Концентрування стічних вод

Цей метод в основному використовують для знешкодження мінеральних стічних вод. Він дозволяє виділяти зі стоків солі з отриманням умовно чистої води, придатної для оборотного водопостачання.

Концентрування стічних вод може здійснюватись випаровуванням, виморожуванням і кристалізацією.

Випаровування є енергоємним процесом. Енергія, що витрачається на випаровування, складається з енергії на нагрівання стічної води від початкової температури до температури випаровування; на деформування та перенесення центрів пароутворення; на роботу, витрачену на розділення розчинника і розчину; на формування поверхневих бульбашок пари при випаровуванні; на подолання сил тиску при формуванні бульбашок; на подолання пухирцем межі розділу фаз і на транспортування парових бульбашок до межі розділу фаз.

Для розрахунку енергетичних витрат враховують енергію, витрачену на випаровування r, і на роботу поділу розчину і розчинника l_p, оскільки інші складові незначні

q = r + Ip.

Випарні установки підрозділяються на одноступеневі та багатоступеневі. На практиці широко застосовують одноступеневі адіабатні випарні установки

(рис. 3.20). Цю установку називають установкою миттєвого випаровування.

2

1 - камера випаровування; 2 - конденсатор;

3 - підставка; 4 - підігрівач

Рисунок 3.20 - Схема одноступеневої адіабатної випарної установки

Вона працює за таким принципом. Стічна вода насосом подається у конденсатор 2, де попередньо нагрівається водяною парою. Далі вода подається у підігрівач 4, з якого потрапляє у камеру випаровування 1. З цієї камери розчинник насосом подається частково на рециркуляцію і частково на подальше випаровування.

Процес виморожування полягає у тому, що при температурі нижче температури замерзання чиста вода утворює кристали прісного льоду, а розчин з розчиненими у ньому солями розміщується у комірках між цими кристалами. Температура замерзання розсолу завжди нижче температури замерзання чистої води і залежить від концентрації розчинених солей. Для виключення утворення дрібних кристалів і відділення міжкристалітного розсолу процес виморожування здійснюють у режимі повільного переохолодження.

Різницю між температурою замерзання чистого розчинника t і розчину t* називають зниженням температури замерзання розчину At_j

Зниження температури замерзання для розбавлених розчинів

неелектролітів пропорційне концентрації розчину:

де k - криоскопічна константа розчинника, що залежить лише від природи розчинника (але не розчиненої речовини), для води k = 1,85; m - молярна концентрація.

Виморожування можна здійснювати під вакуумом або за допомогою спеціальної холодильної установки. Найбільш поширеними хладоагентами є аміак, двоокис вуглецю, бутан, пропан, ізобутан, хладони (OOl₂F₂, OOl₃F, OOlF₃) та їх оксиди.

Oхема установки для концентрування розчинів виморожуванням наведена на рис. 3.21.

1 - промивна колонка; 2 - конденсатор-розпилювач; 3 - допоміжна холодильна установка;

4 - компресор; 5 - кристалізатор; 6 - теплообмінник

Рисунок 3.21 - Oхема установки концентрування розчинів виморожуванням під вакуумом

При подаванні води у кристалізатор 5 з попередньо охолодженого розчину утворюється лід. Кристали льоду виділяються з суспензії у промивній колонці 1, а потім розморожуються у конденсаторі 2. Для стискання водяної пари до тиску, що відповідає насиченню чистої води при температурі її заморожування, використовують компресор 4. Установка працює при високому вакуумі. Установки такого типу використовують для опріснення солоних вод.

3.6.2