Физико-химическая очистка сточных вод. Эффективность.

Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так растворенных примесей. Один из наиболее распространенных методов очистки сточных вод. Применяется самостоятельно и в сочетании с механическими и биологическими методами очистки. Наиболее эффективны при локальной очистке сточных вод промышленных предприятий. Физико-химическая очистка включает множество разных способов, основными из которых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция и другие.

Коагуляция - процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидроксидов металлов. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и быстро оседают на дно резервуара. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.

Флокуляция - один из видов коагуляции, процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Таким образом, введение коагулянтов в сточные воды позволяет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, с другой - уменьшить продолжительность процесса хлопьеобразования и повысить скорость их осаждения.

Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод эмульгированных веществ и тонкодисперсных частиц размером 1-100 мкм. Эффективность очистки может достигать 0,9-0,95. Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидрохлорид алюминия и хлорид железа. Их расход составляет 0,1-5 кг на кубометр сточных вод.

Весьма перспективным методом очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также цианидов является электрокоагуляция - процесс образования нерастворимых гидроксидов в сточных водах при их прокачке через электрокоагулятор. Электрокоагулятор оснащен блоком электродов, выполняемых из стали или сплавов алюминия. На электроды подается постоянный ток. Под влиянием электрического поля, с одной стороны, дисперсные системы сточных вод становятся менее устойчивыми, с другой - они коагулируют с трудно растворимыми гидроксидами железа или алюминия, возникающими и переходящими в воду с электродов.

Несмотря на повышенный расход электроэнергии, этот метод очистки сточных вод позволяет перейти на оборотное водоснабжение, так как в результате действия электрического поля вода практически полностью очищается от бактерий. Это приводит к увеличению срока службы используемой воды, исключает возможность появления заболеваний у обслуживающего персонала при обращении с бактериально загрязненной водой.

Флотация - процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. Применяется для очистки вод, содержащих ПАВ, нефть и нефтепродукты, масла, волокнистые частицы.

Виды флотационной обработки сточных вод: перенасыщение сточной воды воздухом (ваккумная и напорная), механическая и электрофлотация.

При вакуумной флотации сточную воду насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере и затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 30-40 кПа (225-300 мм рт.ст). выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс длится около 20 мин, концентрация взвешенных частиц не должна превышать 300 мг/л.

Напорная флотация протекает в две стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давления до атмосферного.

Для механической флотации используют импеллеры (турбины насосного типа), форсунки и пористые пластины.

Разновидность метода - электрофлотация, при которой вода дополнительно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов.

Сорбция - процесс поглощения вещества (сорбата) из очищаемой среды твердым телом или жидкостью (сорбентом). Поглощение вещества массой жидкого сорбента - абсорбция, поверхностным слоем твердого сорбента - адсорбция. Если при поглощении происходит химическое взаимодействие сорбента и сорбата, процесс называют хемосорбцией.

При очистке сточных вод в качестве сорбентов применяют искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные илы. Наиболее эффективны активированные угли.

Работа сорбционной установки достаточно проста. Сточная вода поступает в адсорбер по трубопроводу. По другому трубопроводу подается адсорбент, который перемешивается со стоками импеллером. При этом адсорбент с поглощенными примесями оседает на дно адсорбера, откуда удаляется через специальный трубопровод. Сточная вода со взвешенными частицами сорбента поступает в отстойник, в котором частицы сорбента оседают на дно и удаляются, а очищенная сточная вода направляется для последующей обработки. Обычно сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций.

 

Сорбция способна обеспечить эффективную очистку воды от солей тяжелых металлов, непредельных углеводородов, частичек красящих веществ и т.п.

Экстракция - процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды).

Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий. Первая - интенсивное перемешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем), в результате чего образуются две жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстраген, и рафинат, который содержит сточную воду и экстраген. Вторая стадия - разделение экстракта и рафината, а заключительная - регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот. Целесообразность использования этого метода определяется концентрацией органических примесей в сточных водах. В общем случае экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3-4 г/л.

Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов - бензол. Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,8-0,95.

Ионный обмен - метод основан на процессе обмена между ионами, находящимися в растворе (в сточных водах) и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть и радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до предельно допустимых концентраций вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.

Наиболее распространены синтетические органические иониты - ионообменные смолы, представляющие синтетические полимеры с сетчатой структурой. Они отличаются высокой поглотительной способностью, механической прочностью, химической устойчивостью и большой гидрофильностью.

Ионный обмен производится в ионообменных фильтрах, которые в общих конструктивных чертах подобны механическим зернистым насыпным фильтрам.

Электродиализ - вариант ионного обмена. В нем ионитный слой заменен специальными ионообменными мембранами, а движущей силой является внешнее электрическое поле. Метод перспективен для очистки сточных вод от растворенных солей, ионов тяжелых металлов (хром, медь и т.д.) и фтора. Извлечение 1 кг фтора электродиализом в 5 раз дешевле реагентного метода. Электродиализ дает хорошие результаты при очистке вод от радиоактивных загрязнителей, особенно изотопов стронция.

Для очистки сточных вод от различных диспергированных примесей электрохимическими методами применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, а также диализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения и т.д.), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя СО2, NН3 и воду или более простые и нетоксичные вещества. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых металлов, которые осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы.

Гиперфильтрация (обратный осмос) - процесс непрерывного молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупронецаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы либо ионы растворенного вещества. При этом размеры отделяемых частиц (молекул, гидратированных ионов) сопоставимы с размерами молекул растворителя (воды).

Для гиперфильрации используют ацетатцеллюлозные, полиамидные и подобные им мембраны с ресурсом работы 1-2 г.

По сравнению с другими методами очистки гиперфильтрация требует малых энергозатрат, установки для очистки конструктивно просты и компактны, легко автоматизируются, фильтрат имеет высокую степень чистоты и может быть использован в оборотных системах водоснабжения, а сконцентрированные примеси сточных вод легко утилизируются или уничтожаются.