Эффективные решения для очистки промышленных сточных вод

Очистка промышленных сточных вод

Вода в промышленности используется для технологических нужд, охлаждения, генерации пара, подавления пыли и многого другого. Промышленные сточные воды — водяной отход после такого использования. Это вода с растворенными или взвешенными веществами.

Очистка покрывает механизмы и процессы для обработки воды, загрязненной в результате использования. Цель — удалить растворенные и взвешенные вещества, чтобы очищенную воду можно было безопасно сбросить в окружающую среду, вернуть в тот же процесс или использовать в другом.

Состав сточных вод

Промышленные сточные воды содержат следующие загрязнители, требующие обработки:

• Взвешенные твердые частицы — видимые невооруженным глазом, обычно фильтруются обычной бумагой. Размер > 1–2 мкм. При стоянии оседают на дно.
• Растворенные твердые частицы — невидимы, не удаляются фильтрацией. Размер < 0,45 мкм. Это нормально растворимые вещества (растворимость растет с температурой) и обратно растворимые («жесткость» — соли Ca, Mg, Sr, Ba). Последние становятся менее растворимыми при нагреве, образуют накипь на горячих поверхностях котлов/теплообменников.
• Коллоидные твердые частицы — не совсем растворенные, но не взвешенные. Выглядят как дымка, отдельные частицы не видны. Размер ~0,45–2,0 мкм. Не оседают из-за ионных зарядов на поверхности — устойчивая суспензия.
• Цвет — тип коллоидной суспензии. Органические макромолекулы, дающие цвет, попадают в коллоидный диапазон. В воде набирают ионный заряд, стабилизируются, не оседают.
• БПК (BOD) и ХПК (COD) — БПК: количество кислорода, потребляемого бактериями при разложении органики. Безопасный уровень БПК важен для качества сточных вод. Высокий БПК — риск доп. загрязнения, сбой процесса, влияние на продукт. Факторы: нитраты/фосфаты, температура воды, влияющие на растительность (водоросли) и организмы-деструкторы. Лучшая очистка в среде, поддерживающей жизнь бактерий с контролем популяции. ХПК — кислород, потребляемый на разложение органики и окисление неорганики/химикатов. ХПК чаще для промышленных сточных вод.

Технологии очистки сточных вод

Технологии делят на четыре категории: (1) химические, (2) физические, (3) биологические, (4) мембранные.

Химические технологии

• Нейтрализация — корректировка щелочности/кислотности до нейтрального pH 7.
• Выпадение (Precipitation) — добавление реагентов для изменения химического состава загрязнителей, чтобы новый المركд оседал при отстое. Обычно для удаления тяжелых металлов (выпадают как гидроксиды). Необходима предварительная обработка для удаления веществ, мешающих выпадению.
• Коагуляция — реагенты вызывают аггломерацию загрязнителей с последующим оседанием. Для уточнения вод с коллоидными и взвешенными твердыми. Силица или полиэлектролиты ускоряют оседание. Эмульгированные масла можно уточнить коагуляцией. Эффективно для деколоризации, менее для снижения ХПК.
• Адсорбция — реагент заставляет загрязнители прилипать к своей поверхности для последующего удаления. Активированный уголь или синтетические активные поверхности.
• Ионообмен — удаление нежелательных анионов и катионов. Катионы обменивают на H⁺ или Na⁺, анионы на OH⁻. Ионообменные смолы — органическая/неорганическая сетка с функциональными группами. В очистке сточных вод в основном синтетические смолы (полимеризация органических соединений).

Физические технологии

• Ситовое отделение (Screening) — удаление крупных твердых частиц через сито.
• Уточнение и отстой (Clarification and sedimentation) — основной процесс. Уточнители — баки/бассейны, удерживающие воду для оседания взвесей.
• Флотация — малые пузырьки воздуха/газа вводят в воду. Пузырьки поднимают загрязнители на поверхность для удаления. Обычно для разделения масел. Свободное масло всплывает и скимается.
• Воздушная десорбция (Air stripping) — удаление летучих и полулетучих органических соединений потоком воздуха.

Биологические технологии

Более естественный процесс. Микроорганизмы потребляют сложные вещества в сточных водах, превращая в более простые, готовя к дальнейшей очистке. Главная цель — снижение БПК.

• Аэрационный осадок (Activated sludge) — аэробный: бактерии потребляют органику, азот, кислород, размножаются. Бактерии взвешены в аэраторе перемешиванием воздухом.
• Высокочистый осадок (High purity activated sludge) — аэробный, вместо воздуха — чистый кислород.
• Аэрируемые пруды/лагмуны — аэробный, механические аэраторы подают воздух или вызывают интенсивное перемешивание для передачи кислорода.
• Капающий фильтр (Trickling filter) — фиксированная пленка, аэробный. Бак с наполнителем с высокой удельной поверхностью. Вода поступает сверху, просачивается вниз. Бактерии на наполнителе используют органику и азот. Типичный капающий фильтр на рис. 1.
• Вращающийся биологический процесс (Rotating biological contactor) — похож на капающий фильтр, но наполнитель горизонтально через бак, непрерывно вращается, попеременно в воде и воздухе.
• Окислительная яма (Oxidation ditch) — похожа на осадок, но кольцевая форма с механическими аэраторами.

Рис. 1 Типичный капающий фильтр

Мембранные технологии

Все более важны. Позволяют удалять частицы, коллоиды, макромолекулы, дезинфицируя воду. Классифицируют по диапазону размеров отделяемых частиц.

• Обратный осмос (Reverse osmosis) — разделение растворенных солей и мелких органиков.
• Нанофильтрация (Nanofiltration) — селективная деминерализация воды или концентрация органических растворов. Разделение антибиотиков.
• Ультrafильтрация (Ultrafiltration) — разделение эмульсий, коллоидов, макромолекул, белков.
• Микрофильтрация (Microfiltration) — разделение мелких частиц, крупных коллоидов, микробных клеток.