5.4 Способы очистки сточных вод
В природных водных объектах происходит естественный процесс самоочищения воды. Самоочищение – разбавление загрязнённых вод, выпадение в осадки твёрдых загрязнителей, химические, физические, биологические процессы, которые приводят к возвращению воды в первоначальное состояние.
Способность любого водоёма к самоочищению конечна. К сожалению, реальность сегодняшнего дня это большие объёмы промышленных и бытовых сточных вод, наличие в них токсичных для биоценозов веществ, изменение их физических и химических свойств. Эти факторы ограничивают возможности водоёма по самоочищению и уже сейчас реки, моря, озёра не в состоянии справиться с современными объёмами загрязнённых вод. Поэтому существует острая необходимость обезвреживать, очищать и утилизировать сточные воды. Предупреждение или же минимизация загрязнения водных объектов сточными водами представляет собой совокупность организационных и технических мер.
Очистка сточных вод – обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения – сложный, зачастую пролонгированный во времени процесс.
Методы очистки можно разделить на механические, физические, физико-механические, физико-химические и биологические. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей. В случае применения нескольких видов очистки и обезвреживания сточных вод метод называется комбинированным.
Механический метод – позволяет удалять до 75 % нерастворимых примесей твёрдых и масляных загрязнений. Механическая очистка производится отстаиванием, процеживанием, фильтрацией, дистилляцией.
Примерами физико-механического метода очистки воды являются флотация, обратный осмос.
В последнее время метод флотации широко применяется для осветления сточных вод, загрязнённых лёгкими и высокодисперсными взвесями. Эффект флотации заключается в том, что, диспергированные в тонкой суспензии, пузырьки воздуха соединяются с частичками взвеси и всплывают вместе с ней на поверхность. Таким образом, флотация основана на процессе прилипания загрязнённых веществ к поверхности раздела двух фаз, например, воздуха и воды, образовании комплексов и их удалении. Преимущества флотации: высокая степень очистки (90 – 98%), очистка одновременно сопровождается аэрацией, снижением содержания бактерий и микроорганизмов, незначительное пребывание во флотационных установках.
Распространение сейчас получает очистка методом обратного осмоса (гиперфильтрации), при котором очищаемые стоки непрерывно фильтруются под давлением через полупроницаемые мембраны разных видов. Обратный осмос является наиболее эффективным процессом для получения питьевой воды. Это натуральный процесс, в ходе которого наступает отделение воды от растворённых в ней субстанций. Основными этапами очистки этого типа являются (усреднённый вариант):
предварительная очистка воды от различного вида механического загрязнения – песок, ржавчина и т.д. величиной свыше 20 микрон (0.02 мм);
вода очищается от загрязнений свыше 5 микрон (0.005 мм)
очистка воды угольным фильтром, который удаляет хлор и его производные, органические соединения
мембрана пропускает только молекулы воды, все загрязнения направляются на слив (вирусы, бактерии, пестициды гормоны, радиоактивные элементы),
Преимущества метода обратного осмоса: простота аппаратуры, возможность работы при обычной температуре, очистка воды от органических и неорганических загрязнений, малая зависимость эффективности очистки от концентрации загрязнений. Недостатки: высокая стоимость мембран и их быстрая изнашиваемость.
Химическая очистка заключается в использовании реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами. В результате образуются вещества, удаляемые из сточных вод легче, чем исходные. Нейтрализация осуществляется путём фильтрации через нейтрализующие материалы (мел, доломит, магнезит), смешивания кислых сточных вод с реагентами (карбонат кальция, магния, аммиак и т. д.). Окисление производится для обеззараживания сточных вод от токсичных примесей (цинк, медь). Химическую очистку наиболее часто используют не как самостоятельный метод, а в комплексе с другими мероприятиями.
Физико-химический метод основан на изменении физического состояния загрязнения, что облегчает их удаление из сточных вод. В этом случае используются реагенты.
Метод коагуляции – основан на слипании мелкодисперсных частиц под воздействием специально добавляемых в сточные воды коагулянтов, в результате чего происходит увеличение размеров и интенсивное осаждение частиц. Коагулянты – соли алюминия, железа, магния, известь.
Сорбция – процесс поглощения вредных веществ из сточных вод твёрдым телом или жидкостью – сорбентом – золой, торфом, активными глинами. Приспособления с использованием сорбента для извлечения из сточных вод загрязнителей обычно изготавливают в виде фильтров.
Используется три вида сорбционных процессов очистки загрязнённых вод:
Хемосорбция – процесс поглощения загрязнения сорбентом, при котором происходит образование нового компонента на поверхности раздела сред: загрязнитель – сорбент.
Абсорбция – процесс поглощения загрязнения всей массой сорбирующего вещества.
Адсорбция – поглощение загрязнения поверхностным слоем сорбента благодаря взаимодействию молекулярных сил в системе сорбент – загрязнитель.
Экстракция - добавление в сточные воды специальных веществ – экстрагентов для извлечения из сточных вод загрязняющих веществ. Загрязняющие вещества в них растворяются лучше, чем в воде. Экстрагенты должны соответствовать таким требованиям: селективность, малая растворимость в воде, нетоксичность, небольшая теплота выпаривания.
Ионный обмен – процесс извлечения из сточных вод ценных веществ (хром, цинк, медь), который протекает благодаря обмену ионами между примесями и ионообменными смолами (ионитами) на поверхности раздела фаз раствор – смола. Основное качество ионитов – их большая поглощающая способность – обменная ёмкость. Иониты могут быть как природными, так и синтетическими. Находят применение иониты из целлюлозы, угля, алюмосиликатов.
Электролиз – разрушение органических веществ в стоках и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизёрах.
Биохимическая очистка основана на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек. Этот процесс протекает благодаря способности некоторых микроорганизмов разрушать органические и некоторые неорганические соединения (например, сульфиды и соли аммония), превращая их в безвредные соединения. – продукты окисления – воду, двуокись углерода, нитрат- и сульфатионы.
В зависимости от организмов, которые участвуют в разрушении загрязняющих соединений, различают два метода биологической очистки сточных вод: аэробный и анаэробный.
Аэробный осуществляется бактериями при наличии в воде кислорода и является основным способом биоочистки. Существует несколько видов устройств, использующих аэробный принцип.
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной плёнкой. Благодаря этой плёнке, служащей действующим началом, быстро протекают процессы биологического окисления.
В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоём.
В аэротенках (огромных резервуарах из железобетона) очищающим началом служит активный ил из различных микроорганизмов. Их развитию способствуют органические вещества, поступающие со сточными водами, а так же искусственно создаваемый избыток кислорода. Ферменты, выделяемые микроорганизмами , минерализуют органические загрязнения.
Биологический метод даёт хорошие результаты при очистке коммунальных стоков. Он применяется и при очистке стоков предприятий целлюлозно – бумажной, нефтеперерабатывающей промышленности.
Анаэробный осуществляется бактериями, не требующиими кислорода и заключаются в сбраживании загрязняющих веществ в закрытых аппаратах без доступа воздуха – метатенках и может применяться для предварительной подготовки стоков, с большим содержанием органических осадков.
Биологической очистке сточных вод обычно предшествует механическая очистка. А следуют за ней химические и физико-химические методы (хлорирование, электролиз, озонирование).