7.5.4. Фізико-хімічні методи очищення стічних вод

Коагуляція – процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, а для негативно заряджених – катіони. Коагулянтами є вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Коагулююча здатність солей тривалентних металів в десятки разів вища, ніж двовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.

Коагуляцію застосовують для видалення з стічних вод найдрібніших колоїднодисперсних глинистих частинок, білкових речовин та інших високомолекулярних сполук. Застосовують для інтенсифікації процесів осадження чи флотації Коагуляцію здійснюють шляхом введення в забруднену воду невеликої кількості електролітів-коагулянтів Al₂(SO₄)₃, FeSO₄. Для того, щоб активізувати процес коагуляції (наприклад, при низькій температурі), можуть вводитися флокулянти.

Фізико–хімічна сутність цього процесу в спрощеному вигляді полягає в тому, що коагулянт, гідролізуючись, утворює позитивно заряджені аквагідроксокомплекси алюмінію і заліза, які адсорбуються на поверхні від'ємнозаряджених колоїдних домішок і нейтралізують їх заряд. Чим більший заряд аквагідроксокомплексів, утворених при гідролізі коагулянтів, тим менші їх витрати на коагуляцію. В результаті збільшення розмірів частинок під час адсорбції вони осідають у відстійниках під дією сили тяжіння. Одночасно йде процес адсорбції на поверхні осаду домішок органічних забарвлених речовин, в результаті чого вода знебарвлюється.

Електрокоагуляція – вплив електричним струмом, безреагентна коагуляція за рахунок пропущення стічних вод між Al і Fe пластинами, підключеними до джерела постійного струму. У результаті анодного розчинення металів при електрокоагуляції і взаємодії катіонів, що утворюються, з водою утворюються хлоп’я Al(OH)₃ чи Fe(OH)₃.

Цей метод використовують при невеликих потоках стічних вод і для концентрування та видалення токсичних металів, смол та інших речовин, шлам яких необхідно повторно використовувати.

Ефективність очищення до 90% (очищення вод з концентрацією зважених часток від 500-8000 г/м³).

Флокуляція – процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами є активна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічні полімери (поліакриламід, поліоксиетилен, поліакрила-ти, поліетиленаміни тощо).

Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти, наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакриламід ППА. Коагуляція та флокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.

При очищенні води використовується і електрокоагуляція – процес укрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.

Екстракція базується на неоднаковому розподілі компонентів розчину між двома взаємонерозчинними фазами, з яких одна – вода, інша – органічний розчинник (екстрагент – бензол, бутилацетаттриетиламін, діетилметиламін, діпропіламін та ін.).

За допомогою екстракції із стічних вод видаляють феноли, жирні кислоти, іони металів, різні олії та інші органічні сполуки.

Сутність методу полягає в тому, що забруднювачі переходять у екстрагент, що потім відокремлюється від очищених стоків відстоюванням.

Установки, у яких проводять екстракцію – екстрактори, повинні мати спеціальну камеру, у якій відбувається відстоювання. Екстрагент зазвичай регенерується перегонкою, продуктивність екстракційних установок може перевищувати 1000 м³/год.

Сорбція – процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, селікагелем, активною глиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від структури пор, їхньої величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активність сорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинаються на одиницю їхнього об'єму або маси (кг/м³).

Пристрої для вилучення зі стічних вод або розчинів за цим методом виготовляють у вигляді фільтрів.

Розрізняють три види сорбційних процесів очищення стоків: абсорбція, адсорбція, хемосорбція.

При абсорбції поглинання забруднень здійснюється всією масою (об'ємом) абсорбованої речовини.

При адсорбції поглинання забруднювачів відбувається тільки поверхнею адсорбента за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.

При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається з утворенням на поверхні розподілу нового компонента або фази.

Вибір сорбента визначається характером та властивостями забруднень. Процес очищення стоків різними видами сорбентів здійснюється в спеціальних колонах, заповнених сорбентами.

Адсорбція використовується для глибокого очищення вод замкненого водоспоживання і для доочищення стічних вод від розчинених органічних домішок. Як сорбент використовуються дрібнодисперсні речовини: іл, зола, торф, глина, шлаки, активоване вугілля.

Відпрацьоване активоване вугілля регенерують відгонкою адсорбованих домішок парою, якщо вони використовуються, або деструктивною регенерацією, якщо адсорбовані домішки знешкоджуються.

Застосування принципу завислого (киплячого) шару адсорбенту для сорбції забруднюючих органічних речовин дозволяє вирішити проблему безперервної заміни адсорбенту в установці, спрощує регенерацію відпрацьованого вугілля. При цьому можна запобігти замулюванню шару адсорбенту і застосовувати дрібні фракції активованого вугілля (0,2 – 0,5 мм), що дозволяє значно скоротити час досягнення адсорбційної рівноваги. Адсорбція може здійснюватися, як в одному адсорбері, так і в блоці двох або трьох послідовно з’єднаних апаратів.

Іонний обмін полягає в видаленні із стічних вод іонів розчинених солей за рахунок обміну іонами між ними та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз "розчин – смола".

Використовують іонообмінний метод для одержання з розчину дорогоцінних металів, нікелю, ртуті, хрому, цинку, радіоактивних ізотопів, а також для пом'якшення (коли концентрація домішок менша 1 г/л) і знесолення води.

Устаткування: іонітові фільтри чи адсорбери.

За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, які мають відповідно кислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними. Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилікатів, гідроокислів та солей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітні синтетичні іонообмінні смоли.

Іоніт являє собою 3-х мірну полімерну сітку, що містить функціональні групи, здатні до електролітичної дисоціації у воді. Ці функціональні групи можуть бути як кислотного, так і лужного характеру. Якщо відбувається обмін катіонами, то такі іоніти називаються катіонітами, якщо аніонами – аніонітами.

Основною властивістю іонітів є їх поглинальна здатність – обмінна ємність (кількість грам-еквівалентів у стічній воді, що поглинається 1 м³ іоніту до повного насичення).