рейтинг блогов

Методы очистки сточных вод от сульфатов

топ 100 блогов tvin27058407.08.2022
Методы очистки сточных вод от сульфатов

На многих фабриках и заводах при производстве продукции используется вода, которая вследствие этого становится зараженной сульфатами - солями серной кислоты, являющимися чрезвычайно вредными для здоровья человека. По этой причине практически на всех производствах осуществляется комплексная очистка сточных вод от сульфатов, которая позволяет восстановить кислотно-щелочной баланс воды и использовать ее для дальнейших технических или питьевых нужд. В статье мастер сантехник рассмотрит, методы очистки сточных вод от сульфатов.

Сульфаты, их образование и значение

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Сульфатами являются соли серной кислоты H₂SO₄, как неорганического, так и органического происхождения. Неорганические сульфаты - это ионные соединения, которые содержат анион SO₄²⁻. При увеличении концентрации аниона формируются кальция сульфаты (CaSO₄) и магния сульфаты (MgSO₄).

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Сульфаты являются естественным компонентом природных вод, и их содержание зависит от состава подстилающего грунта. Питьевая вода с содержанием сульфатов не опасна для здоровья людей, но при повышении их содержания до 250–400 мг/л появляется специфический горьковатый привкус. Это значительно ухудшает органолептические показатели воды, а еще более высокая концентрация вызывает нарушение работы пищеварительной системы.

Не стоит использовать воду с высоким содержанием сульфатов и в хозяйственных целях. Жесткие требования существуют для вод, питающих паросиловые установки. Так как сульфат кальция с повышением температуры становится нерастворим в воде, он образует стойкую накипь, что снижает проходимость труб и приводит к их разрушению. При смешивании загрязненных вод с разным минеральным составом, например, сульфатных и кальциевых, СаSО₄ осаждается.

Формула:

CaCl₂ + Na₂SO₄ = CaSO₄↓ + 2NaCl

Во время технологических процессов некоторых производств образуются сточные воды с высоким содержанием сульфатов. Особенно, где используется серная кислота:

  • Горнодобывающая промышленность: шахтные воды, воды, после обогащения полиметаллических серосодержащих руд.
  • Целлюлозно-бумажная промышленность, если при переработке древесины используется сульфатный процесс.
  • Нефтеперерабатывающая промышленность, когда при очистке нефти и нефтепродуктов образуются сернисто-щелочные сточные воды.
  • Производство минеральных удобрений, в частности сульфата аммония (NH₄)₂SO₄
  • Реагентная обработка сточной воды, в результате которой образуются сульфат-ионы.

Такие стоки требуют обязательной переработки и очистки.

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Методы очистки сточных вод от сульфатов

При выборе метода очистки сточных вод от сульфатов необходимо учитывать концентрацию анионов SO4 2-. Если она превышает 2000 мг/л, то лучше всего использовать реагентный метод с последующим отстаиванием и фильтрацией или с помощью вакуумного выпаривания. При концентрации ниже 2000 мг/л наилучшими методами будут нанофильтрация и обратный осмос.

Существуют и менее распространенные способы очистки, которые применяются для определенных производств или технологических процессов:

  • Биологическая очистка с применением анаэробных сульфатредуцирующих бактерий;
  • Термические;
  • Геохимические барьеры;
  • Искусственные болотные системы - биоплато.

Выбор оптимальной технологии очистки воды от сульфатов, подбор аппаратного оснащения, которое удовлетворяет качеству очистки и экономическим возможностям предприятия должен осуществляться с учетом специфики производства. Сбор информации и разработка проекта с последующей его реализацией и техническим сопровождением требует профессионального подхода в каждом индивидуальном случае.

Мембранные методы очистки

Методы очистки сточных вод от сульфатов

В составе воды, как правило, присутствуют три основных аниона, сульфаты, хлорид-ионы и гидрокарбонаты. Превышение содержания сульфатов, как правило, всегда идет параллельно с повышением всех показателей солевого ее состава, в том числе и общей жесткости, паре Са + Mg, хлоридов, кремния. Поэтому при очистке воду следует частично обессоливать, иными словами провести коррекцию всех растворенных в воде солей.

Особенно это важно, если очищенные воды находятся в оборотном водоснабжении, тогда сульфаты будут являтся источником жестких сульфатных накипей.

В водоочистке при различной концентрации сульфатов и технологии производства могут применятся как обратный осмос, так и ионообменные смолы.

Метод обратного осмоса

Создаваемое давление гонит воду через полупроницаемые мембраны с порами 〜 10-7 см. Диаметр пор и их строение позволяют проникать через мембрану только молекулам определенных газов и воды. Загрязненная вода под высоким давлением, проникает через поры мембраны из сильно насыщенного в слабо насыщенный раствор и образует при этом два потока. В первом - чистая вода, а в другом - с задержанным на мембране осадком, который затем поступает в отстойник.

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Обратноосмотические установки практически полностью очищают загрязненные воды от примесей. Кроме этого, они обладают еще рядом преимуществ:

  • Состав поступающей на очистку воды не влияет на качество очистки;
  • Отсутствие в техпроцессе химических реагентов превращает этот метод в безопасным в плане экологии;
  • Компактные размеры оборудования позволяют разместить его на небольшой площади;
  • Параллельно с освобождением от сульфатов, снижаются показатели жесткости воды, происходит удаление неприятных запахов, осветление и очищение от прочих химикатов;
  • Простота использования установки, безопасность и продолжительное время использования.

Недостатком обратноосмотического оборудования можно считать большие материальные затраты, но эффективность очистки компенсирует затраты на ее приобретение.

Метод ионного обмена

Методы очистки сточных вод от сульфатов

В данном методе используются ионообменные смолы сильного основания - аниониты. Они присоединяют анионы соединений, растворенных в воде, избирательно и имеют относительное родство по отношению к тем ионам, которые удаляются из раствора, по следующему ряду:

ОН < F < H₂PO₄ < HCO₃ < Cl < NO₃ < H₂SO₄

Основным условием протекания реакции обмена является расположение в этом ряду анионитов в растворе слева от анионов, которые находятся в смоле.

Сульфат кальция, как анион, замещается на гидроксил на положительно заряженной ионообменной смоле, а катион кальция замещается на водород на отрицательно заряженной катионообменной смоле.

Формула:

  • R₂ - Ca + H₂SO₄ = 2R-H + CaSO₄ — регенерация катиона;
  • R₂ - SO₄ + Ca(OH)₂ = 2R-OH + CaSO₄ — регенерация аниона.

Метод ионного обмена применяется для загрязненных вод с высоким содержанием сульфатов. Для регенерации смолы используются недорогие химические реагенты, такие как известь и серная кислота. Кроме того, этот способ используется в подготовке воды при производстве пива с легким, без горчинки, вкусом.

Тем не менее метод ионного обмена не лишен недостатков:

  • Следует внимательно следить за процессом очистки из-за риска внезапного попадания сульфатов в очищенную воду, когда сульфаты, накопленные в смоле, вытесняются сульфат-анионами, поступающими из исходной воды.
  • Необходимость жесткого контроля очищенной и исходной воды.
  • Строгое нормирование сульфатов в технологическом процессе.

При выборе метода нужно руководствоваться оптимальным соотношением необходимых результатов и затрат.

Электродиализ

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Метод включает в себя процесс выборочного переноса ионов под действием электрического тока через перегородки (мембраны), состоящих из ионитов. Как правило, используют группы чередующихся ионно- и катионообменных мембран. Сквозь ионообменные мембраны могут проникать только ионы имеющие тот же знак. Катионы движутся к катоду и проходят катионитовые мембраны, анионитовые мембраны их задерживают. Анионитовые мембраны, в свою очередь, пропускают ионы, которые движутся к аноду и останавливают катионы. В результате с помощью тока соли переносятся из положительных камер в отрицательные. В положительных камерах вода очищается, а в отрицательных накапливается осадок.

При реверсировании тока меняется полярность электродов (анод становится катодом и наоборот) и камеры опреснения и концентрации осадка меняются местами. Это позволяет удалять отложения, которые образовались в процессе электродиализа, что, в свою очередь, сводит к минимуму использование ингибиторов и уменьшает количество промывок.

Основными преимуществами метода электродиализа с реверсированием электрического тока можно считать:

  • Применение при любой температуре сточной воды и рН;
  • Уменьшение капитальных затрат за счет снижения рабочего давления;
  • Использование очищенной воды в оборотном водоснабжении;
  • Высокое качество очистки.

Недостатками электродиализа является дефицитность и высокая стоимость мембран и большая энергоемкость. Кроме того при неправильной эксплуатации может образовываться накипь сульфата калия.

Физико-химические методы

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Реагентная очистка сточных вод от сульфатов заключается в гравитационном осаждении крупных частиц, тонкодисперсные же частицы размером < 10 мкм осаждаются с применением коагуляции. Реагентом, как правило, выступает известковое молоко Ca(OH)₂. В результате сульфат кальция осаждается и затем отделяется от очищенной воды.

Реагентами может выступать негашеная известь СаО, хлорная известь 3Ca(OH)₂·2Cl₂, комовый известковый продукт, или известь-пушонка Ca(OH)₂.

Технологический процесс известкования состоит в добавлении в загрязненный водный раствор известкового молока и осаждение нерастворимого осадка под действием силы тяжести. Это делает реагентный метод весьма эффективным. Оксид кальция соединяется с водой и образует гидроксид кальция, который осаждает сульфаты в водном растворе.

На хлопьях гидроксида происходит сорбция, далее вводится флокулянт, сокращающий дозу коагулянта и образующий компактные хлопьевидные конгломераты, которые легко выделяются из водного раствора.

Часто коагулянтом служит сульфат двухвалентного железа (железный купорос) FeSO₄. Вступая в реакцию с ионами гидроксида и хлорат-ионами хлорной извести, окисляется до трехвалентного гидроксида железа и при этом поглощает осажденные нерастворимые соли кальция. Железный купорос можно заменять сульфатом Fe₂(SО₄)₃ или хлоридом трехвалентного железа FeCl₃, но по причине чрезмерной способности вызывать коррозию данные соединения не получили широкого применения.

Наиболее эффективным коагулянтом является оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl, так как для осаждения сульфат-ионов не требуется дополнительного внесения хлорид-ионов. Кроме того он увеличивает скорость коагуляции, не подкисляет воду и дает высокое качество очистки с минимальным содержанием остаточного алюминия в воде.

Не стоит использовать сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃, который имеет аморфную структуру и при рН среды выше 8, что неизбежно при известковании, образует алюминаты, для выделения которых из водного раствора необходима дополнительная обработка.

Флокулянтом в процессе реагентной очистки может служить полиакриламид. Его действие заключается в связывании взвешенных частиц посредством образования полимерных мостиков и последующим формированием крупных трехмерных агрегатов. Полиакриламид ускоряет процессы гравитационного осаждения.

Реагентный метод очистки сточных вод от сульфатов имеет свои плюсы и минусы.

К недостаткам можно отнести:

  • Еромоздкое оборудование;
  • Большой расход реагентов;
  • Очищенные воды требуют дополнительной обработки;
  • Невозможность использования в оборотном водоснабжении из-за высокого содержания солей.

Среди преимуществ следует отметить универсальность и простоту эксплуатации, качество очистки независимо от начальных концентраций.

Биологический метод

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Альтернативой химическим методам очистки сточных вод от сульфатов является биологический метод с применением сульфатредуцирующих бактерий - анаэробных микроорганизмов, различающихся по строению клеток и биохимическим показателям.

В процессе биологической очистки сульфатсодержащие сточные воды пропускаются через пористую загрузку с микрофлорой, где происходит адсорбция на анаэробном фильтре. В проточных системах, таким образом, осуществляется иммобилизация микроорганизмов, которая позволяет снизить вымывание биомассы. Процессы очистки могут происходить в оборудовании различной конструкции.

В биореакторах ионы металлов осаждаются сульфатредукционным сероводородом. Для этого существуют два пути:

  • Биологический и химический процесс очистки идет параллельно. В этом случае сульфатредуцирующие бактерии не подвержены влиянию кислой среды рН.
  • Процесс идет в два этапа. В начале сульфаты превращаются в сульфиды, тем самым повышается рН до щелочной среды и осаждаются тяжелые металлы. Затем сульфиды окисляются до элементарной серы, которая в последующем может использоваться в химическом производстве.

Основными преимуществами биологического метода можно считать:

  • Отсутствие энергозатрат на аэрацию;
  • Развитие небольшого количества активного ила, что снижает потребность в питательных веществах;
  • Компактное оборудование, которое не занимает больших площадей;
  • Не требовательность анаэробных комплексов к ограничению по акцептору электрона, что позволяет увеличить их загрузку;
  • Снижение концентрации сульфатов в очищенных водах до требований ПДК;
  • Отсутствие необходимости дополнительной очистки вод.

Недостатками метода являются низкая скорость прироста биомассы и ее небольшое количество. Для повышения концентрации сульфатредуцирующих бактерий используют легкоусвояемое органическое питание или объединяют микроорганизмы в специальные группы.

Метод биологической очистки сточных вод от сульфатов внедрен во многих зарубежных странах, где совершенствуются технологии применения сульфатредуцирующих бактерий. В России данный метод считается достаточно перспективным.

Термические методы

Методы очистки сточных вод от сульфатов

К термическим методам очистки сточных вод от сульфатов относят дистилляцию (при высоких температурах) и замораживание (при низких температурах). Они используются при опреснении шахтных, морских или сточных вод в определенных отраслях промышленности.

Принцип дистилляции заключается в способности молекул воды при нагревании приобретать энергию, превышающую силы межмолекулярного притяжения и отрываться от поверхности воды в виде пара. Соли же остаются в растворе. Но здесь вероятность образования отложений сульфата калия, так называемой, сульфатной накипи, на нагревательной поверхности. Метод дистилляции будет наиболее экономичен при концентрации анионов SO₄²⁻ более 3 г/л и производительностью установки 15 000 м. куб. в сутки.

При замораживании происходит понижение температуры и вода образует кристаллы льда, тем самым вытесняя молекулы солей из очищаемой воды. При размораживании льда образуется опресненная вода.

Основной недостаток дистилляции - высокая энергоемкость. Метод замораживания в промышленности не применяется.

Геохимические барьеры

Методы очистки сточных вод от сульфатов

Геохимические барьеры - это участки земной коры, на которых резко изменяются физико-химические условия миграции элементов на небольшом расстоянии, что приводит к их осаждению.

Барьеры могут быть механические, физико- или биохимические, а также естественные и искусственные. Материалами для создания барьеров служат как природные структуры (торф, горные породы и проч.), так и промышленные отходы (пиритные огарки, отходы содового производства и проч.).

Геохимические барьеры можно выполнять в виде траншей, заполняющихся реагентом. Например, соединениями бария (Ba(OH)₂, BaCl₂), которые связывают сульфаты в барит BaSO₄, устойчивый к внешним условиям и нетоксичный.

В качестве биохимического барьера используются сточные воды муниципальных очистных сооружений с добавлением сульфатредуцирующих бактерий. Такие воды содержат большое количество питательных веществ и способствуют увеличению биомассы микроорганизмов. В этом случает сульфаты осаждаются в виде гидроксидов и карбонатов.

Искусственные болотные системы - биоплато

Методы очистки сточных вод от сульфатов

В основе метода лежит использование природных механизмов, в которых участвуют высшие околоводные растения (гидрофиты и гигрофиты). Биоплато имеет ложе фильтрующего слоя из щебня, гравия, песка или других похожих материалов, на котором произрастают водные растения.

Преимуществами искусственных болотных систем можно считать отсутствие негативного влияния на окружающую среду, а также затрат энергии и химических веществ. Кроме того биоплато дает хороший результат даже при низких температурах в зимний и осенний период.

Видео

В сюжете - Очистка промышленных сточных вод

В сюжете - Очистка сточных вод в металлургии

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Как очистить воду от сульфатов

Источник

https://santekhnik-moskva.blogspot.com/2021/10/Metody-ochistki-stochnykh-vod-ot-sulfatov.html

Оставить комментарий



Архив записей в блогах:
Для осуществления процедур ликвидации или открытия юридического лица необходим определенный порядок действий. С юридической точки зрения они имеют определенные особенности. Например: сроки ликвидации или регистрации, какие органы проводят, список нужных документов и т.д. В Республике ...
Газета "Известия" от 3 июня 1936 года сообщает, что в некоторых районах Москвы (!) на 79 000 жителей приходится одна аптека. В номере от 15 января 1937 года значится, что декрет о запрете абортов привел к росту рождаемости на 65% - правда, при этом количество ...
Кто как не вы, блогеры, можете понять всю глубину проблемы, с которой пришлось мне столкнуться... Почти как в сказке про избушку зайчика, но только в жизни и без хэппи энда. Думаю никого не удивит заявление, что для успешной работы в сети одного компа маловато. Вне дома я активно ...
[не подумайте, пожалуйста, неправильно] to the irresponsible statements from people attempting to apportion blame for this terrible event. Acts of monstrous criminality stand on their own. They begin and end with the criminals who commit them, not collectively with all the citizens of a state, not with those who listen to talk radio, not with maps of swing districts used by both sides of the aisle, not with ...
Вот вы мне хоть сколько говорите, что сон — это просто периодическое физиологическое состояние мозга и организма человека и высших животных, характеризующееся значительной обездвиженностью и отключением от раздражителей внешнего мира, и что даже тупым рыбам снятся сны, я буду ...