Очистка сточных вод

Сточными называются воды, образовавшиеся в процессе использования их для бытовых и производственных целей и получившие при этом дополнительные загрязнения, изменившие первоначальный физико-химический состав этих вод. Сюда же относят воды, стекающие с территорий населенных мест и различных предприятий – поверхностные сточные воды.

В зависимости от происхождения сточные воды подразделяются на бытовые (хозяйственно-бытовые, хозяйственно-фекальные), производственные и городские (смесь бытовых и промышленных сточных вод, образующихся при спуске тех и других в общегородскую канализацию).

По степени загрязнения сточные воды промышленных предприятий делят на условно чистые, слабо загрязненные, сильно загрязненные, кубовые остатки и маточные растворы (чрезвычайно концентрированные). Условно чистые воды используют в технологических процессах таким образом, что они не имеют непосредственного контакта с загрязняющими веществами (например, для охлаждения оборудования), но при нарушении плотности оборудования в них могут попасть различные вещества.

Методы очистки сточных вод подразделяют на: механические, химические, физико-химические, термические, биологические (биохимические).

7.2.1. Механические методы очистки сточных вод используют в основном как предварительные. Они предназначены для отделения от воды нерастворимых примесей различной степени дисперсности. Для этих целей используют следующее оборудование и устройства: решетки, барабанные сетки, фильтры, песколовки, отстойники, илоуплотнители, нефтеловушки, смоложиромаслоуловители.

Отстойники являются основными устройствами механической очистки сточных вод, используемыми для гравитационного выделения из сточных вод нерастворяющихся грубодисперсных примесей с плотностью выше, либо ниже плотности воды.

Эти аппараты бывают вертикальные, диагональные (мощностью до 15 тыс.куб.м. в сутки), горизонтальные (до 20 тыс.куб.м. в сутки) и радиальные (более 20 тыс.куб.м в сутки).

На рис.50 приведена схема радиального отстойника.

Рис. 53. Радиальный отстойник: 1 – входная труба для постоянной сточной воды; 2 – отводящая труба; 3 – шламосборник; 4 – канал вывода шламов; 5 – механический скребок.

Для этих же целей используют отстойные пруды. Если примесь легче воды, то ее удаляют с поверхности воды, а отстойники называют ловушками. На рис. 51 приведена схема горизонтальной песколовки.

Рис. 54. Горизонтальная песколовка

Эффективность отстаивания сильно зависит от скорости течения воды, которая определяется расчетом и должна быть оптимальной.

Для механической очистки находят применение гидроциклоны, требующие значительно меньших площадей.

Гидроциклоны применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей под воздействием центробежных сил (отделение песка и минеральных частиц диаметром 0,1-0,15 мм и плотностью 1,2 г/см³ и более; при этом они бывают открытыми и напорными. Для очистки тонких взвесей используют мультициклоны.

Сточные водыпосле механической очистки в зависимости от состава и предъявлямых к ним требований направляют на химическую, физико-химическую или биологическую очистку.

7.2.2. Химическая очисткаприменяют в тех случаях, когда выделение примесей возможно только в результате химической реакции между примесью и реагентом с образованием новых веществ, которые легко удалить из сточной воды. Для такой очистки используют реакции окисления, нейтрализации, перевод ядовитых примесей в безвредные, обезвреживание методом хлорирования и др. Химические методы требуют большего расхода реагента. Кроме того, образующиеся в результате реакции вещества необходимо удалять из сточных вод и обрабатывать. Химическим методом часто отдается предпочтение при локальной очистке небольших объемов сточных вод, особенно, если сточные воды содержат щелочи, и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделить из сточных вод. Основным методом обработки таких вод является нейтрализация:

- взаимная нейтрализациякислых и щелочных сточных вод;

- нейтрализацияреагентами (растворами кислот, негашеной и гашеной известью, кальцинированной содой, каустической содой, аммиачной водой);

- фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, обожженный магнезит, мел, магнезит).

Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего гашеную известь или в виде известкового молока, а также карбонаты кальция или магния в виде суспензии. Для нейтрализации органических жирных кислот применяют известь, содержащую не менее 25-30% активного оксида кальция, или смесь извести с 25%-ной технической аммиачной водой.

Для обеспечения полноты нейтрализации и осаждения солей тяжелых металлов в реакционных камерах проводится непрерывное перемешивание сточных вод.

К химическим методам относится окислительный метод, применяемый для обезвреживания сточных вод, содержащих токсичные примеси и болезнетворные организмы. В качестве окислителей используют хлор, гипохлорид кальция, гипохлорид натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технических кислород и кислород воздуха, реже перекись водорода, оксиды марганца и др. Обезвреживание сточных вод хлором или его соединениями является одним из самых распространенных способов их очистки от цианидов и таких органических и неорганических соединений, как сероводород, тиосульфаты, сульфиды, меркаптаны и др. Окисление ядовитых цианид-ионов CN^- приводит к переводу их в нетоксичные цианиды CNO^-, которые затем гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов.

Широкое распространение для окисления сточных вод находит озон, который является сильным окислителем и обладает способностью разрушать в водных растворах при нормальной температуре многие органические вещества. Недостатком озона является коррозионное свойство, поэтому все элементы озонаторных установок и трубопроводы должны изготавливаться из коррозионно-стойкой стали и алюминия.

7.2.3. Физико-химические методыочистки, основанные на изменении физического состояния загрязнителя, применяют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц, растворимых газов, растворенных неорганических и органических веществ. К физико-химическим методам очистки сточных вод относятся: коагуляция, флотация, адсорбция, ионный обмен, экстракция, ректификация, обратный осмос, ультрафильтрация и др.

Некоторые физико-химические методы проводятся после предварительного выделения из сточных вод взвешенных веществ, для чего часто применяют процессы коагуляции и флотации, относящиеся к реагентным методам. К реагентным относят методы, при которых для осаждения и выделения химических соединений из стоков применяют специальные вещества-коагулянты (комплексные соли алюминия и железа, аммиачную воду и др.) и флокулянты (полиакриламид, синтетические полимеры, природные полимеры, неорганические вещества, например, активную кремниевую кислоту). Очистку сточных вод с помощью реагентных методов осуществляют в несколько стадий: приготовление и дозирование реагентов, смешивание их с водой, хлопьеобразование, отделение хлопьевидных примесей от воды.

К безреагентным методам относятся такие физико-химические методы, как флотация, сорбционные, электрохимические, радиационные и другие. 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 использования нейтральных веществ в качестве сорбентов, которые при регенерации дают вторичное загрязнение в виде шлама.

Флотация - весьма распространенный и простой физико-химический метод очистки сточных вод, сущность которого заключается в образовании комплекса “частица - пузырек воздуха” с последующим удалением этих комплексов из воды.

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов.

В настоящее время на станциях очистки применяют электрохимические методы - анодное окисление и катодное восстановление, электрофлотацию, электрокоагуляцию, ионный обмен, электролиз и другие.

Электрохимические методы очистки применяют для улавливания металлов, кислот и щелочей; при этом они позволяют одновременно с очисткой извлекать и использовать основную массу ценных продуктов. Электрохимические методы основаны на процессах анодного и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлотации и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Основным недостатком этих методов является сравнительно большой расход электроэнергии.

Процессы анодного окисления и катодного восстановления разработаны для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, спиртов, нитросоединений, сульфидов и др.). В электролизере на положительном электроде (аноде) ионы отдают свои электроны, т.е. происходит процесс электрохимического окисления, а на отрицательном электроде (катоде) происходит присоединение электронов, т.е. протекает процесс восстановления.

Электрокоагуляция основана на том, что при прохождении сточной воды через межэлектродное пространство электролизера происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

При электрофлотации очистка сточных вод от взвешенных частиц происходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. Процесс очистки сточных вод электролизом основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обеим сторонам мембраны. Этот процесс широко используется для опреснения соленых вод.

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), гидроокиси и соли поливалентных металлов. При очистке сточные воды проходят через ионитовые фильтры, заполненные ионообменной смолой, цеолитами и т.п. Положительной особенностью ионитов является их обратимость, то есть возможность проведения реакции в обратном направлении, что используется для их регенерации.

Ионообменная очистка сточных вод осуществляется в аппаратах (фильтрах) периодического или непрерывного действия. Если в очищаемой воде содержатся взвешенные вещества, то используют ионообменные колонны с псевдосжиженным слоем ионита. Ионный обменявляется одним из основных методов обессоливания, опреснения, смягчения воды. Их можно достичь любой глубины очисткой, утилизировать компоненты, от которых производится очистка. В результате деминерализации возвращается в производство 70-80% использованной воды.

Мембранные процессы очистки производственных сточных вод подразделяются на ультрафильтрацию, микрофильтрацию, обратный осмос, испарение через мембраны, диализ, электродиализ.

Во всех этих процессах смесь жидкостей или газов вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Благодаря особым свойствам таких мембран проходящая через них среда или обогащается одним из компонентов, или происходит полное разделение смеси.

В процессе ультрафильтрации растворенные вещества задерживаются мембраной, так как их молекулы превышают размер пор мембраны. В обратном осмосе размеры молекул и ионов растворенных веществ обычно меньше размеров пор мембраны и разделение их обусловлено более сложными физико-химическими процессами между растворителем, растворенным веществом и мембраной.

Из многочисленного разнообразия полупроницаемых мембран (полимерные, из стекла, металлической фольги и т.п.) чаще всего для очистки воды используются пористые мембраны. Например, плоские и трубчатые на основе ацетатцеллюлозы и полые волокна на основе полиамидов и полисульфидов. Широкое применение из-за простого изготовления и сборки находят аппараты типа фильтр-пресса с плоскими мембранами.

К физико-химическим методам обработки сточных вод относится использование ультразвука. Очистка сточных вод, которые содержат фенолы, поверхностно-активные вещества, цианиды и другие трудно окисляющиеся вещества, происходит при помощи ультразвуковых колебаний.

Одним из возможных методов обработки сточных вод является радиационная очистка. При облучении сточных вод происходят изменения загрязняющих веществ (синтез и разложение, полимеризация и деструкция, окисление и восстановление, гидрогенизация, изомеризация, а также их комбинации).

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

7.2.5. Биологическая очистка сточных вод

Наиболее широко распространенным способом очистки сточных вод является биологический метод, при котором учитывают все известные метаболические особенности микроорганизмов. Его применяют для очистки бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) веществ. Процесс основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания.

Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод.

Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40°С.

После механической или физико-химической очистки сточную воду смешивают с активным илом, представляющим собой сложное сообщество микроорганизмов различных систематических групп: бактерий, простейших, грибов, водорослей. Смешивание происходит в открытых ёмкостях большого объёма – аэротенках с расположенными в них аэротарами барботажного, механического, струйного или другого типа. В результате длительного контактирования (от 10 до 36 часов) микроорганизмов со сточной водой в условиях аэрации воздухом происходит биоразложение органических примесей, не удаленных на предыдущих стадиях очистки.

Анаэробные методы обезвреживания используются для сбраживания осадков, образующихся при биологической очистке производственных сточных вод, а также как первая ступень очистки очень концентрированных сточных вод, содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Процесс брожения проводят в метантенках. При сбраживании образуются газы, которые содержат большее количество метана. Это газ может быть использован как топливо.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: