Разработка системы сорбционной очистки сточных вод

ВВЕДЕНИЕ
Источником промышленного загрязнения сточных вод свинцом и медью могут являться: Рудообогатительные фабрики, металлургические заводы, химические производства, шахты, производство  аккумуляторных батарей, стекла, красок, инсектицидов, бензина, и т.д.
Отрицательное воздействие на организм меди: вызывает повреждение печени и мозга.
Отрицательное воздействие на организм свинца: Токсикант, является промышленным ядом. Депрессия, раздражительность, нейротоксическое воздействие, слюнотечение, рвота, кишечные колики, отказ почек, поражение мозга, смерть.
Сорбционная очистка сточных вод – это один из наиболее эффективных и инновационных методов очистки воды от загрязнений. Она основана на использовании сорбентов – веществ, способных поглощать загрязнители из воды и удерживать их на своей поверхности. Сорбенты могут быть природного или искусственного происхождения и различаться по своей химической природе и физическим свойствам.
В данной работе была разработана система сорбционной очистки сточных вод, содержащих Pb и Cu с использованием полистирольных фильтров. Выполнен расчёт компонентов системы.










1. Процессы и технология системы сорбционной очистки
1.1 Описание процессов системы сорбционной очистки

Рис. 1 Схема процессов очистки сточных вод
Коагуляция
Коагуляция — это процесс, в ходе которого частицы коллоидной системы объединяются при столкновениях, вызванных тепловым движением, перемешиванием или внешними силами. В результате образуются агрегаты — более крупные частицы, состоящие из скоплений мелких частиц. Эти первичные частицы соединены между собой силами межмолекулярного взаимодействия, либо напрямую, либо через прослойку дисперсионной среды. Коагуляция приводит к увеличению размеров частиц и уменьшению их общего количества в жидкости. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией [1].
В сточных водах могут находиться твердые частицы, такие как каолин, глина и цемент, а также жидкие компоненты, включая нефть и смолы. Часто сточные воды представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии с коллоидными частицами размером от 0,001 до 0,1 мкм и более крупными частицами размером от 10 мкм. Механическая очистка позволяет эффективно удалять частицы размером 10 мкм и более, тогда как мелкодисперсные и коллоидные частицы остаются в воде. После механической очистки сточные воды становятся агрегативно устойчивыми. Для их дальнейшей очистки применяются методы коагуляции, которые нарушают эту устойчивость и способствуют образованию крупных агрегатов, которые затем можно удалить механическими способами. [1].
В процессе механической очистки сточных вод удается эффективно удалять частицы размером 10 мкм и более, однако мелкие и коллоидные частицы практически не поддаются удалению. После механической очистки сточные воды многих производств представляют собой агрегативно устойчивую систему. Для дальнейшей очистки применяются методы коагуляции, которые нарушают эту устойчивость и способствуют образованию более крупных агрегатов частиц, которые затем можно удалить механическими способами [1].
Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие взвешенные частицы объединяются в рыхлые хлопьевидные скопления под воздействием добавленных веществ (флокулянтов), что облегчает их оседание [1]. Эффективность коагуляционной очистки зависит от множества факторов, таких как тип коллоидных частиц, их концентрация, наличие электролитов и других примесей в сточных водах, а также величина электрокинетического потенциала [1].
В качестве коагулянтов используются соли алюминия и железа, а также смеси солей Al2(SO4)3 и FeCl3 в различных соотношениях. При использовании солей алюминия и железа происходит реакция гидролиза, в результате которой образуются малорастворимые гидроксиды, адсорбирующие взвешенные вещества и оседающие на дно отстойника [2].
Среди железосодержащих коагулянтов наиболее распространены хлорид железа и сульфат железа. Хлорид железа (FeCl3) представляет собой мелкие кристаллы с высокой гигроскопичностью и чаще встречается в виде кристаллогидрата FeCl3·6H2O. Сульфат закиси железа (Fe(SO4)·7H2O) имеет зеленовато-голубые кристаллы и окисляется на воздухе. Соли железа обеспечивают наилучшие результаты коагуляции при определенных значениях pH и сохраняют свою эффективность даже при низких температурах воды. Однако необходимо точно дозировать коагулянт, чтобы избежать избытка катионов в очищенной воде [2].
Алюмосодержащие коагулянты включают очищенный сульфат алюминия (Al2(SO4)3·18H2O), который выпускается в нескольких сортах. Этот коагулянт эффективен при pH 5–7,5, но чувствителен к изменениям pH и температуры воды. Тем не менее, он имеет низкую стоимость и хорошую растворимость. Оксихлорид алюминия (ОХА) считается одним из самых эффективных коагулянтов для использования при низких температурах благодаря своей низкой кислотности[2].
Недостатки как железосодержащих, так и алюмосодержащих коагулянтов можно минимизировать с помощью смешанных коагулянтов — комбинации растворов FeCl3 и Al2(SO4)3 в различных соотношениях. Для повышения эффективности процесса образования хлопьев применяется флокуляция — агрегация частиц под воздействием высокомолекулярных соединений (флокулянтов). Важно правильно подобрать дозу флокулянта: недостаток может замедлить процесс, а избыток приведет к дефлокуляции[2].
Флокулянты могут быть неионизированными или диссоциировать на ионы. В зависимости от химической природы различают анионные и катионные флокулянты. Наибольшее распространение в промышленности получили полиакриламид и его производные. Чистый полиакриламид (ПАА) — амфотерный полиэлектролит и может диссоциировать по кислому либо основному типу:
• в кислой среде
OHNH3–R–COOMe = [NH3–R–COOMe]+ + OH–
• в щелочной среде
HONH3–R–COOMe = [HONH3–R–COO]– + Me+
где R — цепочка молекулы ПАА [2].