Физико-химические методы очистки сточных вод

Под подготовкой стоков к дальнейшему использованию подразумевается их очистка от загрязняющих веществ и различных примесей. Чаще всего для водоочистки применяются физико-химические методики. Они подбираются с учетом структуры загрязнений, сферы деятельности предприятия и особенностей его работы.

Современные проблемы нехватки питьевой воды. Основные источники загрязнения

С каждым годом чистой питьевой воды становится все меньше, при этом основными ее загрязнителями являются предприятия разных сфер деятельности. Организации работают с агрессивными, токсичными веществами, которые в скапливаются в сточных водах. При отсутствии должной водоподготовки использовать стоки в бытовых и, тем более, пищевых целях нельзя, поскольку в них содержатся ПАВы, токсины, соли тяжелых металлов и другие небезопасные для здоровья человека компоненты. Для удаления загрязнений сегодня широко применяются физико-химические методы очистки воды, о которых мы поговорим далее.

Физико-химические методы очистки сточных вод. Классификация способв и методов очистки воды

Физико-химическая обработка предполагает удаление из сточных вод тонкодисперсных и растворенных в них неорганических веществ, разрушение трудноокисляемых и органических соединений. Основные способы:

• коагуляция;
• адсорбция;
• ионный обмен;
• флотация;
• экстракция;
• диализ и др.

Физико-химические методы очистки стоков имеют следующие преимущества:

1. Глубокая очистка.
2. Минимальные габариты оборудования.
3. Эффективное удаление в том числе токсичных неокисляемых веществ.
4. Максимально автоматизированный рабочий процесс.
5. Минимальная чувствительность к перепадам нагрузок.
6. Отсутствие необходимости контроля за работой людей.
7. Возможность рекупилации веществ.

В целях составления максимально эффективной программы очистка на производствах учитывают санитарные, технические требования, объемное содержание примесей и количество стоков.

Эффективная очистка воды путем коагуляции. Применение химических и электрохимических средств очищения на производстве

Методика очистки сточных вод путем коагуляции состоит в добавлении активных реагентов – это могут быть соли меди, аммония, железа и других веществ. Вредные компоненты в результате такой обработки начинают выпадать в осадок в виде хлопьев. Коагуляция – главная очистная методика на большинстве современных промышленных предприятий всех направлений деятельности. За счет механической обработки стоки становятся агрегативно устойчивыми, а баланс нарушается только при использовании флокулянтов и коагулянтов. При коагуляции осадочные массы в виде хлопьев составляют примерно пятую часть фильтруемых сточных вод. Эффективность очистки составляет не более 95%. Для ускорения процесса в ряде случаев используются специальные тонкодисперсные и эмульгированные вещества.

Отдельная разновидность коагуляции – электрохимическая коагулирование. Для его осуществления применяются железные либо алюминиевые электроды и постоянный ток. Анодный металл после ионизации попадает в воду, в результате чего примеси коагулируют гидроксидами железа либо алюминия. Скорость очистки находится в непосредственной зависимости от концентрации электролита. Химические и электрохимические способы очистки активно применяются на современных производствах.

Физико-химическая очистка сточных вод методом флокуляции

Для очистки стоков путем флокуляции применяется специальное оборудование – а именно флотаторы-отстойники. В их состав входит непосредственно отстойник, камера для флотации, водосборные лотки (кольцевой и радиальный), сатуратор, насос, рециркуляционная линия аэрации. Флокулянты – это высокомолекулярные соединения, в которых молекулы флокулянта контактируют с частичками посторонних примесей, что в итоге приводит к агрегации загрязнений и переходе мелких частиц во взвешенное состояние. Для ускорения выпадения хлопьев в осадок используется также коагуляция.

При добавлении флокулянта в сточных водных массах начинают происходить следующие процессы:

• в поверхностном слое коллоидных частиц постепенно адсорбируются молекулы коагулянта;
• частицы флокулянта образуют новую сетчатую структуру;
• под воздействием сил Ван-дер-Ваальса коллоидные частицы слипаются.

Очистка стоков путем флокуляции не представляет сложностей в реализации – достаточно подобрать оптимальный объем флокулянта, добавить его в воду и забрать механическим методом выпавшие в осадок хлопья. Скорость протекания процессов во многом зависит от последовательности добавления реактивов, силы, частоты перемешивания, температуры и уровня загрязненности воды.

Адсорбция как эффективный реагентный способ очистки воды

Такая методика очистки воды как адсорбция основывается на способности определенных веществ впитывать посторонние примеси. Основные реагенты – бентонитовые глины, цеолиты, торф, активированный уголь, но используются и другие вещества. Главное преимущество методики – высокая результативность, способность удалять из стоков сразу несколько видов загрязнений, рекуперация.

Адсорбционная очистка бывает деструктивной и регенеративной. При регенеративной обработке примеси сначала удаляют из адсорбента, а затем подвергают утилизации. Деструктивная очистка предполагает уничтожение примесей вместе с адсорбентом. В состав сорбционной установки входит 3-5 фильтров, которые располагаются строго в определенной последовательности.

Методы физико-химической очистки: напорная и пневматическая флотация

Флотационная установка состоит из трубы, сосуда, места для оседания пустой породы, стока пены с полезной породой. Главный принцип флотации – образование воздушных пузырьков, которые поднимают содержащиеся в воде примеси наверх с образованием слоя пены (пену легко удалять). Методика имеет высокую эффективность при очистке стоков от волокнистых частиц, нефтепродуктов, масел, пр. Прилипают примеси в зоне раздела двух сред – газообразной и жидкой.

Самая популярная разновидность флотации – напорная. Методика применяется для очистки стоков с концентрацией примесей до 5 г на 1 л. Обогащение пузырьками газов производится под давлением. Качество очистки во многом зависит от числа и размеров пузырьков.

Экстракционный метод

При экстракции примеси особым образом распределяются в смеси жидкостей, которые одна в другой не растворяются. Методика используется для удаления из водных масс органических примесей. В ее основе лежит закон распределения, поскольку в ходе активного перемешивания двух нерастворимых жидкостей любое вещество, которое растворено в одной из них, будет распределяться в соответствие со степенью своей растворимости. После выделения первой жидкости из второй произойдет процесс ее частичной очистки.

В ходе экстракции в жидкость вводится определенное количество экстрагента. Когда примеси накапливаются в экстракционном слое и покидают воду, то экстракт удаляется. Экстрагент должен быть не токсичным, иметь не сложную регенерацию и не образовывать эмульсию в процессе переработки. Для достижения максимальных результатов очистки стоки могут подвергаться экстракции несколько раз подряд, главное для каждой заливки использовать новый экстрагент в одних и тех же количествах.

Сорбционная очистка

Сорбционная очистка сточных вод – самое универсальное решение, кстати, сегодня все чаще говорят о возможности замены биологической очистки более современными сорбционными методиками. Сорбция бывает трех типов:

• адсорбция – в процессе участвует поверхность твердого поглотителя полностью;
• абсорбция – поглощенные вещества поступают во внутреннюю часть сорбента за счет процессов диффузного поглощения;
• хемосорбция – примеси и сорбент вступают в химические реакции.

В качестве сорбентов могут использовать и природные, и синтетические (более пористые) материалы. Сорбенты характеризуются определенной структурой пор и химическим составом. Главный недостаток методики – довольно высокая стоимость ее реализации.

Эвапорация как способ удаления загрязнений из стоков

При водоподготовке с применением методики эвапорации стоки сначала нагревают до температуры кипения, а потом обрабатывают водяным паром (он эффективно забирает летучие примеси). Пар направляется на горячий поглотитель, изымающий загрязняющие вещества, и снова используются для обработки стоков. Главное условие эффективной очистки в данном случае – пар и вода обязательно должны идти друг на друга. Методика экономична, не требует применения реагентов, очистные сооружения имеют простую конструкцию.

Метод ионного обмена

За счет процессов обмена ионитов твердой фазы и ионов, содержащихся в растворе, из сточных вод можно удалять радиоактивные примеси (свинец, ртуть, мышьяк, пр.). Особенно эффективным данный способ является при обработке высокотоксичных соединений. В качестве ионообменного материала могут использоваться природные и искусственные вещества – например, смолы с активными ионными группами.

Мембранный метод очистки (обратный осмос)

Ультрафильтрация предполагает пропускание сточных вод через особую мембрану. В результате создает давление, превышающее осмотическое. Вещества, молекулы которых больше молекул воды, мембрана не пропускает. Результаты очистки определяются в зависимости от типа используемых мембран, их проницаемости, селективности, физической и химической стойкости.

Диализ

В ходе диализа полупроницаемая мембрана высвобождает коллоидные растворы и соединения низкомолекулярного типа из высокомолекулярных веществ (низкомолекулярные вещества без особых проблем проходят через мембрану). Обычный диализ имеет вид мешка из полупроницаемого материала, мешок при этом заполняется диализируемой жидкостью и опускается в очищаемую воду. С течением времени содержание диализируемого вещества в растворах уравнивается. Растворитель в мешочке заменяется, после чего производится повторная обработка стоков – любое требуемое до полного их очищения количество раз.

Минус диализа – длительность очистки. Чтобы ускорить процесс, увеличивают активную площадь обработки либо повышают температуру жидкости. Диализ объединяет диффузию и осмос.

Кристаллизация

Ну и последняя в нашем списке физико-химическая методика очистки – это кристаллизация. Она предполагает удаление кристаллов примесей, используется в прудах и водоемах путем выпаривания. Кристаллизация эффективна только при высоком содержании примесей.

Электрохимические методы очистки сточных вод

В отдельную категорию выделим электрохимические методики очистки стоков. Это:

1. Электрокоагуляция – жидкость пропускают между электродами при воздействии постоянной силы тока. В процессе электрокоагуляции коллоидные частички увеличиваются в размерах за счет ориентации по силовым линиям электромагнитного поля и их объединения. Постоянный ток вызывает процессы электролиза при образовании водородных ионов на катоде, а также растворение анодного металла. Гидроксиды металлов, в свою очередь, захватывают тонкодисперсные, растворенные вещества.
2. Электорофлотация – очистка сопровождается образованием газов, захватывающих взвешенные примеси. Размерные параметры пузырьков оказывают непосредственное влияние на качество, степень очистки воды. В отличие от обычной флотации, при электролизе пузырьки имеют маленькие размеры и распределяются максимально равномерно.
3. Электрофоретический метод – идеальный способ изъятия веществ с отрицательным зарядом. Электрическое поле не дает отрицательно заряженным частичкам коагулировать.
4. Электроосмос – вода под воздействием электрического поля проходит по капиллярам, а все примеси остаются на поверхностях пористых перегородок.

Учтите, что степень загрязнения сточных вод определить визуально невозможно – жидкость может выглядеть достаточно чистой и прозрачной, но при этом будет содержать большое количество вредных или даже опасных для здоровья примесей. Пестициды, тяжелые металлы, радиоактивные элементы, нефть – ВОЗ говорит, что 80% заболеваний развивается именно по причине постоянного употребления некачественной питьевой воды. Поэтому очистка стоков – важная задача, решению которой нужно уделять максимальное внимание. Меланома – одна из опаснейших и самых агрессивных форм рака, которая отличается стремительным ростом опухоли и ее ранним метастазированием.