Основные методы очистки сточных вод
Дезинфекция и очистка отработанной воды – серьезный вопрос нашего столетия. Многие вещества остаются с молекулами воды даже после ее испарения. Чистая вода нужна не только для бытового употребления. Заводы и комбинаты нуждаются в отфильтрованной жидкости без вредных примесей. Как человечество решает вопрос очистки сточной воды?
Зачем очищать сточные воды
В отработанной воде много опасных веществ. Синтетические и органические элементы растворяются в воде, выпадают в осадок или остаются на поверхности в виде плотной пленки. Бытовая химия, бактерии, отходы – нельзя пить воды с таким составом. Плохое качество воды ведет к эпидемиям холеры и других болезней, передающихся через воду. Всемирная организация здравоохранения в 1970 году заключила, что две трети человеческого населения Земли мучается от этих заболеваний. Основная причина — загрязнение водоемов.
Какие заболевания можно получить, выпив грязной воды:
- Холера, брюшной тиф, сальмонеллез, гельминтоз.
- Гепатиты А и Е.
- Полиомиелиты 1-3 типа, лептоспироз, туберкулез, бруцеллез, лямблиоз.
- Любые энтеровирусные и аденовирусные болезни.
Существует два типа сточных воды: хозяйственно-бытовые и производственные. Бытовая использованная вода хранит в себе всевозможные бактерии и вирусы. Производственные стоки не содержат патогенов. Такая вода вредна для всего живого. Отработанная вода губит растения и фауну водоемов. Отходы с тяжелого производства даже разъедают камни.
Какие виды загрязнений существуют
Загрязнение воды проходит по разному сценарию. Каждая сфера промышленности производит характерные загрязнения. Давайте посмотрим, какие элементы попадают в отработанную воду в зависимости от типа предприятия:
- Нефтедобывающая и химическая промышленность. Отработанная вода богата нефтепродуктами и фенолами. Тяжелые металлы и АПАВ встречаются на всех предприятиях такого типа. Вода с таким составом вязкая, кислорода в ней мало.
- Деревообрабатывающая промышленность. Заводы этого типа насыщают воду древесным волокном и опилками. В составе стоков много фенолов и взвешенных веществ, можно обнаружить лингин. Чем опасны древесные опилки для природных водоемов? Разложение дерева загрязняет среду метаном, диокидом углерода и сероводородом. Доступ кислороду в водоем прекращается, все живое в воде начинает погибать.
- Текстильная промышленность. Отходы производства — нерастворимые органические и минеральные соединения. В состав входят природные и искусственные красители, волокна. Краска особенно опасна из-за высокой щелочности. К тому же, окрашивающие вещества содержат ядовитые химические элементы: Ni, Cr, Pb, Cu, Zn и ионы тяжелых металлов. Пенообразующие вещества, образующиеся при производстве, мешают насыщение воды кислородом.
- Пищевая отрасль наполняет воду разлагающейся органикой. Мясокомбинаты сливают кровь и жир. Все это перемешивается с шерстью и шкурами. Отработанная вода из молочного комбината содержит растворенные жиры, углеводы и белки. Вода закисает, снижается щелочность среды. Стоки с таким составом мутные, с творожистой взвесью и органическими осадками. Сточные воды пищевой промышленности насыщены хлоридами.
- Стоки, поступающие из пищевой отрасли, содержат в себе большое количество органики, причем как в форме взвесей, так и в растворенном виде.
- Рыбоперерабатывающие фабрики выделяют похожие отходы. Разница в том, что рыбий жир, состоящий из ненасыщенных жирных кислот и клетчатки, устойчив к окислению. Любой завод по производству пищи вместе со стоками сливает глину, фосфаты и АПАВ. Эти вещества появляются в воде после мытья станков и оборудования.
- Отработанная вода из ликероводочных заводов обладает низкой кислотностью. Загрязненность использованной воды на таких предприятиях непостоянная, потому что отходы сбрасывают залпами. В отходах можно найти крупные частицы органических соединений и органику в растворенном состоянии. Все эти продукты живого происхождения быстро гниют.
- Сельскохозяйственное производство сбрасывает в воду растительные волокна и остатки непригодной к употреблению пищи. Также в стоки попадают фекалии и удобрения. Вместе с навозом, в водной среде начинают размножаться грибки и бактерии. Для экосистемы такое количество органики в водоемах грозит разрушением: водоем перестает самоочищаться.
- Отходы после сезонной полевой работы состоят из ядохимикатов и минеральных удобрений. Калий и нитраты — яд для естественных водоемов.
- Городские хозяйственно-бытовые стоки ядовиты. Болезнетворные организмы и вирусы легко размножаются в такой воде. Болезнетворные бактерии негативно сказываются на микрофлоре природных водоемов. Бытовая химия также очень опасна.
Какие методы очистки сточных вод нам известны?
Механический способ задействует ультрафиолет, чтобы уничтожить болезнетворные организмы и некоторые химические соединения. При помощи химических реагентов, таких как озон, марганцовка, бром, йод и хлор, можно избавиться от серьезных загрязнений. Биологическая очистка подразумевает использование микроорганизмов.
Механические методы очистки сточных вод
Какие методы используются при механическом очищении отработанной воды?
- фильтрация;
- отстаивание;
- процеживание.
Эти способы можно объединять, чтобы добиться двойного эффекта. Механический метод значительно очистить отработанную воду даже в запущенных случаях. Давайте поговорим о самых распространенных методах очистки.
Механизированные решетки. Механизированное сито позволяет отфильтровать крупные частицы. После процесса фильтрации, они попадают в мусоросборник. В конструкцию механизированных решеток включены отстойники. Они помогают отфильтровать взвесь. Илистый осадок остается внизу. Отработанную воду легко вылить через боковое отверстие отстойника.
Отстаивание – вертикальные отстойники. В процессе отслаивания вся взвесь делится на несколько слоев. Верхняя часть отходов — это плавающая пленка. Средний слой состоит из воды, а нижний содержит тяжелый осадок. Бывают горизонтальные и вертикальные отстойники. Горизонтальная форма нужна, если в составе отработанной воды много взвеси и коллоидных элементов.
Цель отстойников — удалить крупные частицы отходов. Твердые тяжелые элементы группируются и оседают на дно механизированной решетки. Помимо этого, поступающая в отстойник сточная вода проходит процесс расслаивания: легкие частицы поднимаются вверх, оседая на поверхности воды. Тяжелые частицы оседают на дне. Находящаяся посередине вода очищена от всех загрязняющих элементов.
Силы тяготения в отстойниках очищают отходы без гидролиза. От твердого осадка легко избавиться при помощи насоса и высушить. В отстойниках медленно проходят процессы гниения, благодаря чему растворенные элементы не загрязняют водную массу.
Бензомаслоотделители и нефтеловушки – отстойники с тонкослойными модулями. Эти технологии идеально подходят для очистки переработанной нефтепроизводством воды. Бензомаслоотделители и нефтеловушки прекрасно справляются с нефтью, жиром и маслами. Металлические пластины в конструкции ловят молекулы жира и отталкивают водные массы. Все благодаря коагулянту, который создает благоприятную среду для нерастворимых элементов. Частицы масел и жиров поднимаются наверх, поступая в жироуловители. Это отсеки, в которые попадают тяжелые включения. Легкие элементы, вроде жиров и нефти, всплывают вверх.
Очистка в гидроциклонах. Этот метод очистки сточных вод представляет из себя установку, вращающую жидкость по спирали. Благодаря центробежной силе, тяжелые элементы отделяются от водяной массы, попадая в накопитель. Отфильтрованная жидкость вытекает через специальное отверстие.
Песколовки – мембраны-ловушки. Идеально подходят для фильтрации песка и похожих по структуре элементов. Популярностью пользуются фильтрующие, микрофильтрующие песколовки и мембраны с центрифугой. Еще используют тангенциальные конструкции. Они вращают загрязненную воду. Стоки стекают сверху вниз по спирали. Отфильтрованная жидкость поднимается обратно наверх, выходя через специальное отверстие. Небольшая скорость вращения центрифуги позволяет песку выпасть в осадок, иначе он выходил бы вместе с отфильтрованной водой.
Центрифугирование. Этот метод использует центробежные силы. Приводя жидкость в движение, взвесь отделяется от основной массы воды. Этот метод славится своей энергоемкостью. Его можно применять как в промышленных, так и в небольших масштабах. Центрифугирование используют сравнительно реже остальных способов осаждения и фильтрации. Примесь в воде имеет высокую ценность и вы хотите сохранить ее? Центрифугирование идеально подходит для этой цели. Кроме того, этот метод используют для обезвоживания осадка.
Фильтрация. Специальные фильтры и системы перегородок задерживают крупные частицы, пропуская жидкость. Фильтры изготовлены с применением полипропилена. Иногда их изготавливают из натуральных материалов, вроде бурого угля. Фильтры бывают с восходящей и нисходящей очисткой. У каждого типа есть свои плюсы и минусы. Нисходящий фильтр известен своей эффективностью и низкой стоимостью. У водяного фильтра восходящего типа есть большой недостаток: он быстро заиливается. Метод очистки с помощью фильтрации универсален: он подходит для промышленного и домашнего использования.
Микрофильтрация. Этот способ легко избавляет воду из стоков от мелких нерастворимых элементов. Технология фильтрует частицы размерами меньше одного мм. Часто применяется при очищении воды от полимерных соединений. Микрофильтры также отлично справляются с керамикой, металлической стружкой и осколками стекла.
Химический метод очистки сточных вод
Отлично помогает избавиться от растворенных вредных соединений. В качестве активного вещества используются химические реагенты. Известно много способов удаления растворенных токсинов. Мы опишем самые популярные.
Окисление и восстановление. Этот способ справляется со многими опасными соединениями. Методом окисления можно избавиться от растворенных цианидов, сульфидов и сероводорода. Соединения меди прекрасно поддаются окислению. Какие окислители используют?
- фтор;
- марганцовка;
- пероксид водорода;
- озон;
- хлор.
Лучшим средством считается озон. Он разрушает органические и искусственные соединения. Озон избавляет отработанную воду от красителей и едких запахов, убирает горечь, уничтожает вредные бактерии. К сожалению, озон является одним из самых дорогих методов очистки. Реагенты необходимо хранить в специальных условиях, а для очистки водоема потребуется сравнительно большое количество озона.
Озонирование воды. Озон легко удалит ртуть, мышьяк и хром. Ртуть восстанавливают, после чего отстаивают и фильтруют. Для очистки водоемов от ртути, используют сульфаты, уголь, гидросульфит натрия. Применяется для промышленной очистки сточных вод.
Нейтрализация. Хорошо справляется с растворенными в воде кислотными и щелочными соединениями. Обычно, для очистки смешивают стоки с кислой и щелочной средой. Также можно нейтрализовать вредную среду при помощи реагентов. Активными веществами в таком процессе может выступать сода, гидроксид кальция и любые сильные щелочные соединения.
Осаждение. Благодаря методу нерастворимые соединения выпадают в осадок, забирая с собой загрязняющие включения. Осаждение не требует много средств и времени. Главный минус осаждения заключается в слабой очистке. Кроме того, получившийся осадок повышает токсичность сточных вод и содержание в них солей.
Химические способы очистки сточных вод являются самыми эффективными. С другой стороны, они съедают много денег. Плюс в том, что, в отличие от механических методов, химическая очистка воды не нуждается в дополнительном оборудовании.
Физико-химические методы очистки сточных вод
Подходит для избавления от мелкой взвеси. Избавляет отработанную воду от органики, вредных газов и минералов. Какие методы существуют?
Очистка реагентами (коагуляция и флокуляция). Этот способов подразумевает добавление коагулянтов в сточную воду. Микровключения соединяются с гидроксидами, после чего все загрязнения образуют осадок внизу емкости для очистки.
Коагуляция осуществляется за счет специальных реагентов, соединяющих отходную взвесь вместе. Загрязнения тяжелеют и падают на дно емкости. В качестве коагулянтов часто используют соли алюминия и кислот, а также гидрохлоридные реагенты. Флокулянты помогают снизить затраты на дорогие реагенты. Кроме того, они повышают длительность коагуляции. В процессе появляются хлопья, которые соединяются с загрязняющими веществами и образуют осадок. Флокуляция не требует введения коагулянтов, этот метод самостоятельно способен справиться со сложными загрязнениями.
Чтобы разрушить связь между вредными соединениями в отработанной воде, необходимо разрушить их гидратные оболочки. В этом поможет ионизация. Положительно заряженные металлические и алюминиевые соединения взаимодействуют с отрицательно заряженными коллоидами. Благодаря этому взаимодействию среда становится нейтральной.
Отработанная вода после такого метода очистки становится чистой и прозрачной. Способ часто применяют в деревообрабатывающей и текстильной промышленности. Вода очищается от цвета и красителей на 95%. Реагенты — замечательный способ избавиться от тяжелого загрязнения любых масштабов. Обратная сторона монеты в том, что реагенты нуждаются в особом подходе. Им нужны особые условия хранения и транспортировки.
Флотация и электрофлотация. Хорошо борется с жирными соединениями и другими загрязнителями животного происхождения. Легко удаляет АПАВ из состава отработанной воды. Очищает от мелкодисперсного нефтяного мусора и побочных продуктов нефтяной промышленности. Как работает флотация? Все просто: молекулы взвеси прилипают к пузырькам воздуха. Гравитация несет эти загрязнители вверх, где при помощи раздела фаз можно избавиться от 95% загрязнителей. Существует три типа нерастворимых шлаков. Они подразделяются по структуре. К каждому типу нужен свой подход:
- Твердые элементы, не вступающие в реакции с водой. Животные жиры и масла, жидкие продукты нефтепереработки. От них избавляются при помощи крупных пузырьков воздуха.
- Гидрофильные вещества, такие как белки и углеводы. С ними хорошо справляются мелкие пузырьки сжатого воздуха.
- Хлопья. От этого типа загрязнителей избавиться тяжелее всего. В отработанную воду подают большое количество воздуха, чтобы гарантировать взаимодействие хлопьев и пузырьков.
Какие реагенты применяют в процессе флотации? Популярны соединения «ВПК-402» и «Аква-Аурат18». Успех очищения зависит от типа нерастворимых загрязнителей. Жиры легко очищаются на 85%, тогда как хлопья и твердые элементы удается вымыть лишь наполовину. Электрофлотация берет за основу феномен электролиза. Вредные частицы всплывают на поверхность благодаря микропузырькам.
Ионный обмен. Метод очистки использует смолы-иониты. Они избавляют воду от ионизированных металлических соединений и солей. Метод идеально подойдет для очистки бытовых сточных вод В магазинах можно встретить гранулированные иониты. Для начала очистки нужно просто добавить их в фильтр очистной установки.
Ионный обмен позволяет избавиться от Zn, Ph, Co, Ch, соединений марганца и ртути. Очищает воду от солей мышьяка и фосфатов, фильтрует радиоактивные элементы. Один этот метод способен понизить уровень токсинов в отработанной воде до приемлемого. Воду, отфильтрованную методом ионного обмена, можно использовать в технических целях.
Сорбция. Впитывающие вещества притягивают к себе органические соединения. Жиры, белки и животные кислоты вступают с сорбентами в реакцию, после чего выпадают в осадок. Основным преимуществом метода является его эффективность против животных соединений.
Метод используют в среде с высоким содержанием растворенных и пленчатых нефтепродуктов. Сорбция помогает избавиться от органики: жиров, белков и кислот. В качестве абсорбирующих веществ применяют активный уголь и керамзиты. Сорбенты выкладывают в несколько слоев в специальные емкости.
Порошкообразный уголь помогает при профилактическом очищении сточной воды в нефтеперерабатывающих заводах. Порошковый уголь имеет большую степень очистки. Сорбенты подлежат повторному использованию. Для этого, остатки очищающих веществ необходимо поместить в щелочную среду.
Экстракция. Данный метод подойдет для очистки бытовых сточных вод. Реагентом выступает жидкость, которая трансформирует загрязнения в отработанной воде. На выходе получается экстрагент, не вступающий в реакции с водой. В конце очищения вырабатывается экстракт и рафинат. Первый продукт представляет из себя раствор вредных веществ, извлеченных в процессе экстракции. Рафинат — очищенная вода, которая остается. Ее можно использовать для технических и бытовых целей. Реагентом могут служить любые органические растворители, такие как бутилацетат.
Электролиз. Реакции электролиза вырабатывают осадок, который затем можно легко убрать. Добавление в отработанную воду хлора увеличит очищающий эффект. Электролиз работает следующим образом: специальные вещества – электролиты проводят ток по стоковой воде. Образуются пузырьки кислорода, которые притягивают шлаки и вредные вещества. Метод хорошо подходит как для кустарного использования, так и для промышленной очистки сточных вод.
Биологические методы очистки сточных вод
Популярный способ биологической очистки отработанной воды — использование аэробных бактерий. Они поглощают органические соединения, формируя осадок. Данный метод обладает большой производительностью. Он идеально подходит для мясокомбинатов, молочных комбинатов и других заводов, взаимодействующих с животной органикой.
Для начала, отработанная вода помещается в аэротенк. Это специальные установки с аэробными бактериями. Микроорганизмы окисляют органические соединения. После окисления продукты загрязнения выпадают в осадок. Обработанная таким образом жидкость помещается в отстойник, где илистые отходы ложатся на дно. Нет нужды в высокой производительности? Замените аэротент на биофильтр. Внутри фильтра есть специальный отсек, наполненный аэробными бактериями. Стоки идут по фильтру сверху вниз, проходя процесс очистки.
Обеззараживание. Отфильтрованная вода все еще содержит вредные микроорганизмы. Необходимо избавиться от биологических патогенов. Для этих целей воду облучают ультрафиолетом, используют специальные реагенты. Какой способ лучше справляется с обеззараживанием? У каждого есть свои преимущества и недостатки. Применение озона бьет по кошельку и времени. Облучение ультрафиолетом малоэффективно.
Хлорирование использует вредный для человека хлор. Чтобы обеззараженная вода была пригодной для питья, придется подождать, пока хлор выветрится. Для максимальной эффективности применяют контактные емкости. Они занимают много пространства и не подходят для кустарного использования.
Обработка осадков. При очистке бытовых сточных вод вредные вещества в отстойниках образуют осадок. Что с ним делать? Первая проблема, с которой мы столкнемся при обработке осадка — физические свойства ила. Он плохо поддается фильтрации. Количество осадка зависит от способа фильтрации отработанной воды. Процент ила составляет от 0.5% до 10% от общего объема сточной воды. Прежде чем избавиться от взвеси, ее необходимо продезинфицировать. В осадке часто скапливаются вредные микроорганизмы.
Для начала, необходимо осушить ил. Для этих целей применяют метановое сбраживание. Этот метод подразумевает перемещение осадка в специальный резервуар, куда при высоких температурах будет поступать метан. Дезинфекция илистого осадка достигается за счет высоких температур в контейнере. Использованный газ в последствии применяется для других задач. Это плохо, потому что метан после сбраживания наделяется вредными примесями.
Аэробная стабилизация также применяется для осушения ила. Осадок кладут в специальные конструкции, в которых проходит активная аэрация. После этого, осадок осушают: равномерно кладут на иловые площадки либо используют специальные прессы и центрифуги. Продезинфицированный осадок применяют в качестве удобрения в пищевой промышленности. Для осушения, ил смешивают с реагентами. Последующая влажность осадка — 70-80%. После первичного обезвоживания, ил термически обрабатывается.
Комбинированные методы очистки сточных вод
Есть несколько способов полностью очистить отработанную воду. Для этого, применяют несколько методов обеззараживания одновременно.
Гиперфильтрация. Также известно под названием «Обратный осмос». Работает это так: сточную воду отделяют от крупнодисперсных остатков при помощи полупроницаемого мембранного фильтра. Такие фильтры задерживают соли и крупные частицы, пропуская воду. Получившаяся на выходе вода пригодна для любых технических задач: мытье машины и оборудования, использование в производстве.
Электрохимическая очистка. Подразумевает использование электрического тока для очистки отработанной воды. В процессе обеззараживания применяют растворимые и нерастворимые вещества, проводящие ток. Этот способ идеально справляется со взвесью и коллоидными элементами. Электрохимическая очистка избавит использованную воду от красителей, продуктов нефтяной промышленности и побочных продуктов мясокомбинатов.
При электрохимической очистке пузырьки кислорода ловят твердые соединения. Потоки воздуха появляются в воде благодаря электролизу. Электрохимическая очистка также позволяет избавиться от жира и нефтепродуктов. Пузырьки воздуха притягивают любые осадки. Электрохимическая деструкция призвана расщепить побочные продукты, вредные для организма. В этом помогают ионы хлоридов. Также хлориды избавляются от вредных бактерий. Данный метод очистки широко используется на заводах по производству аптечной продукции. Его можно встретить в больницах. Последний этап очистки отработанной воды — ее обеззараживание. Убив вредные патогены и болезнетворные бактерии, воду можно снова применять в хозяйственных и промышленных целях.
Какая отработанная вода считается самой опасной?
Помимо ультрафиолетового излучения, используются специальные реагенты. Чтобы полностью очистить отработанную воду от шлаков, нужно использовать несколько методов очистки одновременно. Например, сочетать механический и химический способы. Очистка отработанной воды — трудоемкий процесс. Чтобы вода стала чистой после выхода из завода, необходимо приобрести дорогостоящее оборудование и реагенты.
Полностью обработанная вода снова станет безопасной для питья и бытовых нужд. Приобретя необходимое оборудование однажды, можно значительно снизить уровень загрязнения своего предприятия. Домашние установки в виде биологических фильтров являются отличным методом очистки бытовых сточных вод.