КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Контроль процессов обработки промышленных стоков и методов извлечения из них вредных веществ

Представление об основных методах обработки промышленных сточных вод дает табл. 2.20 [15].

Многие методы обработки и очистки производственных сточ­ных вод имеют общую основу с некоторыми методами очистки городских стоков.

Очистка производится в аналогичных по конструкции соору­жениях. Технологические процессы описываются теми же зако­номерностями, учитывающими, однако, специфику обрабатыва­емых стоков; управляются и контролируются по одним и тем же принципам. В связи с этим в данном параграфе будут рассмотре­ны только такие методы, которые, как правило, для обработки го­родских стоков не применяются, — нейтрализация и усреднение.

Станции нейтрализации могут быть непрерывного либо цик­лического действия. Последние сооружаются на предприятиях с небольшим количеством загрязненных сточных вод. Станции не­прерывного действия имеют в своем составе усреднительные ем­кости, оборудованные устройствами для выравнивания концент­раций загрязнений, смесители, камеры реакции, отстойники или осветлители, фильтры, устройства для обезвоживания осадка или шламовые площадки, а также узел приготовления реагентов и насосные установки.

Применяются следующие способы нейтрализации: 1) взаим­ная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; 2) нейтра­лизация реагентами (растворы кислот, негашеная и гашеная из­весть, кальцинированная и каустическая сода, а также аммиак); 3) фильтрование через нейтрализующие материалы (дробленые известняк, мрамор и доломит, а также мел, обожженный и не­обожженный магнезит).

В табл. 2.21 приведены дозы реагентов, необходимые для пол­ной нейтрализации содержащихся в сточных водах кислот и ще­лочей.

Поскольку в кислых и щелочных сточных водах всегда при­сутствуют ионы тяжелых металлов, то дозу реагента следует определять с учетом выделения в осадок солей тяжелых метал­лов (табл. 2.22).

Конечный результат нейтрализации сточных вод в соответствии с установленными правилами рационально контролировать по водородному показателю. Статистической характеристикой объек­та, контролируемого по величине рН, служит кривая потенцио - метрического титрования. При нейтрализации сточных вод, содержащих смеси слабых и сильных кислот, оснований и их со­лей, кривые титрования (нейтрализации) имеют четко выражен­ную ^-образную форму, вследствие того что фактор рН есть по­казатель логарифмический.

Эта существенная нелинейность затрудняет использование рН как параметра контроля процесса нейтрализации. Она приводит к тому, что при одном и том же приращении концентрации за­грязнений в сточной воде изменения потенциала, измеренного на разных диапазонах шкалы рН-метра, могут отличаться друг от друга во много раз. Так, в сточной воде при рН » 1 уменьшение содержания серной кислоты на 50 мг/л вызовет ничтожное уве­личение рН (около 0,01 единицы рН). Такое же уменьшение кис­лотности при рН = 3 вызовет увеличение показаний рН-метра на 4 единицы.

Существенно искажает форму кривых титрования присутствие в растворе кислоты катионов металлов.

Важную роль в динамических свойствах реакций нейтрализа­ции играют особенности реагента. В открытых и закрытых гете­рогенных системах (при фильтрационной очистке воды) потреб­ность в нейтрализаторе увеличивается в несколько раз по сравне­нию с гомогенной реакцией.

Мерой динамики реакции нейтрализации может служить ко­эффициент буферности, определяемый по формуле

Р = Дф / ДрН, (2.6)

Где Дф — изменение количества реагента в мг-экв/дм3; ДрН — из­менение рН.

На ряде предприятий химической промышленности значение коэффициента буферности может изменяться в десятки раз в те­чение года.

Большое осложнение при контроле очистки по параметру рН вносит нестационарность концентрации многокомпонентных за­грязнений. Нейтрализация таких сточных вод дает не одну, а мно­жество кривых потенциометрического титрования, каждая из ко­торых соответствует определенному соотношению концентраций компонентов. Поэтому нельзя использовать только один рН для контроля нейтрализации сточных вод с сильно переменной буфер - ностью.

В этих случаях одним из вариантов системы контроля процес­са нейтрализации может быть совместное применение рН-метра и автоматического титрометра. Определенное соотношение зна­чений рН и полной кислотности или щелочности исходных сточ­ных вод характеризует степень их буферности. В реальных усло­виях при колебаниях концентрации реагента и расхода сточных вод отношение расхода реагента к величине рН исходных сточ­ных вод характеризует степень самовыравнивания процесса очист­ки, если на выходе из реактора поддерживается нейтральная ре­акция обработанных сточных вод.

Усреднение сточных вод — метод, используемый для вырав­нивания концентраций загрязнений и реакции среды при спус­ке кислых и щелочных стоков в приемник сточных вод, а также для выравнивания расходов удаляемых стоков. Вместимость усреднителей обычно соответствует 4—12-часовому притоку. Для предотвращения выпадения осадка усреднители часто оборуду­ют мешалками. Иногда для этой цели подают воздух с интенсив­ностью не менее 2—5 м3/ (ч х м2).

Повседневный контроль за работой усреднителя обеспечивается определением одного-двух показателей, например величины рН среды, перманганатной окисляемости, вида специфического за­грязнения. Целесообразно использование экспресс-методов. Наи­более надежно контроль процессов усреднения, так же как и ней­трализации сточных вод, достигается путем применения автома­тических измерителей качества воды.

По общему графику отбора среднесуточных проб 1-2 раза в 10 дней производится полный анализ воды на входе и выхо­де из усреднителя, позволяющий оценить возможность и эф­фективность его работы, а также работы последующих соору­жений.

Одними из самых эффективных способов извлечения из сточ­ных вод отдельных компонентов (тяжелые металлы, нефтепродук­ты, хлорорганика, СПАВ, фенолы) являются сорбция, флотация и ультрафильтрация.

Сорбция многих примесей производственных стоков эффек­тивно проходит на активированном угле. Кроме активированно­го угля в качестве сорбентов находят применение глины, торф, опилки, зола, ионообменные смолы, оксигидраты железа и алю­миния и др.

Сорбцию осуществляют в статических и динамических усло­виях. В первом варианте сорбент в виде крошки или порошка вводят в очищаемую сточную воду; после определенного вре­мени контакта смесь отстаивается. Второй вариант предусмат­ривает фильтрацию обрабатываемой сточной воды через слой сорбента.

Основной технологической характеристикой процесса сорбции является сорбционная способность, определяемая количеством загрязнений, оставшихся в 1 м3 или 1 кг сорбента. Эта величина обусловливает общий расход сорбента, а следовательно, одну из основных статей расхода на очистку сточных вод. Отнесенная ко времени процесса, величина сорбционной способности позволя­ет определить объем сорбционных колонн.

Наиболее сложной частью сорбционного процесса является регенерация сорбента. Для извлечения сорбированных веществ применяются экстрагирование органическим растворителем, из­менение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе, отгонка адсорбированного вещества с водяным паром, испарение адсорбированного вещества током инертного газообраз­ного теплоносителя. В отдельных случаях осуществляют химичес­кие превращения сорбированных веществ с последующей десорб­цией.

Контроль за процессами флотации аналогичен контролю за процессами седиментации, но включает определение параметров, специфичных для этого метода. Так, фиксируются общее и удель­ное количество воздуха, подаваемого во флотатор; давление, под которым воздух вводится в сооружение; объем образующейся пены и ее состав. Из химических характеристик чаще всего определя­ется изменяемый показатель, например концентрация удаляемых маслонефтепродуктов. Общий анализ воды проводят 1-2 раза в 10 дней.

Флотационный процесс протекает в 4—6 раз быстрее отстаи­вания при одинаковой эффективности удаления загрязнений. При флотации сточных вод, содержащих около 1 кг/м3 взвесей, продолжительность флотации составляет не менее 45 мин, при содержании взвешенных веществ 4—7 кг/м3 — не менее 30 мин [16]. Оптимальный удельный расход воздуха в несколько раз пре­вышает то количество воздуха, которое необходимо для создания условий всплывания агрегатов с твердыми частицами (1—1,6 дм3/кг). Однако большой избыток воздуха может привести к накоплению пузырьков воздуха под слоем шлама, и толщина верхнего шла - мово-воздушного слоя, увеличиваясь, может достичь области гидравлических возмущений, создаваемой впускными устрой­ствами, что ухудшит эффект флотации. Поэтому высота слоя на­капливаемого шлама не должна превышать 0,5 м и ограничива­ется нагрузка по сухому веществу на 1 м2 поверхности водного зеркала во флотаторе.