В даний час розроблені і використовуються різні ефективні методи очищення стічних вод і шкідливих газових викидів. Нижче наводяться характеристики найбільш відомих способів очищення.
Відстоювання грунтується на вільному осіданні (Спливання) домішок з щільністю більшою (меншою) щільності води. Процес реалізують в песколовках, відстійниках і жироуловлювачах. Песколовки використовують для очищення точних вод від частинок металу, піску та інших домішок розміром більше 0,25 мм. Відстійники використовують для очищення стічних вод від механічних частинок розміром до 0,1 мм і нафтопродуктів. Особливим типом відстійників є освітлювачі. Необхідна ступінь очищення визначається санітарними або технологічними вимогами. Тривалість перебування в відстійниках зазвичай становить 1,5-2 годину. Розрахунок відстійників проводиться по заданому витраті стічних вод і часу відстоювання. При цьому визначається довжина, ширина і обсяг відстійника.
Смолоотстойнікі. Смоли міститися в стічних водах підприємств нафтопереробного і нафтохімічного комплексу. Вони поділяються на грубо і тонкодіспергірованние. Перші виділяються шляхом простого відстоювання, другі при відстоюванні з коагулированием або фільтруванням. Застосовують два види фільтрів: зернисті (насадки пористих матеріалів) і мікрофільтри. Наприклад, для видалення масел з стічних вод НПЗ в якості фільтруючого насадки використовується пінополіуретан. який забезпечує ефективність очищення 97-99% при швидкості фільтрування до 0,01 м / с. Насадка легко регенерується отжатием маслопродуктов.
Екстракція стічних вод заснована на принципі перерозподілу домішок стічних вод в суміші двох взаємно нерозчинних рідин (стічної води і екстрагенту). Один з найбільш поширених і перспективних методів вилучення фенолу зі стічних вод.
Флотація стічних вод призначена для інтенсифікації процесу спливання домішок при оточення їх бульбашками повітря, що подається в стічну воду. Залежно від способу утворення бульбашок повітря розрізняють наступні види флотації: напірна, пневматична, хімічна, вібраційна, біологічна, електрофлотація. Обсяг і площа перетину флотаційного камери розраховують виходячи з витрат газу і стічної води.
Нейтралізація стічних вод (абгазов) використовується для виділення кислот, лугів, солей металів на їх основі. Нейтралізацію кислот і їх солей здійснюють їдким натрієм, їдким калієм, вапняком (вапняне молоко), мармуром, крейдою, магнезитом, содою, гідроксидом кальцію (гашене вапно). Нейтралізація лугів здійснюється кислотами. На практиці використовують три способи нейтралізації:
· Фільтраційний (фільтрація через насадки кускових або зернистих матеріалів з відповідним показником рН);
· Водореагентний (додавання в стічну воду реагенту у вигляді розчину);
· Напівсухий (додавання в стічну воду реагенту в сухому вигляді)
Сорбція застосовується для очищення стічних вод від розчинних домішок. Сорбенти - будь-які дрібнодисперсні матеріали: зола, торф, тирса, глина, активоване вугілля.
Ионообменная очищення застосовується для знесолення та очистки стічних вод від іонів металів та інших домішок. Іонообмінну очищення реалізують послідовним фільтруванням очищаемого речовини через катіоніти (у водневій формі) і аніоніти (в гідроксильної формі).
Біологічне очищення застосовується для виділення і очищення стічних вод від розчинених органічних сполук і заснована на здатності мікроорганізмів використовувати для харчування органічні речовини.
Мокра очистка газів від аерозолів заснована на промиванні газу рідиною (звичайною водою) при можливо більш розвиненою поверхні контакту рідини з частинками аерозолю і можливо більш інтенсивному перемішуванні газу, що очищається з рідиною. Цей універсальний метод очищення газів від частинок пилу, диму і туману будь-яких розмірів є найбільш поширеним прийомом заключній стадії механічного очищення, особливо для газів, що підлягають охолодженню. В апаратах мокрого очищення застосовують різні прийоми розвитку поверхні зіткнення рідини і газу.
Вежі з насадкою (насадок скрубери) відрізняються простотою конструкції і експлуатації, стійкістю в роботі, малим гідравлічним опором (DР = 300¸800 Па) і порівняно малою витратою енергії. У насадочного скруббере можлива очищення газів з початковою запиленістю до 5-6 г / м 3. Ефективність одному щаблі очищення для пилу з d> 5 мкм не перевищує 70-80%. Насадка швидко забивається пилом, особливо при високій початковій запиленості.
Зрошувані циклони (відцентрові скрубери) застосовують для очищення великих обсягів газу. Вони мають порівняно невелике гідравлічний опір - 400-850 Па. Для частинок розміром 2-5 мкм ступінь очищення становить
50%. Відцентрові скрубери високопродуктивні завдяки великій швидкості газу; у вхідному патрубку wг = 18¸20 м / с, а в перетині скрубера wг = 4¸5 м / с.
Пінні апарати застосовують для очищення газу від аерозолів полідисперсного складу. Інтенсивний пінний режим створюється на полицях апарату при лінійної швидкості газу в його повному перерізі 1-4 м / с. Пінні газоочисники мають високу продуктивність по газу і порівняно невеликим гідравлічним опором (DР однієї полиці близько 600 Па). Для частинок з діаметром d> 5 мкм ефективність їх уловлювання на одній полиці апарату 90-99%; при d <5 мкм h = 75¸90%. Для повышения h устанавливают двух- и трехполочные аппараты.
Скрубери Вентурі - високоінтенсивні газоочисні апарати, але працюють з великою витратою енергії. Швидкість газу в звуженні труби (горловині скруббера) становить 100-200 м / с, а в деяких установках - до 1200 м / с. При такій швидкості очищається газ розбиває на дрібні краплі завісу рідини, що впорскується по периметру труби. Це призводить до інтенсивного зіткнення частинок аерозолю з краплями і уловлювання частинок під дією сил інерції. Скрубер Вентурі - універсальний малогабаритний апарат, що забезпечує вловлювання туману на 99-100%, частинок пилу з d = 0,01¸0,35 мкм - на 50-85% і частинок пилу з d = 0,5-2 мкм - на 97%. Для аерозолів з d = 0,3-10 мкм ефективність уловлювання визначається в основному силами інерції.
Електростатична очищення газів служить універсальним засобом, придатним для будь-яких аерозолів, включаючи тумани кислот, і при будь-яких розмірах частинок. Метод заснований на іонізації і зарядці частинок аерозолю при проходженні газу через електричне поле високої напруги, що створюється коронуючими електродами. Осадження частинок відбувається на заземлених осаджувальних електродах. Промислові електрофільтри складаються з ряду заземлених пластин або труб, через які пропускається очищається газ. Між осадітельного електродами підвішені дротові коронирующим електроди, до яких підводиться напруга 25-100 кВ.
Очищення газів від пароподібні і газоподібних домішок. Гази в промисловості звичайно забруднені шкідливими домішками, тому очищення широко застосовується на заводах і підприємствах для технологічних та санітарних (екологічних) цілей. Промислові способи очищення газових викидів від газо- і пароподібні токсичних домішок можна розділити на три основні групи:
1) абсорбція рідинами;
2) адсорбція твердими поглиначами;
3) каталітична очистка.
У менших масштабах застосовуються термічні методи спалювання (або дожигания) горючих забруднень, спосіб хімічної взаємодії домішок з сухими поглиначами і окислювання домішок озоном.
Абсорбція рідинами застосовується в промисловості для вилучення з газів діоксиду сірки, сірководню та інших сірчистих сполук, оксидів азоту, парів кислот (НСl, HF, H2 SO4), діоксиду та оксиду вуглецю, різноманітних органічних сполук (фенол, формальдегід, летючі розчинники та ін. ). Абсорбція методи служать для технологічної і санітарної очистки газів. Вони засновані на виборчій розчинності газо-і пароподібні домішок в рідині (фізична абсорбція) або на виборчій витяганні домішок хімічними реакціями з активним компонентом поглинача (Хемосорбція). Абсорбційна очистка - безперервний і, як правило, циклічний процес, тому що поглинання домішок зазвичай супроводжується регенерацією поглинального розчину і його поверненням на початку циклу очищення. При фізичній абсорбції (і в деяких хемосорбціонних процесах) регенерацію абсорбенту проводять нагріванням і зниженням тиску, в результаті чого відбувається десорбція поглиненої газової домішки і її концентровано
Абсорбція методи характеризуються безперервністю і універсальністю процесу, економічністю і можливістю вилучення великих кількостей домішок з газів. Недолік цього методу в тому, що насадкові скрубери, барботажні і навіть пінні апарати забезпечують досить високу ступінь вилучення шкідливих домішок (до ГДК) і повну регенерацію поглиначів тільки при великій кількості ступенів очищення. Тому технологічні схеми мокрого очищення, як правило, складні, багатоступінчасті і очисні реактори (особливо скрубери) мають великі обсяги.
Адсорбційні методи застосовують для різних технологічних цілей: поділ парогазових сумішей на компоненти з виділенням фракцій, осушення газів і для санітарної очистки газових вихлопів. Останнім часом адсорбційні методи виходять на перший план як надійний засіб захисту атмосфери від токсичних газоподібних речовин, що забезпечує можливість концентрування і утилізації цих речовин.
Промислові адсорбенти, найчастіше застосовуються в газоочистке, - це активоване вугілля, силікагель, алюмогель, природні та синтетичні цеоліти (молекулярні сита). Основні вимоги до промислових сорбентів - висока поглинальна здатність, вибірковість дії (селективність), термічна стійкість, тривала служба без зміни структури і властивостей поверхні, можливість легкої регенерації. Найчастіше для санітарної очистки газів застосовують активоване вугілля завдяки його високій поглинаючої спроможності та легкості регенерації.
Адсорбцію газових домішок зазвичай ведуть в поличних реакторах періодичної дії без теплообмінних пристроїв; адсорбент розташований на полицях реактора. Коли необхідний теплообмін (наприклад, потрібно отримати при регенерації десорбат в концентрованому вигляді), використовують адсорбери з вбудованими теплообмінними елементами або виконують реактор у вигляді трубчастих теплообмінників; адсорбент засипаний в трубки, а в міжтрубному просторі циркулює теплоносій.
Очищається газ проходить адсорбер зі швидкістю 0,05-0,3 м / с. Після очищення адсорбер перемикається на регенерацію. Адсорбційна установка, що складається з декількох реакторів, працює в цілому безперервно, так як одночасно одні реактори знаходяться на стадії очищення, а інші - на стадіях регенерації, охолодження та ін. Регенерацію проводять нагріванням, наприклад випалюванням органічних речовин, пропусканням гострого або перегрітої пари, повітря , інертного газу (азоту). Іноді адсорбент, що втратив активність (екранований пилом, смолою), повністю замінюють.
Недоліки більшості адсорбційних установок - періодичність процесу і пов'язана з цим мала інтенсивність реакторів, висока вартість періодичної регенерації адсорбентів. Застосування безперервних способів очищення в рухомому і киплячому шарі адсорбенту частково усуває ці недоліки, але вимагає високоміцних промислових сорбентів, розробка яких для більшості процесів ще не завершена.
Каталітичні методи очищення газів засновані на реакціях в присутності твердих каталізаторів. В результаті каталітичних реакцій домішки, що знаходяться в газі, перетворюються в інші сполуки, т. Е. На відміну від розглянутих методів домішки не витягаються з газу, а трансформуються в нешкідливі з'єднання, присутності: яких допустимо в вихлопної газі, або в сполуки, що легко видаляються з газового потоку. Якщо утворилися речовини підлягають видаленню, то потрібні додаткові операції (наприклад, витяг рідкими або твердими сорбентами).
Важко провести межу між адсорбційними і каталітичними методами газоочистки, так як такі традиційні адсорбенти, як активоване вугілля, цеоліти, служать активними каталізаторами для багатьох хімічних реакцій. Очищення газів на адсорбентах-каталізаторах називають адсорбційно-каталітичної. Цей прийом очищення вихлопних газів досить перспективний з огляду на високу ефективність очищення від домішок і можливості очищати великі об'єми газів, що містять малі частки домішок (наприклад, 0,1-0,2 в об'ємних частках SO2). Але методи утилізації сполук, отриманих при каталізі, інші, ніж в адсорбційних процесах
Каталітичні методи набувають все більшого поширення завдяки глибокому очищенню газів від токсичних домішок (до 99,9%) при порівняно невисоких температурах і звичайному тиску, а також при дуже малих початкових концентраціях домішок. Каталітичні методи дозволяють утилізувати реакційну теплоту, тобто створювати енерготехнологічні системи. Установки каталітичного очищення прості в експлуатації і малогабаритні.
Недолік багатьох процесів каталітичної очистки - утворення нових речовин, які підлягають видаленню з газу іншими методами (абсорбція, адсорбція), що ускладнює установку і знижує загальний економічний ефект.
Термічні методи знешкодження газових викидів застосовні при високій концентрації горючих органічних забруднювачів або оксиду вуглецю. Найпростіший метод - смолоскипна спалювання - можливий, коли концентрація горючих забруднювачів близька до нижньої межі займання. В цьому випадку домішки служать паливом, температура процесу 750-900 ° С і теплоту горіння домішок можна утилізувати.
Коли концентрація горючих домішок менше нижньої межі займання, то необхідно підводити деяку кількість теплоти ззовні. Найчастіше теплоту підводять добавкою пального газу і його спалюванням в очищаемом газі. Горючі гази проходять систему утилізації теплоти і викидаються в атмосферу. Такі енерготехнологічні схеми застосовують при досить високому вмісті горючих домішок, інакше зростає витрата додається горючого газу.