Аналітичний огляд існуючих методів очищення стічних вод, Фізико-хімічна
Охорона водних ресурсів від забруднення та виснаження – актуальне загальнонародне завдання, у вирішення якого істотний внесок має зробити коксохімічна промисловість.
На коксохімічних підприємствах України за проектних обсягів виробництва утворюється близько 15 млн. м 3 на рік виробничих (так званих "фенольних") стічних вод. До 40% загальної кількості фенольних вод – це неминуче наслідки специфіки коксохімічного виробництва, пов'язаної з термічною деструкцією кам'яного вугілля при отриманні коксу. В результаті вода, що виділяється (фізична і пірогенетична волога вугілля) забруднюється практично всіма хімічними продуктами коксування: розчинними і нерозчинними ароматичними вуглеводнями (похідними бензолу, нафталіну, антрацену); одно- та багатоатомними фенолами, аміаком та солями амонію; ціанід-, роданід- і сульфід-іонами та ін.
Стічні води коксохімічного виробництва - одні з найнебезпечніших (як джерело забруднення водойм) і важких з погляду їх очищення серед промислових стічних вод. Тому проблема очищення стічних вод коксохімічного виробництва вирішується комплексом фізико-хімічних, механічних та біохімічних способів, що використовуються для очищення локальних стоків та загального фенольного стоку на біохімічних установках. Вибір способів та ефективність очищення багато в чому визначаються тим, як використовуються очищені стічні води. На більшості коксохімічних підприємств, що діють, очищені стічні води використовуються для гасіння коксу. Обсяги утворення стічних вод (0,4 - 0,5 м3 на 1 т коксу) можна порівняти з безповоротними втратами води при гасінні коксу. Тому на підприємствах з мокрим гасінням коксу в принципі реалізується безстічність виробництва. Стічні води перед гасінням коксу повинні бути очищені відлеткі шкідливі речовини і не містити ті сполуки, які при контакті з розпеченим коксом можуть розкладатися з виділенням шкідливих летких компонентів. Посилення вимог захисту повітряного басейну від забруднень відповідно підвищують і вимоги до якості очищення стічних вод, оскільки процес мокрого гасіння коксу робить певний внесок у забруднення атмосфери при використанні для гасіння коксу навіть технічної води. На низці підприємств, де здійснюється сухе гасіння коксу, очищені фенольні води передаються для біологічного доочищення до системи очисних споруд господарсько-побутової каналізації.
очищення біохімічний стічна вода
Фізико-хімічна характеристика стічних вод
Велика різноманітність домішок стічних вод визначає необхідність застосування різних методів виділення або знешкодження домішок. Частина методів входить як складова частина в основну технологію уловлювання та переробки хімічних продуктів коксування та призначена для виділення у вигляді товарних продуктів ряду речовин з технологічних вод та покращення якості окремих складових загального стоку до подачі в систему фенольної каналізації.
Проблема очищення технологічних та стічних вод від смолистих речовин, масел є загальною для багатьох галузей промисловості. Методи очищення відомі і принципово однакові для стічних вод всіх виробництв: відстоювання, флотація, сорбція, фільтрація, екстракція, фугування та ін.
Очищення від смолистих речовин, що мають питому вагу більше одиниці, здійснюється, в основному, методом відстою, рідше - методом адсорбції накварцовий пісок або кокс. Олії в стічних водах коксохімічного виробництва в основному представлені компонентами поглинального масла (конденсованими двоядерними ароматичними вуглеводнями з температурою кипіння від 200 до 300°С) та антраценової олії (поліциклічними, в основному трикільчастими, конденсованими вуглеводнями з температурою кипіння).
Олії у стічних водах коксохімічного виробництва за своїм складом специфічні порівняно зі стічними водами інших галузей промисловості. У практиці оцінки роботи очисних споруд коксохімічних підприємств контролюючими органами цієї обставини, зазвичай, не враховується. Велика література, присвячена проблемі очищення стічних вод від масел, в основному відображає умови виділення масел нафтового походження, в яких присутні переважно парафінові (алкани) і циклопарафінові (нафтени) вуглеводні. З оліями коксохімічного виробництва вони мають лише загальний ознака, що дозволяє під терміном " олії " ( " нафтопродукти " ) поєднувати велику групу органічних речовин, - це висока гидрофобность, що обумовлює низьку розчинність (чи нерозчинність) у питній воді.
Дослідження, виконані у ВУХІНІ та Уральському політехнічному інституті ім.С.М. Кірова (Е.К. Дербишева і Л.А. Небольсиної), показали, що емульсії у воді олій кам'яновугільного та нафтового походження, отримані в однакових умовах, істотно відрізняються: кам'яновугільні олії утворюють емульсії з дисперсністю частинок олій на порядок вище; стійкість цих емульсій значно вища. Це залежить насамперед від складу вуглеводнів. У нафтах і нафтопродуктах частка ароматичних вуглеводнів мала, в них переважають аліфатичні та аліциклічні вуглеводні, що відрізняються.насиченістю структури. Відомо, що парафінові (насичені) вуглеводні практично не взаємодіють з водою через свій насичений одинарний зв'язок у атома вуглецю. У ряді вуглеводнів парафінові - нафтенові - ароматичні відбувається помітне збільшення ступеня взаємодії з молекулами води і, отже, розчинності та емульгування вуглеводнів. Стабільність емульсій залежить також від складу дисперсійного середовища (тобто розчинних домішок стічних вод). Характерні домішки стічних вод коксохімічного виробництва - фенол та піридин (полярні речовини, з якими здатні взаємодіяти олії - ароматичні вуглеводні) у кількості, відповідно, понад 500 і 100 мг/л є стабілізаторами емульсій кам'яновугільних олій. І, нарешті, технологічні умови ведення процесів уловлювання та переробки хімічних продуктів коксування (високі температури, контакт з водяною парою при інтенсивних тепло- та масообміні) сприяють емульгуванню олій у стічних водах. Зміни фазово-дисперсного стану домішок можуть відбуватися при змішуванні окремих стоків.
Таблиця 2. Класифікація за ступенем дисперсності
Розмір частинок, см
Грубодисперсні системи більш
Системи проміжного ступеня дисперсності
Високодисперсні системи (колоїди)
Мікроскопічні дослідження стічних вод коксохімічних підприємств показали, що в них знаходяться частинки різного ступеня дисперсності - полідисперсна система. Частинки мають кулясту форму, розмір їх зазвичай не перевищує 40-50 мкм. По агрегатному стану диспергованих домішок стічні води відносяться до емульсій та частково суспензій.
Високодисперсні частинки (розміром менше 1 мкм), на відміну від інших, проходять через звичайні фільтри тазатримуються мембранними фільтрами. Саме високодисперсні частинки олії становлять найбільші труднощі при очищенні стічних вод. Зміст їх залежить переважно від складу, і навіть умов утворення стічних вод. Для орієнтовної оцінки вмісту високодисперсних частинок (У) за поточними аналізами загального фенольного стоку можна скористатися рівнянням регресії (з рівнем значущості 95%):
У = 14.49444 + 0.180343Х1 - 0.017566Х2 + 0.008963Х3 (1)
Х3 - хімічна потреба в кисні (ГПК) стічної води за вирахуванням ГПК ідентифікованих сполук (б основному фенолів і роданідів), яка характеризує наявність у воді органічних домішок.
Зміст високодисперсних частинок масел у загальних фенольних стоках різних підприємств істотно відрізняється - від 10 до 70 мг/л (найчастіше понад 40-50 мг/л). Присутність солей амонію сприяє зниженню, а великої кількості органічних домішок (наприклад, у стоках складу олій смолоперегінного цеху та у стоку пекококсового цеху) – збільшенню вмісту високодисперсних частинок.
Агрегативна стійкість частинок олії (і, відповідно, стабільність емульсій) залежить від усіх основних домішок стічних вод та складу олій. Встановлено пряму залежність від вмісту фенолів у дисперсійному середовищі та зворотну – від вмісту солей амонію. По-різному впливає pH середовища: при збільшенні pH підвищується агрегативна стійкість емульсії поглинального масла і спостерігається область мінімальної стійкості емульсії антраценової олії при pH приблизно 8,5.