Методы  очистки сточных  вод

Загрязнение биосферы, в том числе источников водоснабжения, является реальным фактором, который  оказывает отрицательное влияние  на здоровье людей. По данным Всемирной  организации здравоохранения (ВОЗ) от использования некачественной питьевой воды каждый год в мире страдает каждый десятый человек. До 50% речной воды каждый год подвергается техногенному воздействию, в том числе и в результате сброса 425·10⁹ м³ сточных вод. Значительная загрязненность водных объектов и мало эффективные технологии подготовки поды это главные причины низкого качества питьевой воды. Нарушения требований СанПиН 2.1.4.10749-01, в которых установлены физико-химические и микробиологическим показатели питьевой воды отмечены во всех субъектах РФ. Более 90% сточных вод, поступающих через коммунальные сети в поверхностные водные объекты, сбрасываются загрязненными.

На качество воды оказывают  значительное влияние находящиеся в ней вещества и соединения в различных концентрациях. Превышение концентрации некоторых загрязняющих веществ может оказывать пагубное воздействие как на человека, так и на биологическую обстановку в водном объекте. Следовательно, при сбросе сточных вод после производственных процессов требуется осуществлять извлечение вредных веществ и добиваться установленной предельно допустимой концентрации ПДК сточных вод.

Химические соединения, находящиеся в сточной воде, можно  разделить на неорганические и органические и классифицировать по их фазовому состоянию. Характеристику сточных вод, предложенная академиком Кульским Л.А., считают наиболее удачной:

Классификация и методы очистки  сточных вод

При обработке сточных  вод различного типа используют разные группы методов. Применяя разделение по фазовому состоянию веществ в растворе, можно сгруппировать методы очистки сточных вод.

Для каждого типа промышленных производств характерен свой состав сточных вод. Например, на металлообрабатывающем  предприятии в сточных водах  будут присутствовать ионы тяжелые металлы и нефтепродукты, однако там не будет фенолов и смол. С другой стороны, на НПЗ в сточных водах будут содержаться фенолы, но не будет ионов никеля или хрома.

Выбор наилучших доступных  технологий очистки воды является для  проектировщиков достаточно сложной задачей, обусловленной разнообразием загрязняющих веществ в сточной воде и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству ее очистки. Например, для обессоливания воды с целью создания оборотного водоснабжения предприятия используют следующие методы: ионный обмен, обратный осмос, нанофильтрацию, вакуумное выпаривание. Воду, прошедшую процесс обессоливания, можно использовать повторно технологических целей: промывки деталей в гальваническом производстве, охлаждения оборудования, получения пара и пр. Также, возможна утилизация ценных компонентов из сточных вод, кислот и щелочей с использованием, например, керамических мембранных элементов. На основании результатов анализа сточной воды можно спроектировать очистные сооружения и подобрать соответствующее оборудование. Выбор оборудования для очистки сточных вод требуется осуществлять методом сравнения данных о качестве воды с характеристиками данных технологического оборудования.

Очистные сооружения сточных вод проектируются на основании анализа производственных процессов и состава стоков. Например, используются деструктивные методы очистки сточных вод промышленных предприятий, с разложением вредных веществ или переводов их в нетоксичные соединения, и регенеративные методы, базирующиеся на утилизации и извлечении загрязнений из воды.

На основании объема и характеристик сточных вод  применяются различные методы обработки: механические, физико-химические, физические, химические биологические, а также  их комбинирование. Типы загрязняющих веществ и методы очистки сточных вод представлены в данном разделе.

Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева +7 495 7680646, +7 499 9784959

Типы  сточных вод и  методы очистки

Очистка сточных вод  проводится с целью устранения вредных  и опасных свойств, которые могут привести к пагубным последствиям в окружающей среде. Применение различных технологий очистки направлено на нейтрализацию, обезвреживание или утилизацию ценных компонентов. Таким образом, выбор технологии очистки и оборудования зависит в первую очередь от свойств сточных вод и их отклонений от свойств природных вод. Другими словами, выбор метода очистки стоков зависит от вредных факторов (ВФ), которыми обладает сточная вода.

В качестве вредных  факторов могут выступать не только токсические вещества – нефтепродукты, ПАВ, ионы тяжёлых металлов, но и такие обобщённые показатели, как агрессивность среды, общая жёсткость (выше допустимой), содержание аммонийного азота, окисляемость и др.

Наличие в сточной  воде тех или иных вредных факторов определяется из анализа характеристик воды. Каждому ВФ может соответствовать группа показателей, т.е. наличие в воде ВФ может определяться несколькими характеристиками, и в случае отсутствия в воде какой-то характеристики отсутствует и ВФ. Кроме того, один и тот же показатель сточной воды может свидетельствовать о наличии сразу нескольких ВФ.

Вредные факторы сточных  вод удобно выделить в классы и  каждому классу сопоставить один или группу показателей, которые  бы однозначно определяли этот класс. Эту группу показателей будем называть идентификатором класса ВФ.

Анализ многочисленных литературных источников позволил выявить  несколько классов ВФ и множество  методов, способных обезвреживать  эти классы. Список некоторых выявленных классов ВФ, их идентификаторы и  группы методов обезвреживания даны в Таблице:

Типы  занрязняющих веществ  в сточных водах  и методы очистки

Как видно из таблицы  каждому типу сточных вод соответствует  метод или группа методов, пригодных для их очистки. В то же время, многие методы очистки сточных вод позволяют удалять более одного типа загрязнений, что и применяется при проектировании и строительстве установок очистки воды и очистных сооружений.

 Загрязнение водных  источников включает в себя  любые изменения физических, химических, биологических свойств воды в  водных объектах, обусловленных  сбросом в них твердых, жидких  и газообразных веществ, причиняющих  или создающих проблемы, делающих  воду опасной для потребления, нанося ущерб деятельности человека, здоровью человека и экологической безопасности населения.  
Загрязнения поверхностных водоемов и грунтовых вод можно классифицировать следующим образом:      

• Механические - увеличение содержания механических примесей, относящееся в основном к поверхностным видам загрязнений,       
• Химические - присутствие в воде неорганических и органических веществ токсичного и нетоксичного действия,       
• Биологические и бактериологические - присутствие в воде разнообразных патогенных бактерий, грибов и водорослей,       
• Тепловые - сброс в водоемы нагретых вод ТЭЦ и АЭС,       
• Радиоактивные - наличие радиоактивных веществ в поверхностных или грунтовых водах.

 Основными источниками  загрязнений водных объектов являются недостаточно очищенные стоки производственных предприятий и коммунальных объектов, животно- и птицеводческих фабрик, твердые отходы, образующиеся при разработке полезных ископаемых, сточные воды горнодобывающих шахт, сточные воды, образующиеся при обработке и сплаве леса; сточные воды железнодорожного и водного видов транспорта, техногенные отходы металлургических предприятий.  
       Загрязняющие вещества, попадая в водные объекты, вызывают качественные изменения, которые проявляются в изменении физических и химических свойств воды (появление запаха, неприятного привкуса и пр.).  
       Промышленные сточные воды как правило загрязнены выбросами и отходами производства. Качественный количественный и состав данных сточных вод различен и зависит от отрасли промышленности и производственных процессов. По составу стоки подразделяют на три основных класса, содержащих:       

• Неорганические загрязнения, включая токсичные,       
• Органические загрязнения,       
• Неорганические и органические загрязнения.

 К первому типу  относятся сточные воды содовых,  сульфатных, азотных предприятий,  обогатительных заводаов марганцевых,  свинцовых, никелевых, цинковых, руд, в которых содержатся кислоты,  щелочи, катионы тяжелых металлов  и пр. Сточные воды этого типа как правило изменяют физические свойства воды. 
       Сточные воды второго типа сбрасываются НПЗ и нефтехимическими предприятиями, предприятиям органического синтеза и пр. В сточных водах присутствуют различные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и прочие вредные вещества. Токсикологическое воздействие стоков данного типа заключается, в основном, в процессах окисления, в результате которых снижается содержание кислорода в воде, возрастает биологическая (БПК) и химическая (ХПК) потребность в кислороде, происходит ухудшение органолептических свойств воды. 
       Сточные воды третьего типа образуются в процессах гальванической обработки поверхностей, производстве печатных плат приборостроительной и радиоэлектронной промышленности и прочих технологических процессах. В составе данных сточных вод присутствуют неорганические: щелочи, кислоты, катионы тяжелых и цветных металлов, и органические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, красители и другие вещества.  
       Нефть и нефтепродукты в настоящее время являются основными загрязняющими веществами внутренних вод и морей мирового океана. Попадая в водные объекты, они создают различные классы загрязнений: нефтяную пленку, плавающую на поверхности воды, растворенные или эмульгированные нефтепродукты, осевшие на дно водоема тяжелые нефтяные фракции. В результате происходит изменение вкуса, запаха, цвета, поверхностного натяжения и вязкости воды, снижается количество кислорода, образуются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и начинает представлять угрозу для животного мира и человека. При содержании нефти всего 0,01 г/л вода становиться непригодной для употребления.  
       Особо опасным загрязняющим веществом является фенол. Фенол присутствует в сточных водах большинства нефтеперерабатывающих и коксохимических предприятий. В присутствии фенолов значительно снижаются биологические процессы водных объектов, процесс самоочищения, вода приобретает довольно неприятный запах.

Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева +7 495 7680646, +7 499 9784959

Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева: Технологии и оборудование для очистки сточных вод производства

Процесс очистки сточных  вод производственного предприятия, как правило, включает несколько стадий, на каждой из которых возможно применение различные методов очистки сточных вод и соответствующего технологического оборудования. Данная ситуация обусловлена в первую очередь тем, что многие методы, в особенности тонкой очистки сточных вод нельзя использовать, если в них присутствуют взвешенные вещества и эмульсии. Кроме этого, большинство методов очистки стоков имеет верхний предел концентраций по загрязняющим веществам, от которых данный метод должен очищать сток. Следовательно возникает необходимость предварительной обработки стоков перед применением основных методов их очистки. Применение стадийной очистки сточных вод промышленных предприятий обусловлено также тем, что комбинированием нескольких типов процессов обработки возможно достигнуть требуемой степени очистки с минимальными затратами.

На различных промышленных производствах используется различное количество стадий очистки воды. Это зависит от организации очистных сооружений, используемых методов очистки и состава стоков. Для разработки информационной системы процессы очистки стоков следует рассматривать на основе более обобщенного подхода.

Наиболее рациональным, очевидно, будет разделение процесса очистки стоков на четыре этапа, в  соответствии с разделением загрязняющих веществ на основе их агрегатного  состояния по классификации академика  Кульского.

На  первой стадии очистки сточных вод необходимо извлечь крупные частицы взвешенных веществ и грубодисперсных примесей, нейтрализовать токсины и удалить из сточных вод масла. Если данные загрязнения в сточных водах отсутствуют, следует начать очистку сточных вод со второй стадии, на которой происходит извлечение практически всех механических примесей, а также проводится подготовка стоков к дальнейшей очистке, а именно, снижение агрессивности сточных вод, понижение неприемлемых концентраций отдельных загрязняющих веществ. На третей стадии очистки стоков проиводится извлечение всех загрязняющих веществ до определенного заданного уровня. Если степень очистки недостаточна, требуется четвертая стадия очистки сточных вод, на которой использубтся методы, позволяющие извлекать соединения, находящиеся в растворимом состоянии.

Применение конкретных способов очистки сточных вод  либо их комбинирование на каждом этапе  обработки определяется химическим составом и физическими свойствами сточных вод. В зависимости от наличия или отсутствия определенных классов загрязняющих веществ в стоке возможно исключать некоторые стадии водоочистки. Не трудно обнаружить, что вторая и третья стадии очистки являются неотъемлемой частью любой технологической схемы очистки сточных вод. Данные стадии очистки – первая и вторая стадии обработки сточных вод это основа любого технологического процесса очистки. Первая стадия является предварительной обработкой, а последняя - глубокой очисткой сточной воды. Все стадии техпроцесса обработки сточных вод производственного предприятия представлены на Рисунке:

Предварительная стадия обработки  сточных вод. Когда стоки промышленного предприятия содержат крупные частицы взвешенных веществ либо волокна (как в производстве керамических и силикатных материалов), а также нефтепродукты, требуется тщательная предварительная очистка сточных вод, включающая в себя:

• Отстаивание сточных вод с использованием либо без использования химических реагентов в зависимости от состава стоков,
• Фильтрация через решетки или сетчатые фильтры,
• Подача стоков на гравийные фильтры (грубая очистка),
• Коагуляция (дозирование растворов солей железа либо алюминия),
• Извлечение из сточных вод вредных веществ специальными методами,
• Применение нефтеловушек для очистки сточных вод от нефти и масла.

При определенных условиях необходимо дозировать в сточную  воду флокулянт для укрупнения взвешенных и коллоидных частиц и процесса хлопьеобразования.

Первая  стадия обработки сточных вод. Существует множество различных способов первичной обработки стоков, с различной эффективностью:

• Механическая первичная очистки сточных вод,
• Усиленная реагентно первичная обработка с низким дозированием химикатов,
• Первичная обработка взвешенных веществ,
• Биологическая очистка сточных вод

Цель первичной  обработки сточных вод – прежде всего механическая очистка, а также  значительное снижение количества загрязнений. Данный этап является неоднозначным. Используемые в нем методы могут сильно отличаться по принципу очистки сточных вод.

Вторая  стадия обработки  сточных вод. Вторая стадия является основной стадией очистки стоков, на которой происходит извлечение большинства загрязняющих веществ. При обработке на данном этам наряду с физико-химическими методами нередко применяют процессы биологической деградации отходов. Применяемых при вторичной обработке методов, как правило, бывает достаточно для очистки стоков. Тем не менее очистка сточных вод до жестких требований ПДК иногда достигается лишь после стадии глубокой очистки воды. На данном этапе применяются более эффективные физико-химические методы очистки и обессоливания воды такие, как технологии ионного обмена, нанофильтрация и обратный осмос.

Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева +7 495 7680646, +7 499 9784959