Методы очистки сточоных вод

 

1) Флотация 

Применяется для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые плохо отстаиваются. Для этого в воду подают воздух под давлением через перфорированные трубы с мелкими отверстиями. При движении через слой жидкости, пузырьки воздуха сливаются с частичками загрязнений и поднимают их на поверхность воды, где они собираются в виде пены.

Эффект  очистки зависит от величины пузырьков  воздуха, которые должны иметь размер 10-15 мкм. Степень очистки составляет 95-98%.

Для увеличения степени очистки в воду можно  добавить реагенты, что обусловлено физико-химическими свойствами флотируемых частиц и смачиваемостью их поверхности. В качестве реагентов при флотационной очистке при необходимости применяют соли железа и алюминия и флокулянты ПЭИ (полиэтиленимин), ПАА (полиак-риламид), ВПК-Ю1. Для повышения эффекта флотации иногда проводят корректировку рН сточных вод едким натром, щелочью или кислотой.

 

Флотация бывает напорная, вакуумная  и электрофлотация..

   -вакуумная флотация

Вакуумная флотация основана на понижении давления ниже атмосферного в камере флотатора. При этом происходит выделение воздуха, растворенного в воде. При таком  процессе флотации образование пузырьков  воздуха происходит в спокойной  среде, в результате чего улучшается агрегирование комплексов частица-пузырек  и не нарушается их целостность вплоть до достижения ими поверхности жидкости.

   -напорная флотация

Этот  вид очистки сточных вод выполняется  в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением; выделение пузырьков  воздуха соответствующего диаметра и всплытие взвешенных и эмульгированных  частиц примесей вместе с пузырьками воздуха. Если флотация проводится без  добавления реагентов, то такая флотация относится к физическим способам очистки сточных вод.

  - электрофлотация.

Сточная жидкость при пропускании через  нее постоянного электрического тока насыщается пузырьками водорода, образующегося на катоде. Электрический ток, проходящий через сточную воду, изменяет химический состав жидкости, свойства и состояние нерастворимых примесей.

 

2) Адсорбционная очистка 

Сорбция– это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. 

Применяется для глубокой очистки сточных вод предприятий нефтехимической промышленности или при незначительной концентрации загрязнителей, являющихся сильными ядами (фенолы, гербициды, пестициды, ароматические и нитросоединения, СПАВы, красители и т.д.).

Адсорбция может быть реагентной, т.е. с извлечением  вещества из адсорбента и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с адсорбентом.

 

Рис 7. Схема установки для сорбции из воды нитропродуктов активным углем.

1 — сборник сточных вод; 2— подача  сточной воды; 3 —напорная емкость; 4— регулятор скорости напора; 5— очищенная вода; б — колонна; 7 — подача охлаждающей воды; 8 — конденсатор; 9—конденсат; 10 —  растворитель; 11 — сборник растворителя; 12 — сборник экстракта; 13 — экстракт  на ректификацию; 14 — острый пар.

 

Эффективность очистки, в зависимости от применяемого адсорбента, 80-95%. В качестве адсорбентов  используются активированный уголь, зола, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикогели, алюмогели, гидраты окислов  металлов. Наиболее универсальны активированные угли с радиусом пор 0,8-5 нм. Процесс  адсорбции проводят либо при интенсивном  перемешивании адсорбента и воды, с последующим отстаиванием, либо фильтрованием через слой адсорбента. Отработанный адсорбент регенерируют перегретым паром или нагретым инертным газом.

 

3) Озонирование

Озон  обладает высокой окислительной  способностью и при нормальной температуре  разрушает многие органические вещества, находящиеся в воде. При этом процессе возможно одновременное окисление  примесей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание сточной воды и насыщение ее кислородом. Преимуществом этого метода является отсутствие химических реагентов при очистке сточных вод.

 

Промышленное  получение озона основано на расщеплении  молекул кислорода с последующим  присоединением атома кислорода  к нерасщепленной молекуле под действием  тихого полукоронного или коронного  электрического разряда.

Для получения  озона необходимо применять очищенный  и осушенный воздух или кислород.

Озон  можно получить разными методами, но наиболее экономичным является пропускание  воздуха или кислорода через  электрический разряд высокого напряжения (5000-25000 В) в генераторе озона (озонаторе), который состоит из двух электродов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

 

Одна из конструкций  промышленного озонатора представляет собой горизонтальный металлический  трубчатый сосуд типа теплообменника, внутри каждой трубы на центрирующих прокладках из фторопласта вставлены  стеклянные цилиндры, закрытые с одного конца и имеющие на внутренней поверхности графито-медное токопроводящее покрытие (7000-10000 В). Корпус озонатора  заземлен. Высоковольтный газовый разряд возникает в тонком кольцевом  промежутке между металлической  трубкой и стеклянным цилиндром.

4) Ионообменная очистка 

Применяется для извлечения из сточных вод  металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cl, Va, Mn и др.), а так же соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных  веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества.

Суть  метода состоят в том, что существуют природные и синтетические вещества (иониты), нерастворимые в воде, которые  при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. Иониты, способные поглощать из воды положительные ионы называют катионитами, а отрицательные - анионитами.

Иониты — синтетические ионообменные смолы, полимерные вещества, имеющие подвижный ион (катион или анион), способный вступать в реакцию обмена с ионами того же знака, находящимися в растворе.

К неорганическим природным ионитам относятся  цеолиты, глинистые минералы, полевые  шпаты, различные слюды. К неорганическим синтетическим относятся силикагели, труднорастворимые окиси и гидроокиси некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).

Органические  природные иониты - это гуминовые  кислоты почв и углей.

 

Достоинства метода

1) Возможность  очистки до требований ПДК.

2) Возврат  очищенной воды до 95% в оборот.

3) Возможность  утилизации тяжелых металлов.

4) Возможность  очистки в присутствии эффективных  лигандов. 

Недостатки метода

1) Необходимость  предварительной очистки сточных  вод от масел, ПАВ, растворителей,  органики, взвешенных веществ.

2) Большой  расход реагентов для регенерации  ионитов и обработки смол.

3) Необходимость  предварительного разделения промывных  вод от концентратов. 

4) Громоздкость  оборудования, высокая стоимость  смол. 

5) Образование вторичных отходов, требующих дополнительной переработки.

 

3.3 Химическая очистка

Сущность  очистки заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%. Применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси.

 

1)Нейтрализация.

Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, перед сбросом в водоемы или  перед технологическим использованием подвергаются нейтрализации. Практически  нейтральными считаются воды, имеющие  рН 6,5...8,5.

Способы нейтрализации производственных сточных вод: 
а) непосредственное смешение кислых стоков со щелочными перед спуском их в канализационные сети. 
б) использование активной щелочности городских сточных вод или водоема. 
в) добавление реагента в пропорциях, необходимых для нейтрализации. 
г) фильтрация загрязненных вод через нейтрализующие материалы.

 

Для нейтрализации  кислых вод используют щелочи (NaOH, KOH), соду (Na2CO3), аммиачную воду (NH3OH), карбонаты  кальция и магния (CaCO3 и MgCO3), доломит (CaCO3 и MgCO3), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является известковое молоко (Ca (OH) 2).

Для нейтрализации  щелочных сточных вод используют магнезит, доломит, известняк, шлак, зола, а также применяются отходящие  газы, содержащие СО2, SО2, NО2, N2О3 и др. При этом происходит очистка дымовых газов от кислых компонентов.

 

2)Коагуляция 

Сущность  процесса коагулирования заключается  в том, что к сточной воде добавляют  реагент (коагулянт), способствующий быстрому выделению из нее мелких взвешенных и эмульгированных веществ, которые  при простом отстаивании не осаждаются. Реагент добавляют обычно перед  подачей сточной воды в отстойники.

Коагулянты  в воде образуют хлопья гидратов окисей металлов, которые быстро оседают  под действием силы тяжести и  улавливают коллоидные и взвешенные частицы.

Коагуляция- это процесс укрупнения дисперсных частиц при их взаимодействии и объединения в агрегаты.

Коагуляция  наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, то есть частиц размером 1-100 мкм. 

В качестве коагулянтов используют известь, сульфат алюминия, алюминат натрия, сульфат железа, хлорид железа и др.; иногда добавляют смесь  этих реагентов. Тип применяемого реагента и его доза зависят от состава  обрабатываемой воды, требуемой степени  очистки ог загрязнений и других факторов. При обработке сточной  воды коагулянтами иногда необходимо поддерживать оптимальную величину рН путем подщелачивания или подкисления.

 

3)Флокуляция 

Флокуляция- это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высоко молекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличии от коагуляции агрегатизация происходит не только в результате контакта, но и в результате взаимодействия флокулянта и извлекаемого вещества. Для очистки используют природные и синтетические (полиакриламид, крахмал, целлюлозы) флокулянты.

 

4) Хлорирование.

Обезвреживание  сточных вод хлором или его  соединениями – один из самых распространенных способов их очистки от ядовитых цианидов, а также от таких органических и неорганических соединений, как  сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и др.

 

 

 

 

 

3.4 Биологическая очистка

Среди методов  очистки сточных вод большую  роль  играет биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов.

Биологическая очистка необходима для производственных сточных вод, содержащих органические примеси, которые после предварительной  обработки могут окисляться в  результате биохимических процессов. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H2O, CO2, NO3-, SO42- и др.

 

Следует, однако, иметь в виду, что для  окисления некоторых органических веществ, содержащихся в сточных  водах в больших количествах (например, фенола), потребуется весьма длительный период, вследствие чего биологическая  очистка при этих условиях будет  экономически нецелесообразной. Поэтому  иногда предварительно уменьшают содержание органических веществ (например, путем  разбавления водой).

 

Для обеспечения  нормального хода процесса биологической  очистки сточные воды необходимо подвергнуть предварительной обработке:  
1) удалить жировые и смолистые вещества;  
2) довести концентрацию ядовитых веществ (циан, фенол, пикриновая кислота, древесный спирт) и солей тяжелых металлов (меди, цинка, висмута, хрома, ртути и др.) до предельно допустимой для биологического процесса;  
3) нейтрализовать сточные воды до рН=6,5-ь8,5;  
4) удалить крупные нерастворенные или волокнистые вещества с помощью специальных устройств (сит, волокноуловителей и др.);  
5) произвести предварительное отстаивание.

 

Типы биологических устройств по очистке сточных вод:

    -биофильтры

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

    -биологические пруды

Биологические пруды — искусственно созданные неглубокие водоемы, в которых происходит биологическая очистка сточных вод на слабо фильтрующих грунтах, основанная на процессах, протекающих при самоочищении водоемов.

    -аэротенки

 

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и простейших микроорганизмов . Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха.

 Бактерии  склеиваются в хлопья и выделяют  ферменты, минерализующие органические  загрязнения. Ил с хлопьями  быстро оседает, отделяясь от  очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие  мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают  бактериальную массу ила.