Очистка производственных сточных вод

Методы очистки производственных сточных вод подразделяют­ся на механические, химические, физико-химические и биологи­ческие

Для механической очистки применяют следующие сооружения: решетки, на которых задерживаются грубые примеси размером больше 5 мм: сита, задерживающие примеси СВ размером до 5 мм; песколовки, служащие для задержания минеральных загрязнений СВ, преимущественно песка; жироловки, маслоловушки, нефтеловуш­ки, смолоуловители для улавливания из СВ соответствующих загряз­нений. более легких, чем вода; отстойники для осаждения взвешен­ных веществ с удельным весом больше единицы.

Принцип действия песколовки основан на том, что под влия­нием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения их вместе с водой в резерву­аре оседают на дно. В соответствии с закономерностями гидравли­ки потока песчинки уносятся вместе с водой только при опреде­ленной скорости течения. При снижении этой скорости крупицы песка оседают на дно резервуара, а вода течет дальше.

Песколовки бывают горизонтальные, в которых вода движется в горизонтальном направлении (рис..3), вертикальные, в кото­рых вода движется вертикально вверх (рис. 4) и круглые с вин­товым (поступательно-вращательным) движением воды (рис.5).

Рис. 3 - Схема горизонтальной песколовки (вид сверху)

В последних песколовках происходят процессы, аналогичные явлениям, наблюдаемым в чайной чашке. При перемешивании на­литого в чашку чая чаинки собираются в центре чашки. При круго­вом движении СВ в круглой песколовке крупные частицы песка ана­логичным образом собираются в ее центре. Через устроенное в цен­тре песколовки отверстие они попадают в специальную камеру.

При механической очистке из производственных СВ путем про­цеживания, отстаивания (рис.6) и фильтрования удаляется до 90% нерастворимых механических примесей различного характе­ра (песок, глинистые частицы, окалина другие), а из бытовых СВ— до 60%

.

В целях очистки СВ от нефтепродуктов также широко применя­ется метод отстаивания, который в данном случае основан на спо­собности самопроизвольного разделения воды и нефтепродуктов.

Частицы последних под действием сил поверхностного натяжений приобретают сферическую форму, и их размеры находятся в диапа­зоне от 2 до 3 -10² мкм. В основе процесса отстаивания лежит прин­цип выделения нефтепродуктов под действием разности плотнос­тей воды и частиц масла. Содержание нефтепродуктов в стоках на­ходится в широких пределах и составляет в среднем 100 мг/л.

Выделение нефтепродуктов производится в нефтеловушках (рис.7). Грязная вода подается в приемную камеру и, пройдя под перегородкой, попадает в отстойную камеру, где и происходит про­цесс разделения воды и нефтепродуктов. Очищенная вода выво­дится из нефтеловушки, а нефтепродукты образуют пленку на по­верхности воды и удаляются специальным устройством. Подобным образом устроены жироловушки, маслоловушки и смололовушки, использующие принцип разности плотности воды и загрязнений, более легких (например, масло), чем вода.

Рис. 7 – Схема типовой нефтеловушки: I — сточная вода; 2— приемная камера; 3 — отстойная зона; 4— очищенная вода; 5 — вертикальные полупогруженные перегородки; 6— нефтесборные трубы; 7— пленка всплывших нефтепродуктов

Химические методы применяются для очистки производственных СВ. Основными приемами являются нейтрализация и окисление — восстановление, они могут применяться как самостоятельные, так и вспомогательные в сочетании с другими.

Производственные технологические процессы проходят как в кислых (избыток ионов Н*), так и в шел очных (избыток ОН') сре­дах, что приводит к появлению соответствующих стоков. Сбалан­сировать количество ионов Н* и ОН" - в этом состоит суть методе нейтрализации при очистке стоков.

Рациональным является взаимное объединение кислых и щелоч­ных стоков. Водоотведение кислых и щелочных стоков по единой системе трубопроводов не всегда целесообразно, т.к. это может вызвать выпадение осадков в трубах и, как следствие, засорение сети.

В целях нейтрализации кислых вод применяют щелочные реа­генты: известь СаО, гашеную известь Са(ОН)₂, кальцинированную соду Na₂C0₃, каустическую соду NaOH, аммиачную воду, а также фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, доло­мит, магнезит, мел).

Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяют­ся кислоты: серная, соляная, азотная, реже уксусная. Возможно использование для этих целей также дымовых газов, содержащих С0₂, SO_z, NO_x.

Сточные воды, содержащие окисленные переменновалентные элементы (Сг⁶⁺, С1'~, Cl⁵⁺, N³~, N⁵⁺ и др.), обезвреживаются в две ступени. На первой элементы, находящиеся в высшей (или высокой) степени окисления, восстанавливаются до низшей (или про- ¹ межуточной) валентности, при которой данный элемент на второй ступени очистки может быть выделен из жидкой фазы в виде осад­ка, газа или переведен в малотоксичную форму.

Окислительный метод используется при очистке промышленных СВ от токсичных цианидов, сульфидов, меркаптанов, фенолов, крезолов и т.д. Реагентами являются хлор и его производные (гипохлориты, диоксид, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и бихроматы, пероксид водорода. Восстановительный метод применяется для очистки СВ от нитритов и нитратов, хроматов и бихроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, иодатов. Восстановителями в этом случае служат окисленные перемен­новалентные элементы, содержащиеся в сульфитах, сульфидах, солях двухвалентного железа, диоксиде серы (из дымовых газов).

Физико-химические методы также в основном применяются для очистки производственных СВ. Однако в последнее время некото­рые из них стали использоваться и при очистке городских СВ. К ним относится, в частности, коагуляция — процесс укрупнения кол­лоидных частиц в жидкости за счет электростатических сил меж­молекулярного взаимодействия. При первоначальном размере ча­стиц 0,001—0,1 мкм после коагуляции их величина достигает 10 мкм и более, т.е. тех размеров, при которых они могут быть выделены механическими методами. Коагуляция не только приводит к сли­панию частиц, но и нарушает агрегативную устойчивость полидисперсной системы, в результате чего происходит разделение твер­дой и жидкой фаз.

Разновидностью коагуляции является процесс флокуляции - укрупнение мелкодисперсных частиц за счет электростатического взаимодействия под влиянием специально вводимых полиэлект­ролитов — флокулянтов. В практике водоочистки наибольшее рас­пространение получили активированная кремнекислота и полиакриламид (ПАА). Доза коагулянтов и флокулянтов зависит от соста­ва обрабатываемых вод и уточняется при пусконаладочных рабо­тах на очистных сооружениях.

Флотация — процесс выделения из воды в пенный слой взвешен­ных и эмульгированных загрязнений в результате прилипания к пузырькам газа, подаваемого снизу в очищаемой жидкости.

Сорбция — метод глубокой очистки производственных СВ от растворенных органических и некоторых неорганических загряз­нений. В процессах водообработки она может применяться как са­мостоятельно, так и в сочетании с другими биологическими, хи­мическими методами. Сорбция позволяет не только выделить и сконцентрировать загрязнения из СВ, но и утилизировать их в тех­нологическом процессе, а очищенные воды использовать в оборот- ном водоснабжении.

Механизм адсорбции заключается в переходе молекулы раство­ренного вещества из объема жидкости на поверхность твердого сорбента под действием его силового поля. В качестве сорбентов ис­пользуют различные естественные и искусственные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, цеолиты, активные глины и др. Осо­бенно широко для этих целей применяются активированные угли» удельная поверхность адсорбции достигает 400-900 м^:/г.

Для концентрированных СВ, содержащих органические загряз­нения, представляющие техническую ценность, эффективным ме­тодом очистки является экстракция. Она основана на смешивания двух взаимонерастворимых жидкостей (одна из которых сточи» вода) и распределении в них, согласно растворимости, загрязнем* кого вещества.

В качестве экстрагентов используют различные органические вещества: ацетон, хлороформ, бутилацетат, толуол и т.д. Разделе­ние экстрагента и экстрагированного вещества производится перегонкой смеси. Это определяет одно и основных требований выбора экстрагента: разная температура кипения экстрагента выделяемого вещества. После разделения смеси экстрагент вновь ис­пользуется в цикле очистки вод, а вещество утилизируется.

Ионный обмен — извлечение катионов и анионов из растворен­ных в СВ загрязнений при помощи ионитов, являющихся твердыми природными или искусственными материалами (например, искус­ственные ионообменные смолы). Извлеченные при помощи ион­ного обмена вещества в дальнейшем утилизируются или уничто­жаются. Катиониты вступают в обмен с катионами, аниониты — с анионами.

Ионный обмен является обратимым процессом:

R-H⁺PbCl₂ (R-)₂Pb²⁺12НС1

Катионит Катионит

Несмотря на эффективность и экологичность, ионообменный метод не нашел широкого применения в промышленности из-за дефицита ионообменных смол, необходимости организации реагентного хозяйства для регенерации ионитов.

Биологический метод, описанный выше, является наиболее эко­логически чистым из всех методов. Один из основных принципов экологии «природа знает лучше» реализуется здесь микробными сообществами путем превращения сложных экологически опасных |'веществ в простые, безвредные.

Термический метод. Если перечисленные выше методы оказыва­ются неэффективными, применяют огневое обезвреживание про­изводственных стоков. Сущность его состоит в том, что органичес­кие вещества, содержащиеся в СВ и определяющие их токсичность, окисляются при высокой температуре (сжигаются) с получением безвредных продуктов: воды и диоксида углерода. В зависимости от концентрации и теплоты сгорания обезвреживаемых органичес­ких загрязнителей производственные стоки могут гореть самосто­ятельно или с добавлением натурального топлива. Данный метод Шляется более дорогим, чем все другие. Однако полностью исклю­чает выпуск токсичных стоков в водоемы и обеспечивает возмож­ность функционирования различных производств, стоки которых не поддаются обезвреживанию другими методами.