Ақаба суды топтастыру және оларды тазалау әдістері

Ақаба су деп бұрын өндірісте, тұрмыста немесе ауыл шаруашылығында пайдаланылған, сондай-ақ қандай да бір лас аймақ, оның ішінде елді мекен (өнеркәсіптік, ауылшаруашылықтық, коммуналдық-тұрмыстық, нөсер, тағы баска ағындылар) арқылы өткен су. Былайша айтқанда адамның тұрмыста және өндірістік іс-әркетінде пайдаланылғаннан кейін шыкқан су.

Ақаба су гетерогенді күрделі жүйе болып саналады, оның құрамында болатын органикалық және минералды қоспалар ерімейтін, коллоидты және еритін түрде кездеседі. Құрамы мен пайда болған түріне байланысты ақаба сулар үш негізгі категорияға: шаруашылық-тұрмыстық, өндірістік және атмосфералық болып бөлінеді.

Ақаба судың шаруашылық-тұрмыстық ластағыш түріне байланысты зәр-нәжістік (физиологиялық қоқыстармен ластанған) ластанған және шаруашылық (раковина, ванна, монша, кір жуатын жерлерден түсетін) ластанған болып ажыратылады. Негізінде минералды заттектермен қатар олардың құрамында органикалық заттектер, бактериалар, микроорганизмдер болады. Өндірістік ақаба сулардың құрамы технологиялық процестер мен қолданылатын материалдар түріне және шикізаттың химиялык қасиеттеріне тәуелді. Өндірістік ақаба су ластанған және нормативті таза (тазалаудан өткізіп қайта пайдалануға жататын) болып ажыратылады. Атмосфералық ақаба су нөсер (жаңбыр) және қар суы болып бөлінеді.

Табиғатты, қоршаған ортаны ластанудан қорғау мен табиғи ресурс ретінде тиімді пайдалану мақсатында қайтарылып қолдану үшін ақаба су құрамындағы ластағыш заттардың түрі мен мөлшеріне қарай әртүрлі әдіспен тазаланылады. Бұларға механикалық (тұндыру, сүзу, флотация), физикалық-химиялық, химиялық, биологиялық және түйдектелген әдістер жатады (9.4-ші сурет).

Механикалық әдісте ақаба судағы ірі және ұсақ түйірлі тез тұнатын бөлшектерді өздігімен тұндырып немесе оларды және қалқып шығатын заттектерді тұндырғыш сүзгіш, құмұстағыш арқылы өткізіп, немесе әртүрлі конструкциялық техника құралдарын (торларды,електерді, гидроциклондарды, т. б.) қолданып, ал беттік ластағыштарды - мұнайұстағыш, май мен смола аулағыш жабдықтар мен материалдарды пайдалану арқылы жояды.

10-сурет. Өнеркәсіп ақаба суларын тазалайтын әдістердің топтастырылуы.

Сонғы кезде ақаба суды май тәрізді заттардан тазалауға жиі пайдаланылып жүрген материалға май сіңіргіштік қабілеті жоғары пенополиуретан жатады.

Ақаба судың улылығын азайтуға кеңінен тұндырғыштар немесе тұндырғыш шұңқырлар (алап немесе құйғын) пайдаланылады. Тұндырғыш ғимараттарында ақаба сулардан түпке тұнатын не қалқыма салынды және майлы заттектер гравитациялық жіктеу негізінде бөлінеді. Арналу мақсатына қарай тұндырғыштар бірінші реттік және екінші реттік болып бөлінеді. Бірінші реттік тұндырғыштар ақаба суларды биологиялық тазарту ғимараттарына дейін, екінші реттіктері одан кейін орнатылады. Құрылымына байланысты олар горизонталдық, вертикалдық, радикалдық және диагоналдық болып сараланады. Вертикалдық және диагоналдық тұндырғыштар тәулікте өнімділігі 10-15 мың текше метрге дейінгі, ал горизонталдық 10-15 мың текше метр, радиалдық тұндырғыштар тәуліктік өнімділігі 20 мың текше метрден астам тазарту станцияларында қолданылады.

Ақаба суды 0,08-0,3 м/с жылжу жылдамдықпен құмұстағыш арқылы өткізіп, оның құрамындағы ерімейтін құм, қақ тәріздіауыр қоспалардан ажыратуға болады. Кейбір құмұстағыш, үлгілерімен құм 80%-ке дейін ұсталып қалады. Құмұстағыштардың тиімділігін арттыру мақсатында оның құм құйылатын қорабына гидроциклонды қабыстырады.

Гидроциклондарды пайдаланып, сыртқа тепкіш күш көмегімен ақаба суларды өте ірі дисперсиялық қоспалардан тазалауға болады. Көбіне бұл қондырғылар тығыздығы 1,2 г/см³ жоғары ағындыларды ірілігі 0,15 мм үстіндегі бөлшектерден тазалауға бағытталған.

Коммуналдық шаруашылықтан шыққан сұйық қалдықтарды
механикалық әдісті қолдану арқылы ерімейтін қоспалардың 60%-
тей мөлшерінен тазалауға болады, ал кейбір өндірістік сулар бұл
әдіспен 95%-ке дейін тазаланады.

Химиялық әдісте ластағыштардың физикалық-химиялык қасиеттерін ескере отырып, оларды химиялық агентгерді қолдану арқылы жояды. Химиялық тазалауда қолданылатын негізгі әдістерге: нейтралдау, тотықтыру және тотықсыздандыру жолдары жатады.

Нейтралдау процесін кұрамында қышқылы немесе сілтісі бар ақаба суының рН мағынасын 6,5 - 8,5 аралыққа келтіру мақсатында қолданады. Нейтралдау үшін қышқылды ақаба суымен сілтілі ақаба суын араластыруға, реагенттер қосуға, ақаба суын нейтралдау қасиеті бар сүзгіш материалдар арқылы жіберуге болады. Сүзгіш материал ретінде әк, мрамор және доломит қолданылады. Бұл әдіспен, әдетте, құрамында әр түрлі минералды қышқылдары бар ақаба сулары тазаланады. Сілтілі суларды нейтралдау мақсатында құрамында СО₂, SO₂, NО₂ оксидтері бар түтінді газдарды жіберу әдісі меңгерілуде, бұл жағдайдың қолайлылығы екінші жағынан газды тастандылардың құрамындағы зиянны заттардан құтылу мәселесі де шешіледі.

Тотықтандыру процесі ақаба суындағы улы қоспаларды (цианидтерді, мышьяктің еритін қосылыстарын және т. б.) басқа жолмен шығару қолайсыз немесе мүмкін емес болғанда ғана қолданылады. Ақаба суды тазалау үшін тотықтырғыш ретінде газ тәрізді немесе сұйылтылған хлор, ауа оттегі, озон, гипохлорит, сутек тотығы, калий перманганаты және басқа реагенттер пайдаланылады.

Озондау ақаба суын мұнай өнімдерінен, фенолдан, күкіртті сутектен, цианидтерден және басқа да қоспалардан тазалауға қолданылады. Күшті тотықтырғыш болғандықтан озонның сулы ерітінділердегі органикалық заттектерді және басқа қоспаларды ыдырататын қабілеті өте жоғары. Сонымен бірге суды озондағанда оның жағымсыз иісі, дәмі, бояуы жойылып, залалсызданады. Хлорлау әдісімен салыстырғанда озондау әдісінің артықшылығы бар, біріншіден, озонды тікелей су тазалайтын жерде озонаторларды орнатып, ауа оттегінен электр тоғын ажырату процесін пайдалану арқылы алуға болады. Екіншіден, хлорлау бірқатар жағдайларда ауыз суда зиянды заттектердің, соның ішінде мутагендер мен канцерогендер (мыс, диоксиннің) түзілуіне апарып соғуы мүмкін, сондықтан оның орнына озондау әдісінің қолданылғаны қолайлы.

Ағынды судағы ластағыштардан құтылу үшін іс жүзіңде пайдаланылатын физикалық-химиялық әдістерге - каогуляция, флотация, электролиттік ірілендіру, су буымен айдау, сорбция, экстракция, гиперфильтрация, эвапорация, десорбция, дезодорация, дегазация, электрохимиялық тәсілдер (электролиз, электро-каогуляция, электрофлотация, электродиализ), ультрадыбыспен суды өндеу, т. б. жатады. Бұл әдістер қатарымен жүретін физикалық және химиялық процестерге негізделген.

Механикалық және физикалық-химиялық әдістер ақаба суларын тазалаудың алғашқы кезеңі, осыдан кейін олар биологиялык тазалауға жөнелтіледі.

Биологияллық жолмен ақаба суын тазалау үшін ластағыштарды ыдырататын, өздерінің қорректенуіне, өсуіне және көбеюіне пайдаланатын микроорганизмдер немесе оларды өз бойына сіңіретін өсімдіктер (биосүзбелер ретінде қалың өскен қамыс, қоға, т. б.) қолданылады. Биологиялық тазалауға қатысатын организмдерге әр түрлі бактериялар, балдырлар, саңырауқұлақтар, ең төмен сатыдағы жәндіктер, құрттар және басқалар жатады.

Микроорганизмдердің қатысуымен екі процес - тотығу (аэробты) және тотықсыздану (анаэробты) жүреді. Аэробты процестерге активті лайда немесе биопленкада өсетін микроорганизмдер суда еріген оттекті пайдаланады. Олардың тіршілігіне оттектің тұрақты құйылуы мен 20 -30 °С шамасындағы температура қажет. Анаэробты тазалау процесі оттектің кіруінсіз өтеді, бұл жерде жүретін негізгі процесс - лайдың ащуы. Осы әдістер ақаба суларда көп мөлшерде органикалық заттектер болғанда және тұнбаларды залалсыздандыруға қолданылады.

Ақаба судың биологиялық тазалануын табиғи жағдайда (суландырылатын жерде, биологиялық тоғандарда) және әртүрлі конструкциялық жасанды құрылыстарда - биосүзгіштерде, аэротенкалар мен окситенкаларда жүргізугё болады. Өндірістік ақаба сулардың биологиялык тазалауын негізінде жылдамдығы жоғары болғанына байланысты жасанды жағдайда жүргізеді.

Аэротенк мәжбүрлі түрде аэрациялық қондырғымен жабдықталған, қалқалармен бірнеше бөлек бөліктерге бөлінген темірбетон резервуары. Аэротенкада тазалау процесі ауаланған ақаба су мен тірі организмдерден және қатты субстраттардан (балдырлардың өлі бөліктерінен және әртүрлі қатты қалдықтардан) құралған активті лай қоспасының жіберуіліне қарай жүреді. Құрғақ лайдың 1г 10⁸ ден 10¹² дейін бактерия даналары болады. Органиканың негізгі массасы бірнеше сағат ішіңде өңделінеді. Аэротенкадан активті лай мен өңделген ақаба су әрі қарай екінші тұндырғышқа өткізілінеді. Түбіне түскен активті лай насос станциясының резервуарына жіберіліп, ал тазаланған ақаба су не қосымша онан арғы тазалануға немесе дезинфекциялануға бағытталады. Биологиялық процесс нәтижесінде активті лайдың биомассасы жоғарылайды. Оның артық мөлшері тұнбаны өндейтін ғимаратқа жіберіледі де, негізгі бөлшегі циркуляциялық түрде аэротенкіге қайтарылады. Аэротенкадағы активті лайдың концентрациясы 2-4 г/л шамасында ұсталуға тиіс.

Биосүзгілерде ақаба су кесекті материалдардан құрылған қабат арқылы сүзілінеді. Кесекті сүзгіш ретінде кеңінен ұсақталған тас, ірі құм, шлак, керамзит, пластмасса, металл торы және басқа материалдар қолданылады, олардың бетінде түзілетін биологиялык қабықша қабат активті лайда жүретін функцияны орындайды. Бұл беткі қабықша қабат ақаба судағы органикалық заттектерді адсорбциялайды да және өндейді де. Биосүзгіштің тотықтырғыштық қуатын жоғарылату мақсатында сүзбелеу процесінің бағытына қарама-қайшы қысымдағы ауа жіберіледі.

Ақаба суды биологиялық процеспен тазалағанда массасы көп мөлшердегі тұнба шығады, оны утилдеу, не залалсыздандыру, немесе аулақтандыру қажет. Осы мақсатта активті лайды тығыздаудан, сусыздандырудан, термиялық және басқа да өңдеуден өткізеді. Залалсыздандырғаннан кейін тұнбаны органоминералдық тыңайтқыш немесе кейбір материалдарға қосымша компонент ретінде пайдалануға жатады. Активті лайды рекуперациялайтын технологиялар жасалған, олардың көмегімен белокты-витаминді өнімдерді, азық ашытқыларды және құрама азық өнеркәсіптеріне қажетті техникалық витаминдерді алуға болады.

Қазіргі шақта өндірістік және коммуналды - үй-жай ақаба суларын тиімді түрде тазалау ең актуалды инженерлік-экологиялық проблемалардың бірі. Бұл мәселенің күрделенуі үй-жай және өндіріс ағындыларының жалпы бір канализация жүйесіне құйылуына, адам мен жануарлар нәжістерін жууға судың кеңінен қолданылуына, кір жуғыш порошоктардың, шампундердің және әртүрлі беттік активті заттардың қосылуына байланысты. Суды тазалауға биологиялық әдісті қолданғанның өзінде органикалық заттектердің 90% және анорганикалық қосылыстардың 10-40% -нен ғана құтылуға болады.

Ақаба суды биологиялық әдіспен тазалағанда ауру тудыратын бактериялардың 91 - 98%-ті ғана жойылады, сондықтан тазаланған ақаба суларды су қоймаларына жіберудің алдында залалсыздандыру қажет. Ақаба суды заласыздандыру үшін кеңінен қолданылатын әдістің бірі газ тәріздес хлормен немесе хлорлы әк ертіндісімен хлорлау. Бұл процесте екі сатылы реакция жүреді:

СІ₂ + Н₂О = НСІ + НОСІ

НОСI = НСІ+О

Реакция нәтижесінде бос атом күйінде түзілген оттек бактерия клеткаларының протоплазмасына кіретін заттектерді тотықтырады, соның саладарынан бактериялар жойылады. Дизентерияның, обаның және іш сүзегінің бациллалары хлордың әсеріне өте сезімтал келеді.

Ақаба суларды хлорлы әкпен дизенфекциялағавда жүретін реакциялар газ тәріздес хлормен дизенфекциялағандағы процестей.

2Ca(CIO)₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2НОСІ + СаСІ₂

Хлорлау әдісін қолданғанда бактериялардың өніп-өсуінен басқа органикалық заттектердің қышқылдануы да токтатылады, каогуляция процесі жеделтетіледі және иіс азаяды.

Механикалық тазалау жолын қолдану немесе өздігінен табиғи түрде тазалану арқылы ақаба судан бөлінген құрамында минералды және органикалық қатты заттекттері бар тұнбалар жергілікті ауылшаруашылық және орман дақылдарының тыңайтқышы ретінде пайдаланылуымен қатар, биогаз алуға да жарамды. Ал ортақ канализациядан шыққан ақаба судың құрамында алуан түрлі улы заттектер кездесетініне байланысты олардан шыкқан тұнбалар тыңайтқыш ретінде қолдануға жатпайды.

Кейбір өндірістерден тасталатын ақаба сулардың температуралары табиғи ортанікінен анағұрлым жоғары болғандықтан оның тигізетін зияндық әсеріне де назар аударылады. Жылы ақаба сулар суаттардағы судың температурасын көтереді, бұл жағдайда суда еріген оттектің мөлшері күрт төмендейді, ал ол өзіндігінен тазалану процесінің тежеленуіне әкеп соғады. Орын алған қолайсыз әсер судағы өсімдіктер мен балықтардың тіршілік жағдайларына нұсқан келтіреді, себебі судың жаппай гүлденуі, балдырлардың қаптауы басталады, яғни жылулық ластану эвтрофтану процесінің жүруіне жағдай жасап, көптеген уытты ластағыштардың пайда болуына себебін тигізеді.

Биологиялық тазалау әдісі суды тұзсыздандыра алмайтынына байланысты, бұл тазалау әдісінен кейін судағы тұздардан құтылу үшін арнайы оларды бөліп шығаратын тазалау әдістері қолданылады. Бұларға дистилляция (булау), қатыру (мұздату), мембрандық, ионалмасу әдістері жатады.

Дистилляция кеңінен қолданылатын және жақсы меңгерілген әдістің бірі. Буландыру қондырғылары арқылы тәулігіне 15-30 мың м³ суды тазалаудан өткізуге болады. Қазақстанда ең қуатты буландыру қондырғысы Ақтау қаласының атом энергетика кәсіпорынында (тез нейтронды реактор) болған.

Қатыру әдісінде тұзды суды баяу түрде салқындату арқылы тұзсыз мұз кристалдарын алады. Дистилляция әдісімен салыстырғанда қатыру процесі энергетикалык, технологиялық, конструкциялық тұрғыдан алғанда тиімді.

Мембрандық әдіске электродиализ және гиперфильтрация, немесе кері осмос жатады. Электродиализ қазіргі заманның дамып келе жатқан деминерализациялау және қойыртылған ерітінділер алу әдісі. Электродиализ әдісінің сызбалық үлгісі 9.6-ші суретте келтірілген. Бұл әдісте тұздардың диссоциалануынан пайда болған иондар табиғи немесе синтетикалық материалдардан жасалған ионіріктегіш мембрана арқылы тұрақты тоқтың катысуымен катод және анод орналасқан бөліктерге іріктеніп өтеді. Электродиализ көптеген елдерде теңіз суларын тұздардан тазалау мақсатында кеңінен қолданылады. Мысалы, Ливияда 20 мың м³/с, ал АҚШ-та—400 мың м³/с су тазалайтын қондырғылар жұмыс істейді. Kepі осмос әдісі бұл осмостық қысымнан жоғары қысымның (6-8 МПа) күші арқылы жартылай өткізгіштік қасиеті бар мембрана арқылы сулы ерітінділерді сүзу. Бұл энергияның көп мөлшерін қажет етпейтін процеске жатады. Шет елдерде өнімділігі 1000 м³/с дейінгі қондырғылар меңгерілген. Ресейдегі қондырғылардың өнімділігі төмендеу. Осы тәсілдегі ең қиындыққа түсетін -жартылай өткізгіштік мембрана мен қысымды жасау.