Или окисляя до соединений, которые по токсикологическим показателям менее опасны, чем исходные

0 или окисляя до соединений, которые по токсикологическим показателям менее опасны, чем исходные.

Основой процесса радиационной очистки сточных вод может быть также соосаждение органических веществ с осадком, образующим­ся при радиационной полимеризации в водных растворах. Эти вещества могут присутствовать в стоке или специально туда вводиться. Про­цесс радиационной полимеризации происходит по цепному механизму. Поэтому для его реали­зации необходимы небольшие дозы излучения и малое время пребывания в реакторе.

У-облучение кобальтом –60 в проточной системе при мощности дозы 0,48 Вт/кг водных растворов, содержащих 10 мг/л фенолов в течении 20 мин полностью разлагает его до воды и углекислого газа), орость разложения составляет 0,25 мг/(л мин).

Барботирование воздуха через слой воды, обрабатываемой излучением, резко интенсифи­цирует процесс очистки, и органические соеди­нения полностью разлагаются при меньшей дозе облучения, чем без барботирования возду­ха. Повышение температуры до 80 ⁰С увеличивает в 2 раза выход продуктов разложения фенола [40].

При очистке облучением у-лучами необхо­димо предусмотреть повышенные меры кон­троля за техникой безопасности при работе с радиоактивными изотопами и организовать специальную подготовку обслуживающего персонала.

Биологическая очистка.

Сущность биологической очистки заключа­ется в биохимическом окислении органики и аммонийного азота в присутствии бактерий-минерализаторов. Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а следовательно, и эффективной очистки сточной воды в водной среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания - углерода, содержание которого обычно характеризуется величиной биологически потребляемого кисло­рода (БПК), азота и фосфора; их соотношение должно удовлетворять следующему требова­нию: БПК: азот: фосфор, равного 100:5:1. При этом степень их удаления из сточных вод в оптимальных условиях (t=25-30°С, рН=6.5-7.5, указанное соотношение биогенных элементов, отсутствие ядовитых для микроорганизмов веществ) со­ставляет 85-90% [2].

 

БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Эффект воздействия мочевины на селективное ускоре­ние биоразложения фенола при биохимической очистке многокомпонентной смеси сточных вод подробно изучено Шарифуллиным В.Н. [41]. Мочевина играет роль не только биоген­ной азотосодержащей добавки, но также вещества, образующего с фенолом легко окисляемое со­единение включения.

Известные способы интенсификации биоочистки сточных вод [45] предусматривают:

• применение технического кислорода вместо воздуха;

• использование специфической микрофлоры;

• создание рациональных технологических схем;

• оптимизацию температурного режима про­цесса.

Каждый из этих способов имеет свои досто­инства и недостатки. Остановимся на некоторых недостатках. Применение технического кисло­рода требует дополнительных затрат, кроме то­го, необходимо тщательное смешение газа с жидкостью. Использование специфической мик­рофлоры применяется крайне редко вследствие сложностей с поддержанием заданного состава активного ила. Рационализация технологических схем предпочтительна для проектируемых со­оружений, поскольку реконструкция сущест­вующих установок требует серьезных капиталь­ных затрат. Управление температурой в про­мышленном аппарате приводит к значительному удорожанию очистки. Кроме того, перечислен­ные способы интенсификации направлены на ускорение биоокисления всех компонентов сточных вод. Однако промышленные сточные воды содержат широкий спектр загрязнителей - от легко окисляемых до трудно окисляемых ком­понентов, а скорость процесса очистки опреде­ляется только скоростью биоокисления послед­них. Поэтому возникает вопрос - нельзя ли пу­тем определенных воздействий ускорить био­окисление только трудно окисляемых веществ, что могло бы значительно удешевить интенси­фикацию биоочистки. Один из путей решения такой задачи может основываться на явлении образования между «сложным» и «простым» особого вида соединений - соединений включе­ния, в результате чего ослабляются внутримоле­кулярные связи «сложного» вещества и оно при­обретает свойства «простого» вещества [46].

Для ускорения биоокисления фенола подобрано легко окисляемое вещество, способное образовывать соединения включения. В работе [46] рассмотре­но образование соединений включения некото­рых углеводородов с мочевиной. В рабо­те [41]было исследовано влияние мочевины на уско­рение биоокисления фенола.

Исследования по ускорению биоокисления фенола в сточной воде

Таблица 3. Параметры сточной воды (в присутствии мочевины)

Показатели стока	До очистки	После очистки
		Контроль	Опыт
РН	9.2	9.0	9.0
ХПК, мг 02/л	720	110	90
Гликоля, мг/л	150	0.96	0.86
СПАВ, мг/л	7.4	1.1	1.8
Фенол, мг/л	24.8	0.08	0.012
NН4+, мг/л	13.6	1.1	0.9
Фосфор, мг/л	0.02	0.8	0.7
NO2, мг/л	0.02	0.5	0.5

Таблица 4. параметры сточной воды (в присутствии смеси сульфата аммония и мочевины)

	До очи­	после	Очистки
Показатели стока
	Стки	Контроль	Опыт
РН	9.8	9.2	9.3
ХПК, мг 0-г/л	620	110	90
Гликоли, мг/л	155	1.1	0.95
СПАВ, мг/л	8.2	1.1	1.3
Фенол, мг/л	23.3	0.1	0.01
NH4+, мг/л	9.0	0.9	0.85
Фосфор, мг/л	1.4	0.6	0.85
NO2-, мг/л	0.006	0.005	0.005

Введение мочевины в среду в качестве добавки приводит к снижению концентраций фенола в стоках примерно в 10 раз. Вопрос о механизме этого эффекта сложен, и пока можно сделать первые предположения

1. Мочевина оказывает селективное ускоряю­щее воздействие на биоочистку, то есть уве­личивается скорость биоразложения только фенола, в то время как на другие компоненты сточной воды заметное влияние не замечено.

2. Ускоряющий эффект мочевины проявляется как при сохранении нормального количества вносимого с мочевиной азота, так и при его избытке.

Можно пред­положить, что мочевина выполняет в системе биохимической очистки сточных вод две функ­ции:

• как биогенная азотосодержащая добавка,

• как стимулятор биоокисления некоторых компонентов. Способом ускорения биоокис­ления является образование легко окисляемого соединения включения.

Таким образом, селективное ускорение биоразложения фенола в присутствии мочевины, может использоваться как эффективный способ интенсификации биоочи­стки сточных вод.

 

Электрохимическая очистка

При электрохимической очистке сточных вод происходят процессы электрохимического восстановления и окисления органических примесей соответственно на катоде и аноде. Катодные процессы обусловлены присоединением водорода или замещением электроотрицательных функциональных групп на водород. Анодные процессы могут происходить под действием атомарного кислорода в результате взаимодействия фенола с перекисью водорода, образующегося при димеризации свободных гидроксильных радикалов, а также вследствие непосредственной отдачи электрона аноду молекулой органического вещества.

Электрохимическое окисление фенола сопровождается образованием малеиновой кислоты и диоксида углерода [14, с.17]

С₆ Н₅ ОН + 7 НОН à НООСНС=СНСООН +2СО₂ +8Н₂

Окисление фенола при концентрации более 1 г/л на анодах из графита и магнетита при плотности тока 100…200 А/м² требует значительных расходов электроэнергии (0,3 … 0,5 кВт ч на 1 г фенола). При добавлении в сточную воду 2-3 г хлористого натрия на 1 г фенола расход электроэнергии снижается до 0,03…0,05 кВт ч. температура 65…75 ⁰С.

Предложен способ позволяющий повысить эффективность и надежность процесса и уменьшить вероятность образования хлорорганических соединений, снизить расход электроэнергии и активированного угля на очищение геотермальной воды по сравнению с прямым электролизом и адсорбцией, создать практически безотходный цикл очистки фенол содержащей воды [47].

Органические соединения при хлорировании переходят в более опасные соединения [10]. Метод характеризуется невысокой глубиной окисления соединений с числом углеродных атомов более пяти, опасен для обслуживающе­го персонала ввиду высокой токсичности моле­кулярного хлора, оборудование должно изготавливаться только из высоколегированных сталей. Однако метод довольно деше­вый, и поэтому хлорирование используется только в слаборазвитых странах. В нашей стране от данного метода постепенно отказы­ваются.

Таким образом, сопоставительный анализ показал, что первые два метода глубокой очи­стки воды - паро-фазный и жидкофазный - пригодны только для очистки малых количеств воды (не более нескольких кубических метров в сутки).

Перспективными представляются методы озонирования с УФ-инициированием и радиа­ционная обработка. Общим недостатком этих методов является зависимость эффективности очистки от молекулярного состава загрязнений и скорости потока через реактор. Совместное их использование позволит резко повысить эффективность очистки, сократить количество озона и доз у-излучения, производить обработ­ку больших количеств воды и автоматизиро­вать процесс очистки.

РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ МЕТОДЫ

Применение регенерационных методов для очистки сточных вод от фенолов применимо в основном в производствах связанных с использованием большого их количества, главным образом для возврата в процесс, для уменьшения потерь сырья, регентов, продукции. К таким методам относится экстракция, ректификация, обратный осмос и ультрафильтрация. Рассмотрение данных методов для условий установки ЭЛОУ-АВТ-4 будет поверхностным.

Экстракционная очистка

Температура оказывает существенное влияние на эффективность процесса экстракции вследствие изменения растворимости веществ и взаимной растворимости органической и водной фаз. Наличие в сточной воде нейтральных солей хлористого калия и натрия может оказывать высаливающее действие, т.е. понижать растворимость извлекаемого компонента и повышать эффективность экстракции. Введение в сточную воду веществ, повышающих растворимость в воде извлекаемого компонента (гидротропных веществ), таких, как мочевина, глицерин, ацетон, приводит к снижению эффективности процесса экстракции. На коэффициент распределения оказывает влияние рН сточной воды. Часто экстракция смесью двух растворителей оказывается более эффективной, чем раздельное применение компонентов смеси. (синергетический эффект). В качестве растворителей используются следующие вещества: бензол, простые и сложные эфиры, антраценовое масло, поглотительное масло, сырой бензол, побочные продукты производства бутилового спирта, бутилацетат. [21]

Рассмотрено влияние магнитной обработки фенольной воды на процесс дефеноляции способом экстракции в работе [19].

Магнитное поле оказывает определенное воздействие на водные системы, теоретическая сущность которого не совсем ясна. Изменения под действием омагничивания происходят именно в структуре воды, например – появление развитой системы водородных связей, воздействие на орта – пара модификации водной молекулы, ориентацией спинов протонов в отдельных молекулах. Эти изменения связаны с наличием в воде различных примесей. Суммарный результат воздействия магнитного поля принято называть эффектом намагничивания или магнитным эффектом.

Экстракция фенолов из омагниченной воды происходит более полно, чем из неомагниченной. Для достижения определенного эффекта очистки от фенолов в случае омагниченной воды пот­ребуется меньше растворителя, чем в случае очистки неомагниченной воды, в результате омагничивания уменьшается также остаточное содержание растворителя в очищенной воде. Следовательно снижается и энергорасходы на регенерацию растворителя как из омагниченной воды, так и из экстракта.

Много осложнений при проведения промышленного процесса экстракции фенолов вызывает образование эмульсии в системе растворитель - вода в экстракционных аппаратах. Хотя сущность и причины этого явления не выяснены, наблюдения за экстрагированием омагниченных вод, что в этих условиях образования эмульсии не наблюдалось. Резко снизилась ско­рость образования отложений, как в колонне, так и в кипятильнике тракта регенерации растворителя из фенольного экстракта.

 

Очистка перегонкой и ректификацией

Существуют следующие способы: простая перегонка, перегонка в присутствии водяного пара или инертного носителя, азеотропную перегонка, ректификация, вакуум-выпарка.

 Вакуум-выпарка

Методом, получившим широкое промышлен­ное освоение, является выпарка, в ходе которой мож­но получить концентрат и сконденсировать чистую воду из паровой фазы. Выпаривание широко при­меняется для концентрирования фенола при содержании последнего в растворе не менее 5-6% . Кроме того, этот метод связан с большим расходом энергии, что делает его экономически нецелесообразным, осо­бенно при очистке низко концентрированных сточных вод.

Ионообменная очистка

При ионообменной обработке сточных вод, содержащих фенолы, наряду с ионным обменом протекают процессы хемосорбции и физической адсорбции органических веществ ионитами [21,5]. Диффузионные затруднения при обмене крупных органических ионов обусловливают целесообразность применения «мало сшитых» ионообменных смол. Значительное увеличение в объеме при набухании «малосшитых» смол дает возможность диффундировать в них крупным органическим ионам.

При ионообменном поглощении органических ионов скорость достижения равновесия обычно значительно меньше, чем при обмене неорганических ионов. Следует учитывать, что процесс поглощения больших органических ионов имеет внутри диффузионный характер, поэтому скорость фильтрования сточной воды через слой ионита должна быть, как правило, невелика. Эффективность ионообменной очистки сточных вод от фенолов в большой степени зависит от минерального состава сточных вод. Наличие в воде минеральных солей отражается на равновесии ионообменного процесса [21].

Присутствие многовалентных катионов при поглощении органических оснований приводит к вытеснению органических веществ в раствор и резкому снижению емкости ионитов.

Для удаления фенола из сточных вод предложены различные иониты: сульфокатионы и сильноосновные аниониты; аниониты Permutit ES, Amberlite 410 , а также катионит CS-1 ; сильноосновной анионит Dowe-X-1 (327 кг/м ³ ), бифункциональный анионит LF (230 кг/м ³ ), слабоосновной анионит Wofatit M (47,8 кг/м ³ ), сульфоуголь Escasbo (58,9 кг/м ³ ) [21]. Степень очистки сточных вод от фенола обычно составляет 95 %. Предложено регенерировать иониты 0,5 Н раствором серной кислоты или 5-10 % раствором едкого кали.

Применение отечественных ионитов позволяет извлекать из сточных вод более 90-95 % фенолов. Аниониты АВ-17 и ЭДЭ-10П в ОН-форме сорбируют фенол из водных растворов в результате ионного обмена и молекулярной сорбции [11]. Применение сильноосновного анионита АВ-16 позволяет снижать концентрацию фенолов в воде от 450 до 22 мг/л [21]. Емкость анионита при этом достигает 70 % (масс.). Введение в раствор минеральных солей (NaCL и Na₂SO₄ ) уменьшает емкость анионитов. Следует отметить, что емкость анионита АВ-17 по фенолу постоянна при изменении рН в пределах 6-12, а анионит ЭДЭ-10П имеет максимальную емкость при рН=8,5 [5]. Поглощение фенола смолой КУ-21 пропорционально концентрации фенола в воде и значительно увеличивается при уменьшении крупности частиц смолы, что служит дополнительным подтверждением физического характера адсорбции фенола из воды катионитами. Положительные результаты получены при извлечении фенолов из сточных вод газосборников коксохимического производства с помощью сульфоугля [21].

Значительную поглотительную способность имеют аниониты – сополимеры, в частности продукты полимеризации и сополимеризации производных винилпиридина [5], способные к комплексообразованию с фенолами.

 

ЭЛЕКТРОСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА

Успех применения электросорбционной тех­нологии во многом зависит от эксплутационных характеристик используемых сорбентов, к кото­рым предъявляются следующие требования: стойкость к окислению, химическая, механиче­ская, гидролитическая устойчивость, достаточ­ная сорбционная ёмкость, отсутствие загряз­няющих органических и неорганических приме­сей.

Традиционно в качестве адсорбентов ис­пользуют активированные угли.

При погружении пары пористых электродов (один является катодом, второй - анодом) в сточную воду происходят следующие процессы.

Неорганические катионы и анионы притяги­ваются к поверхности пористого электрода и адсорбируются под влиянием электрического поля. В некоторых случаях (например, при ад­сорбции ионов тяжелых металлов) катионы раз­ряжаются на поверхности катода (катодное вос­становление до чистых металлов) и таким обра­зом выводятся из сточной воды.

В стадии регенерации, при смене полярности электродов, адсорбированные анионы и катионы поступают в воду, сбрасываемую в дренаж.

Органические вещества разрушаются в ме­жэлектродном пространстве по трём механиз­мам: