Fyzikálně-chemické metody čištění odpadních vod

Transkript

1 Fyzikálně-chemické metody čištění odpadních vod Martin Pivokonský 10. přednáška, kurz Znečišťování a ochrana vod Ústav pro životní prostředí PřF UK Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i. Tel.: pivo@ih.cas.cz

2 Přehled fyzikálně-chemických metod čištění OV 1. Separace nerozpuštěných látek (hydrocyklon, filtrace, flotace, magnetická separace) 2. Neutralizace 3. Srážení 4. Iontová výměna 5. Adsorpce 6. Extrakce 7. Desorpce 8. Membránové separační procesy 9. Chemická oxidace a redukce 10. Rozklad stabilizovaných emulzí

3 Separace nerozpuštěných látek Hydrocyklon separace nerozpuštěných látek prostřednictvím odstředivé síly

4 Separace nerozpuštěných látek Filtrace a) filtrace vrstvou zrnitého materiálu Průchod čištěné vody vrstvou zrnitého materiálu Více viz přednáška kurzu Úprava vody Jednostupňová a dvoustupňová separace - Separace filtrací Mechanismus: kombinace cezení, sedimentace, adsorpce a působení elektrostatických sil Použití: dočištění odtoku z dosazovacích nádrží na biologických čistírnách

5 Separace nerozpuštěných látek Filtrace b) filtrace přes filtrační přepážku Zachycení suspendovaných částic na povrchu přepážky filtrační koláč Mechanismus: kombinace cezení, sedimentace, adsorpce a působení elektrostatických sil Použití: odvodňování koncentrovaných suspenzí nebo kalů Výhoda: zisk vysoce zakoncentrovaných nerozpuštěných látek Zařízení: vakuové bubnové filtry, kalolisy, sítopásové lisy Filtrační koláč Filtrační přepážka Nosná přepážka

6 Zařízení pro koláčovou filtraci a) vakuové bubnové filtry b) kalolisy rámové, komorové, membránové 1. Rám kalolisu 2. Svorník rámu 3. Filtrační deska 4. Filtrační plachetka 5. Hydraulická pumpa 6. Hydraulický válec 7. Noha kalolisu 8. Přívod suspenze k odvodnění 9. Výstup filtrátu 10. Okapová plata 11. Žlab pro sběr filtrátu 12. Příruba pro odvod filtrátu 13. Úchyty pro manipulaci

7 Zařízení pro koláčovou filtraci c) sítopásové lisy 1 - nosný rám, 2 - vtoková homogenizační nádoba, 3 - horní vana, 4 - střední vana, 5 - spodní vana, 6 - výsypka, 7 - horní pás, 8 - spodní pás, 9 - ostřik pásů, 10 - středění pásů, 11 - zóna gravitačního odvodnění Schéma sítopásového lisu: 1 přívod kalu, 2 přívod flokulantu, 3 mísící komora, 4 horizontální předodvodňovací zóna, 5 odvodňovací zóna, 6 odvodněný kal, 7 ostřikování plachetky

8 Separace nerozpuštěných látek Flotace pevné nebo kapalné částice se spojují s mikrobublinkami plynů a tvoří tzv. flotační komplexy, které stoupají k hladině, kde vytvářejí mechanicky odstraňovanou pěnu mechanická tvorba bublinek jemnobublinnou aerací, injektory, difuzéry, tryskami tlaková ovlivňování rozpustnosti plynů ve vodě změnami tlaku elektroflotace tvorba bublinek elektrolýzou čištěné vody vakuová tvorba bublinek snížením tlaku chemická tvorba bublinek chemickou reakcí s vhodným činidlem biologická tvorba bublinek uvolňováním dusíku při denitrifikaci Více viz přednáška kurzu Úprava vody Jednostupňová a dvoustupňová separace Separace flotací Flotační jednotka Použití: odstraňování částic s hustotou blížící se hustotě vody papírenský, textilní, potravinářský průmysl a průmysl zpracování ropy oddělování vločkovitých kalů při čištění zaolejovaných vod zahušťování přebytečného vodního kalu

9 Separace nerozpuštěných látek Magnetická separace zachycení feromagnetických a paramagnetických částic magnetickými separátory Použití: čištění odpadních a technologických vod v hutním průmyslu odstraňování korozních produktů z chladících okruhů, zakoncentrování některých radioaktivních odpadů v energetice včetně jaderných elektráren odtok matrice ventily prací voda elektromagnety přítok

10 Neutralizace chemická reakce mezi kyselou a zásaditou vodou za účelem úpravy ph na povolené hodnoty pro vypouštění do toku nebo městské kanalizace (hlavně v průmyslových závodech) a) vypouštěním odpadních vod do toku využití tlumivé kapacity vody v toku malé množství odpadních vod s mírně změněnou hodnotou ph b) mícháním kyselých a zásaditých odpadních vod Neutralizační stanice neutralizace kyselých a alkalických odpadních vod vznikajících v jednom podniku (ve vyrovnávací nádrži) c) přídavkem dalších chemikálií nejpoužívanější provádí se v neutralizačních stanicích (vsádkový nebo průtočný režim): průtokem přes vrstvu vhodného zrnitého materiálu CaCO 3, MgCO 3, CaCO 3.MgCO 3 dávkováním neutralizačního činidla CaO, Ca(OH) 2 (vápenné mléko), vápenec, dolomit, NaOH, KOH, Na 2 CO 3, H2SO4, HCl, CO 2

11 Srážení přidáním vhodného činidla vysrážení části rozpuštěných iontů ve formě sraženiny (oddělena v sedimentační nádrži) a) srážení kationtů odstraňování kovů Ni, Co, Zn, Cr, Cd, Cu (zvýšením ph vzniknou málo rozpustné hydroxidy), Hg (srážení sulfidem sodným) b) srážení aniontů odstraňování fosforečnanů přídavkem Ca(OH) 2 vzniká hydroxylapatit, přídavkem hlinité nebo železité soli vznikají málo rozpustné fosforečnany (častější, nejúčinnější způsob eliminace P) odstraňování fluoridů a fluorokřemičitanů přídavkem Ca(OH) 2 vzniká CaF 2 odstraňování síranů přídavkem Ca(OH) 2 Nádrž s vápenným mlékem odstraňování kyanidů - přídavkem FeSO 4

12 Iontová výměna zachycování rozpuštěných látek v ionizovaném stavu měniči iontů (ionexy) princip iontové výměny a typy ionexů viz přednáška kurzu Hydrochemie Adsorpce při úpravě vody Zařízení: kolona s nepohyblivou vrstvou zrnitého materiálu (tlaková nádoba s propustným dnem), možné zapojení do série kolona s ložem ve vznosu (pro více znečištěné vody) Použití: odstraňování těžkých kovů z odpadních vod z povrchové úpravy kovů, hutnictví, metalurgie odstraňování rtuti z odpadních vod z amalgámové elektrolýzy dekontaminace některých roztoků v jaderné energetice zachycování a recyklace drahých kovů v odpadních vodách ve zlatnických provozovnách a v elektrotechnickém průmyslu Jednotka iontové výměny

13 Adsorpce odstraňování látek z roztoku jejich vazbou na povrch tuhé látky princip adsorpce, ovlivňující faktory a typy adsorbentů viz přednáška kurzu Hydrochemie Adsorpce při úpravě vody Zařízení: kolona s náplní sorbentu (adsorpční filtry), možné zapojení do série kontinuální adsorbér s fluidní vrstvou 1. Horní servisní otvor 2. Vtok do filtru 3. Vrstva antracitu 4. Vrstva jemného písku 5. Vrstva hrubého písku 6. Výtok z filtru 7. Vrstva podložního štěrku 8. Filtrační trysky 9. Boční servisní otvory

14 Extrakce oddělování nežádoucích látek z odpadní vody přidáním vhodného rozpouštědla Podmínky: separovaná složka je podstatně lépe rozpustná v přidaném rozpouštědle než v odpadní vodě přidávané rozpouštědlo je minimálně rozpustné v odpadní vodě separovaná látka nesmí bát v disociované formě Zařízení: mechanicky míchaná nádoba ve vsádkovém uspořádání průtokový mísič se zařazenou usazovací nádrží Použití: čištění fenolových odpadních vod plynárny, tepelné zpracování uhlí, výroba fenoplastů vyplatí se fenol lze dále použít jako surovinu v chemickém průmyslu

15 Desorpce stripování odstraňování těkavých látek (H 2 S, CS 2, SO 2, NH 3, CO 2, organická rozpouštědla, chlorované uhlovodíky) z vody vodní parou nebo jinými plyny většinou kombinace s absorpcí (pohlcení v kapalině), adsorpcí nebo kondenzací Podmínka: separovaná látka nesmí být v disociované formě Zařízení: diskontinuální stripovací nádrže kontinuální desorpční kolony (výplňové, rozprašovací, patrové, probublávané) Stripovací kolona na lokalitě Slatina - letiště

16 Membránové separační procesy eliminace jinak neodstranitelných látek Zařízení: membránové moduly (deskový, trubkový, spirálový, modul s dutými vlákny, kapilární) výhody: kontinuální provoz schopnost zpracovávat koncentrované roztoky nízké provozní náklady Proces Hnací síla Princip separace elektrodialýza dialýza mikro-, ultra-, nanofiltrace gradient elektrického potenciálu koncentrační gradient tlakový gradient podle elektrického náboje podle elektrického náboje nebo velikosti částic podle velikosti částic Částice pohybující se přes membránu ionty reverzní osmóza tlakový gradient podle velikosti částic voda Více viz přednáška kurzu Úprava vody Membránové procesy nevýhody: větší technická náročnost vyšší pořizovací náklady omezená životnost membrán ionty nebo malé molekuly malé molekuly, ionty, voda

17 Chemická oxidace a redukce Přeměna nežádoucích látek chemickou oxidací nebo redukcí na méně nebezpečné formy nebo jejich přímá likvidace oxidace: sloučeninami Cl (možný vznik chlorovaných derivátů!!!) O 3 (energeticky náročná výroba, toxický, čištění OV z textilního a chemického průmyslu, hygienické zabezpečení odtoku) KMnO 4 (odstraňování S 2-, CN - ) H 2 O 2 (potlačení tvorby H 2 S ve stokových sítích, oxidace kyanidů) O 2 (katalyzovaná oxidace, oxidace za zvýšeného tlaku) radikály (generování hydroxylových radikálů, univerzální, čištění OV z textilního, farmaceutického, chemického průmyslu) redukce: méně časté použití OV zřídka obsahují znečišťující látky ve vysokém oxidačním stupni Použití: při zvyšování biologické rozložitelnosti nitrosloučenin při transformaci toxických sloučenin Cr VI (galvanizovny)

18 Rozklad stabilizovaných emulzí odpadní vody ze strojírenského, hutního, petrochemického průmyslu nebo z povrchové úpravy kovů mohou mít charakter emulze Rozbíjení emulzí: Pro výběr technologie čištění OV obsahujících emulze je rozhodující: složení OV, zejména druh ropných látek a jejich koncentrace, typ emulze, vlastnosti emulgátoru, citlivost na ph, teplotu, kationty Ca 2+, obsah solí objem OV požadavky na kvalitu výsledné vyčištěné vody Procesy rozkladu emulzí ropných látek ve vodě lze roztřídit podle jejich charakteru: chemické procesy (přídavek kyselin, solí, deemulgátorů, koagulačních a flokulačních činidel, oxidačních látek) fyzikální procesy (adsorpce, elektroforéza) termické procesy (ohřátí, odpaření, spalování) mechanické postupy bez předběžné úpravy emulze (filtrace, ultrafiltrace, nanofiltrace, odstřeďování) biologické procesy pomocí směsných nebo speciálních mikrobiálních kultur