4 Очистки сточных вод

Сточными называются воды, образовавшиеся в процессе использования на бытовые и производственные нужды и получившие при этом дополнительные загрязнения, изменившие их первоначальный физико-химический и бактериологический состав. Сюда же относят воды стекающие с территории населенных мест и различных предприятий. В зависимости от происхождения сточные воды подразделяются на три основные группы: бытовые (хозяйственно-бытовые), производственные и городские (смесь бытовых и промышленных сточных вод, образующихся при спуске тех и других в общегородскую канализацию).

Четкой классификации сточных вод промышленных предприятий нет. По наиболее общей классификации они подразделяются на три вида: чистые, условно чистые и химически загрязненные. Условно чистые воды используются в технологическом процессе, но они не содержат загрязнений, так как не имеют непосредственного контакта с химическими веществами (например, для охлаждения оборудования). Условно чистыми их называют потому, что из-за неплотностей аппаратуры в них могут попадать загрязняющие вещества, кроме того, эти воды нагреты, что может привести к тепловому загрязнению водоема.

Универсального метода очистки загрязненных промышленных сточных вод, который отвечал бы всем современным требованиям, пока еще нет. Все известные способы очистки сточных вод подразделяют на следующие группы: механические, химические, физико-химические, термические, биологические (биохимические) (табл.2).

Таблица 2. Способы очистки сточных вод от некоторых вредных веществ

Вредные вещества	Способ очистки
Азот, аммиак	Биологическая очистка, а при недостаточной эффективности доочистка: 1)подщелачивание известью до рН 9,5-11,5 и отдувкой аммиака воздухом; 2) окисление хромом, адсорбцией образовавшихся хлораминов и фильтрованием через гранулированный активированный уголь; 3) адсорбцией иона аммония ионитами – адсорбция цеолитами (эффективность 54 -100%)
Соединения аммония: гидроксид, карбонат, сульфид	Биологическая очистка
Вредные вещества	Способ очистки
Алюминий (содержится в стоках от гальванических ванн)	Нейтрализация щелочами с последующим осаждением алюминия или извлечение ионитами
Ванадий	Биологическая, химическая очистка: извлечение ионитами, методом обратного осмоса; осаждением гидроксидом железа при рН 8,5 – 10, сульфидом железа, адсорбцией активированным углем
Вольфрам	Извлечение ионитами
Железо	Механическая и биологическая очистка стоков снижает концентрацию железа в сточных водах на 86%; очистка с помощью катионных фильтров снижает концентрацию железа в сточных водах с 11 до 0,01 мг/л. Эффект извлечения железа из сточных вод при механической очистке 89%, при применении извести 94%
Кадмий	Биологическая очистка (извлекаются 80% кадмия); химическая очистка при добавлении щелочи, извести; осаждение и фильтрование воды (извлекается лишь 60%кадмия). Эффективность очистки сточных вод от кадмия известью 98,9%
Кальций	Химические, физико-химические и физические методы. При очистке методом обратного осмоса концентрация кальция снижается с 350 до 7,6 мг/л, после предварительного фильтрования через активированный уголь снижение составляет 98,6%,после очистки на катионных фильтрах концентрация снижается с 9 до 0,01 мг/л
Кремний	Осаждение, коагуляция, методы гидрометаллургии и методы физико-химической очистки
Марганец	Биохимическая, механическая, аэрация, осаждение известью, цементация, коагуляция, ионный обмен, адсорбция активированным углем, электродиализ. После механической и биологической очистки в аэротенках эффект очистки составляет 91%, при осаждение известью 95%, при фильтровании через активированный уголь 95%
Медь и ее соединения	Биологическая очистка, химическая очистка, осаждение известью или едким натром, осаждение ферроцианидом калия, физико-химические методы, ионный обмен, метод обратного осмоса

Вредные вещества	Способ очистки
Молибден	Извлечение ионитами. Эффект очистки сточных вод от молибдена составляет при применении химических методов (квасцов) 85%, извести 12%, физических методов 72%
Мышьяк	Химические и физико-химические методы. Двойным биофильтрованием мышьяк извлекается из сточных вод полностью
Никель	Биологическая очистка: через 120 мин извлекается 65% никеля от первоначального количества; химическая, физико-химическая очистка; метод обратного осмоса (эффект 92-96%); адсорбция активированным углем (эффект 95-99%)
Свинец	Адсорбция активированным углем, химические методы, биологическая очистка
Сера и ее соединения	Биологическая и физико-химическая очистка, химические методы
Фосфор	Биологическая очистка, ионный обмен, метод обратного осмоса, химические методы
Хлор	Методы химической очистки, аэрация
Хром	Механические способы очистки, биологические, химические, физико-химические методы, ионный обмен, метод обратного осмоса
Цинк	Биологическая очистка, содержание и нейтрализация щелочами, известкование, цементация, ионный обмен, метод обратного осмоса
Цианиды	Биологическая, химическая очистка, ионный обмен, адсорбция активированным углём
Соляная кислота	Нейтрализация известью
Концентрация водородных ионов (рН)	Биологическая очистка сточных вод при рН 6-7 (оптимальное значение рН 6,5), методы нейтрализации кислых и щелочных вод
Фенол, роданиды	Биологическая очистка

Механические методы используются в основном как предварительные. Они предназначены для отделения от воды нерастворимых примесей различной крупности. Для этих целей используется следующее оборудование: решетки, барабанные сетки, фильтры, песколовки, отстойники, нефтеловушки, смоложиромаслоуловители. Отстойники являются основными сооружениями механической очистки сточных вод, используемыми для удаления оседающих или всплывающих грубодисперсных примесей. Для удаления указанных выше примесей используют также отстойные пруды. Если примесь легче воды, то ее удаляют с поверхности воды, а отстойники называют ловушками.

В настоящее время для механической очистки сточных вод применяются гидроциклоны, требующие значительно меньших площадей. Сточные воды после механической очистки в зависимости от состава и предъявляемых к ним требованиям направляют на химическую, физико-химическую или биологическую очистку.

Химическую очистку применяют в тех случаях, когда выделение загрязнений возможно только в результате химической реакции между примесью и реагентом с образованием новых веществ, которые легко удалить из сточных вод. Для такой очистки используют реакции окисления, нейтрализации, перевод вредных примесей в безвредные, обезвреживание методом хлорирования и др. Химические методы требуют большого расхода реагентов. Кроме того, образующиеся в результате реакции вещества необходимо удалять из сточных вод и обрабатывать.

Широкое применение нашла нейтрализация сточных вод для удаления из них кислот, щелочей, а также солей металлов.

Физико-химические методы очистки подразделяются на реагентные и безреагентные. К реагентным относятся методы, при которых для осаждения и выделения соединений из стоков применяются специальные вещества- коагулянты (соли алюминия и железа, аммиачная вода и др.) и флокулянты (полиакриломид, синтетические полимеры, природные полимеры, неорганические вещества, например активная кремниевая кислота). Очистка сточных вод реагентным способом включает несколько стадий: приготовление и дозирование реагентов, смешение их с водой, хлопьеобразование, отделение хлопьевидных примесей от воды.

К безреагентным методам относятся: сорбционные, электрохимические, радиационные и др. При этих методах выделение или разложение вредных компонентов протекает без введения в реакционную систему дополнительных химических соединений. Тем не менее осуществление процесса требует подвода дополнительной энергии извне и использование нейтральных веществ в качестве сорбентов, которые при регенерации дают вторичное загрязнение в виде шлама.

К электрохимическим методам очистки относятся ионный обмен, электролиз и др. Ионный обмен- это обратимая химическая реакция между твердым веществом (ионитом) и раствором электролита. Иониты (ионообменники) представляют собой твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы с ионами внешней среды. Наиболее широкое применение нашли синтетические ионообменные смолы, цеолиты (алюмосиликаты), гидроксиды и соли поливалентных металлов. Ионный обмен является одним из основных способов обессоливания, опреснения и умягчения воды; им можно достичь любой степени очистки, утилизировать компоненты, от которых производится очистка. При очистке сточные воды проходят через ионитовые фильтры, заполненные ионообменной смолой, цеолитами и т.д.

В последние годы широкое применение нашли мембранные процессы очистки сточных вод (ультрафильтрация, обратный осмос, микрофильтрация, испарение через мембраны, диализ, электродиализ).

Мембранные процессы разделения жидкостей, смесей, деминерализация воды, разделения и концентрирования сточных вод являются наиболее эффективными в экологическом отношении, так как позволяют извлекать из сточных вод ценные вещества, повторно использовать воды, регенерировать отработанные составы.

Биохимический (биологический) метод применяется для очистки воды от многих растворимых органических веществ, ионов тяжелых металлов и некоторых неорганических веществ. Процесс основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода и другие вещества. Другая часть органических веществ идет на образование биомассы.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимый постоянный приток кислорода и температура 20-40 ºС. Анаэробные методы осуществляются без доступа кислорода, их используют в основном для обезвреживания осадка.

Термические методы используют для очистки сильноминерализованных сточных вод, содержащих соли кальция, магния и др. Очищенную воду получают в основном путем ее испарения в специальных установках. В некоторых случаях используют огневой метод, при котором сточные воды распыляют непосредственно в топочные горячие газы. При этом вода полностью испаряется, органические примеси сгорают, а минеральные вещества превращаются в твердые или расплавленные частицы, которые затем улавливаются.