Физико-химические методы очистки сточных вод

Проблема очистки производственных стоков сегодня стоит достаточно остро. Более того, с каждым годом она становится все более актуальной. Сложности, возникающие в данной сфере, обусловлены чрезвычайным разнообразием примесей. Их состав и количество постоянно изменяются в связи с появлением новых производств и изменением действующих. Рассмотрим далее, какие существуют сегодня основные методы очистки сточных вод.

Общие сведения

На настоящее время наиболее популярные методы очистки промышленных сточных вод предусматривают использование активного ила, технического кислорода, стимуляторов окисления, иловых симбиотических культур. Применение разнообразных усовершенствованных конструкций, аэрационных установок и систем позволяет существенно повысить качество фильтрации. Внушительные резервы скрываются и в сфере интенсификации массообмена.

Актуальность проблемы

В каждом городе и на любом промышленном предприятии действует система подземных трубопроводов и очистных установок. С их помощью осуществляется отвод использованных и отработанных жидких отходов, фильтрация и дезинфекция, обезвреживание и обработка осадка, образующегося в ходе этих операций. Стоки образуются при использовании водопроводной или природной воды в бытовых целях, а также технологических процессов на производственных предприятиях. Жидкие отходы – это источник разнообразных заболеваний, которые могут принимать угрожающие масштабы. Сточные воды негативно воздействуют на природу. В этой связи необходимо не только целенаправленно отводить отходы, но и обеспечивать их фильтрацию и обеззараживание, устраняя таким образом все возможные опасные последствия от их воздействия.

Методы очистки сточных вод: предпосылки к появлению

В речной сети и прочих естественных акваториях происходит процесс самофильтрации. Но протекает он достаточно медленно. До того момента, пока промышленные и бытовые сбросы были не так велики, реки вполне справлялись с их потоком. С наступлением индустриального века резко увеличился объем отходов. Водоемы перестали самостоятельно справляться с таким количеством сбросов. В этой связи возникла необходимость обезвреживать, фильтровать и утилизировать вредные потоки.

Классификация

Современные методы очистки сточных вод представляют собой обработку жидких отходов для удаления либо разрушения вредных соединений, присутствующих в них. Фильтрация и обезвреживание считаются достаточно сложными процессами. В них, как и во многих других, имеется исходное сырье и готовая продукция. Существует несколько распространенных способов фильтрации отходов:

• Механические методы очистки сточных вод. Главными процессами в них выступают фильтрация и отстаивание. В ходе операций из сточных вод удаляются механические частицы. Грубодисперсные примеси в зависимости от их размера устраняются посредством сит, решеток, септиков, песколовок, навозоуловителей разнообразной конструкции. Поверхностные загрязнения удаляются с помощью отстойников, бензомаслоуловителей и прочих установок. Механические методы очистки сточных вод позволяют выделить из бытовых жидких отходов до 60-75% нерастворимых соединений. При использовании этих способов на предприятиях из "сырья" получают до 95% примесей, многие из которых затем повторно используются в технологических процессах.
  
• Физико-химические методы очистки сточных вод. В ходе фильтрации при использовании этих способов из жидких отходов устраняются растворенные неорганические и тонкодисперсные примеси, происходит разрушение органических соединений и плохо окисляемых веществ. Наиболее популярные физико-химические методы очистки сточных вод – коагуляция, экстракция, сорбция, окисление и так далее. Достаточно широко используется и электролиз. Он и прочие аналогичные методы очистки сточных вод от тяжелых металлов используются на медных, лакокрасочных, свинцовых и других предприятиях. В ходе электролиза происходит разрушение органических примесей и извлечение из них неорганических соединений.
• Химические методы очистки сточных вод. В ходе фильтрации этими способами в жидкие отходы добавляются разнообразные реагенты. Они вступают во взаимодействие с загрязнителями. В результате последние оседают в виде неорганических веществ. Химические методы очистки сточных вод позволяют снизить содержание нерастворимых соединений до 95 %, а растворимых примесей – до 25 %.

При использовании нескольких способов фильтрация называется комбинированной.

Биологические методы очистки сточных вод

Они имеют особое значение в вопросе фильтрации жидких отходов. Биологические методы очистки сточных вод основываются на использовании существующих природных закономерностей. Сегодня используется несколько видов фильтрующих устройств: аэротенки, биологические пруды и биофильтры. В работе установок используется принцип самофильтрации рек. Перед тем как сырье попадет в эти агрегаты, оно проходит и другие фильтры. На первом этапе из отходов удаляют твердые соединения. Затем используют те методы очистки сточных вод, которые позволяют удалить болезнетворные бактерии. Для этого в сырье вводятся соответствующие реагенты. В качестве основных из них выступают жидкий хлор и хлорная известь. Дезинфекция проводится и другими способами. Например, выполняется озонирование, электролиз, ультразвуковая фильтрация. Биологические методы весьма эффективны при очистке бытовых стоков. Эти способы также используются и на целлюлозно-бумажных комбинатах, нефтеперерабатывающих заводах и прочих предприятиях.

Использование коагулянтов и флокулянтов

В особо сложных случаях, когда одного способа фильтрации бывает недостаточно, используются поэтапно разные методы очистки производственных сточных вод. Для обеспечения максимального уровня фильтрации в системах применяются коагулянты и флокулянты. Следует отметить, что эти реагентные методы очистки сточных вод достаточно просты. Их можно использовать практически при неограниченном объеме поступления жидких отходов. Комплексное задействование флокулянтов и коагулянтов в фильтрации позволяет еще больше расширить спектр их применения. Значительных успехов при этом можно добиться посредством оптимизации технологии. Речь идет о смешивании реагентов с водой, подборе наиболее подходящих флокулянтов и коагулянтов. Кроме этого, эффективность реагентных способов можно значительно увеличить посредством установления контроля над расходом внедряемых в систему веществ в соответствии с количеством загрязнений и прочих параметров. Автоматизация процессов позволит также повысить качество фильтрации.

Реагентный способ: стадии процесса

Устранение коагулированных частиц является многоэтапной операцией. Основными стадиями выступают:

1. Приготовление и подбор доз реагентов.
2. Смешивание соединений с водой.
3. Образование хлопьев.
4. Выделение примесей из воды.

Процесс начинается с формирования агрегатов частиц. Далее происходит их разрушение, осаждение, выпадение из осадка в жидкую фазу, повторное отделение от воды без агрегатообразования.

Анаэробный и аэробный способы

Эти методы очистки сточных вод предполагают использование микроорганизмов. Для аэробов необходимо постоянное поступление кислорода. При этом для поддержания их жизнедеятельности температура условий их пребывания должна быть в пределах 20…40 градусов. В ходе аэробной фильтрации культивирование микроорганизмов осуществляется в виде биопленки или в активном иле. Последний состоит из твердого субстрата и живых микроорганизмов. Они, в свою очередь, представлены водорослями, простейшими червями и бактериями. Рост биопленки проходит на наполнителе фильтра. Она представлена в виде слизистых обрастаний, толщина которых от 1 до 3 мм и больше. В биопленке присутствуют дрожжи, грибы, бактерии и прочие организмы. Аэробная очистка осуществляется как искусственным, так и естественным (природным) способом. Анаэробная фильтрация проходит без проникновения воздуха. Как правило, этот метод используется при обезвреживании твердых осадков, образующихся при применении других способов очистки. Твердые осадки подвергаются брожению в специальных резервуарах (полностью герметичных). Они называются метантенками. В зависимости от того, каким будет конечный результат, брожение может быть метановым, молочнокислым, спиртовым и так далее.

Осаждение и флотация

Эти методы применяются, например, при очистке стоков от взвешенных частиц. Фильтрация при этом может осуществляться двумя способами: путем отстаивания под воздействием силы тяжести или под влиянием центробежных сил. В процессе очистки используются многоступенчатые отстойники. Еще одним способом фильтрации выступает флотация. Она позволяет устранить крупнодисперсные субстанции. Суть этого метода заключается в переносе загрязнителей на поверхность сточных вод с помощью пузырьков воздуха. В результате флотации образуются пенные соединения. В них присутствуют загрязнители, которые впоследствии устраняются специальными скребками. Воздушные пузырьки получают с помощью турбин, форсунок и прочих устройств.

Процеживание

Важнейшей и обязательной стадией фильтрации и подготовки воды к последующим этапам выступает устранение крупных загрязнений. Для этих целей в очистных сооружениях устанавливаются специальные решетки. Они изготавливаются из нескольких стальных стержней, которые располагаются параллельно. Через образованные прозоры проходит вода. Удаление более мелких частиц осуществляется с помощью сит. Они могут быть двух видов: дисковые и барабанные. Последние представляют собой сетчатые барабаны. Диаметр отверстий в них 0.5-1 мм. В процессе их вращения вода проходит сквозь внешнюю либо внутреннюю плоскость. Примеси, которые задерживаются в отверстиях, смываются и отводятся в специальные желоба.

Отстаивание

Этот метод используется для выведения в осадок грубодисперсных веществ. Они отделяются под воздействием силы тяжести. Обычно в сточных водах присутствуют частицы разного размера и формы. В ходе отстаивания плотность, свойства и прочие параметры подвергаются изменениям. Кроме этого, вследствие соединения различных по химическому составу отходов могут образоваться твердые примеси, в числе которых и коагулянты. Такого рода явления также оказывают влияние на параметры взвесей, в том числе на их размер, и форму. Это, в свою очередь, осложняет определение закономерностей процесса отстаивания.

Фильтрующие перегородки

Их применяют для выделения из стоков тонкодисперсных жидких или твердых соединений. Их устранение с помощью отстаивания достаточно затруднено. Разделение частиц осуществляется с помощью пористых перегородок. Они пропускают жидкость и задерживают диспергированную фазу. Операция протекает под воздействием гидростатического давления, вакуума, образованного после перегородки, и пр. Выбор приспособлений зависит от свойств стоков, температуры, конструкции фильтра и прочих параметров. Перегородки должны иметь достаточную прочность и гибкость, минимальное гидравлическое сопротивление, устойчивость, не должны разрушаться и набухать при заданных условиях. При фильтровании применяются установки различных конструкций. Однако любые виды устройств должны обладать высокой скоростью очистки и эффективностью отделения примесей.