Индивидуальные особенности промышленно – бытовых

Индивидуальные особенности промышленно – бытовых
(хозяйственно - бытовых) сточных вод и способы их очистки.
(Пояснительная записка).
В ТУ 4859 – 002 – 58668292 – 2007 «установки серии «Универсал»,
предназначенные для очистки и обеззараживания промышленных, поверхностных и хоз бытовых сточных вод» показано, что для очистки промышленно – бытовых (хозяйственно –
бытовых) стоков до качества, пригодного для
сброса очищенной воды в водоемы
рыбохозяйственного
значения,
необходимо
реализовать
нижеуказанную
последовательность этапов её обработки:
- предварительная очистка;
- укрупнение;
- осветление;
- умягчение;
- обеззараживание.
Последовательность этапов очистки представлена на рисунке.
Исходная
вода
Предвари
тельная
очистка
Укрупн
ение
Осветл
ение
Умягчение
(Na-КАТ)
Обезза
ражива
ние
Очищ.
вода
Определение воздействий, соответствующих конкретному этапу
обработки, и подбор очистных устройств для их оптимальной
реализации.
В настоящем документе следует установить конкретные воздействия,
производимые на очищаемую воду в процессе ее обработки на каждом перечисленном этапе,
а так же подобрать очистное устройство для оптимального осуществления каждого
установленного воздействия.
Предварительная очистка.
Основным воздействием данного этапа является предварительное
осветление (осаждение), т.е. очистка от крупнодисперсных частиц и грубых пленок, которая
осуществляется в приемной емкости.
Для очистки воды от биогенных составляющих (БПК5, ХПК, азот
аммонийный, фосфаты) имеет смысл воспользоваться методом окисления, т.к.
среднестатистическое значение БПК для промышленно – бытовых стоков составляет 73,77
(мгО2/л), что говорит о недостаточной концентрации основных элементов питания для
бактерий, а именно об отсутствии необходимого количества органического углерода.
Согласно опытным данным предельный показатель БПК5 для стоков обработанных на
сооружениях биологической очистки составляет 15 ÷ 35 (мгО2/л), т.е. БПК5 исходной воды
практически соответствует качеству стока, очищенного в аэротенке или на биоплёночном
фильтре.
Кроме того, соотношение БПК/ N/ Р в промышленно – бытовом стоке
соответствует ~ 100/ 30/ 6,5, т.о. содержание азота (N) и фосфора (Р) значительно выше, чем
это требуется по нормам проектирования сооружений биологической очистки (100/ 5/ 1).
Исходная вода принадлежит к категории промышленно-бытовых стоков,
следовательно, ее химический состав не удовлетворяет требованиям бактериального
метаболизма.
Используемые реагенты и расходные материалы, по требованию,
должны быть общедоступны, поэтому в качестве окислителя, выбираем гипохлорит натрия
(ГПХ), который подготавливается на месте применения из раствора поваренной соли – NaCl.
Кроме того, данный реагент является наиболее безопасным с точки зрения его воздействия на
обслуживающий персонал.
Следует отметить, что на процесс окисления сточной воды значительное
влияние оказывает концентрация взвешенных веществ, нефтепродуктов, ПАВ и прочих легко
окисляемых загрязнений. Помимо этого, концентрация названных включений является
величиной переменной, значительно изменяемой во времени, поэтому перед введением
окислительного агента необходимо понизить и, по возможности, стабилизировать значения
данных показателей качества воды, подаваемой на обработку окислителем. Снижение
величины указанных показателей влечет за собой уменьшение необходимого количества
вводимого агента, соответственно уменьшается и концентрация веществ, вносимых в процессе
окисления – для нашего случая это хлориды (Cl-). От стабильности концентрации загрязнений
в стоке, подаваемом на окисление, зависит глубина очистки и сопутствующего ей
обеззараживания. Решение поставленной задачи с помощью засыпных и фильтрующих
устройств (фильтры, контактные осветлители и т.д.) нецелесообразно из-за высокого
органического и бактериального загрязнения исходной воды, в этом случае фильтрующие
материалы и загрузки подвергаются биообрастанию, что значительно ухудшает
функциональную способность названных устройств. В данном случае, для предварительной
очистки стока наиболее эффективно последовательное применение метода циклонирования –
для удаления взвешенных веществ; и отдувки – с целью извлечения нефтепродуктов, ПАВ и
растворенных газов (аммиак, СО2 и др.), а также для начального окисления прочих
загрязнений. Очистной элемент, реализующий метод циклонирования, называется
гидродинамическим сепаратором (гидроциклоном). Отдувка осуществляется в устройстве
именуемом «пенный сепаратор».
Наличие ПАВ в исходной воде препятствует дальнейшему укрупнению
ультравзвешенных и коллоидных частиц, поэтому аэрация (пенная сепарация) является
обязательным воздействием.
После введения окислителя необходимо некоторое время для завершения
проистекающих химических реакций. Следовательно, требуется предусмотреть емкость
пребывания (контактная емкость).
Вывод: На этапе предварительной очистки необходимо использовать
следующие очистные устройства:
отстойник → циклон → пенный сепаратор → контактная емкость
↑
Устройство получения и дозирования ГПХ
Укрупнение.
Остаточные загрязнения после этапа предварительной очистки составляют
вещества, относящиеся ко II пограничной (ультравзвешенные частицы) и III основной
(коллоидные образования) группам, а их выделение из воды с помощью контактных
осветлителей или фильтрующих устройств, без предварительного укрупнения, не
представляется возможным. Укрупнение данных загрязнений достигается при использовании
флокулянтов (II группа) и коагулянтов (II и III группы) и, т.к. в составе бытовых стоков
находятся вещества, принадлежащие к обеим названным группам, то наиболее оптимальным
становится применение коагулянтов.
В качестве коагулянтов используют либо растворы солей металлов (реагентное
коагулирование), либо непосредственно растворяют сам металл электрохимическим
способом (электрокоагулирование).
Применение электрокоагулирования является более предпочтительным, особенно в
локальных, небольших очистных системах, так как электрокоагуляторы отличаются
компактностью и простотой управления, в процессе эксплуатации максимально надежны и
требуют меньших трудозатрат при их обслуживании. Кроме того, после осуществления
процесса электрокоагуляции солевой состав (сухой остаток) и рН обработанной воды
практически не изменяются. Для наших условий использование электрокоагуляции имеет еще
одно, очень существенное преимущество. В исходной воде наблюдается присутствие
некоторой концентрации хлоридов, а именно каменной соли NaCl. При электрообработке
стока наряду с насыщением воды коагулянтом (аноднорастворенным металлом), наблюдается
анодный разряд хлорид-ионов с образованием в объеме электрокоагулятора гипохлорита
натрия NaOCl и хлорноватистой кислоты HOCl (активный хлор), которые являются
высокоэффективными обеззараживающими и окисляющими агентами. Присутствие в
исходной воде аммиака и ионов аммония играют положительную роль, так как их наличие
стабилизирует процесс коагуляции и, кроме того, аммиак окисляется хлорноватистой
кислотой с получением хлорамина NH2Cl, который также является высокоэффективным
бактерицидным агентом, но обладает более длительным (пролонгированным) действием, чем
активный хлор.
Данный прием называется в водоподготовке хлорированием с преаммонизацией.
Итак, электрокоагуляция имеет двойное назначение, также как и отдувка. Во-первых,
осуществляется введение в обрабатываемую воду коагулянта и, во-вторых, в объеме
электродного блока производится синтез бактерицидного и окисляющего агента, гипохлорита
натрия, следовательно, обеспечивается предварительное обеззараживание и доокисление
поступающего стока. Таким образом, применение электрокоагулятора уменьшает количество
применяемых устройств, тем самым упрощается очистная система в целом и значительно
уменьшаются ее габаритные размеры. Как было отмечено, укрупнение загрязнений II и III
групп является ядром всего процесса очистки, т.к. от эффективности его проведения всецело
зависит
работоспособность
всех
последующих
очистных
устройств,
поэтому
электрокоагуляция будет подробно рассмотрена в разделе расчетов.
После введения коагулянта (как правило, в качестве коагулянта используются ионы
алюминия) необходимо некоторое время для проистекания гидролиза ионов металла и
выделения его из растворенного состояния в форме гидроокиси, например, Al(OH)3 или, так
называемых, хлопьев. Гидроокиси или хлопья имеют объемную, развитую поверхность,
обладающую хорошими адсорбционными свойствами. Мелкодисперсные и коллоидные
частицы адсорбируются на поверхности хлопьев за счет чего, собственно, и происходит
процесс их укрупнения. Поэтому после электрокоагулятора необходимо предусмотреть
отстойник,
предназначенный для пребывания воды, с целью осуществления
хлопьеобразования,
максимальная
интенсивность
которого
наблюдается
при
малоинтенсивном ее перемешивании.
Кроме того, в отстойнике осуществляется гравитационное осаждение полученных
хлопьев с образованием осадка, который затем поступает на устройство обезвоживания.
Осадок является смесью загрязнений, выделенных из воды и нерастворимых в органических
кислотах.
После укрупнения и выделения в осадок мелкодисперсных и
коллоидных частиц, показатели БПК и ХПК обработанной воды будут значительно
снижены.
Вывод: На этапе укрупнения необходимо использовать следующие очистные устройства:
Электрокоагулятор → отстойник хлопьеобразования
Осветление.
Основными воздействиями для данного этапа являются контактное
осветление или фильтрация, а так же сорбция. Остаточные хлопья эффективно отделяются на
поверхности зернистых загрузок методом контактного осветления. В качестве устройства
контактного осветления используются фильтры, загруженные фильтроагрегатом на основе
дегидратированного алюмосиликата, тем самым достигается максимальная компактность
названных устройств.
После контактного осветления оптимально использовать устройство на
основе метода сорбции. Сорбция обеспечивает доочистку воды от молекулярно растворенных
(слабо окисляемых) органических веществ, остаточного сероводорода и аммиака, а так же от
растворенных нефтепродуктов и прочих техногенных загрязнений.
Наличие в воде остаточного активного хлора, вводимо на этапе
предварительной очистки и электрохимически получаемого на этапе укрупнения в блоке
электродов коагулятора, препятствует биообрастанию зернистых загрузок, трубопроводов и
стенок корпусов очистных элементов.
Вывод: На этапе осветления необходимо использовать следующие
очистные устройства:
контактный осветлитель → сорбционный фильтр
Умягчение.
Умягчением воды, в нашем случае, называется процесс удаления из воды
только ионов аммония и тяжёлых металлов.
При извлечении из воды ионов тяжелых металлов и аммония методом
ионообмена более целесообразно использовать К-катионит, нежели Na-катионит, т.к.
атомарная масса иона калия ближе к усредненной атомарной массе тяжелых металлов.
В соответствии с поставленной задачей, катионит должен извлекать только
ионы аммония и тяжелых металлов (Fe2+, Fe3+, Cr3+, Al3+ и т.д.).
Однако, данному процессу препятствует наличие в сточной воде солей
жесткости (Ca2+ и Mg2+), что приводит к необоснованным затратам на реагенты и утилизацию
дополнительных объемов отработанных растворов. Таким образом, катионообменная загрузка
должна обладать высокой селективностью на фоне солей жесткости по извлечению ионов
аммония и ионов тяжелых металлов. Другими словами, из воды, обработанной на данной
загрузке, полностью извлекаются названные ионы, а концентрации ионов кальция и магния
практически не изменяются.
Обеззараживание.
Обеззараживание является обязательным этапом при очистке любой
исходной воды. Качество очищенной воды позволяет применить устройство УФ-облучения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Консервации обеззараженной воды в данном случае не требуется.