Методы очистки сточных вод

Под очисткой сточных вод понимают их обработку с целью разрушения или удаления из них определенных веществ, препятствующих отведению этих вод в водные объекты в соответствии с нормативными требованиями, или использованию их повторно в производственном водоснабжении взамен свежей воды.

Сточные воды очищаются от загрязняющих веществ на специальных инженерных сооружениях, совокупность которых называют очистными сооружениями. Очистные сооружения разделяются на локальные, участковые, централизованные и групповые. Локальные очистные сооружения применяются для обработки сточных вод непосредственно после конкретных технологических установок. После прохождения локальной очистки вода может быть направлена в системы повторного и оборотного водоснабжения или для дальнейшей очистки. На участковые сооружения подаются сточные воды от разнотипных источников загрязнения, на централизованные - одного и того же предприятия. Групповые сооружения предназначены для обработки сточных вод нескольких предприятий, поселков, города и т.д.

Для обоснованного выбора способа очистки и обеззараживания сточных вод, а также состава очистных сооружений необходимы следующие исходные данные: объем и режим подачи сточных вод на очистку, их физико-химический состав, перечень потребителей очищенных и неочищенных сточных вод и требования к их качеству, требования органов охраны водных ресурсов по отведению сточных вод в природные водные объекты или на централизованные очистные сооружения.

Все многообразие методов очистки сточных вод можно разделить на три большие группы: механические, физико-химические и биохимические методы.

Механическая очистка используется для удаления из сточных вод нерастворимых взвешенных частиц, которые выпадают в осадок под действием гравитационных сил при плотности, большей плотности воды, или всплывающих при плотности, меньшей плотности воды. По мере накопления осажденные или всплывшие загрязнения удаляются. Осуществляться механическая очистка может методами отстаивания, процеживания и фильтрования. Для задержания крупных нерастворимых примесей сточную воду процеживают через решетки и сита. Более мелкие нерастворимые примеси могут быть выделены из сточных вод отстаиванием, фильтрованием, флотацией, центробежными методами.

Весьма распространенным в торфяной промышленности является осветление сточных вод от легких и тяжелых взвесей в отстойниках различных конструкций.

Для удаления из сточных вод минеральных частиц большой плотности применяются гидроциклоны, песколовки и осадительные центрифуги.

Мелкодисперсные взвешенные частицы удаляются из сточных вод с помощью тканевых, сетчатых, песчаных и других фильтров. Механическая очистка применяется как самостоятельно, так и в качестве первой ступени в сложных схемах очистки.

Физико-химическая очистка основана на изменении физического состояния загрязнения, что облегчает их удаление из сточных вод. Осуществляется она методами коагуляции, флокуляции, сорбции, флотации, экстракции, ионного обмена, гиперфильтрации, диализа, выпаривания, испарения, электрокоагуляции и др. Физико-химические методы используются, главным образом, для очистки воды от растворимых неорганических соединений, а также для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц, растворимых газов и органических веществ.

Сточные воды очищают от растворимых органических веществ деструктивными и рекуперационными методами. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных компонентов, содержащихся в сточных водах. В деструктивных методах эти компоненты подвергаются разрушению путем их окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.

Растворенные неорганические (минеральные) соединения удаляются из сточных вод физико-химическими методами очистки, которые заключаются в нейтрализации кислот и щелочей, переводе ионов в плохо растворимые формы, соосаждении минеральных примесей с солями, окислении и восстановлении токсичных примесей до слаботоксичных, десорбции летучих примесей.

Метод коагуляции основан на слипании мелкодисперсных частиц под воздействием специально добавляемых в сточные воды веществ - коагулянтов, в результате чего происходит увеличение размеров и интенсивное осаждение частиц. В качестве коагулянтов используют неорганические соли: сернокислый алюминий, алюминат натрия, гидроокись алюминия, сернокислое железо, железный купорос, хлорное железо.

Флокуляция - один из видов коагуляции, при котором происходит образование механических связей из макромолекул между отдельными частицами, объединяемыми в крупные агрегаты, называемые флокулами. В качестве флокулянтов используются природные и синтетические высокомолекулярные вещества (полиакриламид, полиэтиленамин, кремниевая кислота и др.). Иногда к минеральным коагулянтам добавляют флокулянты – органические полимеры в малых дозах (до 1,5 мг/л). При этом повышается эффективность коагуляции вследствие укрупнения хлопьев взвеси.

Флотация основана на процессе прилипания загрязненных частиц к поверхности раздела двух фаз, например, воздуха и воды, образования комплексов и их удаления. Примеси адсорбируются мелкими пузырьками воздуха, которые поднимаются на поверхность бассейна, где образуется слой пены. Оптимальный размер пузырьков 20...80 мкм. Для хорошего адсорбирования к пузырькам примеси должны быть гидрофобными, их оптимальный размер ОД... 1 мм. По способу образования пузырьков различают механическую и пневматическую флотации. Применяется также электрофлотация, где пузырьки газа образуются в процессе электролиза.

Сорбция - процесс поглощения вредных веществ из сточных вод твердым телом или жидкостью-сорбентом, в качестве которых могут быть использованы зола, коксовая мелочь, торф, активные глины и др. Наиболее эффективные сорбенты - активированные угли различных марок: АГ-2, БАУ, УР-3, КАД, СКТ. Существуют два способа сорбционной обработки - добавка активного угля в виде реагента (углевание воды) и фильтрование воды через слой гранулированного, зернистого сорбента в сорбционных фильтрах. Различают абсорбцию, при которой в поглощении вредных веществ участвует вся масса сорбента, и адсорбцию, когда вредные вещества поглощаются только поверхностным слоем сорбента. Метод сравнительно недорогой. Его можно применять как отдельно, так и совместно с биологической очисткой для удаления из воды растворенных органических примесей.

Экстракция заключается в добавлении в сточные воды специальных веществ - экстрагентов. Загрязняющие вещества в них растворяются лучше, чем в воде, при этом не происходит их смешивание с ней и по мере растворения загрязнений экстрагенты удаляются из воды. В качестве экстрагентов используются толуол, амиловый спирт, бензол, ацетон и др. В основном экстракцию используют для извлечения из сточных вод растворенных органических веществ, представляющих ценность для определенных нужд. Методом экстракции извлекают, например, тетраэтилсвинец (ТЭС) из сточных вод, образующихся при промывке емкостей из-под этилированного бензина, путем добавления керосина, в котором ТЭС растворяется лучше, чем в воде.

Другие методы физико-химической очистки применяются редко и в ограниченных масштабах.

Химическая очистка заключается в использовании реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами. В результате образуются новые вещества, удаляемые из сточных вод легче, чем исходные. Наиболее распространенный метод химической очистки - нейтрализация.

Нейтрализация заключается в проведении химической реакции между веществами с кислотными свойствами и щелочными. Для этого смешиваются кислые и щелочные сточные воды или применяются реагенты в виде растворов кислот, щелочей, кальцинированной соды, аммиака и др.

Окислительный метод применяется для обезвреживания органических растворенных токсичных примесей в сточных водах с помощью хлора, гипохлорита кальция или натрия, хлорной извести, озона, кислорода и др. Этот метод применяется, главным образом, для ликвидации бактериологической загрязненности и обеззараживания.

Основными методами очистки минерализованных вод являются термический, мембранный и гидротехнический.

К термическому методу опреснения относятся процессы с использованием высоких температур (дистилляция) и низких температур (вымораживание). При дистилляции производится выпаривание воды, а ионы солей остаются в рассоле.

Процесс вымораживания заключается в том, что при температуре замерзания чистая вода образует кристаллы пресного льда, а рассол с растворенными в нем солями размещается в ячейках между кристаллами.

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойством обменивать ионы, содержавшиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Происходит путем фильтрации через слой ионообменного материала, ионы которого связывают ионы вредных примесей. В качестве ионитов используют синтетические ионообменные смолы. Наиболее распространены катиониты КУ-1 и КУ-2, аниониты АН-2 ФН, АН-18-8. Ионный обмен применяется для извлечения из сточной воды ряда металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.) и солей жесткости.

Разновидностью ионнообменного метода является электродиализ. Это метод разделения ионов под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны разделяющих его мембран (катионитовых и анионитовых). Под действием постоянного тока катионы двигаются к катоду, анионы - к аноду и задерживаются мембранами. Применяется для удаления растворенных в воде солей.

Обратный осмос (улътрафилътрация) осуществляется под давлением 1...10 МПа через полупроницаемые полимерные мембраны, через кото рые молекулы воды проходят, а более крупные молекулы загрязняющих веществ задерживаются.

Гидротехнический метод предусматривает использование процессов естественного испарения, вымораживания или разбавления сильно минерализованных вод чистой водой до нормативного уровня. Метод разбавления не исключает загрязнения водных объектов и поэтому может рассматриваться как временный.

Биохимическая и биологическая очистка состоит в окислении органических примесей в сточных водах с помощью микроорганизмов, способных в процессе своей жизнедеятельности разлагать органические вещества на минеральные составляющие. Этот способ очистки может осуществляться как в условиях, близких к естественным, так и в искусственных. В первом случае используют природные окислительные процессы, протекающие в почве или водных объектах (на полях орошения и фильтрации, биологических прудах), а во втором - процессы в специальных инженерных сооружениях (биологических фильтрах, аэротенках и др.). Биохимические методы применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических веществ (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и других).