Разработку схем, раздел затрагивающий вопросы экологии и безопасности
жүктеу/скачать 1,1 Mb. Pdf көрінісі
|
|
19 1.3 Методы очистки шерстомойных сточных вод Производственные сточные воды фабрик ПОШ относятся к категории высококонцентрированных. Загрязнения этих вод многокомпонентны, так как содержат в основном шерстный жир, моющие средства и механические примеси. Применение в технологии промывки шерсти различных моющих пре- паратов обусловило образование двух видов сточных вод, резко отличаю- щихся по составу: мыльно-содовые и сточные воды, содержащие СПАВ. Это обстоятельство вызвало необходимость в разработке соответст- вующих методов очистки шерстомойных сточных вод. Распространенные методы очистки ШСВ - химические, биологические, физико-химические и окисления. Характерным только для ШСВ фабрик ПОШ является то, что количест- во и состав загрязнений в шерсти зависит от породы овец, их содержания и кормления, природных и климатических условий, в соответствии с этим и технология обработки ШСВ будет различной для различных регионов. Химические методы очистки применяют для ШСВ, содержащих СПАВ. При этом применяют синергическую смесь различных реагентов в различных массовых соотношениях. На Борской фабрике ПОШ и Невинномыс-ском шерстяном комбинате применена технологическая схема химической очистки, где ШСВ после жироловок, песколовок, волокноуло-вителей поступают на биопруды первичного отстаивания, затем на аэрируемые биопруды вторичного отстаивания. Предварительно перед прудами в сточные воды вводились в одном ва- рианте 3 вида реагентов - хлористый магний, сульфат магния и хлористый кальций, в другом случае - синергическая смесь шести реагентов. При этом в осадок выпадали смесь СПАВ с реагентами и их продукты, в количестве от 2 до 7 г на 1 кг сухого вещества осадка. Осадки токсичны, утилизация их для целей сельского хозяйства невозможна, поэтому их ликвидируют термической обработкой. В Чехословакии, ШСВ производства ПОШ в г. Нидки сбрасывают в р. Ролава после физико-химической очистки их флотацией. В Джиланге (Австралия) построена опытная установка для экстрагиро- вания жира из шерсти смачиванием ее под давлением сначала холодным раствором уайт-спирита, а затем холодной водой. При этом жир, грязь и другие вещества удаляются очень быстро. Шерсть после такой обработки менее сваляна, чем после мойки мылом pi водой. Большой объем научных и экспериментальных исследований по разработке рациональных методов очистки ШСВ ПОШ был проведен в России и на Украине в ведущих научных центрах: ФГУП, НИИВОДГЕО, ОАО НИИКВОВ, МГСУ. 20 Работами Пугачева Е.А., Лукиных Н.А., Гюнтер Л.И., Калицуна В.И. и др. доказана целесообразность применения рациональных технологий обработки ШСВ и их осадков. Авторами было проведено исследование метода кислотного де- эмульгирования шерстного жира из ШСВ Харьковской фабрики ПОШ. Этот метод очистки промышленных стоков отличается тем, что сохраняет суще- ствующую технологию флотационного обезжиривания сильно зажиренных сточных вод первых двух барок. Обработке подвергаются воды после сепа- рации и малозажиренные стоки производства с содержанием шерстного жира 4-5 г/дм³, сбрасываемые в городскую канализацию. При этом расход серной кислоты в среднем составлял 12,62 г/дм³ при рН = 3,5. Опытами установлено, что 60-70% указанного количества серной ки- слоты расходуется на нейтрализацию щелочности сточных вод и только 30- 40% на подкисление (до рН=3,56). Перед сбросом обезжиренных стоков в канализацию их нейтрализация может осуществляться путем частичного смешения этих вод со щелочными полоскательными водами последних барок. Как показали опыты, степень обезжиривания стоков зависит от их кон- центрации и температуры. Установлено, что при кислотном деэмульгирова- ниии предварительно разбавленных стоков с температурой 40-50°С процесс осаждения шерстного жира протекает наиболее полно. Для обработки мыльно-содовых ШСВ фабрик ПШО наибольшее рас- пространение получили биологические методы очистки. В МГСУ с участием Н.Ю. Акимцевой были проведены исследования с целью разработки оптимальной схемы ступенчатой биохимической очистки шерстомойных сточных вод. Аналитические исследования и проведение опытов на лабораторных моделях ступенчатой очистки в аэротенках- смесителях по разработанной методике позволили выявить возможности сокращения числа ступеней очистки и определить наилучшие соотношения рабочих объемов аэротенков. Были изучены и проанализированы параметры работы четырех наиболее возможных схем каскадной многоступенчатой биологической очистки шерстомойных сточных вод с соотношениями рабочих объемов аэротенков- смесителей 1:1:1:1:1; 2:2:1; 3:1:1; 3:2, Для очистки ШСВ рекомендована технология прямой аэробной биологической обработки с тремя ступенями очистки при соотношении рабочих объемов аэротенков-смесителей 3:1:1. На основании исследований НИИ ВОДГЕО рекомендованы шесть технологических схем обработки сточных вод: с анаэробно-аэробным про- цессом на двухступенчатых метантенках, двухступенчатым процессом в аэ- ротенках и их сочетании. Для очистки ШСВ на Омской и Улан-Уденской фабриках ПОШ (Россия) применяют анаэробное сбраживание в двухступенчатых 21 метантенках. Данная схема не предусматривает оборотное использование воды. После предварительной очистки на песколовках, жироловках, волокно- уловителях и отстойниках ШСВ проходят обработку в анаэробных условиях последовательно в метантенках первой, затем второй ступеней. После вто- ричных отстойников они попадают либо в городскую канализационную сеть, либо подвергаются сбросу в водоем. Очистка мыльно-содовых ШСВ осуществляется следующим образом: ХГЖ снижается с 40-20 г/дм³ до 11-10 г/дм³, взвешенные вещества с 25-20 до 15-12 г/дм³. Аналогичная технология очистки мыльно-содовых ШСВ дейст- вует на производствах ПОШ в г. Журавичи (Белоруссия), Семипалатинске и Актюбинске (Казахстан), Токмаке (Киргизстан), Чернигове (Украина). Двухступенчатая аэробная очистка ШСВ разработана во ВНИИ ВОДГЕО, где сточные воды после первичных отстойников поступают в аэротенки-смесители первой ступени - вторичные отстойники, затем в аэро- тенки второй ступени - третичные отстойники. С учетом состава сточных вод, требований к степени очистки и технико-экономических показателей предлагаются следующие схемы: для очистки ШСВ, содержащих СПАВ, наиболее рентабельна двух- ступенчатая схема с аэротенками; для мыльно-содовых сточных вод целесообразно применение ана- эробно-аэробного процесса на двухступенчатых метатенках. В МГСУ разработаны несколько вариантов биологической очистки ШСВ в аэротенках, на аэротенках-смесителях после процесса жидкофазного окисления и электрофлотации с разбавлением и без разбавления бытовыми сточными водами. В практике очистки сточных вод часто встречаются ситуации, когда биологические очистные сооружения не могут обеспечить эффективную ра- боту. Такие явления могут иметь место при длительных перерывах в поступлении сточных вод (суточных, сезонных), нестабильности в снабжении электроэнергией, в результате присутствия в сточных водах соединений, токсичных для биоценозов. Предельно допустимые концентрации (ПДК) анионоактивных СПАВ в воде водоемов составляют 0,5 мг/дм³, неионогенных - 0,11-0,05 мг/дм³. ПДК СПАВ, поступающих на биологическую очистку, согласно нормативным документам составляет: для анионоактивных - 20 мг/дм³, неионогенных - 50 мг/дм³. В силу невысокой биологической активности СПАВ сточные воды ПОШ практически невозможно очистить до показателей сброса в открытые водоемы. Например, по данным , биохимическое окисление анионных СПАВ и распад их в воде водоемов составляют: сульфонол НП-3 потребляет 17,8% кислорода на окисление от теоретической и время распада до кон-центрации 0,5 г/дм³ составляет 36 и более суток; для сульфонола НП-1 эти данные составляют соответственно 2,5% и 75 и более суток; для сульфонола ДС-РАС 22 - 9,4%) и 227 и более суток. Биохимическая очистка требует больших затрат электроэнергии на подачу воздуха и больших объемов окислительных сооружений. Заслуживает внимания физико-химический метод, предложенный Лурье и Антиповой, опробованный на ШСВ ПОШ, использующих промывку сульфонол НП-1. Технологическая линия обработки ШСВ разделена на две составляющие. Сточные воды после 1 и 2 барок, проходя волокно-уловитель, жироловку, поступали в сборный резервуар. Туда же поступали сточные воды после 3, 4 и 5 барок, а затем в первичный и вторичный отстойники и биопруд. Между отстойниками через смеситель вводился коагулянт, сульфат алюминия и известковое молоко. Исходная концентрация сульфонола НП-1 изменялась от 240 до 720 г/дм³ , очищенная жидкость содержала 43-80 мг/дм³ сульфонола, т.е. эффект очистки составлял 75-90%. Содержание жира в сточной жидкости после указанной обработки снижалась с 800-2000 мг/дм³ до 0. Количество взвешенных веществ после двухчасового вторичного отстаивания составляло около 200 мг/дм³. Проведенные исследования показали, количество добавляемого в сточную воду алюмината кальция в пересчете на алюминий должно быть не более 80-100 мг/дм³ при исходном содержании 240-720 мг/дм³ сульфонола НП-1 (или 160-200 мг алюминия на 1 г сульфонола НП-1). Введение больших количеств алюмината кальция не улучшало качество очистки сточной жидкости. Изменение степени удаления из сточных вод ПАВ (75-90%) объясняется главным образом присутствием в сточных водах жира. На основании ла- бораторных данных авторы предлагаемого метода рекомендуют поддерживать соотношение «сульфонол-жир» в сточной воде не менее 0,5. Методы физико-химической очистки и, в частности, коагулирование, имеют существенные преимущества перед традиционными методами био- логической очистки, в том числе: сокращение продолжительности очистки; уменьшение площади очистных сооружений; более полное удаление из сточных вод трудноокисляемых примесей; меньшее изменение величины рН сточных вод; меньшая загниваемость осадков, устранение зловония из очистных сооружений; -неподверженность процесса очистки влиянию токсических веществ. Реагентная коагуляция в производственном масштабе на водоочистных сооружениях начала применяться в конце XIX в., когда потребовалось ин- тенсифицировать процесс и повысить качество воды, подаваемой потреби- телю. Впервые данный процесс был осуществлен в 1884 г. в США, в России - в 1888 г. Первым коагулянтом был сернокислый алюминий, который до настоящего времени остается основным коагулянтом как наиболее доступный и эффективный. При введении в обрабатываемую воду сернокислого алюминия могут образовываться гидрофобные коллоидные системы, которые 23 при коагуляции дают хлопья, сорбирующие и захватывающие при осаждении частицы загрязнений воды. Реагентная обработка нашла широкое применение при очистке природ- ных и различных категорий сточных вод. Имеющиеся данные указывают на эффективность этого способа применительно к одним и отсутствие положительных результатов при обработке других категорий вод, что объясняется довольно сложным механизмом процесса коагуляции, зависящим от многих факторов. К существенным недостаткам реагентной коагуляции можно отнести: необходимость устройства дорогостоящих и громоздких сооружений: смесителей, камер реакции, расходных, растворных и дозирующих устройств; экономически неоправданные большие расходы коагулянта в отдельные периоды года; -увеличение объема осадка на 3-4 порядка; -затруднение доставки коагулянта на очистные сооружения из-за отда- ленности объектов от баз снабжения, особенно в сельскохозяйственных во- допроводах. Перечисленные недостатки явились причиной поисков других, более совершенных способов обработки воды, а также оптимизации существующих. Исследования поздних лет показали, что имеются возможности оптимизации процесса реагентной коагуляции. Широко известно, что большую роль в ускорении процессов коагуляции и укрупнении хлопьев играют флокулянты: полиакриламид, активная кремнекислота, ВПК-101, 104 и 402, а также коагулянты: оксихлорид алю- миния, алюминат натрия и некоторые другие. Эти реагенты, применяемые, например, совместно с сернокислым алюминием, позволяют интенсифици- ровать работу очистных сооружений и повысить степень очистки воды. Несмотря на высокую эффективность комплексного применения реа- гентов при обработке воды, следует учесть экономические особенности и возможность получения реагентов. Промышленный выпуск флокулянтов весьма ограничен из-за отсутствия в настоящее время необходимых произ- водственных мощностей, стоимость флокулянтов очень высока. Так, на- пример, производство 1 т ВПК-101 обходится в 4000 у.е. Широко известно использование методов окисления органических ве- ществ и устранение запахов и привкусов воды хлором и озоном. Однако исследования, проведенные в России, на Украине и в дальнем зарубежье по действию окислителей на различные вещества, показали, что окисление, даже при использовании такого сильного окислителя как озон, не всегда может рассматриваться в качестве санитарно надежного метода очистки воды. При действии окислителей на органические вещества последние взаимодействуют с ними, превращаясь в другие соединения. Встречаются вещества, которые при недостаточно глубоком окислении переходят в состояния, придающие воде запах, привкус или окраску. Отрицательной стороной применения окислительного метода является также необходимость дозирования 24 окислителя в исключительно точном соответствии с уровнем и видом загрязнения воды, что крайне затруднительно. Сорбционный метод является более надежным по сравнению с окислительным, поскольку он основан не на деструкции органических веществ, а на их удалении из воды. Однако и такой метод не является универсальным, так как в воде присутствуют вещества, которые не сорбируются, например, органические амины. Серьезным препятствием в применении этого метода является низкая сорбционная емкость активированных углей, необходимость частой его замены и регенерации. В НИИ КВОВ АКХ исследован и предложен сорбционно- окислительный метод обработки воды. Оказалось, что совмещение двух ме- тодов повышает надежность очистки и позволяет расширить перечень уда- ляемых из воды органических загрязнений[9]. В последние годы в мире в области очистки природных и сточных вод находит широкое применение электрохимический метод коагуляции. Способы коагуляции примесей воды с использованием электрического тока с успехом используются для осветления, обескремнивания, обескислора- живания, частичного умягчения и других видов обработки воды. Электрохимический способ очистки воды впервые был применен Веб- стером в 1887-1888 гг., [10]для обработки сточной жидкости. Новая попытка применения этого способа для очистки уже речной воды относится к 1898- 1899 гг. В начале 1900-х годов в Германии были запатентованы способы обработки воды с применением растворимых электродов. В 1943 г. в Голландии был выдан патент на метод обработки воды электрокоа- гулированием с одновременным использованием железных и алюминиевых электродов.В 1946-1947 гг. в США Фред Е. Стюарт и Чарльз Ф. Бонилла исследовали очистку мягкой и жесткой высокоцветной воды электро- химическим способом. В последние годы в различных странах выдан ряд патентов на конст- рукции электрокоагуляторов. Применение этого метода весьма перспективно. Работами З.Я. Ярославского, ПЛ. Строкач, И.Г. Краснобородько, В.Д. Юшенко и др. исследователей доказана не только целесообразность этого метода по экономическим и эффективным показателям очистки, но и по эксплуатационным. Применение процессов электрокоагуляции при очистке воды имеет следующие преимущества по сравнению с широко применяемой коагуляцией химическими коагулянтами: -снижение расхода химических реагентов; постоянство рН среды в процессе электрокоагуляции и даже некоторое повышение его, что исключает необходимость подщелачивания воды, которое часто проводится при применении химических реагентов; не вводятся в воду сульфатные (с коагулянтами Al 2 (SO) 3 и FeS0 4 ) и хлоридные ионы (с коагулянтом FeCl 3 ); 25 не вводятся в воду, или, если вводятся, то в меньшем количестве, балластные примеси, которые содержатся в товарных продуктах химических коагулянтов и создают дополнительную нагрузку на отстойники и др. сооружения; при использовании анодного растворения металлов отпадает необхо- димость в складах для хранения реагентов, растворных и затворных баках, дозаторах коагулянта и всего остального хозяйства, сопутствующего реа- гентному способу введения в воду коагулянта (трубопроводов, насосов, ар- матуры и т.п.); применение электрического тока улучшает бактерицидный эффект вводимого реагента. В таблице приведены основные конструктивные и технологические параметры электрокоагуляции воды по материалам литературного обзора. Анализ этих данных позволяет сделать следующие обобщения:в качестве электродов применялись различные материалы (алюминий, железо и др.); расход алюминия при обработке воды составил от 5 до 40 мг/дм 3 , железа - от 7 до 2000 мг/дм 3 ; время обработки составило 0,6-45 мин; плотность тока на электродах составила 3-400 А/м 2 ; -удельное количество электричества на обработку 1 м 3 воды составило 20-450 тыс. кл/м 3 . Приведенные данные свидетельствуют о значительном разбросе полученных исследователями результатов. Очевидно, это объясняется несо- вершенством методик исследований, малоизученностью электрохимических процессов, имевших место в конкретных условиях эксперимента, что выра- зилось в больших расходах электродного металла и количества потребляемой энергии. Анализ специальной литературы в области развития теории и промышленного применения способа электрокоагуляции указывает на недостаточно широкое его распространение и, как следствие, отсутствие обоснованных заключений для его реализации. В большинстве случаев исследовалось влияние на эффект осветления воды таких показателей как плотность тока, затраты электроэнергии, активная реакция среды, солевой состав, дозы металла и др. При этом не уделялось должного внимания материалу электродов, природе примесей загрязнений, кинетике электрохимических процессов на границе металл-раствор и продуктам реакции в растворе. Эти особенности в работе электролитических аппаратов особенно важны, ибо они оказывают влияние на пассивацию и износостойкость электродов, эффективность работы и энергоемкость аппарата в целом. Расширение области применения электрокоагуляции требует изыска- ния новых электродных материалов, обладающих более высокой износо- стойкостью, коррозионной устойчивостью, достаточной электропроводностью и т.д. 26 В качестве одного из возможных путей электрокоагуляции предложен метод обработки воды, при котором процесс электрохимического растворения металла ведется не в обрабатываемой воде, а в растворах различ- ных электролитов, обладающих высокой электропроводимостью. По существу речь идет о получении на месте электрохимическим способом высококонцентрированных коагулирующих растворов с последующим введением их в обрабатываемую воду. Особое место среди многочисленных работ по электрохимической очистке воды занимают исследования, [11]выполненные Л.А. Кульским, A.M. Когановским и И.Т. Гороновским. Авторами рассматривался вопрос комбинированного коагулирования химическим реагентом и электрическим током, названного «коагуляцией под током». По этому методу, перед обработкой в электролизере с алюминиевыми пластинами в воду вводилась небольшая доза сульфата алюминия. На электроды подавался постоянный или переменный ток напряжением 1 В, при этом плотность тока не превышала ЮА/м. При продолжительности обработки 10 мин экономия коагулянта достигала 30-40%. По мнению авторов интенсифицирующее действие тока на коагуляцию гидроокиси алюминия, полученного при гидролизе солей коагулянтов в воде, связана со следующими эффектами: электрофоретическим переносом частиц и их последующем разряжением на электродах; возникновением высоких концентраций коагулирующих ионов; коагулирующим действием ионов, переходящих в раствор с электродов и взаимной коагуляцией дисперсных частиц с частицами, перезарядившимися на электродах. Метод обработки воды наложением постоянного электрического тока с предварительным вводом реагентов также применялся для очистки воды, содержащей водоросли, для осветления шахтных вод, для очистки сточных вод, для доочистки биологически очищенных сточных вод, для технологических вод огнеупорной промышленности, для очистки воды от накипи на стенках бойлеров. При этом отмечается снижение доз реагентов на 30-50%, достигается высокий эффект очистки - 70-95% и т.д. Однако следует отметить, что приведенные работы носили поисковый характер, в них не вполне выяснена природа явлений, которыми сопровождается процесс очистки воды описанными способами. В большинстве случаев в работах не приводятся некоторые данные электрических и технологических параметров процесса, в частности, доза вводимого коагулянта, плотность тока, расход электроэнергии и другие показатели. В целом, рассмотренные методы очистки различных категорий вод, приведенные в материалах данного раздела, дают возможность сделать выводы о применимости перечисленных выше способов для обработки ШСВ производства ПОШ с точки зрения их эффективности и экономичности. |