До фізико-хімічних методів очищення стічних вод належать: коагуляція, сорбція (абсорбція, адсорбція), мембранні методи, іонний, обмінні, електроліз, екстракція

Коагуляція – процес з’єднання дрібних частинок забруднювачів у більші за допомогою спеціальних речовин (коагулянтів). Коагуляцію застосовують для видалення зі стічних вод найдрібніших колоїднодисперсних глинистих часточок, білкових речовин та інших високомолекулярних сполук. Коагуляцію здійснюють шляхом введення в очищувану воду незначної кількості коагулянтів – Al₂(SO₄)₃, FeSO₄ та деяких інших сполук, які називають коагулянтами. Як коагулянти також використовують вапняне молоко, солі амонію, заліза, магнію, цинку. Суть процесу полягає в тому, що коагулянт, гідролізуючись, утворює позитивно заряджені аквагідроксокомплекси алюмінію і феруму, які адсорбуються на поверхні від’ємно заряджених колоїдних домішок і нейтралізують їхній заряд. Чим більший заряд аквагідроксокомплексів, утворених під час гідролізу коагулянтів, тим менші їх витрати на коагуляцію. В результаті збільшення розмірів часточок під час адсорбції вони осідають у відстійниках під дією сили гравітації. Одночасно йде процес адсорбції на поверхні осаду домішок органічних забарвлених речовин, внаслідок чого вода знебарвлюється.

Адсорбція – процес поглинання забруднень твердими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, силікагелем тощо). Адсорбцію застосовують переважно для видалення з води органічних сполук. Цей метод, як правило, використовують у комбінації з іншими, зокрема для початкового виділення грубодисперсних домішок механічними методами і коагуляцією. Потім молекулярно-розчинені домішки органічних речовин видаляють шляхом адсорбції на активованому вугіллі, яке крім речовин, що погіршують смак і запах води, сорбує також гербіциди, інсектициди, віруси тощо.

Рис. 4 3. Схема адсорбера з рухомим шаром адсорбенту

1 – корпус; 2, 6, 9, 10 – регулювальні клапани; 3 – трубопровід для подавання свіжого адсорбенту; 4,7– розподільні ґратки; 5 – трубопровід для відведення очищеної води; 8 – трубопровід для відведення відпрацьованої частини вугілля на регенерування; 11 –трубопровід для підведення води, яка очищується

Відпрацьоване активоване вугілля регенерують відгонкою абсорбованих домішок парою, якщо вони використовуються, або деструктивною регенерацією, якщо адсорбовані домішки знешкоджуються.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) – процес фільтрування стічних вод через напівпроникні мембрани під тиском.

Ультрафільтрація – мембранний процес розділення розчинів, осмотичний тиск яких малий.

Процес дифузії крізь пористу перегородку під дією градієнта, концентрація солі з розчину з більшою в розчин з меншою концентрацією називається діалізом. Щоб здійснити перенесення іонів з менш концентрованого в більш концентрований розчин, тобто проти градієнта концентрації, потрібно прикласти різницю потенціалів.

Електродіаліз – це перенесення іонів електроліту крізь селективні іонообмінні мембрани під дією постійного електричного струму. Швидкість перенесення визначається силою електричного струму. Електродіалізний апарат почергово розділяється на камери аніоно- і катіонообмінними мембранами. Відстань між ними становить 0,5-1,5 мм. Крізь іонообмінні мембрани мігрують аніони, крізь катіонообмінні – катіони. Останні переміщуються в напрямку електричного струму, тоді як аніони – в протилежному напрямку, тобто катіони рухаються до катода, а аніони – до анода. В одній камері здійснюється знесолювання розчину, в іншій – його концентрування. В промислових апаратах між електродами вміщують 250-500 комірок, які складаються з поз сольних і дилюатних камер. На кінцях апарата розміщені електроди, на які подають постійний електричний струм.

Видалення фенолів та інших органічних сполук зі стічних вод здійснюють за допомогою екстракції.

Екстракція - вилучення зі стічних вод цінних речовин за допомогою рідких розчинників (екстрагентів). Екстракція ґрунтується на неоднаковому розподілі компонентів розчину між двома фазами, які утворюються при застосуванні органічної речовини – екстрагента (триетиламін, діетилметиламін, дипропіламін та ін.). Процес відбувається в протитечійному екстракційному апараті, де солона вода контактує з розчинником, який переміщується згори вниз.

Рис. 4. 4. Екстракційні апарати з механічним

перемішуванням

а – роторно-дискова колона; б – пульсацій на колона з сітчастими тарілками; 1 – межа поділу фаз; 2 – сітки; 3 – кільця статора;

4 – роторний диск; 5 – сітчасті тарілки;

6 – вихід екстракту; I, II – важкі фази; III, IV – легкі фази

Екстракт, що містить прісну воду, спрямовується через систему теплообмінників і нагрівника у сепаратор гравітаційного типу, де в результаті підвищення температури і зміни розчинності відбувається розділення фаз. Відокремлений розчинник через теплообмінник і холодильник повертається в цикл, а опріснена вода і рафінад із залишками амінів прямують на вилучення розчинника в десорбційні апарати.

Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді, ПАР за рахунок обміну іонами, здатних обмінювати свої іони на іони, що містяться у воді. Розрізняють процеси катіонного і аніонного обміну. Відповідно іоніти називають катіонітами та аніонітами. Катіонітові фільтри випускають різних діаметрів з різною висотою завантаження катіонів, які розраховані на робочий тиск 0,6 МПа і робочу температуру до 60^оС.

Рис. 4. 5. Схема іонообмінної колони

1 – початкова та промивна вода; 2 – регенераційний розчин;

3 – очищена вода; 4 – відведення відпрацьованого регенераційного розчину та промивної води; 5 – вода для спушування;

6 – відведення води для спушування

В основі катіонного процесу пом’якшення води лежать реакції обміну іонів натрію і водню – катіонів на іони Са²⁺ і Мg²⁺ – солей твердості, розчинених у воді. Обмін іонів натрію називають Nа-катіонуванням, а іонів гідрогену – Н-катіонуванням:

Na₂[Кат] + Са(НСО₃)₂ ↔ Са[Кат] + 2NаНСО₃;

Na₂[Кат] + MgSO₄ ↔ Mg[Кат] + Na₂SO₄;

H₂[Кат] + MgCl₂ ↔ Mg[Кат] + 2HCl;

H₂[Кат] + Na₂SO₄ ↔ Na₂[Кат] + H₂SO₄.

Так само видаляють з води іони інших металів.

Аніоніти – високомолекулярні речовини, що містять активні групи з аніонами ОН^-, НСО₃^- або СО₃^2-. Пропускаючи крізь шар аніоніту воду, заздалегідь звільнену від катіонів, видаляють з неї аніони:

[Aн]OH + HCl ↔ [Aн]Cl + H₂O;

2[Aн]OH + H₂SO₄ ↔ [Aн] + H₂O.

З наведених реакцій випливає, що іонообмінний спосіб може забезпечити пом’якшення і знесолювання води, тобто повне видалення з води солей.

Основними способами хімічного очищення виробничих стічних вод є нейтралізація, окиснення, коагуляція та флокуляція.

Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміаку) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо).

Окиснення застосовується для знезараження стічних вод від токсичних домішок (мідь, цинк, сірководень, сульфіди), а також від органічних сполук. Як окислювачі використовуються хлор, озон, кисень, хлорне вапно.

Одним із видів коагуляції є флокуляція – процес агрегації дрібніх частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Як флокулянти використовують активну кремнієву кислоту, ефіри, крохмаль, целюлозу, синтетичні органічні полімери. Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти і флокулянти, під впливом яких утворюються інтенсивно осідаючі великі пухкі пластівцеподібні агломерати, які легко видаляються зі стічних вод механічними способами.

Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічних водах можуть знаходитися різноманітні віруси та бактерії. Тому для запобігання захворюванням стічні води перед повторним використанням для побутових потреб піддають стерилізації. Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли як анод використовується срібний електрод, а як катод – вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію.

Біологічне очищення здійснюється комплексом мікроорганізмів (біоценозом), який містить багато різних бактерій, найпростіших і низку більш високоорганізованих організмів – водоростей, грибів тощо, які зв'язані між собою в єдиний комплекс складними взаємовідно­синами (метабіозу, симбіозу і антагонізму). Біологічне очищення здійснюється в штучних умовах: у біофільтрах, в аеротенках, в окиснювальних каналах, у біотенках, в аеротенках із заповнювачами. Біологічне очищення може здійснюватися і в природних умовах на полях зрошення, полях фільтрації, біологічних водоймах. Залежно від виду мікроорганізмів, котрі беруть участь у руйнуванні органічних речовин, розрізняють аеробне (окислювальне) та анаеробне (відновлювальне) біологічне очищення стічних вод. Це ефективний метод видалення органічних домішок з води. Розрізняють аеробний процес, який здійснюється за наявності кисню, і анаеробний – без доступу кисню. Анаеробне очищення застосовують як перший ступінь для підготовки до наступного аеробного очищення стічних вод з високою концентрацією органічних забруднень. Біологічне аеробне очищення здійснюють у біофільтрах, аеротенках, на зрошувальних полях та у біологічних ставках. Біофільтри будують у вигляді залізобетонних резервуарів діаметром до 30 м і заввишки: низькі – 1,5–2 м, високі – 2–4 м і баштові – 10–20 м. На дірчасте днище резервуара накладають щебінь, гальку, керамзит або гратчасті блоки з пластмаси. На поверхні укладених матеріалів поселяють мікроорганізми, які живляться органічними домішками стічних вод. Мікроорганізми перетворюють органічні речовини на неорганічні (переважно на вуглекислий газ і воду або метан, аміак та ін.).

Рис. 6 6. Аеротенк:

1 – регенератор; 2 – стічна вода; 3 – повітря; 4 – аеротенк;

5 – пристрій для розпилювання повітря; 6 – насос;

7 – зворотній мул; 8 – надлишковий мул;

9 – осад активного мулу; 10 – відстійник

Поля зрошення, поля фільтрації та біологічні ставки належать до ґрунтових методів біологічного очищення. На полях зрошення одночасно з очищенням стічних вод вирощують різні культури рослин. Якщо на ділянках не вирощують рослин, а тільки очищають стічні води, їх називають полями фільтрації. Цей спосіб знайшов обмежене застосування, оскільки потребує рівні ділянки ґрунтів з доброю фільтрувальною здатністю. Біологічні ставки облаштовують каскадом по 3-5 водойм завглибшки 1–1,5 м. Оскільки процеси біологічного очищення відбуваються повільно, вода в ставках має перебувати не менш як 20 діб. Біологічні ставки частіше використовують після попереднього очищення іншими методами, як буфер перед водоймою, в яку скидають очищену воду.

Таким чином, методи очищення стічних вод можна об‘єд­нати у вигляді наступної схеми.

Схема 4.1

Загальна схема очищення стічних вод

Методи очищення стічних вод

4.5. Типова технологія очищення стічних вод

У виробничих умовах часто доводиться використовувати комплексні методи очищення, котрі базуються на механічних, хімічних, фізико-хімічних, біологічних способах та пристроях для вилучення забруднень. Типова схема комплексного очищення зображена на рисунку 4.7.

Рис. 4.7. Схема комплексного очищення стічних вод

1 – збірник стічної води; 2, 8 – вентиль; 3, 9 – фотоколориметр;

4,10 – рН метр; 5 – відстійник; 6 – зернистий фільтр;

7 – іонообмінна колона; 11 – середовище чистої води

Установка складається з апаратів механічного очищення (піскопастка зернистий фільтр, фізико-хімічного очищення (іонообмінна колонка) та контрольно-вимірних приладів (рН-метр і фотоколориметри) для вимірювання ступеня забрудненості води. Стічні води надходять через фотоколориметр 3 (для вимірювання мутності води) та рН-метр 4 (для вимірювання активної реакції води) в піскопастку 5, в якій крупні тверді зависі осідають. Дрібніші завислі нерозчинені домішки вилучаються із води зернистим завантаженням фільтра 6. Звільнена від зависів вода, яка містить кислоту, подається в аніонітову іонообмінну колонку 7, в якій проходить обмін між іонами, що знаходяться в розчині, та іонами, що присутні на поверхні іонообмінної смоли, в результаті чого вода нейтралізується. Реакцію очищеної води вимірюють рН-метром 9, а її оптичну щільність – фотоколориметром 10. У тому випадку, коли прилад 9 показує значення рН<7, необхідно зменшити швидкість проходження стічної води через очисну установку, частково закриваючи кран 2, тим самим збільшити тривалість перебування стічних вод в очисних апаратах (в іонообмінній колонці). Потім очищена вода потрапляє у навколишнє середовище.

4.6. Умови скидання стічних вод у водойми

Розглянемо загальні вимоги до складу та властивостей води господарсько-питного призначення при скиданні у водойму стічних вод:

1. Водойма не повинна мати на поверхні води плівок будь-якого характеру;

2. Вміст завислих речовин не повинен перевищувати 1,5 мг/л.

3. Вода не повинна мати запахів і присмаків інтенсивністю понад два бали. Інтенсивність запахів і присмаків за балами розподіляється так:

Інтенсивність присмаку або запаху	Жодного	Дуже слабкий	Слабкий	Помітний	Виразний	Дуже сильний
Бал

Зазвичай виділяють такі види запахів: ароматний (квітковий, огірковий), землистий, болотний, гнильний, деревинний, цвільовий, хлорний, нафтовий, фенольний, сірководневий, непевний (не схожий на жоден із зазначених запахів). Смак розрізняють гіркий, кислий і солоний. Усі інші смакові відчуття кваліфікують, як присмаки.

4. Вода не повинна мати забарвлення при розгляданні її в стовпчику заввишки 20 см. Кольоровість води за платино-кобальтовою або імітувальною шкалою не повинна перевищувати 20°С. В окремих випадках допускається до 35°С. (Один градус кольоровості відповідає вмісту в 1 л розчину 2,49 мг хлорплатинату калію і 2,018 мг хлориду кобальту).

5. Температура води в результаті скидання стічних вод не повинна підвищуватись влітку більш як на 3°С, взимку – більш як на 5°С порівняно з максимальною природною температурою в цю пору року.

6. Реакція води має залишатися в межах рН=6,5 – 8,5, тобто бути слабкокислою, нейтральною, або слабколужною.

7. Мінеральний склад за сухим залишком не повинен перевищувати 1000 мг/л, в окремих випадках допускається до 1500 мг/л, у тому числі хлоридів – 300, сульфітів – 500, нітратів (за азотом) – 10 мг/л, загальна твердість – 7–10 моль екв/л.

8. Вміст розчиненого кисню має становити не менш як 4 мг/л у будь-який період року в пробі, відібраній до 12 год. дня.

9. Біохімічне споживання кисню (БСК_пов) при 20°С не повинно перевищувати 30 мг O₂/л. У чистих водоймах БСК не перевищує 2 мг О₂ /л, у забруднених може досягати 50 мг О₂/л.

10. ХСК для побутового водокористування не повинно перевищувати 25мг О₂/л.

11. У воді не повинно бути збудників хвороб. Стічні води перед скиданням у водойму слід знезаражувати.

12. Отруйні речовини не повинні міститися в концентраціях, які можуть завдати шкоди здоров’ю людини.

Крім нормативних вимог до якості води у водоймах, підприємства повинні незаперечно виконувати виробничі обмеження на скидання стічних вод. Забороняється скидати у водойми такі види стічних вод:

1. Води, які за використання раціональної технології можуть бути максимально використані в системах оборотного водопостачання або організації безстічних виробництв.

2. Води з цінними домішками, які необхідно утилізувати.

3. Води, що містять виробничу сировину, реагенти, напівпродукти та кінцеві продукти виробництва в кількостях, які перевищують установлені нормативи технологічних витрат.

4. Води, що містять шкідливі речовини, для яких не встановлені ГДК.

5. Води, які з урахуванням їх складу та місцевих умов можуть бути використані для зрошування в сільському господарстві за умови дотримання санітарних вимог.

Не допускається скидання у водойми кубових залишків і технологічних відходів. Встановлені обмеження поширюються і на зливову каналізацію, що відводить атмосферну воду з промислових ділянок, товарно-сировинних баз та інших територій, стік з яких може спричинити забруднення водойм.

Дата добавления: 2015-05-24