Физико-химические методы очистки

Физико-химические методы очистки используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ.

 

Коагуляция

Сточные воды многих химических производств содержат мелкодисперсные и коллоидные частицы размерами до 10 мкм. Такие воды плохо поддаются химической очистке, поэтому перед осаждением примесей желательно их предварительно укрупнить. Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами (соединения алюминия или железа), которые в воде образуют хлопья гидроксидов металлов. Хлопья улавливают частицы и переносят их, оседая под действием силы тяжести на дно резервуара.

Для сточных вод широко применяется электрокоагуляция – процесс образования нерастворимых гидроксидов металлов в сточных водах при прокачке вод через электрокоагулятор. Вблизи электродов образуются ионы (результат анодного растворения материала электродов), реагирующие с примесями. Так отделяют тяжелые металлы, хром, цианы.

Рис. Схема коагуляции

Флотация

Флотация – процесс всплывания примесей (чаще всего масло – нефтепродуктов) при обволакивании их пузырьками воздуха (газа), подаваемого в сточную воду. Пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Образовавшийся пенный слой удаляется.

Разновидность метода – электрофлотация, при которой вода дополнительно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов. Суть электрофлотации: в процессе электролиза воды выделяющиеся на электродах пузырьки газов (водорода и кислорода) сталкиваются со взвешенными частицами, прилипают к ним и «флотируют» их на поверхность жидкости.

Рис. Схема напорной флотации: 1 – емкость для сбора сточных вод; 2 – насос, 3 – напорный бак, 4 – пенный шлам; 5 – флотатор

Адсорбция

Адсорбция (сорбция) – интенсивное перемешивание адсорбента (активированный уголь, минералы, зола, шлаки и т.д.) с водой или фильтрование воды через слой адсорбента. Как при обработке газовых выбросов обеспечивает очистку воды от солей тяжелых металлов, углеводородов, частичек красящих веществ и т.п. На адсорбентах работают многие бытовые фильтры для воды.

Ионный обмен (обмен ионами) – эффективен для очистки воды от многих растворов и даже от тяжелых металлов (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть), от радиоактивных веществ. Очистка производится синтетической ионообменной смолой и, если ей предшествует механическая очистка, позволяет получить выделенные из воды металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.

Экстракция

Экстракция – процесс разделения и извлечения примесей из смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). В специальных колонках (пустотелых или заполненных насадками) стоки смешиваются с экстрагентом, отбирающим вредные вещества (так, для экстракции из сточных вод фенолов применяют эфиры, а нефтепродуктов – бензол). Состоит из трех стадий: 1) смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем), в результате образуются две жидкие фазы – экстракт (содержит извлекаемое вещество и экстраген) и рафинат (содержит сточную воду и экстраген); 2) разделение этих двух жидких фаз (экстракта и рафината); 3) регенерация экстрагента (отбирающего вредные вещества) из экстракта и рафината.

2.5. Обратный осмос – процесс, в котором, при определённом давлении, растворитель (обычно вода) проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель (например, воду), но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества (при очистке сточных вод – загрязняющие вещества).

 

Химические методы

Связаны с расходом различных реагентов и потому обычно дороги.

Нейтрализация

Нейтрализация – это обработка воды щелочами или кислотами, известью, серой, аммиаком и т.п. с целью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН =6,5 – 8,5.

Самый простой способ нейтрализации сточных вод – смешение кислых и щелочных стоков, если они имеются на предприятии.

Окисление

Окисление – применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обеззараживания и уничтожения токсичных биологических примесей. В процессе окисления токсичные загрязнения в сточных водах в результате химических реакций становятся менее токсичными и затем удаляются из воды.

Наиболее распространенный способ окисления – хлорирование. Но возможно появление диоксинов в воде, например, при вынужденном повышении дозы хлора летом или в период паводка. При гиперхлорировании перед употреблением питьевую воду нужно отстаивать и кипятить. Необходимо переходить на другие способы, например, на комбинацию – озонирование и хлорирование. Озонирование – основано на высокой окислительной способности озона, который разрушает органические компоненты сточных вод; одновременно происходит обесцвечивание и обеззараживание воды и насыщение ее кислородом. Озонирование дорого и имеет более кратковременное действие.

 

Биологическая очистка

Биологическая очистка загрязненных вод возможна в естественных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае органические примеси обрабатываются бактериями, простейшими, водорослями и превращаются в минеральные вещества.

В естественных условиях очистка производится на полях фильтрации или орошения (специально подготовленные участки земли), т.е. через почву, или в биологических прудах-отстойниках, в которых концентрация загрязнителей снижается до требуемых норм за счет процессов самоочищения, осуществляемых микроорганизмами, водорослями, беспозвоночными (потребления микроорганизмами органических составляющих сточных вод). Пруды могут быть с поддувом воздуха (с искусственной аэрацией).

Для самоочищения водоемов используются высшие водные растения (тростник, камыш, уруть, ряска, тропическое цветковое растение – эйхорния или водный гиацинт).

В качестве искусственных сооружений для промстоков применяются аэротенки, окситенки и биофильтры (аэро – с подачей воздуха; окси – с подачей кислорода). В тенках (железобетонных резервуарах) сточные воды обрабатываются микроорганизмами.

Но для их функционирования необходима определенная температура, кислотность (рН) и отсутствие многих солей (микроорганизмы могут погибнуть). Поэтому эти сооружения применяются на тех очистных сооружениях канализации, куда не поступают промстоки.

Рис. Схема аэротенка

На промышленных очистных сооружениях применяются биофильтры, в которых активная биологическая среда образуется на специальной загрузке (шлак, керамзит, гравий и т.п.). Эта биологическая среда (пленка) менее чувствительна к колебаниям параметров среды и сточных вод. Активность биопленки увеличивается при поддуве воздуха, подаваемого обычно противотоком.

При всех биологических методах очистки важен вопрос утилизации осадка, образующегося при обработке воды (особенно токсичных промстоков). Как правило, осадок обезвоживают и производят захоронение на специальных полигонах или обрабатывают в биологических сооружениях. Существуют специальные печи для сжигания токсичных отходов с очень высокой полнотой сгорания и четырехступенчатой очисткой газовых выбросов. Есть разработки по сжиганию этого осадка в металлургических, специально оборудованных печах с получением сравнительно безвредного строительного материала.

Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10 % органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой.