Механические, физико-химические и химические методы очистки сточных вод

Для очистки  производственных сточных вод применяют  в зависимости от состава  их загрязнений  методы механической, химической, физико-химической   и  биологической  очистки.

Механическая  очистка—процеживание, отстаивание  и фильтрация— применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Процесс полного осветления сточной воды завершается фильтрованием — пропуском воды через слон зернистого материала (песка, антрацита, керамзита и горелых пород) с частицами различной крупности. Преимущество этих процессов заключается в возможности применения их при нормальной температуре и без добавления химических реагентов. Эта очистка, как правило, является предварительным, реже — окончательным способом обработки производственных  сточных  вод.

Химическая  очистка применяется в тех  случаях, когда выделение загрязнений  из сточных вод возможно только в  результате химических реакций между  этими загрязнениями и вводимыми  в очищаемые воды реагентами. При  этом происходит окисление и восстановление растворенных в воде примесей с получением нетоксичных или малотоксичных  продуктов; превращение в нерастворимые  в воде соединения; нейтрализация  кислот и щелочей. Химическая очистка  сточной воды, содержащей растворенные и коллоидные органические примеси, может осуществляться с помощью  озона, действие которого основано на его высокой окислительной способности. К химическим методам очистки сточных вод относятся также электрохимическая очистка, заключающаяся либо в разрушении содержащихся в сточных водах и отработанных растворах вредных примесей путем их электрохимического окисления на аноде, либо в регенерации ценных веществ (меди, железа и др.)» которые могут быть возвращены в производство. Нередко обе задачи решаются одновременно.

Физико-химическая очистка сточных вод основана на применении ряда процессов: коагуляции, сорбции, экстракции, эвапорации, флотации, ионного обмена, кристаллизации, диализа, дезактивации, дезодорации и обессоливания.  

 

 

 

Коагуляция — осветление и обесцвечивание сточных вод с использованием реагентов (коагулянтов и флокулянтов), вызывающих превращение взвешенных и коллоидных веществ в хлопья с увеличением размера частиц, которые при осаждении (отстаивании) увлекают нерастворимые тонкодисперсные вещества в осадок.

Сорбция — выделение из сточной воды растворенных в ней органических веществ и газов путем концентрации их на поверхности твердого тела (адсорбция), либо путем поглощения вещества из раствора или смеси газов твердыми телами или жидкостями (абсорбция), или, наконец, путем химического взаимодействия растворенных веществ с твердым  телом   (хемосорбция).

Экстракция  — выделение растворенных органических примесей, находящихся в сточных  водах, путем обработки последних  каким-либо не смешивающимся с водой  растворителем — экстрагентом, в  котором примеси, загрязняющие воду, растворяются лучше, чем в воде (например, количество растворенного фенола в  бутилацетате в 12 раз больше, чем  в   воде).

Эвапорация — отгонка с водяным паром загрязняющих сточную воду растворенных веществ (например, летучего фенола из сточных вод коксохимических  заводов).

Флотация  — выделение из сточных вод  примесей путем придания им плавучести за счет флотореагента, обволакивающего  частички примесей и удаляемого из воды вместе с ними. При флотационной очистке применяют насыщение  сточной воды пузырьками мелкодиспергированного воздуха. Частицы, содержащиеся в сточной  воде (эмульгированная нефть, целлюлозно-бумажное волокно, шерсть и др.), прилипают  к пузырькам воздуха и всплывают  вместе с ними на поверхность воды, а затем   удаляются  из  воды.

Ионный  обмен — извлечение из водных растворов  различных катионов и анионов  при помощи ионитов — твердых  природных или искусственных  материалов, практически нерастворимых  в воде и в органических растворителях, или искусственных смол, способных  к ионному обмену. Ионообменная очистка  позволяет в ряде случаев утилизировать  ценные компоненты сточных вод и  обеспечить высокую степень их деминерализации.

Кристаллизация  — очистка загрязненных стоков путем  выделения загрязнений в виде кристаллов.

Диализ  — разделение истинно растворенных веществ и коллоидов с помощью  специальных мелкопористых перегородок, не пропускающих коллоиды.

Дезактивация  производственных сточных вод, содержащих радиоактивные вещества, производится путем их выдерживания перед спуском  в водоем   (при загрязнении  короткоживущими  изотопами)   или путем удаления из сточных вод взвешенных и растворенных радиоактивных веществ  с долгоживущими   изотопами.

Дезодорация — устранение запахов путем аэрирования, хлорирования  и  озонирования.

Обессоливание производственных сточных вод производится выпариванием, вымораживанием, ионным обменом и обратным осмосом.

Наряду  с методами физико-химической очистки  сточных вод представляет интерес  кристаллогидратный метод деминерализации.

Кристаллогидратный  процесс состоит в контактировании  сточной воды с гидратообразующнм  агентом М (пропан, хлор, фреоны, С02 и  др.) и образовании твердого крргсталлического  вещества — кристаллогидратов, имеющих  формулу М-/гН20.

При кристаллогидратной очистке сточной воды не требуется  больших энергетических и капитальных  затрат, отсутствует возможность  образования накипи вследствие невысоких  температур процесса, близких к температуре  окружающей среды, меньше коррозия.

Перечисленные методы физико-химической очистки производственных сточных вод во многих случаях  предусматривают извлечение из них  ценных веществ и поэтому относятся  к так называемым регенера-ционным методам. Эти методы применяются, как правило, для наиболее концентрированных   сточных  вод.

Прибыль от реализации регенерированных веществ  позволяет частично или полностью  компенсировать расходы на обезвреживание сточных вод. Так, прибыль от утилизации полимеров из стоков производств вспенивающегося полистирола и поливинилхлорида превышает все затраты на очистку стоков.

При других методах очистки, называемых деструктивными, загрязняющие воды вещества подвергаются   разрушению    (преимущественно путем окисления и реже восстановления); образующиеся при этом продукты удаляются из воды в виде газов или осадков.

Деструктивные методы применяются для сточных  вод с органическими примесями, не представляющими технической  ценности, или в качестве доочистки  после регенерационных методов. Основным из деструктивных методов  является метод биологического окисления  в аэробных или анаэробных условиях. Очищенные по этому методу производственные сточные воды отвечают санитарно-гигиеническим  и рыбохозяйствен-ным нормативам и могут быть спущены в водоем; нередко они могут быть использованы повторно на технологические нужды. Затраты на биологическую очистку  зависят от состава стоков, они  минимальны при очистке производственных стоков совместно с бытовыми и  при небольшом разбавлении условно  чистыми стоками. При большом  разбавлении их речной водой затраты  на биологическую очистку могут  быть выше, чем по другим методам

При совместной биологической очистке производственных и бытовых сточных вод предварительная  механическая их очистка может производиться  как совместно, так и раздельно.

Раздельная  предварительная очистка обязательна, если производственные сточные воды загрязнены минеральными веществами или  должны быть подвергнуты  физико-химической очистке.

Сооружения  для раздельной механической очистки  производственных и бытовых сточных  вод проектируют в соответствии с действующими «Указаниями по проектированию наружной канализации промышленных предприятий». При этом следует учитывать  непостоянство концентрации и расхода  производственных стоков и предусматривать  процесс усреднения.

Совместная  механическая очистка целесообразна  в тех случаях, когда производственные сточные воды загрязнены в основном органическими веществами, поддающимися биохимическому окислению, и не требуют  специальной предварительной обработки, а также в случаях незначительного  количества производственных вод, когда разбавление их бытовыми водами исключает возможность нарушения биологического процесса   очистки.

Когда биологическая  очистка не удовлетворяет повышенным санитарным и рыбохозяйственным  требованиям, применяется дополнительная обработка сточных вод. В этих случаях они подвергаются глубокой очистке одним из следующих процессов: фильтрации, адсорбции, озонированию, флотации или их комплексному применению.

Адсорбционная очистка применяется чаще на локальных очистных сооружениях. Этот метод является экономически эффективным при условии небольшого расхода активированного угля на 1 м3 стоков и при утилизации ценных веществ, реализация которых позволяет компенсировать   часть затрат.

Электрохимический метод применяется на локальных  очистных сооружениях и требует  больших расходов электроэнергии. Его  применение целесообразно при извлечении ценных веществ, а также на предприятиях, имеющих свои электростанции или  получающих электроэнергию по низкому  тарифу.

Производственные  сточные воды, не поддающиеся очистке  перечисленными выше методами, или  если эти методы неприменимы по технико-экономическим  показателям, подвергаются выпариванию, сжиганию или закачке в глубокие поглощающие пласты.

Выпаривание отработанных растворов чаще всего  применяют при получении товарной продукции (например, в калийной и  содовой промышленности) или для  уменьшения объема вредных веществ (например, радиоактивных продуктов  ядерного расщепления, получающихся на установках атомной энергии), а также  для обессоливания воды.

Сжигание  применяется для ликвидации особенно вредных сточных вод, не поддающихся  очистке, и требует больших капитальных  и эксплуатационных затрат. Этот метод  эффективен при содержании в стоках большого количества органических веществ  и их высокой температуре, что  позволяет снизить расходы на топливо.

В настоящее  время широкое применение находит  закачка в подземные горизонты  наиболее загрязненных стоков химических производств. Закачка особенно целесообразна, если обеспечивается высокая поглощаемость  скважин, а также при близком  расположении скважин от химического  предприятия.

Отвод стоков в накопители в большинстве случаев  не обеспечивает требуемой охраны водных ресурсов из-за фильтрации стоков в  подземные горизонты и загрязнения  открытых водоемов при опорожнении  накопителей. Поэтому строительство  накопителей необходимо ограничить.

Выбор того или иного метода очистки производственных сточных вод обусловливается  их количественной и качественной характеристикой  и местными условиями. Во всех случаях  следует выбирать наиболее простые  в эксплуатации и экономичные  процессы очистки сточных вод, позволяющие  извлекать ценные вещества и использовать очищенные сточные воды для технического водоснабжения.

В процессе очистки производственных сточных  вод образуется значительное количество осадка, имеющего в некоторых случаях  определенную ценность.

До настоящего времени как в СССВ, так и  за рубежом осадок часто обезвоживается путем естественной сушки на иловых площадках либо складируется в шламонакопителях. При этом задалживаются большие  площади вблизи промышленных предприятий. Некоторые предприятия ограничены площадями для строительства  иловых площадок и шламона-копителей и не могут применять эти способы. Поэтому необходимо механическое обезвоживание осадка сточных вод с применением вакуум-фильтров, вибросит, фильтр-прессов и центрифуг.

После обезвоживания  осадков их используют в производстве (металлургические шламы) или при  очистке сточных вод в качестве фильтрующего материала (шлаки), в качестве реагента при нейтрализации или  коагуляции сточных вод. Стабилизированный  органический осадок используют для  удобрения сельскохозяйственных угодий.

Для органического осадка производственных сточных вод, который не может  быть утилизирован, применяют сжигание. Сжигают, как правило, обезвоженные осадки, в состав которых входят нефтяные отходы и органические растворители.