Материал: Промышленная безопасность в технологических процессах и аппаратах. Колодяжный С.А., Иванова И.А

Рис. 12.1. Схемы ионообменных установок периодического действия: а — с проточной регенерацией; б — с оборотом части регенерата; в — с фракционированием регенерата; г — с "плавающим" фильтром:

1 — фильтры; 2 — эжектор; 3 — емкости для регенерата; 4 — емкости для промывных вод

Наименьший расход реагентов достигается в схеме с фракционированием регенерата (рис. 12.1, в). Регенерат разделяют на отдельные фракции и собирают в емкости. Первую фракцию, более концентрированную, направляют на переработку. Промывную воду собирают также в две емкости. При следующей регенерации в качестве первой фракции регенерационного раствора используют вторую фракцию от предыдущей регенерации, доукрепленную до заданной концентрации реагентом.

На рис. 12.1, г с "плавающим" фильтром получают более концентрированные регенераты. Очищаемая вода последовательно протекает через два фильтра. При начале проскока во втором фильтре подключают отрегенерированный третий фильтр, а первый по ходу воды выводят на регенерацию и т. д. Регенерацию отработанного фильтра можно производить по описанным выше вариантам.

Режим работы периодической установки (рис. 12.2, а) сводится к следующему. Сточная вода поступает внутрь аппарата, проходит слой ионита и выходит через распределитель. Далее подают промывную воду, а затем регенерирующий раствор. Таким образом, цикл работы аппарата состоит из следующих стадий 1) ионообмен; 2) отмывка ионита от механических примесей; 3) регенерация ионита; 4) отмывка ионита от регенерирующего раствора.

Работа установки может быть интенсифицирована путем использования аппаратов с кипящим слоем ионита. Скорость процесса в этом случае увеличивается в 2-3 раза. Взвешенный слой имеет меньшее гидравлическое сопротивление.

Для глубокой финишной доочистки воды присоединяют установки со смешанным слоем анионитов и катионитов. В них иониты используют однократно или с внутренней, или выносной регенерацией.

86

Схема установки с намывным фильтром показана на рис. 12.2, б. Приготовленную в емкости суспензию ионита в воде насосом направляют на циркуляцию через фильтр до тех пор, пока на фильтрующих элементах не образуется плотный слой ионитов толщиной 5—10 мм. После этого подают на очистку сточную воду. Отработанный ионит удаляют из фильтра воздухом на регенерацию. После намывки нового слоя ионита цикл повторяют. Такие установки целесообразно использовать при очень малом содержании солей в сточной воде.

Недостатки установок периодического действия: большие объемы аппаратов, значительный расход реагентов, большая единовременная загрузка сорбента, сложность автоматизации процесса.

Непрерывный ионообмен дает возможность уменьшить затраты смолы, реагентов для регенерации, промывной воды, а также применять более компактное оборудование по сравнению с периодическим ионообменником. Колонны непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и с кипящим слоем. Установки непрерывного действия содержат несколько ионообменных аппаратов с катионитом и анионитом.

Ионообменный аппарат должен удовлетворять следующим требованиям: иметь необходимый рабочий объем; обеспечивать определенный гидродинамический режим движения взаимодействующих фаз; требуемый уровень насыщения ионообменной смолы; небольшое гидравлическое сопротивление; капитальные и эксплуатационные затраты должны быть минимально возможными.

Аппараты для ионного обмена классифицируются по разным признакам:

1)по организации процесса — на аппараты непрерывного, полунепрерывного и периодического действия;

2)по гидродинамическому режиму — на аппараты вытеснения, смешения

ипромежуточного типа;

3)по состоянию слоя ионита — с неподвижным, движущимся, пульсирующим, перемешиваемым и циркулирующим слоем;

4)по организации контакта взаимодействующих фаз — с непрерывным и ступенчатым контактом фаз;

5)по организации взаимного направления движения фаз — на прямоточные, противоточные и со смешанным током;

6)по конструкции — на колонные и емкостные;

7)по способу подвода энергии — без подвода энергии извне (с гравитационным движением твердой фазы) и с подводом энергии извне (принудительное движение твердой фазы).

Ниже приведены схемы некоторых аппаратов. Схема колонны с движущимся слоем смолы показана на рис. 12.2, б. Сточную воду подают снизу, а смолу — сверху. Колонна имеет сравнительно небольшую удельную

87

производительность — 1-5 мэ/(м2ч), малоэффективна из-за сильного перемешивания фаз и неравномерного распределения смолы по сечению колонны.

Рис. 12.2. Схемы ионообменных установок: а — переодического действия:

1 — колонна, 2 — решетка, 3 — слой ионита, 4-6 — распределители, 7 — бак с регенерирующим раствором, 8 — насос;

б — с намывным фильтром:

1 — корпус, 2 — фильтрующий элемент, 3 — емкость для приготовления суспензии ионита, 4 — насос, 5 — сборник отработанного ионита;

в — с движущимся слоем смолы:

1 — корпус, 2 — разделительная зона, 3 — слой смолы, 4 — тарелка, 5 — эрлифт

Мембранными методами очистки растворов называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые перегородки (мембраны) под давлением, превышающим осмотическое давление. При этом мембраны пропускают молекулы растворителя и задерживают молекулы или ионы растворённого вещества.

К мембранным методам очистки сточных вод относятся обратный осмос и ультрафильтрация.

Движущей силой обратного осмоса и ультрафильтрации является разность рабочего и осмотического давлений очищаемого раствора у поверхности мембраны. Различие между обратным осмосом и ультрафильтрацией определяется природой извлекаемого вещества и величиной рабочего давления.

Кроме обратного осмоса и ультрафильтрации, к мембранным методам очистки сточных вод относится электродиализ. Электродиализ применяется для удаления из сточных вод растворённых минеральных солей. Метод состоит в разделении ионизированных веществ (ионов) под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны разделяющей его мембраны.

88

Электрохимические методы применяют для очистки сточных вод от различных взвешенных и растворённых примесей.

К электрохимическим методам относятся электрофлотация, электрокоагуляция, электродиализ, анодное окисление и катодное восстановление. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В основе всех электрохимических методов очистки сточных вод лежат процессы электролиза.

Электролизом называют протекание химических превращений – окисления и восстановления веществ – в электрохимической цепи при пропускании через неё электрического тока от внешнего источника.

Анодное окисление применяют для очистки сточных вод от цианидов, роданидов, сульфидов, спиртов, альдегидов, аминов, меркаптанов, фенолов, нитросоединений, азокрасителей и т.д. В результате анодного окисления вещества распадаются с образованием CO2, NH3 и H2O или нетоксичных

соединений, например:

CN− + 2OH− − 2e → CNO− + H2O

или

CNS− + 10OH− − 8e → CNO− + SO42− + 5H2O.

Катодное восстановление применяют для очистки сточных вод от тяжёлых металлов, присутствующих в растворе как в виде катионов, так и в составе анионов, органических веществ (альдегидов, кетонов, галогензамещённых углеводородов, аминов, нитрозо- и нитросоединений и пр.), других растворённых соединений (нитрата аммония и др.). В результате катодного восстановления вещества переходят в менее токсичную или легко

выводимую из воды форму (осадок, газ), например: Mz+ + ze → M

или

Cr2O72− + 14H+ + 12e → 2Cr + 7H2O,

или

HCOH + 2H+ + 2e → CH3OH.

Десорбцию, дезодорацию и дегазацию осуществляют для удаления из сточных вод растворённых газов и летучих минеральных и органических веществ, многие из которых имеют неприятный запах (сероводород, сероуглерод, аммиак, бензол, хлорбензол, толуол, фенол, хлороформ, этилацетат, нафталин, амины, меркаптаны, альдегиды и др.).

Наиболее распространённым и эффективным способом десорбции, дезодорации и дегазации является отдувка (аэрация), которая состоит в продувании (барботировании) воздуха или других инертных малорастворимых газов (N2, CO2, топочные газы) через сточную воду. При этом растворённый в сточной воде летучий компонент или газ диффундирует внутрь газовых пузырьков, что обусловлено более высоким парциальным давлением газа над раствором, чем в окружающем воздухе.

89

Для дезодорации и дегазации сточных вод, кроме метода аэрации, применяют отдувку водяным паром, адсорбцию, экстракцию, дистилляцию (отгонку), ректификацию (пофракционную перегонку), химические, термические и биологические способы.

13.ТВЁРДЫЕ КОММУНАЛЬНЫЕ ОТХОДЫ

ИОБРАЩЕНИЕ С НИМИ

Твёрдые коммунальные отходы, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека, делятся на отходы производства и отходы потребления.

Отходами производства являются остатки исходного сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и полностью или частично утратившие исходные потребительские свойства. К отходам производства относятся также продукты переработки сырья, получение которых не являлось целью производственного процесса (побочные продукты).

Отходами потребления являются различного рода изделия и материалы, которые по тем или иным причинам непригодны для дальнейшего использования. Отходы потребления делятся на промышленные и коммунально-бытовые. К промышленным отходам потребления относятся, например, металлолом, выходящее из строя оборудование, изделия технического назначения из пластмасс, резины, стекла и т.д. К коммунальнобытовым отходам относятся пищевые отходы, изношенные изделия бытового назначения (одежда, обувь и т.п.), тара, бумага и т.д.

Использование отходов включает применение отходов для производства товарной продукции (вторичные материальные ресурсы, ВМР), выполнения работ, оказания услуг, получения энергии (вторичные энергетические ресурсы, ВЭР).

Обезвреживание отходов - обработка отходов с целью предотвращения вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Размещение отходов включает хранение и захоронение отходов. Хранение отходов - комплекс работ, обеспечивающих содержание отходов на соответствующих объектах с целью их последующего захоронения, обезвреживания или использования. Захоронение отходов - изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах, исключающих попадание вредных веществ в окружающую среду.

Отходы производства и потребления, применение которых в хозяйственной деятельности в настоящее время невозможно или экономически нецелесообразно, условно принято называть отбросами. Отбросы обезвреживают и (или) подвергают захоронению.

На предварительном этапе переработки твёрдых коммунальных отходов (ТКО) производят отделение органической составляющей отходов от

90