Окисление и восстановление загрязняющих веществ сточных вод. Химические про-

цессы окисления и восстановления применяют, как правило, для проведения эквивалентных химических реакций с минеральными загрязняющими веществами. Реакции химического окисления также используют для тотального воздействия на систему загрязняющих веществ или для обеззараживания воды. В зависимости от целевого назначения определяют механизм химического взаимодействия и дозы реагентов.

Высаживание и кристаллизация. Метод высаживания (химического осаждения) основан на взаимодействии загрязняющих веществ с реагентами, переводящимиих в малорастворимые формы. В ряде случаев достаточно изменение величины рНдо значения осаждения. Этот метод получил широкое распространение в процессах очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов. При достижении значений рН, приведенных в таблице, образуются малорастворимые гидроксиды металлов, отделяемые гидромеханическими методами.

Таблица

Интервалы значений рН для высаживания ионов тяжелых металлов в форме гидроксидов

Регулированием величины рН осаждения можно осуществлять селективное осаждение металлов. Для корректирования величины рН применяют известь, соду и натриевую щелочь.

Метод химической кристаллизации осуществляют путем добавки в обрабатываемую воду реагентов, понижающих растворимость целевого вещества. На последующих стадиях для интенсификации процесса кристаллизации может быть использовано выпаривание или охлаждение вплоть до вымораживания воды.Метод химической кристаллизации применяют для извлечения ценных веществ из концентратов и шламов, образующихся в процессах очистки сточных вод.

9.3. Процессы физико-химической очистки сточных вод

На основе физико-химических процессов базируется целый ряд разделительных и деструктирующих методов очистки воды. Оказывая комплекс воздействий на все формы загрязняющих веществ, они обладают важными достоинствами при решении многих задач обеспечения защиты водных ресурсов.

Наибольшее распространение в сфере защиты водных ресурсов получили такие физикохимические процессы, как коагуляция, сорбция, флотация, а также группы электрохимических и баромембранных процессов.

Важная особенность физико-химических методов очистки сточных вод — возможность формирования технологических процессов очистки сточных вод, направленных на достижение любых заданных показателей воды,а также возможностьутилизации технологических материалов.

Очистка сточных вод коагулированием. Одно из эффективных направлений коагуляции устойчивых дисперсных систем сточных вод — гетерокоагуляция. Наряду с явлениями коагуляции образующиеся флокулы гидроксидов металлов, обладая развитой поверхностью, проявляют высокую адсорбционную способность ко многим видам загрязняющих веществ сточных вод.

Кроме этого, часть особенно крупных дисперсных примесей вовлекается в процесс седиментации в результате чисто механических взаимодействий с крупными флокулами гидроксидов. При этом могут извлекаться вещества, не участвующие в процессах коагуляции и сорбции.

27

Метод очистки воды коагулированием представляет технологический процесс, состоящий из отдельных взаимосвязанных стадий: гидролиз солей коагулянта; коагуляция коллоидных частиц; флокуляция микродисперсной фазы; седиментация флокул.

Соответственно, оборудование для осуществления коагуляционного процесса очистки воды включает установку приготовления и дозирования реагентов, смеситель, флокулятор и разделительное оборудование.

Очистка сточных вод сорбцией. С помощью этого метода достигается высокая степень извлечения органических загрязняющих веществ, что значительно облегчает дальнейшую биологическую очистку сточных вод или полностью ее заменяет, но для этого необходимо правильно учитывать многие факторы. Эффективность сорбции определяется химическим строением молекул извлекаемых веществ и их состоянием в водных растворах в присутствии сильных электролитов.

В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (зола, шлаки, опилки и др.). Из адсорбентов наиболее универсальны активные угли.

Существуют два основных вида технологических процессов сорбции загрязняющих веществ. Процесс статической сорбции осуществляется в контактных реакторах, в которые сорбент подается в определенной пропорции к сорбтиву и в которых находится с ним в контакте не-

обходимый период времени.

Очистка воды с использованием процессов статической сорбции может осуществляться по трем принципиальным схемам: прямоточной с однократным использованием сорбента; противоточной с многократным использованием сорбента; циркуляционной с использованием псевдоожиженного слоя. Полный технологический процесс сорбционной очистки воды может осуществляться в одну и более ступеней.

Процесс динамической сорбции осуществляют в адсорберах, действие которых основано на процессе фильтрования сточных вод через неподвижный слой сорбента. Этот процесс применяют, если обрабатываемая вода не содержит взвешенные вещества. Процесс динамической сорбции ведут, как правило, до полного исчерпания сорбционной емкости фильтра, после чего сорбент заменяется.

Очистка сточных вод флотацией. Флотация — один из процессов адсорбционнопузырькового разделения, основанный на формировании всплывающих агломератов загрязняющих веществ с диспергированной газовой фазой — флотокомплексов и последующим их отделением в виде концентрированного пенного продукта — флотошлама.

Признаком классификации флотационных сооружений принят способ получения диспергированной газовой фазы (ДГФ). В соответствии с этим признаком классификация флотационных сооружений включает барботажные, эжекционные, струйные, импеллерные, компрессионные, вакуумные и электрохимические флотаторы.

Барботажный способ получения ДГФ в очистных сооружениях — один из наиболее распространенных: диспергируемый газ проходит через поры (отверстия) фильтросного устройства, погруженного в воду, и образует поток газовых пузырьков.

Гидродинамический способ получения ДГФ реализуется в виде струйногодиспергирования воздуха через открытую поверхность флотатора.

Механическое диспергирование газовой фазы осуществляют с помощью различного типа устройств, движущиеся части которых попеременно соприкасаются с жидкой и газовой фазами. Энергичное перемешивание сточной воды во флотационных импеллерных установках создает в ней большое количество мелких вихревых потоков.

Компрессионный (вакуумный) способ получения ДГФ основан на предварительном рас-

творении воздуха при высоком давлении и последующем выделении его из пересыщенного раствора при декомпрессии.

28

Электрохимический способ основан на электролизе сточных вод с использованием нерастворимых электродов. В межэлектродном пространстве и на поверхностях электродов образуется газовая дисперсия, состоящая из мельчайших пузырьков.

Очистка сточных вод электрохимическими методами. Среди многих методов очистки воды с использованием электрохимических процессов наибольшее распространение получили методы электрохимической флотации (см. выше), коагулирования и деструкции.

Электрохимическое коагулирование. Метод электрохимического коагулирования так же, как и метод реагентного коагулирования, обеспечивает дестабилизацию устойчивых дисперсных систем и подготовку их к последующим стадиям отделения от воды.

Электрохимическая деструкция. Процесс электрохимической деструкции органических веществ при электролизе сточных вод включает две стадии процесса: анодное выделение хлора и его соединений скислородом; взаимодействие продуктов электролиза с органическими веществами сточных вод.

9.4. Биологическая очистка производственных сточных вод

Задачи очистки сточныхвод. Поскольку водоприемниками сточных вод являются водные объекты, предъявляются единые требования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых

вводные объекты, независимо от источников их образования. В настоящее время установлены жесткие требования к остаточному содержанию органических и биогенных веществ (фосфатов и соединений азота — аммония солевого, нитритов и нитратов) в сбрасываемых очищенных сточных водах. Поэтому технологическая схемаочистки сточных вод включает биологическую очистку не только от органических и взвешенных веществ, но и от соединений азота и фосфора,

внекоторых случаях схема дополняется сооружениями доочистки (глубокой очистки). Основной технологической схемой является комплекс сооружений, включающих механическую, биологическую очистку, доочистку (при необходимости) и обеззараживание.

9.4.1. Основные механизмы удаления органических веществ в процессах биологической очистки воды

Биологическая очистка воды основана на способности микроорганизмов активного ила использовать в качестве источников питания, т.е. для своей жизнедеятельности, растворенные и коллоидные загрязняющие вещества сточных вод.

Диапазон задач, решаемых с использованием биологических процессов, постоянно расширяется по мере углубления изучения закономерностей биологического процесса и появления новых требований к качеству очищенной сточной воды. Биологическая очистка сточных вод может быть проведена в естественных (на полях орошения и полях фильтрации) и искусственных (специально построенных емкостных сооружениях) условиях.

Основными биологическими процессами очистки сточных вод являются аэробный и анаэробный: аэробный процесс проходит при наличии кислорода, анаэробный — при практическом отсутствии кислорода. При этом деструкция органических веществ при разных процессах проходит различными путями.

Аэробное удаление органических веществ. В аэробной биологической очистке используется способность микроорганизмов использовать некоторые загрязняющие вещества сточных вод в качестве источника питания. Аэробная очистка сточных вод проходит при участии бактерий и при наличии избытка кислорода. Отдельные загрязняющие вещества могут быть окислены до конечных продуктов СО2 и Н2О или трансформированы в другие формы, удаление которых возможно при дальнейшей обработке. Процесс ведется при постоянной подаче воздуха, содержащего кислород.

29

Аэробный процесс очистки сточных вод проходит в несколько этапов:

1)сорбционное изъятие загрязняющих веществ активным илом или биопленкой;

2)внеклеточная переработка бактериями загрязнений с помощью выделяемых ими в воду экзоферментов (гидролитическое расщепление сложных молекул);

3)внутриклеточная переработка (ассимиляция) органических веществ с образованием диоксида углерода, воды, а также получение необходимой энергии с помощью внутренних пищеварительных ферментов (эндоферментов).

При определенных параметрах процесса образуются окисленные формы азота (нитриты как промежуточная стадия окисления и нитраты).

Скорость сорбционного изъятия загрязняющих веществ (т.е. протекания первого этапа) значительно выше, чем скорость их биохимического окисления загрязняющих веществ.

Анаэробная деструкция органических веществ. При выполнении процесса анаэробного разложения присутствие кислорода не требуется.

Анаэробная очистка включает 4 этапа:

1)гидролиз, при котором сложные углеводороды разлагаются на воду и более простые составляющие;

2)предварительное окисление, в результате чего выделяются спирты и кислоты;

3)завершающее окисление продуктов;

4)переработка веществ бактериями с выделением метана и азота.

Все стадии анаэробного процесса очистки тесно связаны между собой. При нарушении одного из этапов очистка прекращается. Процессы биологической очистки сточных вод в анаэробных условиях изучены менее подробно, чем аэробных. При этом анаэробными процессами в большей степени занимались для обработки осадков сточных вод, а потому процессы сбраживания осадков в метантенках весьма глубоко и подробно изучены. В последнее время внимание к вопросам анаэробной очистки сточных вод возросло. Из возможных бескислородных процессов выделены два, участвующих в технологических схемах: анаэробный, при котором обработка сточной воды ведется в условиях практического отсутствия растворенного кислорода, и аноксидный, который осуществляется в бескислородных условиях при отсутствии связанного кислорода в форме нитратов.

Аэробные и анаэробные технологии биологической очистки сточных вод привлекательны тем, что:

–обеспечивают эффективное удаление органических веществ;

–обеспечивают эффективное удаление биогенных веществ;

–характеризуются относительно небольшими затратами на обслуживание сооружений;

–позволяют решать экологические задачи при сбросе сточных вод в водные объекты;

–позволяют обеспечить высокую степень очистки сточных вод до 99 %;

–не создают при биологической очистке вторичное загрязнение сточной воды. Однако для аэробных и анаэробных систем свойственны:

–большие капитальные затраты из-за длительных процессов очистки;

–значительные занимаемые площади;

–потребность в высокой квалификации персонала, обслуживающего технологические процессы;

–уязвимость процессов (возможна гибель бактерийпри воздействии некоторых токсичных компонентов сточных вод, в основном промышленных).

30