9.5 Удаление из сточных вод соединений фосфора

Одним из приемов предупреждения эвтрофирования водных объектов является удаление из очищенных сточных вод фосфора. В процессе обычной биологической очистки соединения фосфора удаляются не полностью. Благодаря бактериальному воздействию полифосфаты превращаются в ортофосфаты. Если в неочищенных исходных городских сточных водах примерно две трети общего содержания фосфора обусловлено присутствием полифосфатов, а одна треть ортофосфатов, в биологически очищенных сточных водах имеет место обратное соотношение.

Для удаления из сточных вод соединений фосфора применяют реагентную обработку, в процессе которой снижение содержания ортофосфатов происходит в результате химического взаимодействия вводимого реагента с ионами РО с образованием нерастворимых соединений, выпадающих, в осадок, и в результате сорбции, соединений фосфора хлопьями гидроксидов металлов.

В качестве реагентов могут быть использованы традиционные минеральные коагулянты, применяемые в практике водоподготовки: сернокислое железо Fe³⁺, сернокислый алюминий, железный купорос. Можно также использовать отходы производств, содержащие соли Fe²⁺, Fe³⁺ и Al³⁺, не токсичные для биологического процесса.

Иногда в качестве реагента применяется известь. Однако из-за необходимости повышения величины рН воды до 11 и последующей нейтрализации очищенных сточных вод, а также возможного образования отложений: углекислого кальция на поверхности трубопроводов, загрузке фильтров предпочтение следует отдавать алюминий- или железосодержащим реагентам.

При введении реагентов на ступени механической очистки сточных вод, т. е. при предварительном осаждении соединений фосфора, одновременно имеет место значительное снижение концентрации органических и других загрязняющих веществ. Поэтому предварительное осаждение фосфатов целесообразно применять для очистки производственных и смеси городских и производственных сточных вод с величиной БПК_полн более 400 мг/л, а также при перегрузке очистных сооружений.

Практически для удаления из сточных вод соединений фосфора применяется биолого-химическая очистка. При биолого-химической очистке традиционные схемы сооружений биологической очистки (с заключительным фильтрованием сточных вод или без него) дополняются реагентным хозяйством, включающим растворные и расходные баки для коагулянтов и помещение для их хранения. Указанное реагентное хозяйство рассчитывается в соответствии с требованиями [1].

Учитывая возможное угнетение микроорганизмов активного ила при введении реагентов в иловую смесь, не рекомендуется принимать дозы сернокислого железа (II) более 25 мг/л по Fе₂О_з; сернокислого железа (III) более 15 мг/л пo Fе₂О_з; сернокислого алюминия более 18 мг/л по Al₂O₃.

С целью эффективного использования реагента и с учетом его влияния на активный ил рекомендуется введение сернокислого железа (II) - в начало аэротенка либо во флотационную емкость, сернокислого железа (III) - перед вторичным отстойником, сернокислого алюминия - в конец аэротенка.

10 Сооружения для физико-химической очистки сточных вод

Физико-химическая очистка заключается в изменении физических свойств загрязнений для облегчения удаления их из сточных вод.

Метод коагуляции основан на слипании мелкодисперсных коллоидных загрязняющих веществ под воздействием специально добавляемых в сточные воды веществ – коа­гулянтов: природных и синтетических полимеров, в результате происходит увеличение размеров частиц из-за слипания частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле и более интенсивное их осаждение. В качестве коагулянтов используются соли алюминия, железа, магния, а также известь. Одним из видов ко­агуляции является флокуляция. Различают быструю и медленную коагуляцию. При быстрой коагуляции почти каждое соударение частиц эффективно, то есть приводит к их соединению, при медленной коагуляции соединяется часть сталкивающихся частиц – это скрытая коагуляция, при которой система сохраняет седиментационную устойчивость. Дальнейший рост частиц приводит к образованию сгустков или хлопьев (флокул), выпадающих в осадок или скапливающихся в виде сливок у поверхности – это явная коагуляция. В некоторых случаях при коагуляции во всем объеме дисперсионной среды возникает рыхлая пространственная сетка, и расслоения системы не происходит. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных – гетерокоагуляцией или адагуляцией. Гетерокоагуляция часто происходит при смешении дисперсных систем различного состава.  

Сорбция – процесс поглощения вредных веществ из сточных вод сорбентом – твердым телом (адсорбция) или жидкостью (абсорбция). В качестве сорбента используется активированный уголь, зола, коксовая мелочь, известковое молоко и др.

Адсорбция – поглощение, какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твердого тела. После адсорбции внутреннее притяжение частично компенсируется притяжением со стороны адсорбционного слоя и поверхностное натяжение уменьшается. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а поглощаемое из объемной фазы – адсорбатом. В зависимости от характера взаимодействия между молекулой адсорбата и адсорбентом адсорбцию принято подразделять на физическую и хемосорбцию. Менее прочная физическая адсорбция не сопровождается существенными изменениями молекул адсорбата. Она обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия, которые связывают молекулы в жидкостях и некоторых кристаллах и проявляются в поведении сильно сжатых газов. При хемосорбции молекулы адсорбата и адсорбента образуют химические соединения. Часто адсорбция обусловлена и физическими, и химическими силами.  Многие адсорбенты (активный уголь, каолин, иониты и др.) служат противоядиями, поглощая и удаляя из организма попавшие в желудочно-кишечный тракт вредные вещества. Адсорбция применяется для разделения газовых и жидких смесей, для осушки и очистки газов и жидкостей (например, очистки воздуха в противогазах).

Ионный обмен происходит путем фильтрации сточных вод через слой ионообменного материала, ионы которого стягивают ионы вредных примесей. В качестве ионов используют обычно синтетические ионообменные смолы для извлечения из сточных вод солей жесткости и тяжелых металлов.

Обратный осмос осуществляют путем фильтрования сточных вод под давлением через полимерные или полые волокна.