Лекция 12




Скачать 159.07 Kb.
НазваниеЛекция 12
Дата публикации23.07.2013
Размер159.07 Kb.
ТипЛекция
zadocs.ru > Химия > Лекция
Лекция 12

(продолжение 11)
Жидкофазное окисление применяют при наличии в сточных водах достаточного количества органических соединений. Процесс проводят при температурах 100-350 °С и давлении 2-28 МПа. Сначала сточную воду смешивают с воздухом, нагнетаемым в нее компрессором, и насосом подают в теплообменник. Подогретая теплом отходящей очищенной воды сточная вода подается затем для дальнейшего нагрева в печь. Нагретая до заданной температуры вода поступает в реактор, где идет процесс окисления, сопровождающий­ся значительным тепловыделением. Продукты окисления (пар, газы, зола) и воду направляют в сепаратор, где газы отделяют от жидко­сти и направляют на утилизацию тепла, а воду с золой пропускают через теплообменник и фильтр для отделения золы. Данный метод отличается простотой, гибкостью и позволяет очищать большие ко­личества сточных вод. Недостатками являются неполное окисление некоторых токсичных веществ (необходимо комбинирование с дру­гими методами) и высокая коррозия оборудования в кислых средах.

Парофазное каталитическое окисление — это гетерогенный про­цесс окисления летучих органических веществ кислородом воздуха при повышенной температуре. Процесс интенсивно протекает в паровой среде контактных аппаратов в присутствии медно-хромового, цинк-хромового и других катализаторов. Степень обезврежи­вания достигает 99,8% при высокой производительности установки. Сточную воду подают в выпарной аппарат, откуда «упаренная» вода поступает в центрифугу, из которой обезвоженный осадок направ­ляют на обезвреживание сжиганием в печи. Водяной пар с летучи­ми соединениями подают в теплообменник, где он подогревается теплом парогазовой смеси, отходящей из контактного аппарата. После теплообменника пары смешивают с горячим воздухом и на­правляют в контактный аппарат для окисления. Продукты сжигания осадка из печи поступают в котел-утилизатор, а вырабатываемый пар подается в выпарной аппарат. Основным недостатком установки является возможность отравления катализаторов соединениями фто­ра, фосфора, серы (которые должны предварительно удаляться из сточной воды).

Из термических методов огневой является наиболее универсаль­ным и эффективным. Он реализуется в процессе распыления сточ­ных вод в топочных газах, имеющих температуру 900-1000 °С. При этом вода полностью испаряется, примеси выгорают, а минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы. Для сжига­ния используют печи различных конструкций: камерные, циклон­ные, с псевдосжиженным слоем. Наиболее эффективными и имею­щими высокую производительность являются циклонные печи. В них, благодаря вихревому характеру движения газового потока и подаче распыленной жидкости в такой поток, интенсивно развива­ются явления тепло- и массопереноса. Циклонные печи оборудуются системами рекуперации тепла и очистки отходящих газов. Недостат­ком таких печей является большой унос солей газовым потоком. Эти соли образуются при термической обработке сточных вод, содержа­щих оксиды Са, Mg, Ba, К, Na и другие вещества, которые могут взаимодействовать с продуктами сгорания, например: MgO + СО2 = MgCO3.

Относительная простота технологий огневого обезвреживания сточных вод и возможность достижения высоких степеней очистки делает эти методы весьма перспективными.
15.4. Примеры схем и систем защиты гидросферы

Структура очистных сооружений зависит от характеристик сточ­ных вод, условий их формирования и условий целевого использо­вания. Сооружения по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод (рис. 15.8) включают: решетки для задержки крупных предметов и мусора, песколовки для выделения из сточных вод минеральных веществ (песка) и других примесей, первичные отстойники для осаж­дения мелкодисперсных примесей. В отстойниках устраиваются нефтесборники (нефтеловушки) и емкости для сбора нефти. Биоло­гические сооружения включают аэротенки и вторичные отстойни­ки для осаждения активного ила. Завершается комплекс сооружений иловыми площадками, а в ряде населенных мест — биоинженерны­ми сооружениями по доочистке сточных вод перед сбросом их в водный объект.

Состав очистных сооружений системы канализации хозяйствен­но-бытовых стоков в конкретном населенном пункте может отли­чаться. Он определяется количеством и качеством сточных вод. В случае приема производственных сточных вод в хозбытовую ка­нализацию с большим суточным расходом и специфическими при­месями в состав очистных сооружений включаются усреднители сточных вод, преаэраторы, биокоагуляторы, флотаторы и др.

Очистные сооружения производственных сточных вод включа­ют комплекс специфических сооружений в зависимости от характера производства. При оборотной системе водоснабжения в производ­стве обеспечивается многократное использование воды с восстанов­лением ее качества до требований соответствующего производства на локальных или общезаводских очистных сооружениях без сброса в водный объект. Схема очистных сооружений нефтеперерабатыва­ющих предприятий представлена на рис. 15.9.

Значительный интерес представляют системы совместной очи­стки хозяйственно-бытовых и промышленных стоков. Бытовые стоки поступают в усреднитель (рис. 15.10), а затем в отстойник. После осветления их смешивают с производственной сточной водой, поступающей также из отстойника. Смесь стоков подают в аэротенк. Отделив активный ил во вторичном отстойнике, сточные воды обез­вреживают хлором, после чего сбрасывают в водоем или направля-



Рис. 15.8. Схемы механической (а) и биологической (б) очистки хозяйственно-бытовых сточных вод:

с пневматической аэрацией; с механической аэрацией



Рис. 15.9. Схема очистных сооружений нефтеперерабатывающего предприятия

ют на использование в производстве. При образовании высококон­центрированных стоков (БПКполн = 4—5 г/дм3), содержащих орга­нические соединения, их направляют на анаэробное сбраживание в метанотенк, в котором поддерживается определенная температура. Степень сбраживания, т.е. распада органических соединений, состав­ляет около 40%. Выделяющийся из метанотенка газ (63—65% мета-



Рис. 15.10. Схема установки для совместной очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод: 1,7 — усреднители; 2, 8 — первичные отстойники; 3 — смеситель; 4 — аэротенк; 5 — вторичный отстойник; 6 — емкость для обезвре­живания; 9 - котельная; 10 - метанотенк; 11 - аппарат для обезвоживания осадка

на, 32-34% диоксида углерода) используют для сжигания и выработ­ки тепловой энергии в котельном агрегате. Образующийся при сбра­живании осадок обезвоживается и направляется на утилизацию. По­лучаемая горячая вода поступает в метанотенк для поддержания оп­тимальной температуры сбраживания.

В ряде случаев очистка сточных вод сочетается с одновремен­ным их использованием для орошения и удобрения (рис. 15.11). При



Рис. 15.11. Варианты очистки и использования сточных вод:

1 — сооружения механической очистки; 2 — сооружения физико-химической очистки; 3 — сооружения биохимической очистки; 4 — пруды-илоуплотнители (биологические пруды); 5 — отводной канал; 6 — пруд-испаритель; 7 – поля фильтрации; 8 — поля орошения; 9 — водоем
этом возможны три варианта. В первом сточные воды после меха­нической очистки поступают в пруды-накопители, затем - в пруды-испарители, а из них - на поля орошения. По второму варианту сточ­ные воды после физико-химической очистки направляются в биологические пруды, а затем - либо на поля орошения, либо сначала на поля фильтрации, а затем на поля орошения. По третьему вари­анту сточные воды после механической, физико-химической и био­химической очистки направляют на поля орошения, а в неполивные периоды сбрасывают в водоем.

В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков, которые подлежат обработке или утилизации в интересах уменьшения загрязнения биосферы. Как правило, осадки представляют собой трудно фильтруемые суспензии, имеющие повышенную влажность. Для обработ­ки и обезвреживания осадков используют различные технологии (рис. 15.12). Уплотнение активного ила направлено на удаление в среднем около 60% свободной влаги и является обязательной стадией всех схем обработки осадков. Для уплотнения ила применяют гра­витационный (наиболее распространен), флотационный (преимуще­ственно напорная флотация), центробежный и вибрационный ме­тоды.



Рис. 15.12. Схема процессов обработки осадков
Стабилизацию осадков проводят в целях разрушения в них био­логически разлагаемой части органических веществ на диоксид уг­лерода, метан и воду. Процесс ведут с помощью микроорганизмов в анаэробных или в аэробных условиях. Анаэробную обработку осу­ществляют в метанотенках, а аэробную — в аэрационных установках с принудительной (механической, пневматической, пневмомехани­ческой) аэрацией. Обработку в метанотенках выгодно проводить для сырого осадка из первичных отстойников, а активный ил подвергать аэробной стабилизации, поскольку анаэробное сбраживание в этом случае дает низкий выход газа и потому неэффективно.

Для снижения гидравлического сопротивления осадков при фильтрации и улучшения их водоотдающих свойств перед процес­сом обезвоживания проводят кондиционирование с применением реагентных и безреагентных способов. Реагентную обработку осуще­ствляют коагуляцией с применением 10%-ных водных растворов FeSO4, Fe2SO4, FeCl3, A12(SO4)3 и извести. Процесс эффективен, но требует повышенных затрат и сопровождается коррозией материалов оборудования. Вместо коагулянтов можно использовать флокулянты (полиакриламид), вводимые в виде 0,01-0,5%-ных растворов по активной части. Это значительно (до 30%) сокращает затраты на кондиционирование осадков.

К безреагентным способам относят тепловую обработку в авто­клавах при 170—200 °С, замораживание с последующим оттаивани­ем (применяется редко), жидкофазное окисление кислородом при 45—50 °С и повышенном давлении в реакторе. Электрокоагуляция и радиационное облучение мало распространены вследствие суще­ственных затрат.

Осадки обезвоживают на иловых площадках или механическим способом. Иловые площадки — это участки земли, окруженные зем­ляным валом, сооружаемые обычно на естественных грунтах с ра­бочей глубиной фильтрования 0,7—1 м. Иловые площадки-уплотни­тели имеют глубину до 2 м, а также водонепроницаемые дно и сте­ны. Жидкость из них периодически отводят с различных уровней, а осадок удаляют специальными машинами.

Для быстрого обезвоживания осадков применяют следующие механические устройства: вакуум-фильтры, листовые фильтры, фильтр-прессы и виброфильтры.

После обезвоживания в случае, когда осадки направляются на рекуперацию, их подвергают сушке в конвективных сушилках различ­ных конструкций (кипящего слоя, барабанных, распылительных и др.). В качестве сушильного агента используют нагретый воздух, пар, продукты сжигания топлива или отходов. В случае невозможности утилизации осадки подвергают обезвреживанию сжиганием. Перед сжиганием проводят нагрев, сушку и отгонку летучих соединений. Сжигание ведут в циклонных печах, печах кипящего слоя и др.

Активный ил, направляемый на рекуперацию, в расчете на су­хой состав содержит 37—52% белков, 20—35% аминокислот, витамины группы В. Он может быть использован для производства кормов для животных, рыб и птиц. Для этих целей разработаны и достаточно широко реализованы технологии получения белвитамила, витами­на В12, белков, кормовых дрожжей, активированного угля.

В случае необходимости в водных потоках и водоемах осуществ­ляется регулирование содержания растворенного кислорода. Повы­шение его концентрации в воде достигается аэрацией с помощью компрессоров. Достаточно хорошие результаты по увеличению кон­центрации растворенного кислорода в воде получают на водосброс­ных сооружениях гидроузлов, создаваемых по типу многоступенча­тых перепадов и быстротоков.

Доочистка хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод осуществляется с помощью биоинженерных сооружений, заса­женных камышом, рогозом узколистным, элодеей канадской, трос­тником и др. На биосооружениях производится доочистка сточных вод от нефтепродуктов, минеральных примесей, биогенных элемен­тов, органических веществ и даже от тяжелых и цветных металлов. За время пребывания сточных вод в пределах биоинженерного со­оружения глубиной 1,5-2,0 м и площадью около 10000 м2 в течение 10 суток извлекается из воды и переводится в нерастворимое состо­яние 25 г/м2 железа, 5 г/м2 меди, 24 г/м2 цинка, 23 г/м2 алюминия, 45 мг/м2 кадмия, 20 мг/м2 свинца и др. Содержание биогенных эле­ментов и минеральных солей за время пребывания в пределах био­инженерных сооружений в течение 14 суток уменьшается на 50% при исходной их концентрации 5 г/дм3.

Исследования Российского научно-исследовательского ин­ститута комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ) показывают, что для доочистки хозяйственно-быто­вых и производственных сточных вод весьма эффективно могут быть использованы болота.

В результате жизнедеятельности гидробионтов, населяющих такие водные объекты, развиваются физико-химические процессы распада и нейтрализации примесей, содержащихся в сточных водах. Образующиеся при этом продукты реакций концентрируют биоген­ные элементы, которые и вовлекаются в природные биохимические круговороты.

Защита водных объектов от нефтепродуктов в периоды аварий ведется с использованием сооружений в виде бонов, плотин из мяг­ких конструкций. Мягкие конструкции в технологических схемах могут выполнять широкий круг функций:

управление в плане и по глубине гидравлической структурой водных потоков;

• отделение мелководных зон и создание биоинженерных соору­жений;

• регулирование местного стока;

локализация нефтепродуктов на водосборной площади и акватории водного объекта;

• предупреждение чрезвычайных ситуаций при устройстве со­оружений в местах возможных аварий и др.

Разработанный к настоящему времени комплекс сооружений по очистке сточных вод, а также мероприятия и устройства по регули­рованию поступления в водные объекты рассредоточенных (диффузных) примесей с площади водосбора в основном позволяют надеж­но защитить гидросферу от загрязнения. В то же время слабые тем­пы переработки техногенных образований и извлечение из них лишь отдельных элементов ставят под сомнение принципиальную возмож­ность надежной защиты водных объектов от загрязнения не только в местах их размещения, но и на значительном удалении вниз по течению рек.


Таблица XIX-1. Ионный состав водных запасов (в млн-1)

Растворенные ионы

Морская вода [1]

Соленая вода




Вебстер Южная Дакота

Коалинга

Калифорния

Утан

Пресная вода Лос Анджелес Калифорния

Катионы

Na+

Mg2+

Са2+

К+

Fe

Mn2+

B

Всего

Анионы

Cl-

SO42-

HCO3-

Br-

NO3-

F-

Всего


10561

1272

400

380

-

-

-

12613
18980

2758

-

65

-

-

21803


92

102

220

-

28

28

-

470
19

856

331

-

-

-

1206


500

72

120

9

-

-

3

704
252

1170

-

-

0,8

0,2

1423


685

139

266

-

-

-

-

1090
1940

33

67

-

-

-

2040


40

6

26

5

0,03

0,005

0,58

77,62
19

23

-

-

0,2

0,7

43

Итог: растворенных ионов

34416

1676

2127

3130

121


ионы. Это справедливо и для большинства других вод, так как их состав разли­чается в основном по концентрации ионов, присутствующих в меньших количе­ствах, а именно железа, магния, бора, нитрат- и фтор-ионов.
Проблема накипи в соленых водах

Помимо проблемы отделения пресной воды от растворов, существует также важная проблема образования накипи.

Из табл. XIX-1 видно, что морская вода содержит большие количества ионов, которые при нагревании дают три накипеобразующих соединения, а имен­но СаСО3, Mg(OH)2 и CaSO4 в различных формах. Образование накипи проис­ходит потому, что растворимость этих соединений уменьшается при повышении температуры. Накипь обычно образуется в дистилляционной установке; она осаждается на теплопередающей поверхности и препятствует теплопередаче.

Первые два вещества СаСОз и Mg(OH)2 образуются при разрушении бикарбонатных попов в соленых растворах

2HCO3- = СО32- + СО2 + Н2О (1)

Часть карбонат-ионов может затем вновь разрушаться

СО32- + Н2О = 2ОН- + СО2 (2)

Ионы Са2+ и Mg2+ взаимодействуют с анионами, образуя

Са2+ + СО32- = СаСО3 (3)

Mg + 2(OH)- = Mg(OH)2 (4)



Рис. ХIX – 1. растворимость CaSO4 в морской воде (пунктирная линия характеризует установку Фриппорта).
Равновесие реакций (3) и (4) при высоких температурах сдвинуто влево, способствуя накипеобразованию. Избежать образования накипи или удалить ее можно добавлением кислоты к соленой воде; при этом реакция с бикарбонат-тионом протекает следую­щим образом

Н+ + HCO3 = СО2(газ) + Н2О (5)

Диоксид углерода удаляется в процессе дегазации.

Гипс CaSO4 труднее удалить, так как он практически не растворяется в кислотах (рис. XIX-l). Из рисунка видно, что CaSО4 может существовать в трех кристаллических модификациях (безводный сульфат кальция — CaSО4, дигидрат CaSO4∙2H2O и полугидрат CaSO4 ∙ 1/2H2O). Безводной модификации отвечает максимальная температура, допустимая для обычной морской воды в дистилляционной установке. Поскольку концентрация солей в морской воде увеличивается по мере продвижения по трубчатому реактору, необходимо поддерживать соот­ношение температура — концентрация таким, чтобы образование кристаллических модификаций соответствовало области, характеризующейся отсутствием накипи. Кривая 12-стадийной дистилляционной установки Фрипорта [3] располагается на рис. XIX-1 почти параллельно линии растворимости безводного CaSO4. Сле­дует отметить, что в установках этого типа, где пар образуется непосредственно на теплопередающей поверхности, возможно существование ограниченных обла­стей, в которых испарение приводит к увеличению концентрации солей по срав­нению с их средними значениями.

Чтобы избежать образования накипи в этих и других дистилляционных установках, важно обеспечить циркуляцию воды вдоль теплопередающей поверх­ности.
Повышение точки кипения при концентрировании солевых растворов

Наличие растворенных солей в воде не только влияет на образование наки­пи, но и приводит к повышению температуры кипения, т.е. температуры образо­вания пара. Так как большинство растворенных в соленой воде веществ имеют ионную природу, к ним неприменимы законы идеальных (неионизированных) растворов, что приводит к необходимости пользоваться в расчетах эксперимен­тальными данными. Увеличение температуры кипения морской воды было опре­делено Фабусом и Короси [4] для широкого диапазона температур и концен­траций. Зависимость At от температуры описывается уравнением:

Δt = a + bT (6)
где T – температура, оС; a и b – коэффициенты, значения которых для различных концентраций приведены ниже:


Фактор концентра­ции *

а

b ∙ 104

Фактор концентра­ции *

а

b ∙ 104

0,4

0,084

11,93

2,0

0,504

65,79

1,0

0,226

30,92

2,4

0,628

80,83

1.4

0,331

44,42

3,0

0,883

104,5

1,8

0,440

57,8

3,6

1,055

129,7

* Фактор концентрации представляет собой отношение кон­центраций в млн-1 к 34,416 млн-1 (концентрация стандартной морской воды).

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Лекция 12 iconКурс лекций (под редакцией профессора В. Ф. Беркова) 2-е издание...
Авторский коллектив: Н. С. Щекин (лекция 8); Г. И. Касперович (лекция 9); В. Ф. Берков (лекция 10); И. Г. Подпорин (лекция 11); В....

Лекция 12 iconЛекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое...
Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного...

Лекция 12 iconЛекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое...
Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного...

Лекция 12 iconМетодические рекомендации вводная лекция введение в курс лекция 2
Лекция 15. Финансирование государственной службы. Контроль и надзор за соблюдением законодательства о государственной службе

Лекция 12 iconЛекция религии современных неписьменных народов: человек и его мир...
Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой

Лекция 12 iconЛекция I. Предмет, система и основные понятия
Лекция II. Судебная власть и правосудие

Лекция 12 iconЛекция 5
Лекция Государственное регулирование внешнеэкономической деятельности: сущность, методы (тарифные и нетарифные)

Лекция 12 iconЛекция роль государства и права в жизни общества 2 часа 8 Лекция...
Лекция основные правовые системы современности. Международное право как особая система права – 2 часа 65

Лекция 12 iconЛекция Эстетика как философская наука
Лекция Модернизм и постмодернизм в искусстве и эстетической теории ХХ века

Лекция 12 iconЛекция №1 Курс «Метрология и стандартизация»
Введение. Предмет дисциплины. Краткие сведения из истории метрологии и стандартизации (Лекция №1)

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов