3.1. Способы очистки сточных вод

Способы очистки сточных вод подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические.

В зависимости от состояния и свойств загрязняющих веществ методы очистки стоков химических производств классифицируют на очистку от суспендированных и эмульгированных примесей, обезвреживание растворенных примесей или их уничтожение (рис. 3.1).

Механическую очистку применяют для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. Чаще всего ее используют как предварительный этап перед другими методами.

Для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей применяют отстаивание и гидроциклоны (рис. 3.2).

При вращении жидкости в гидроциклонах осаждение происходит под действием сил инерции, гравитационных и центробежных сил. Последние отбрасывают тяжелые фракции к периферии потока. Эти установки просты по устройству, компактны легки в обслуживании, отличаются высокой производительностью и небольшой стоимостью, эффективность очистки достигает 70...90 %.

Если в очищаемых водах на ряду с твердыми частицами присутствует нефть и масла, то для очистки используют многоярусный гидроциклон. Для удаления из сточных вод тонко-диспергированных твердых или жидких веществ применяют фильтрование через зернистые или пористые фильтры, эффективность которых составляет 60 %. Повысить степень очистки взвесей и эмульсий можно, используя предварительную реагентную обработку.

Устранение или уничтожение сточных вод осуществляется путем закачки их в скважены или в глубины морей, захоронения и термического уничтожения (рис. 3.3.).

Очистку промышленных стоков, содержащих растворенные примеси, подразделяют на удаление минеральных, органических веществ и очистку от газов (рис. 3.4.).

При удалении минеральных примесей используют ионный обмен, обратный осмос, ультрафильтрацию, дистилляцию, электрические и реагентные методы (рис. 3.5).

Методы обезвреживания органических примесей подразделяюся на регенеративные и деструктивные (рис. 3.6).

Главными методами химической очистки являются нейтрализация и окисление, относящиеся к методу глубокой очистки. Технология эффективна для дезинфекции и извлечения из воды различных компонентов.

Окисление применяют для удаления токсичных примесей из стоков, а также для обесцвечивания и удаления запахов и привкусов у них. На практике в качестве окислителей используют хлор, гипохлорид кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и т. д.

Рис. 3.1. Классификация основных методов обезвреживания сточных вод химических производств

Рис. 3.2. Схема классификации сточных вод от суспендированных и эмульгированных примесей

Рис. 3.3. Схема уничтожения сточных вод

Рис. 3.4. Схема очистки сточных вод от растворенных примесей

Рис.3.5. Схема промышленных сточных вод от минеральных примесей

Рис. 3.6. Схема очистки сточных вод от органических примесей

Окисление озоном позволяет одновременно обесцвечивать воду, устранять привкус и запахи и обезвреживать ее. Озонированием можно очистить воду от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, поверхностно-активных веществ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов и пестицидов. Окисление проводят в контактных аппаратах, в башнях с насадкой, хлораторах.

Метод восстановительной очистки применяют в тех случаях, когда стоки содержат легко восстанавливаемые вещества. Эти методы широко используют для удаления соединений ртути, хрома, мышьяка, ионов тяжелых металлов. Для удаления последних наиболее распространены реагентные методы, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые с последующим отделением их в виде осадков. Наиболее эффективными реагентами являются гидроксиды кальция и натрия, карбонат и сульфиды натрия, различные промышленные отходы, например, феррохромный шлак.

Удаление из сточных вод газов достигается путем их отдувки, нагревом очищаемых вод или реагентными методами (рис. 3.7).

Коллоидные системы в сточных водах разделяют коагуляцией, флотацией, флокуляцией.

Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Коагуляция наиболее результативна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, размером 1...100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов.

При введении в воду солей алюминия (сульфат, гидроксихлорид Al, алюминат натрия и алюмокалиевые квасцы) и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия

Al2(SO4)3 + 6H2O 	2Al(OH)3 + 3H2SO4,	(3.1)
FeCI3 + 3H2O 	Fe(ОН)3 + 3НСI,	(3.2)
FeSO4 + 2H2O 	Fe(ОН)2 + Н2SO4,	(3.3)
4Fe(ОН)2 + О2 + 2Н2О 	4Fe(ОН)3.	(3.4)

Серная или соляная кислоты должны быть нейтрализованы, иначе равновесие реакции будет сдвинуто влево. Образующиеся хлопья гидроксидов металлов обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы их агрегатировать. Все это способствует быстрому осаждению под действием силы тяжести. Коллоидные частицы имеют слабо выраженный отрицательный, а коагулянты – слабый положительный заряд. Поэтому между ними, естественно, возникает взаимное притяжение.

Флокуляция – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличии от коагуляции при флокуляции агрегация час-

Рис. 3.7. Схема очистки сточных вод от газов

происходит не только при непосредственном контакте взвесей, но и в результате их взаимодействия на частицах флокулянта.

Механизм флокуляции основан на адсорбции макромолекулы флокулянта на нескольких частицах с образованием полимерных мостиков, связанных между собой, то есть с образованием между коллоидными частицами трехмерной структуры, способные к более быстрому и полному отделению от жидкой фазы.

Адсорбция – один из наиболее эффективных методов очистки. Адсорбционные методы широко применяются для глубокой очистки сточных вод от растворимых органических веществ с одновременной утилизацией или деструктивным разрушением извлеченных веществ-загрязнителей. Преимуществами метода является: возможность проводить адсорбцию веществ из многокомпонентных смесей; высокая эффективность (особенно при очистке низкоконцентрированных стоков).

В качестве сорбентов применяют активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (зола, шлаки, опилки). Наиболее универсальными из адсорбентов являются угли, которые в силу своей специфичности адсорбируют из воды преимущественно органические вещества. Высокая адсорбционная активность углей объясняется их сильно развитой поверхностью и пористостью.

Адсорбционная очистка воды от нитропродуктов, содержание которых в воде достигает 100...400 мг/л, проводят углями марки КАД (до остаточного содержания 20 мг/л). Уголь регенерируют растворителями (бензол, толуол, метанол, метиленхлорид), которые затем разделяют перегонкой. Остатки растворителя из угля удаляют острым паром.

При очистке сточных вод от фенола используют селективные малозольные угли с высокой пористой структурой – КАД (иодный) и БАУ. Степень извлечения достигает 99 %. Практически полной дефенолизации сточных вод достигают, используя в качестве сорбента сульфат железа, модифицированный полиакриламидом. Лигнин, пропитанный хлористым железом, способен сорбировать до 92 % фенола при концентрации его 2...9 мг/л. В некоторых случаях очистку стоков от фенола проводят с применением диатомита, трепела, торфа, кварцевого песка. Однако адсорбционная емкость их невелика.

Сточные воды очищают от растворенных минеральных веществ ионным обменом, его разновидностью – электродиализом. Электродиализом называют метод разделения ионов под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны разделяющей мембраны. Процесс разделения проводят в электродиализаторе под действием постоянного электрического тока. Оптимальная концентрация удаляемых солей 3...8 г/л.

Для обессоливания воды применяется дистилляция, гиперфильтрация, вымораживание.

Для устранения разнообразных органических веществ используют адсорбцию и экстракцию. Для этого применяют локальные многоступенчатые адсорберы с перемешиванием и фильтрацией через слой сорбента или псевдоожиженном слое, а для экстракции – многоступенчатые установки с противоточными экстракторами.

Биохимическая очистка необходима для очистки сточных вод от растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) веществ. Процесс основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в ходе своей жизнедеятельности. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы разрушают их, превращая в воду, двуокись углерода, нитрит-, сульфат- и др. ионы. Сообщество микроорганизмов в биоочистке существует в виде активного ила (с твердым субстратом) и биопленки. На эффективность технологии влияет температура сточной воды, кислотность, наличие биогенных элементов, кислородный режим и присутствие токсичных веществ.

В биофильтрах основная пленка живет на поверхности загрузки фильтра – пористом материале, в аэротенках, где активный ил находится во взвешенном состоянии. Аэросмесители бывают в основном двух видов: смесители и вытеснители. Все разнообразие других конструкций зависит от способа ввода сточной воды и регенерация активного ила. Большое значение для эффективности процесса имеет аэрация очищаемой воды кислородом воздуха.

В большинстве случаев производственные сточные воды после очистки можно использовать для технического водоснабжения, иногда допускается выпуск их в водоем.

Эффективность биохимической очистки может составлять от 55 до 90 %, а при многоступенчатом варианте до 99 %.