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 найдрібні-ших колоїдиодисперсиих глинистих часточок, білкових речовин та інших високомолекулярних сполук. Коагуляцію здійснюють шля­хом введення в очищувану воду незначної кількості коагулянтів -A1₂(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 аквагід-роксокомплекси 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 грубодиспер-сних домішок механічними методами і коагуляцією. Потім мо­лекулярно-розчинені домішки органічних речовин видаляють шляхом адсорбції на активованому вугіллі, яке крім речовин,

погіршують смак і запах води, сорбує також гербіциди, інсек­тициди, віруси тощо.

Рис. 4 3. Схема адсорбера з рухомим шаром адсорбенту

І - 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 диліоат-них 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 (триетиламіи, 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; І, 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,

1 - початкова та промивна вода; 2 - регенераційний розчин; З - 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 Са"⁺ і Mg~⁺ - со­лей твердості, розчинених у воді. Обмін іонів натрію називають Na-катіонуванням, а іонів гідрогену - Н-катіонуванням: Na₂[KaT] + Са(НСО₃)₂ «-> Са[Кат] + 2NaHCO₃; Na₂[KaT] + MgSO₄ <-► Mg[KaT] + Na₂SO₄; Н₂[Кат] + MgCl₂«-» Mg[Ka_T] + 2HC1; Н₂[Кат] + Na₂SO₄ «-» №₂[Кат] + H₂SO₄. Так само видаляють з води іони інших металів. Аніоніти - високомолекулярні речовини, що містять активні групи з аніонами ОН", НСО₃ або СОз". Пропускаючи крізь шар аніо­ніту воду, заздалегідь звільнену від катіонів, видаляють з неї аніони:

[Ан]ОН + НС1 <-> [Ан]С1 + Н₂0; 2[Ан]0Н + H₂SO₄ «-> [Ан] + Н₂0.

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 очи­щения 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, біо-обробки, 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 ЗО 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 ґратчасті 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.).

Дата добавления: 2013-12-13