді. Оптимальне значення температури стічної води при коагуляції сірчанокислим залізом складає 30-40°С, рН 8-10 [3].

Дослідження коагуляції фенольних вод, проведені на промислових флотаційних установках, показали, що при дозі залізного купоросу 30--70 мг/л (у розрахунку на Ре504) і тривалості імпелерної флотації 17--20 хв очищення від олій забезпечувалося до 45 мг/л при початковому змісті 140--330 мг/л. Без коагуляції зміст олій знижувався до 85 мг/л. На установці напірної флотації очищення від олій забезпечується в середньому до 30 мг/л при дозі коагулянту 15--30 мг/л. Із приведених даних випливає, що застосування коагуляції дозволяє приблизно в два рази поліпшити кінцеві показники очищення.

У технологічній схемі очищення фенольних вод коагуляцію варто здійснювати на установках напірної чи імпелерної флотації і у вторинних відстійниках при необхідності очищення фенольних вод від бактеріального мулу. Оскільки кінцевий результат флотаційного очищення не залежить від концентрації забруднень у вихідній воді, коагуляцію в первинних відстійниках з метою додаткового зниження забруднення застосовувати не слід. Те ж може бути рекомендоване і для 1-й ступені імпелерного флотаційного очищення стічних вод. [3]

Введення розчину коагулянту в стічну воду на установках напірної флотації варто здійснювати перед напірними баками. В вторинних відстійниках коагулянт вводиться в чи лоток самопливний трубопровід перед розподільною камерою відстійників. У цьому випадку введення коагулянту повинне здійснюватися через змішуючий пристрій із тривалістю змішання 1--2 хв. Доза коагулянту залежить від дисперсності забруднюючих часток, температури середовища, концентрації забруднень і ін. Для проектних пророблень її варто приймати 50 мг/л на кожен цикл очищення, вважаючи по змісту чистого продукту, з обов'язковим наступним уточненням досвідченим шляхом стосовно до конкретних умов очищення.

Приготування водяного розчину коагулянту здійснюється в залізобетонних прямокутних резервуарах, розташованих у блоці з насосно-повітродувною станцією очисних споруджень. Розчинний резервуар з дерев'яними колосниковими ґратами передбачається для мокрого збереження і розчинення коагулянту водою.

Розчинність залізного купоросу у воді при температурі 20°С складає 265 г/л. При визначенні ємності розчинного резервуара варто виходити зі збереження в ньому 10--15-денної потреби. Ємність дозуючого резервуара повинна забезпечувати місткість не менш добової потреби 5--10%-ного розчину коагулянта. 3]

Коагулянт, що доставляється автомашинами, вивантажується на колосникову решітку розчинного резервуара, попередньо заповненого наполовину водою. Розчинення коагулянту в резервуарі здійснюється за допомогою барботажу повітрям, подаваним через перфоровані труби, що укладаються під колосниковими решітками. Для прискорення розчинення вода підігрівається через регістри, що обігріваються паром до 35--40С. Приготовлений розчин у міру необхідності передається в дозуючий резервуар, де розбавляється технічною водою до необхідної концентрації, потім подається насосами-дозаторами до місць використання.

Для зручності спостереження й обслуговування дозуючі насоси встановлюються в насосній очисних споруджень в одному приміщенні з іншими насосними агрегатами. Пуск і зупинка дозуючих насосів повинні мати автоматичне блокування з подачею стічних вод.

Розчин сірчанокислого заліза, маючи підвищену кислотність, є агресивним стосовно металу і бетону. Тому залізобетонні резервуари для мокрого збереження, готування і дозування розчином коагулянту повинні мати кислототривкий захист, а металеві арматура і трубопроводи протикислотну ізоляцію чи виконуватися із кислотостійких сталей. [3]

1.1.3.3 Адсорбція

Сутність адсорбційного очищення полягає у витягу зі стічних вод органічних забруднень за допомогою пористих твердих тіл-сорбентів. Найбільш ефективними сорбентами, застосовуваними для очищення стічних вод, є різні сорти активних вугіль з розвитий пористістю. [3]

Адсорбційна здатність активних вугіль є наслідком сильнорозвинених їхніх поверхонь (400--900 мг/г) і пористості. Адсорбційні властивості сорбентів значною мірою залежать від структури, величини пір, розподілу їхній по розмірах. Найбільше значення для очищення мають мікропори, середній радіус яких 1,6-10"⁷, а питома поверхня -- сотні квадратних метрів на 1 р. Макропори і перехідні пори служать головним чином шляхами підведення сорбенту до мікропор.

Для очищення фенольних стічних вод рекомендується до застосування активне вугілля КАД-іодний -- продукт термічної обробки кам'яновугільного напівкоксу водяною парою. Крупність основної кількості зерен активного вугілля КАД-іодного знаходиться в межах 2-3,5 мм. Залежність (по експериментальним даним) адсорбційної здатності цього вугілля від концентрації у воді розчинених фенолів при змісті менш 0,5 г/л і постійній температурі 25 °С характеризується рівнянням Фрейндліха: [3]:

а= 15,85 С^0,22,

де а -- кількість фенолів, адсорбуємих активованим вугіллям, % від маси вугілля; З -- рівноважна концентрація фенолів у водяному розчині, г/л.

У промислових умовах адсорбційне очищення виробляється по періодичній, напівбезупинній і безупинній схемах. В установках, що працюють за періодичною схемою, адсорбція здійснюється в мішалках, де сорбент підтримується в рідині в зваженому стані шляхом механічного перемішування. Установки періодичної адсорбції застосовуються для очищення невеликих кількостей стічних вод. Активне вугілля після однократного використання звичайно не регенерується.

В установках, що працюють за напівбезупинною схемою, очищення здійснюється в нерухомому шарі сорбенту шляхом фільтрації через нього стічних вод. Продуктивність адсорберів (фільтрів) звичайно складає 2--6 м³/(м² -ч), висота шаруючи активного вугілля 1--6 м. Одним з істотних недоліків адсорбційного очищення в нерухомому шарі є утруднення, що виникають при регенерації сорбенту. [3]

Для коксохімічних підприємств, з огляду на великі кількості фенольних вод, становить інтерес безупинна адсорбція в шарі сорбенту, що рухається. Адсорбційні установки безупинної дії широко застосовуються для сорбційного очищення стічних вод у хімічній промисловості. Установка являє собою складний комплекс споруджень по розвантаженню, транспортуванню, дробленню, розсіву, активізації і термічній регенерації активного вугілля.

Основним очисним спорудженням установки є адсорбер безупинної дії із шаром дрібнозернистого активного, що рухається, вугілля крупністью 0,25-1,0 мм. Подавана в нижню частину адсорбера стічна вода рухається в ньому знизу нагору. Активне вугілля подається у верхню частину адсорбера, потім опускається вниз, чим досягається противоток стічної рідини і сорбенту.

Відпрацьоване активне вугілля у виді пульпи приділяється з нижньої частини адсорбера для зневоднювання, потім піддається термічної регенерації при температурі 800--900 °С для відновлення своєї сорбційною здатністю.

Позитивними якостями адсорбційного очищення є висока ефективність очищення від органічних забруднень, порівняно легка що пристосовується^ до кількісних і якісних коливань стічних вод, можливість здійснення механізації й автоматизації в основних ланках очищення. [3]

Незважаючи на це, необхідність підготовки, зневоднювання і термічної регенерації вугілля додають визначену технологічну громіздкість процесу очищення, здорожують його вартість. Тому на коксохімічних підприємствах адсорбційний метод не застосовується. У той же час сучасна спрямованість у питанні знешкодження промислових стічних вод шляхом створення безстічних підприємств для захисту водойм від забруднення вимагає освоєння і широкого використання методів глибокого очищення.

1.1.4 Хімічні засоби очищення

Хімічне очищення використовується як самостійний метод або як попередній перед фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують для зниження корозійної активності стічних вод, видалення з них важких металів, очищення стоків гальванічних дільниць, для окислення сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.

1.1.4.1 Іонний обмін

Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні поділу фаз "розчин - смола". За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, котрі мають відповідно кислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними. Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилікатів, гідроокислів та солей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітні синтетичні іонообмінні смоли [4].

Основною властивістю іонітів є їх поглинальна здатність -- обмінна ємність (кількість грам-еквівалентів у стічній воді, що поглинається 1 м³ іоніта до повного насичення). Іонообмінне очищення застосовується для витягу зі стічних вод металів (цинку, міді, хрому, нікелю, свинцю, ртуті, кадмію, ванадія, марганцю та інш.), а також сполук миш'яку, фосфору, ціаністих сполук і радіоактивних речовин. Метод дозволяє рекуперирувати коштовні речовини при високому ступені очищення води. Іонний обмін широко розповсюджений при знесоленні в процесі водоподготовки [3].

Сутність іонного обміну. Іонний обмін являє собою процес взаємодії розчину з твердою фазою, що володіє властивостями обмінювати іони, що містяться в ній, на інші іони, що є присутніми у розчині. Речовини, що складають цю тверду фазу, звуться іоніти. Вони практично не розчинні у воді. Ті з них, що здатні відривати з розчинів електролітів позитивні іони, називаються катіонитами, негативні іони -- аніонітами. Перші мають кислотні властивості, другі -- основні. Якщо іоніти обмінюють і катіони, і аніони, їх називають амфотерними. Поглинальна здатність іонітів характеризується обмінною ємністю, що визначається числом еквівалентів іонів, що поглинаються одиницею чи маси об'єму іоніту. Розрізняють повну, статичну і дінамічну обмінні ємності. Повна ємність -- це кількість речовини, що поглинається, при повному насиченні одиниці об'єму чи маси іоніту. Статична ємність -- це обмінна ємність іоніту при рівновазі в даних робітничих умовах. Статична обмінна ємність звичайно менше повної. Динамічна обмінна ємність -- це ємність іоніту до «проскакування» іонів у фільтрат, обумовлена в умовах фільтрації. Динамічна ємність менше статичної.

Природні і синтетичні іоніти. Іоніти (катіонити та аніоніти) бувають неорганічні (мінеральні) і органічні. Це можуть бути природні речовини або речовини, отримані штучно. До неорганічних природних іонітів відносяться цеоліти, глинисті мінерали, польові шпати, різні слюди та інш. Їхні катіонообмінні властивості обумовлені змістом алюмосилікатів типу Na2O-Al2O3-nSi2-M2O. Іонообмінними властивостями володіє також фторапатіт [Са5(РО4)з]Р и гідроксидапатіт [Са5(РО4)з]ОН. До неорганічних синтетичних іонітів відносяться силікагелі, пермутити, поганорозчинні окисли і гідроксиди деяких металів (алюмінію, хрому, цирконію та інш.). Катіонообмінні властивості, наприклад сілікагелю, обумовлені обміном іонів водню гідроксидних груп на катіони металів, що виявляються в лужному середовищі. Катіонообмінними властивостями володіють і пермутити, одержувані сплавкою сполук, що містять алюміній і кремній.

Органічні природні іоніти -- це гумінові кислоти ґрунтів і вугілля. Вони виявляють слабокислотні властивості. Для посилення кислотних властивостей і обмінної ємності вугілля подрібнюють і сульфірують у надлишку олеуму. Сульфовугілля є дешевими поліелектролітами, що містять сильно- і слабокислотні групи. До недоліків таких іонітів варто віднести їх малу хімічну стійкість і механічну міцність зерен, а також невелику обмінну ємність, особливо в нейтральних середовищах [1].

До органічних штучних іонітів відносяться іонообмінні смоли з розвинутою поверхнею. Вони придбали найбільше практичне значення для очищення стічних вод. Синтетичні іонообмінні смоли являють собою високомолекулярні сполучення, вуглеводородні радикали яких утворюють просторову сітку з фіксованими на ній іонообмінніми функціональними групами. Просторова .вуглеводнева сітка (каркас) називається матрицею, а іони, що обмінюються - протиіонами. Кожен протиіон з'єднаний із протилежно зарядженими іонами, називається фіксованими. Полімерні вуглеводні ланцюги, що є основою матриці, зв'язані (зшиті) між собою поперечними зв'язками, що додає міцність каркасу.При скороченому написанні іоніту матрицю позначають у загальному виді (R), а активну групу вказують цілком. Наприклад, сульфокатіонити записують як RSO3H. Тут R -- матриця, Н -- протиіон, SO3 -- анкерний іон.

1.1.4.2 Екстракція

Екстракція -- вилучення зі стічних вод цінних речовин за допомогою екстрагентів, які повинні мати наступні властивості: високу екстрагуючу здатність, селективність, малу розчинність у воді, густину, що відрізняється від густини води, невелику питому теплоту випаровування, малу теплоємність, бути вибухобезпечними та нетоксичними, мати невисоку ціну. Екстрагування речовин зі стічних вод здійснюється за одним із методів: перехресно-потоковим, перемінно-протипотоковим, безперервно-протипотоковим. Цей спосіб використовується для вилучення зі стічних вод фенола.

Рідинну екстракцію застосовують для очищення стічних вод, що містять феноли, олії, органічні кислоти, іони металів та інш. Доцільність використання екстракції для очищення стічних вод визначається концентрацією органічних домішок у них. Екстракція може бути економічно вигідним процесом, якщо вартість речовин, що відокремлюються, компенсує усі витрати на його проведення. Для кожної речовини існує концентраційна межа рентабельності витягу його зі стічних вод. У загальному випадку для більшості речовин можна вважати, що при концентрації вище 3-4г/л їхнє раціональніше відділення екстракцією, ніж адсорбцією. При концентрації менше 1 г/л екстракцію варто застосовувати тільки в особливих випадках.

Очищення стічних вод екстракцією складається з трьох стадій. Перша стадія - інтенсивне змішання стічної води з екстрагентом (органічним розчинником). В умовах розвинутої поверхні контакту між рідинами утворюються дві рідкі фази. Одна фаза - екстракт містить речовину, що витягається, і е кстрагент, інша - рафінат - стічну воду і екстрагент. Друга стадія -- поділ екстракту і рафіната; третя стадія - регенерація екстрагента з екстракту і рафінату. Щоб знизити вміст розчинених домішок до концентрацій, нижче гранично допустимих, необхідно правильно вибрати екстрагент і швидкість його подачі в стічну воду. При виборі розчинника варто враховувати його селективність, фізико-хімічні властивості, вартість і можливі способи регенерації.

Екстрагент повинний відповідати наступним вимогам [1]:

- розчиняти речовину, що витягається, значно краще, ніж вода, тобто мати високий коефіцієнт розподілу;

- володіти великою селективністю розчинення. Чим менше він буде розчиняти компоненти, що повинні залишитися в стічній воді, тим більше повно будуть витягатися речовини, яку необхідно видалити;

- мати по можливості найбільшу розчинюючу здатність стосовно компоненту, що витягається. Чим вона вище, тим менше буде потрібно екстрагента, тобто тим нижче будуть витрати на очищення;

- мати низьку розчинність у стічній воді і не утворювати стійких емульсій, тому що в протилежному випадку знижується продуктивність установки, утрудняється розподіл екстракту і рафинату, збільшується тривалість цього процесу, а також зростають утрати розчинника;

- значно відрізнятися по густині від стічної води (звичайно вона менше), оскільки тільки достатня різниця густин забезпечує швидкий поділ фаз;

- мати великий коефіцієнт дифузії. Чим він більше, тим вище швидкість масообміну, тобто швидкість процесу екстракції;

- регенеруватися простим і дешевим способом;

- мати температуру кипіння, що значно відрізняється від температури екстрагируемої речовини;

- не взаємодіяти з речовиною, що витягається, тому що це може утруднити регенерацію екстрагента і збільшити його втрати

- по можливості не бути шкідливим, вибуху- і вогненебезпечним і не викликати корозію матеріалу апаратів;

- мати невелику вартість.

Екстрагент повинний рівномірно розподілятися в об'ємі стічної води. Швидкість подачі екстрагента в стічну воду повинна бути мінімальної. Вона залежить від ступеня очищення і коефіцієнта розподілу, що виражається відношенням розчиненої речовини в екстрагенті та у воді [3].

Це вираження є законом рівноважного розподілу і характеризує динамічну рівновагу між концентраціями екстрагуємої речовини в екстрагенті та воді при даній температурі. Коефіцієнт розподілу встановлюють дослідним шляхом, він залежить від природи компонентів системи, змісту домішок у воді та екстрагенті та температури. Це співвідношення справедливе, якщо екстрагент зовсім нерозчинний у стічній воді. Однак екстрагент частково розчинний у стічній воді, тому коефіцієнт розподілу буде залежати не тільки від температури, але і від концентрації речовини, що витягується, у рафінаті, тобто буде величиною перемінною.

При змісті в стічній воді декількох домішок доцільно витягати екстракцією спочатку один з компонентів - найбільш коштовний чи токсичний, а потім, якщо це необхідно, інший і т.д. При цьому для кожного компонента може бути різний екстрагент. При необхідності одночасної екстракції декількох речовин зі стічної води екстрагент не повинний володіти селективністю витягу, а мати близькі і досить високі коефіцієнти розподілу для всіх речовин, що витягаються. Проведення такого процесу очищення утрудняє вибір екстрагенту і його регенерацію [3].

Необхідність витягу екстрагента з екстракту пов'язана з тим, що його треба знову повернути у процес екстракції. Регенерація може бути проведена з застосуванням вторинної екстракції - з іншим розчинником, а також випарюванням, дистиляцією, хімічною взаємодією або осадженням. Не проводити регенерацію екстрагенту можливо у випадку, якщо немає необхідності повертати його в цикл. Наприклад, після витягу якої-небудь речовини можна використовувати екстракт для технологічних цілей чи як паливо. В останньому випадку екстрагуємі речовини при спалюванні руйнуються. Це доцільно робити, коли вони не представляють великої цінності.

Тому що зовсім нерозчинних у воді рідин немає, то в процесі екстракції частина екстрагенту розчиняється в стічній воді, стає новим забруднювачем її, тому необхідно видаляти екстрагент із рафінату.

Це також необхідно робити з метою скорочення втрат розчинника. Втрати розчинника з рафінатом припустимі лише за умови ОН-розчинності у воді не вище ГДК, але тільки при його дуже низької вартості. Найбільш розповсюдженим способом витягу розчинника з рафіната є або адсорбція, або відгін пором (газом). Для цієї мети доцільно використовувати, відпрацьований чи пара димові гази, що відходять.

Для очищення стічних вод найбільше часто застосовують процеси противоточної багатоступінчастої екстракції і безупинної противоточної екстракції.

1.1.4.3 Нейтралізація

Нейтралізація застосовується для очищення стоків гальванічних, травильних та інших виробництв, де застосовуються кислоти та луги. Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак тощо) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо) [7].

Стічні води, що містять мінеральні кислоти або луги, перед скиданням їх у водойми або перед використанням у технологічних процесах нейтралізують. Практично нейтральними вважаються води, що мають рН = 6,5-8,5.

Нейтралізацію можна проводити різним шляхом: змішанням кислих і лужних стічних вод, додаванням реагентів, фільтруванням кислих вод через нейтралізуючі матеріали, абсорбцією кислих газів лужними чи водами абсорбцією аміаку кислими водами. Вибір методу нейтралізації залежить від обсягу і концентрації стічних вод, від режиму їхнього надходження, наявності і вартості реагентів. У процесі нейтралізації можуть утворюватися осади, кількість яких залежить від концентрації і складу стічних вод, а також від виду і витрати використовуваних реагентів.

Нейтралізація змішанням. Цей метод застосовують, якщо на одному підприємстві або на сусідніх підприємствах маються кислі та лужні води, не забруднені іншими компонентами. Кислі і лужні води змішують у ємності з мішалкою і без мішалки. В останньому випадку перемішування ведуть повітрям при його швидкості в лінії подачі 20-40 м/с. Нейтралізація шляхом додавання реагентів. Для нейтралізації кислих вод можуть бути використані: NaOH, КІН, Na2CO3, NH4OH (аміачна вода), СаСО3, MgCO3, доломіт, цемент.

Реагенти вибирають у залежності від складу і концентрації кислої стічної води. При цьому враховують, чи буде в процесі утворюватися осад або ні. Розрізняють три види кислотосодержащих стічних вод: 1) води, що містять слабкі кислоти (Н2З3, СНзСООН); 2) води, що містять сильні кислоти (НС1, НМО3). Для їхньої нейтралізації може бути використаний будь-який названий вище реагент. Солі цих кислот добре розчинні у воді; 3) води, що містять сірчану і сірчисту кислоти. Кальцієві солі цих кислот погано розчинні у воді і випадають в осад. Нейтралізація фільтруванням кислих вод через нейтралізуючі матеріали. У цьому випадку для нейтралізації кислих вод проводять фільтрування їхній через шар магнезиту, доломіту, вапняку, твердих відходів (шлак, зола). Процес ведуть у фільтрах-нейтралізаторах, що можуть бути горизонтальними чи вертикальними. Для вертикальних фільтрів використовують шматки чи вапняку доломіту розміром 30--80 мм. При висоті шаруючи матеріалу 0,85-1,2 м швидкість повинна бути не більш 5 м/с, а тривалість контакту не менш 10 хв. У горизонтальних фільтрів швидкість плину стічних вод 1-3 м/с [1].

Нейтралізація кислими газами. Для нейтралізації лужних стічних вод останнім часом починають використовувати гази, що відходять, утримуючі О2, SCО2, NCО2, N2О3 та інш. Застосування кислих газів дозволяє не тільки нейтралізувати стічні води, але й одночасно робити високоефективне очищення самих газів від шкідливих компонентів. Використання для нейтралізації лужних стічних вод діоксиду вуглецю має ряд переваг у порівнянні з застосуванням соляної кислоти, дозволяє різко знизити вартість процесу нейтралізації. Унаслідок поганої розчинності СО2 зменшується небезпека переокислювання.

Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли в якості анода використовується срібний електрод, а в якості катода - вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію. Для стерилізації 20 м³ потрібно виділити з анода 1 г срібла [3].

1.1.5 Електрохімічні методи очищення

Для очищення стічних вод від різних розчинних і диспергированих домішок застосовують процеси анодного окислювання і катодного відновлення, електрокоагуляции, електрофлокуляции і електродиализа. Усі ці процеси протікають на електродах при пропущенні через стічну воду постійного електричного струму. Електрохімічні методи дозволяють витягати зі стічних вод коштовні продукти при відносно простій автоматизованій технологічній схемі очищення, без використання хімічних реагентів. Основним недоліком цих методів є велика витрата електроенергії.

Очищення стічних вод електрохімічними методами можна проводити періодично або безупинно.

Ефективність електрохімічних методів оцінюється наступними факторами: гущиною струму, напругою, коефіцієнтом корисного використання напруги, виходом по струму, виходом по енергії. Вихід по струму -- це відношення теоретично необхідної кількості електрики (знаходять за законом Фарадея) до практично витраченого, яке виражають у частках чи одиниці у відсотках.

1.1.5.1 Анодне окислювання і катодне відновлення

Ці процеси розроблені для очищення стічних вод від розчинених домішок (ціанідів, роданідів, амінів, спиртів, альдегідів, нітросполук, азокрафарбників, сульфідів, меркаптанів та інш.). У процесах електрохімічного окислювання речовини, що знаходяться в стічних водах, цілком розпадаються з утворенням О2, NH3 та води або утворюються більш прості і нетоксичні речовини, які можна видаляти іншими методами [1].

Як аноди використовують різні електролітні нерозчинні матеріали: графіт, магнетит, двуокиси свинцю, марганцю і рутенію, що наносять на тітанову основу.

Катоди виготовляють з молібдену, сплаву вольфраму з залізом або нікелем, із графіту, нержавіючої сталі і других металів, покритих молібденом чи вольфрамом їхніми сплавами

Процес проводять у електролізерах з діафрагмою і без неї. Крім основних процесів електроокислення і відновлення, одночасно можуть протікати електрофлотація, електрофорез та електрокоагуляція. Стічні води, що містять цианіди, утворюються на підприємствах машинобудування, приладобудування, чорній і кольоровій металургії, хімічній промисловості та інш. До складу вод крім простих ціанідів (KCN, NaCN) входять комплексні ціаніди цинку, міді, заліза та інших металів, концентрація яких коливається від 10 до 600 мг/л. Звичайно рН таких стоків коливається в межах 8-12 [1].

Анодне окислювання ціанідів протікає за реакціями: