Принципи вибору методів очищення води

Очищення проходять природні води, що використовуються в побуті та на підприємствах, стічні води усіх категорій та поверхневий стік з території промислових підприємств.

Методи очищення води можна розподілити на такі групи: механічні, фізико – хімічні, хімічні, біохімічні.

Механічне очищення застосовують для стічних вод, що містять переважно завислі, плаваючі та грубоемульговані тверді і рідкі нерозчинні забруднення. Видалення забруднень відбувається гравітаційними та відцентровими силами за рахунок відстоювання, проціджування або фільтрування. Ці методи використовуються завжди, для обробітку стоків усіх категорій.

До споруд механічного очищення відносять решітки, пісколовки, сита, відстійники, фільтри.

Решітки використовуються для видалення домішок розміром більше 5мм. Сита видаляють домішки до 5мм. Пісколовки використовуються для видалення піску і інших мінеральних нерозчинних забруднень. Відстійники – використовуються для видалення нерозчинних забруднень. Вони бувають в залежності від напрямку руху води горизонтальні, вертикальні та радіальні. Оптимальна швидкість руху води – 7мм/сек, час відстоювання – 0,5-1,5год. Продуктивність відстійників (Q): вертикального – до 3тис. м³/добу; горизонтального – 15-30тис. м³/добу, радіального – більше 30тис. За місцем у системі очисних споруд розрізняють первинні та вторинні відстійники.

Нафтоловушки дають змогу виділити нафтопродукти, жири, інші легкі домішки в процесі відстоювання. Відмінність від відстійників полягає у створенні на поверхні системи скребків для збору часток, що спливли. Швидкість осадження становить 0,4-0,6мм/сек., швидкість руху води – 4-6мм/с.

Фільтри використовуються для очищення від дрібних домішок, а також для доочищення води після інших методів. Очищення відбувається за допомогою пористих перегородок і шарів, що затримують тверді фракції.

За загрузкою виділяють:

• Зернисті фільтри, фільтрування відбувається через кварцовий пісок, керамзит, антрацит, пінополістирол, пінополіуретан. Від розміру гранул залежить швидкість та якість фільтрування;

• Сітчасті – складаються з металічної сітки з розміром отворів близько 40мкм;

• Тканинні – (льняні, бавовняні тканини, скловолокно, капрон);

• Намивні (спеціальний керамічний каркас з шаром фільтруючого матеріалу: азбестового дріб’язку чи деревної муки).

Фізико – хімічне і хімічне очищення проводиться для підготовки питної води та для обробки виробничих стоків зі співвідношенням БПК_повн до ХПК≤0,5. Ці методи дозволяють очистити воду від іонів важких металів, отрут, токсичних речовин.

Хімічне очищення застосовують у випадках, коли виділення забруднень із стічних вод можливе тільки внаслідок хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і реагентами, які вносять у стічні води. Очищення ґрунтується, як правило, на використанні хімічних (іноді електрохімічних) окисно – відновних процесів, в результаті яких забруднення перетворюються на нові нешкідливі сполуки, що частково чи повністю випадають у осад або виділяються у вигляді газів.

Серед хімічних методів найбільш поширені наступні:

Нейтралізація проводиться для обробітку кислих або лужних стоків, які можуть зруйнувати біохімічні процеси у водоймі та вивести з ладу водогони.

Окиснення використовується для знезараження води та розкладу токсичних сполук (ціанідів СN^-, сульфідів S^-, сірководню Н₂S). Процес базується на використанні сильних окиснювачів: рідкого хлору, хлорного вапна СаОСl₂, кисню, озону. Ці ж речовини здатні знищувати мікроорганізми і використовуються для знезараження води.

Цементація – або внутрішній електроліз - це витіснення з розчинів іонів одного металу іншим, при цьому перший з них переходить з іонного стану у металічний, а другий з металічного в іонний. Відповідно до ряду електрохімічних потенціалів, наведеного нижче, кожен попередній метал витісняє зі сполук наступний.

Ряд електрохімічних потенціалів металів

Іонний обмін – процес обміну між іонами, що знаходяться у розчині, і іонами, що присутні на поверхні твердої фази – іоніту. Метод застосовують для глибокого очищення стічних вод від іонів важких і кольорових металів, для корегування мінерального складу (пом’якшення, зниження загального вмісту солей, видалення фосфатів тощо) стічних вод, що повторно використовуються в замкнених і інших системах теплообмінного оборотного водопостачання.

До фізико – хімічних методів очищення стічних вод відносять сорбцію, екстракцію, евапорацію, коагуляцію, електрокоагуляцію, флотацію, кристалізацію, електродіаліз, випарювання, ректифікацію, мембранні технології, спалювання тощо. Методи фізико – хімічного очищення виробничих стоків у багатьох випадках передбачають вилучення з них цінних речовин і тому належать до регенеративних, або рекупераційних методів.

Коагуляція – злипання часток колоїдної системи. В результаті коагуляції при додаванні солей заліза і алюмінію утворюються вторинні великі частки гідроксидів, що сорбують дрібні домішки. Після цього вода відстоюється.

Сорбція - процес поглинання твердим тілом або рідиною речовини з навколишнього середовища. Адсорбційні методи застосовують на очисних спорудах для глибокого очищення стічних вод від органічних речовин з невисокою концентрацією (до 3000мг/л) за допомогою твердих речовин, пориста поверхня яких здатна поглинати розчинені домішки і газоподібні речовини. Як адсорбенти використовуються вуглецеві матеріали: коксовий дріб’язок, торф, силікагелі, активоване вугілля, активні глини.

Флотація – процес молекулярного причіплювання часток флотованого матеріалу до поверхні розділу двох фаз (води і повітря). При пропусканні через воду повітря, на його бульбашках концентруються легкі домішки, які потім спливають і утворюють на поверхні пінку. Флотацією можна очищувати воду від твердих завислих часточок, нафтопродуктів, масел, жирів і інших емульгованих рідких речовин. Метод вимагає подальшого відстоювання. Ефективність очищення складає 90-95%.

Видалення пари летких сполук (сірковуглецю, сірководню, метил – і етил – меркаптанів та ін.) зі стічних вод повітрям чи інертними газами здійснюють на очисних спорудах у барботажних дегазаторах.

Мембранне очищення. Розчин контактує з напівпроникною мембраною, в якій створюються різні тиски. Фільтрування води відбувається під тиском, що перевищує осмотичний, крізь непроникну для іонів мембрану. Метод застосовують для очищення стічних вод із вмістом солей 20-35г/л.

Біохімічні методи очищення застосовують для очищення слабо концентрованих стічних вод, що містять переважно органічні забруднюючі речовини, якщо співвідношення БПК_повн/ХПК більше або дорівнює 0,5. Очищення полягає у руйнуванні забрудників за допомогою штамів мікроорганізмів, що розкладають органіку певного складу, використовуючи її як поживні речовини і джерело енергії. При цьому органічні сполуки зазнають деструктивного розкладу внаслідок окиснення при аеробному (у присутності кисню) і анаеробному очищенні з утворенням метану. Біологічне очищення може відбуватись у природних та штучних умовах.

При очищенні води використовують п’ять біоценозів:

1) біоплівка;

2) активний мул;

3) анаеробні мікроорганізми, зокрема гранульований мул;

4) селекційовані мікроорганізми – деструктори певних забруднень (нафти, пестицидів тощо);

5) гідробіоценози, що становлять просторову сукцесію (біоконвеєр).

Біологічне очищення включає в себе три стадії: 1) первинне – механічне очищення; 2) вторинне – власне біологічне очищення; 3) третинне – фізико – хімічне доочищення стічних вод, найчастіше для знезараження води.

Біологічне очищення у природних умовах відбувається у наступних спорудах:

Поля фільтрації – ділянки землі, призначені для повного біологічного очищення попередньо освітлених стоків з використанням самоочищувальних властивостей ґрунту. Найефективніше очищення проходить у верхніх 20-30см ґрунту, на піщаних чи супіщаних ґрунтах з мінімальним ухилом (0,02%). Вода розподіляється по трубах і відводиться осушувальною системою. Територія розділена на карти земляними обмежувальними валами.

Землеробські поля зрошення – спеціально підготовані і сплановані ділянки для вирощування кормових культур та багаторічних трав, зрошення на яких відбувається стічними водами. Зрошення проводиться в період вегетації, рекомендується при значній витраті стічних вод (5000-10000м³/добу).

Біоставки: у пониженнях рельєфу влаштовується каскад ставків (5-6) з перепускними перегородками для відстоювання води. Окиснювальна здатність біоставків невисока, функціонують вони переважно в теплу пору року, займають великі території, забруднюють повітря, поверхневі води і підземні горизонти.

Біологічне очищення у штучних умовах полягає в імітації природних процесів шляхом штучного створення груп мікроорганізмів або активного мулу. Біологічне очищення у штучних умовах обов’язково вимагає в подальшому знезараження стоків. При цьому можуть використовуватись наступні споруди:

Аеротенки використовуються для повного біологічного очищення в аеробних умовах. Аеротенки – це досить великі відкриті горизонтальні ємкості, як правило, залізобетонні, заглиблені в землю. Стоки в аеротенку перемішуються і насичуються повітрям. Комплекс організмів, які розвиваються у аеротенку, утворює пластівці і легко осідає. Активний мул відділяється від очищених стічних вод і безперервно перекачується в аеротенк. Аеротенки конструктивно прості, надійні, відносно дешеві, але при потраплянні у води значних концентрацій токсичних сполук з виробничих стоків або залпових скидах не дають достатньої ефективності очищення.

Біофільтр імітує очищення у ґрунті. Це велика (діаметром від 6 до 30м) циліндрична залізобетонна ємкість, заповнена укладеним на дірчасте днище фільтрувальним завантаженням (щебінь, керамзит, полівінілхлоридні гратки і блоки), що зрошується стічними водами. Через завантаження повільно фільтрується (1-3 доби) і насичується повітрям вода для очищення. Щебінь обростає біоплівкою, а доочищення відбувається за допомогою коріння рогозу, комишу, череди, аїру.

Рис. Приклад схеми очищення води у штучних умовах:

ГНС –головна насосна станція; 1 - камера гасіння напору; 2 – решітки – подрібнювачі; 3 – пісколовки; 4 – первинні відстійники; 5 – аеротенки; 6 – вторинні відстійники; 7 – контактний резервуар; 8 – хлораторна; 9 – пісковий майданчик

Спосіб очищення стічних вод обирається за якістю стічної води, вимогами до якості очищення і продуктивністю очисних споруд. При проектуванні враховується можливість:

1. використання очищеної стічної води за найпростішої системи очищення;

2. використання осадів стічних вод;

3. утилізації цінних речовин.

Воду слід очищати до таких кондицій, щоб її можна було використовувати знову і знову.

Використовувати треба не лише очищену воду, а й продукти її біологічного очищення: метан, водень, сірководень, вилучені сполуки кольорових і важких металів, перероблені на біогумус біологічні відходи.

Таблиця 2

Вибір методів обробітку води

Методи очищення	Об’єм стоків
	до 25м3/добу	до 4200м3/добу	до 10тис. м3/добу	більше 10тис.м3/добу
Знезараження	Знезараження води рідким хлором, хлорним вапном чи озоном
Механічне очищення	Септичні камери	Решітки, пісколовки
		Двоярусні відстійники	Вертикальні відстійники	Горизонтальні відстійники
			Контактні резервуари
			Пристрої для обробки осаду: метантенки, мулові майданчики
Біологічне очищення	Поля підземної фільтрації, біоставки	Поля фільтрації	Аеротенки
	Біофільтри
	Біоконвеєри	Землеробські поля зрошення