МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Методы очистки сточных вод многообразны. Их классификация приведена на схеме (рисунок 9.3).

В целом все методы очистки производственных и бытовых сточ-ных вод можно разделить на пять групп:

1) механические;

2) биохимические (биологические);

3) физико-химические;

4) химические;

5) термические.

Общая схема очистки сточных вод представлена на рисунке 9.4. Механическая очистка применяется для выделения из сточных

вод грубодисперсных взвешенных частиц нерастворимых минеральных и органических примесей. Как правило, эта очистка является предвари-

тельной и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим

и физико-химическим методам очистки.

К механическим методам очистки относятся:

1) процеживание;

2) отстаивание;

3) удаление всплывающих примесей;

4) удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил и отжиманием;

5) фильтрование.

Процеживание сточных вод осуществляется в начале комплексаочистных сооружений, где загрязненную воду пропускают через решет-ки, которые служат для удаления крупных примесей. Решетки могут быть неподвижными, подвижными и совмещенными с дробилками. В отечественной практике в основном применяются неподвижные решет-ки.

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубо-дисперсных примесей размером более 0,1 мкм под действием силы тя-жести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветители.

Улавливание всплывающих примесей используют для очисткисточных вод от нефти, масел, смол, жиров и других веществ с плотно-стью меньшей, чем плотность воды. Для улавливания нефти используют нефтеловушки, для улавливания жиров – жироловушки. Последние ши-роко применяются на предприятиях по первичной обработке шерсти.

Рисунок 9.3 – Методы очистки сточных вод

Рисунок 9.4 – Общая схема очистки сточных вод:

1 – необработанные сточные воды; 2 – сооружения механической очи-стки; 3 – сооружения биологической очистки; 4 – сооружения глубокой очистки; 5 – сооружения по обеззараживанию сточных вод; 6 – очищен-ные сточные воды; 7 – осадок или избыточная биомасса; 8 – сооружения по обработке осадка; 9 – обработанный осадок

Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил

проводят в гидроциклонах и центрифугах. Конструкция и принцип дей-ствия этих устройств аналогичен принципу действия циклонов, исполь-зуемых для удаления крупных взвешенных частиц из воздуха. При вра-щении жидкости в гидроциклоне на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. Под дей-ствием гравитационных сил они по стенкам оседают на дно и удаляют-ся.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонко-диспергированных твердых и жидких веществ, удаление которых от-стаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергиро-ванную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуу-ма после перегородки.

Биохимические (биологические) методы очистки широко при-

меняются на практике для обработки бытовых и производственных сточных вод. В их основе лежит процесс биологического окисления ор - ганических соединений, содержащихся в воде. Биологическое окисле-

ние осуществляется микроорганизмами: бактериями, простейшими, а также некоторыми более высокоорганизованными организмами – водо-рослями, грибами и т.п. Эффективность процессов биологической очи-стки зависит от ряда факторов: температуры, рН среды и др . Наиболее благоприятными условиями считаются температура 20–30 ^оС и рН = 6,5

– 7,5. Биологическую очистку считают полной, если БПК очищенной воды составляет менее 20 мг/л, и неполной – при БПК больше 20мг/л.

Для биологической очистки сточных вод применяют естественные и искусственные методы.

Естественные методы биологической очистки включают поч-венные методы очистки и очистку в биологических прудах. Сооружения почвенной очистки применяются,в основном,для очистки бытовыхсточных вод. К ним относятся фильтрующие колодцы, песчано-гравийные фильтры, поля фильтрации и др. Биологические пруды при-меняются для очистки как бытовых, так и производственных сточных вод. Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. Ис-кусственная аэрация – принудительная продувка воздуха через толщу воды. Пруды устраивают в несколько ступеней, и общее время пребы-вания в них сточных вод составляет несколько суток. Большую роль в окислительных процессах биологических прудов играет водная расти-тельность.

Сооружения искусственной биологической очистки делятся на две группы по признаку расположения в них активной биомассы:

1) активная биомасса находится в обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоянии (аэротенки, циркулирующие окисли-тельные каналы);

2) активная биомасса закрепляется на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его тонким пленочным слоем (биофильт-ры).

Аэротенки –это железобетонные прямоугольные резервуары,раз-

деленные перегородками на отдельные коридоры, в которых сточные воды смешиваются и перемещаются вместе с активным илом. Время нахождения в аэротенке 6 – 12 часов. За это время основная масса орга-нических загрязнителей перерабатывается микроорганизмами активного ила. Для поддержания активного ила во взвешенном состоянии, интен-сивного перемешивания и насыщения обрабатываемой смеси кислоро-дом воздуха в аэротенках устраиваются различные системы аэрации.

Биофильтры –резервуары круглого или прямоугольного сечения,заполненные специальным загрузочным материалом, через которые пропускается сточная вода. Биофильтры применяются для полной био-логической очистки.

Физико-химические методы очистки используют для удаленияиз сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жид-ких) с размером до 10 мкм, растворимых газов, минеральных и органи-

ческих веществ. К ним относятся методы коагуляции, флокуляции, фло-тации, адсорбции, ионного обмена, экстракции, выпаривания, дистил-ляции, обратного осмоса и др.

Коагуляция –процесс укрупнения дисперсных частиц в результатеих взаимодействия и объединения в агрегаты в присутствии специально добавляемых в сточные воды веществ – коагулянтов. В качестве коагу-лянтов используются соли аммония, железа, магния, шламовые отходы и др. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, кото-рые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агреги-ровать их. Образовавшиеся хлопья удаляются из воды механическими методами.

Флокуляция –процесс агрегации взвешенных частиц при добавле-нии в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. Молекулы флокулянта абсорбируются на поверхности коллоидных частиц. При этом образуются сетчатые трехмерные струк-туры молекул, что способствует более быстрому и полному отделению взвешенных частиц от жидкой фазы.

В отличие от коагуляции, здесь агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодейст-вия молекул адсорбированного на частицах флокулянта. Флокуляцию используют для интенсификации процесса образования хлопьев гидро-ксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения.

Флотация применяется для очистки сточных вод,содержащихСПАВ , нефть, масла, волокнистые частицы. Процесс флотации заклю-чается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздуш-ных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фа-зы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточ-ной воды и удалении образовавшегося пенного слоя.

Сорбция (адсорбция) используется для глубокой очистки сточныхвод от растворенных органических веществ (СПАВ, красителей и др.), если концентрация загрязнителей невелика. В качестве адсорбента чаще всего применяют активированные угли, синтетические сорбенты и не-которые отходы производства (зола, шлаки, опилки и др.). Процесс очи-стки воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или при фильтрации воды через слой адсорбента на установках перио-дического или непрерывного действия.

Ионный обмен применяется для извлечения из сточных вод метал-лов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути и др.), а также соедине-ний мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных ве-ществ. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия рас-твора с твердой фазой (ионитом), обладающей свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в раство-ре. В качестве ионитов могут использоваться различные вещества ми-

нерального или органического происхождения, природные или синте-тические. Иониты практически нерастворимы в воде.

Экстракция основана на перераспределении загрязняющего ве-щества в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды

и экстрагента) в соответствии с его растворимостью в этих жидкостях. Метод целесообразно применять при относительно высоком содержа-нии в сточных водах растворенных органических веществ, представ-ляющих техническую ценность (масла, маслопродукты, фенолы, жир-ные кислоты металлов, нитропродукты). В качестве экстрагентов ис-пользуются органические растворители.

В процессе экстракции экстрагент вводится в образовавшуюся во-ду, а после достижения равновесия концентрация экстрагируемого ве-щества в экстрагенте значительно превышает остаточную концентра-цию в сточной воде. Экстрагент с растворенным веществом отделяется от обработанной сточной воды. В дальнейшем с помощью различных методов осуществляется отделение экстрагируемого вещества от экст-рагента, который затем вновь используется в технологическом процес-се.

Обратный осмос –процесс фильтрования растворов через полу-проницаемые мембраны под давлением, превышающим осматическое давление. Мембраны пропускают молекулы воды, задерживая раство-ренные вещества. При обратном осмосе отделяются частицы, размеры которых не превышают размеров молекул воды. Давление, необходимое для проведения процесса, составляет 6 – 10 МПа.

Химические методы очистки сточных вод применяются для уда-ления растворимых веществ и включают в себя методы нейтрализации, окисления и восстановления. Эти методы связаны с расходом различ-ных реагентов, поэтому требуют больших денежных затрат.

Нейтрализация используется в тех случаях,когда сточные водызагрязнены кислотами и щелочами. Перед сбросом в водоемы их ней-трализуют до значения рН, равного 6,5 – 8,5, с целью предотвращения нарушения биологического равновесия в водоеме.

Окисление и восстановление.В процессах окисления–восстановления токсичные загрязнители, содержащиеся в воде, в ре-зультате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляются из воды. В качестве окислителей применяются газообразный

и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты каль-ция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пироксид водорода, кислород воздуха, озон и другие. Очистка окислителями связана с большим расходом реагентов, поэтому ее применяют только в тех слу-чаях, когда вещества, загрязняющие сточные воды, нецелесообразно и нельзя извлечь другими способами. Например, очистка от цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.

Методы восстановительной очистки сточных вод применяют, ко-гда они содержат легковосстановимые вещества. Эти методы широко используют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка. В качестве восстановителей могут выступать активированный уголь, сульфат железа, железный порошок, водород, сероводород, диок-сид серы и др.

Термические методы очистки используются для обезвреживаниясточных вод, содержащих различные минеральные соли (Са, Мg, Na и др.) и органические вещества. Термическими методами являются:

1) концентрирование сточных с последующим выделением рас-творенных веществ. Концентрирование сточных вод может быть прове-дено в испарительных, вымораживающих и кристаллогидратных уста-новках непрерывного или периодического действия. Для выделения ве-ществ из концентрированных растворов используют методы кристалли-

зации и сушки;

2) термическое окисление органических веществ кислородом воз-духа при высоких температурах в присутствии катализатора (медно-хромового, цинк-хромового, медно-марганцевого и др.);

3) жидкофазное окисление органических веществ,растворенных вводе, кислородом при температуре 100 – 350 ^оС и давлении 2 – 28 МПа. При высоких давлениях растворимость кислорода в воде возрастает, что способствует ускорению процесса окисления органических веществ;

4) огневое обезвреживание путем распыления сточных вод непо-средственно в топочные газы, нагретые до 900 – 1000 ^оС. При этом вода испаряется, а органические примеси сгорают.