Методы очистки промышленных сточных вод

Состав промышленных сточных вод отличается большим разнообразием загрязнений. Анализ их свойств и концентраций имеет решающее значение для подбора оптимальных методов очистки.

В современной промышленной водоочистке редко используется только один метод очистки. Как правило, применяются комплексные системы, сочетающие различные методы для достижения наилучших результатов.

Многоступенчатые системы очистки

Многоступенчатые системы очистки представляют собой последовательность различных методов очистки сточных вод промышленных предприятий, каждый из которых направлен на удаление определенного типа загрязняющих веществ.

1. Предварительная очистка: грубая фильтрация, отстаивание.
2. Физико-химическая очистка (содоизвесткование, коагуляция, флокуляция, осаждение) или биологическая очистка (аэробная или анаэробная обработка).
3. Доочистка: фильтрация, адсорбция на активированном угле.
4. Обеззараживание: УФ-облучение.

Современные системы водоочистки широко используют автоматизацию для повышения эффективности и надежности процессов.

Предварительная очистка

Предварительная очистка промышленных стоков, включающая грубую фильтрацию и отстаивание, – это первый этап в многоступенчатом процессе очистки, направленный на удаление крупных взвешенных частиц и улучшение качества воды перед более тонкими методами очистки.

Грубая фильтрация

Цель грубой фильтрации – удалить из воды крупные примеси, такие как песок, листья, крупные частицы мусора и другие видимые загрязнения. В зависимости от масштаба и типа системы, применяются различные методы грубой фильтрации:

1. Решетки. Решетки с различным размером ячеек/металлических прутьев устанавливаются на входе водозабора, предотвращая попадание крупных включений в систему.
2. Сита (барабанные фильтры). Инженерное сооружение состоит из вращающегося цилиндрического барабана, покрытого перфорированной поверхностью. Жидкость проходит через барабан, а твердые частицы задерживаются на его поверхности.
3. Песколовки. Предназначены для выделения мелких тяжелых минеральных частиц (песок, шлак, бой стекла т. п.) путём осаждения. Исходные сточные воды поступают в рабочую зону, перемещаясь горизонтально или тангенциально (в зависимости от конструкции), что позволяет частицам с высокой плотностью оседать. Осевшие примеси затем направляются в осадочную зону.

Отстаивание

После грубой фильтрации вода поступает в отстойники. Здесь используется принцип гравитационного осаждения: более легкие взвешенные частицы, которые не были удалены грубой фильтрацией, оседают на дно под действием силы тяжести.

Скорость оседания зависит от размера и плотности частиц, а также от скорости потока воды в отстойнике. Для ускорения процесса отстаивания может использоваться коагуляция – добавление специальных химических реагентов (коагулянтов). Реагенты склеивают мелкие частицы в более крупные хлопья, которые оседают быстрее.

Физико-химическая очистка

Физико-химическая очистка сточных вод промышленных предприятий с использованием содоизвесткования, коагуляции, флокуляции и осаждения – это эффективный метод удаления взвешенных веществ, коллоидных частиц и некоторых растворенных примесей из сточных вод. Процесс состоит из трех взаимосвязанных этапов.

Содоизвесткование

В основном содоизвесткование применяется для удаления из воды связанной и свободной углекислоты, снижения щелочности и сухого остатка, концентрации тяжелых металлов и железа из исходной воды с одновременным ее умягчением.

Для улучшения процесса очистки воды содоизвесткованием производится подогревисходной воды до 30 - 40°С.

Коагуляция

Коагуляция – это процесс дестабилизации коллоидных частиц в сточной воде. Коллоидные частицы имеют электрический заряд на своей поверхности, что приводит к взаимному отталкиванию и препятствует их агрегации. Коагуляция заключается в нейтрализации этого заряда путем добавления коагулянтов. Это приводит к уменьшению электростатического отталкивания между частицами и делает их более склонными к слипанию.

В качестве коагулянтов используются различные химические соединения.

Коагулянты, растворяясь в воде, гидролизуются, образуя гидроксиды металлов. Эти гидроксиды имеют высокую поверхностную активность и адсорбируют на себя коллоидные частицы, нейтрализуя их заряд. Процесс зависит от pH среды и других факторов. Оптимальные условия подбираются индивидуально для каждого проекта.

Флокуляция

Флокуляция – это процесс образования крупных агрегатов (флоков) из дестабилизированных коллоидных частиц. Это происходит за счет взаимного прилипания частиц, уже лишенных заряда, друг к другу. Размер флоков должен быть достаточным для эффективного осаждения.

Для ускорения и улучшения процесса используют флокулянты – высокомолекулярные соединения, которые действуют как «мост» между коагулированными частицами. Они обволакивают частицы, связывая их во все более крупные агрегаты.

Флокулянты адсорбируются на поверхности частиц, образуя длинные цепи, которые связывают множество частиц вместе, создавая крупные, рыхлые хлопья.

Осаждение

Осаждение – это процесс гравитационного отделения образовавшихся крупных флоков от очищенной воды. Флоки, имеющие большую плотность, чем вода, оседают на дно отстойника.

В целом, процесс физико-химической очистки сточных вод коагуляцией, флокуляцией и осаждением выглядит следующим образом:

1. Сточная вода поступает в резервуар, где добавляются коагулянты.
2. В резервуаре происходит коагуляция – дестабилизация коллоидных частиц.
3. Затем вода поступает во флокулятор, где добавляются флокулянты, и происходит образование крупных хлопьев.
4. Образовавшиеся хлопья осаждаются в отстойнике.
5. Очищенная вода отводится, а осадок удаляется из отстойника.

Этот метод эффективен для удаления различных загрязнений, но его эффективность зависит от многих факторов, таких как состав сточных вод, выбор реагентов и др.

Биологическая очистка

Биологическая очистка сточных вод на предприятии – это эффективный метод удаления органических загрязнений, основанный на использовании микроорганизмов. В зависимости от наличия кислорода, процесс делится на аэробную и анаэробную обработку.

Аэробная обработка

Аэробная обработка использует микроорганизмы, которым для жизнедеятельности необходим кислород. Эти микроорганизмы окисляют органические вещества в сточных водах, превращая их в углекислый газ (CO2), воду (H2O) и минеральные соли. Процесс протекает в присутствии растворенного кислорода.

Сточные воды смешиваются с активным илом – смесью микроорганизмов, способных разлагать органические вещества. Смесь аэрируется (насыщается кислородом) с помощью компрессоров или аэраторов. Микроорганизмы потребляют органические вещества, размножаются и образуют хлопья активного ила. После этого ил отделяется от очищенной воды методом отстаивания и частично возвращается в процесс (рециркуляция), а остальная часть удаляется в виде избыточного ила.

Анаэробная обработка

Анаэробная обработка использует микроорганизмы, которые живут и размножаются в отсутствие кислорода. В этом процессе органические вещества разлагаются на метан (CH4), углекислый газ (CO2) и другие вещества. Этот процесс называется анаэробным сбраживанием.

Доочистка

Доочистка сточных вод с использованием засыпных фильтров относится к распространенным методам фильтрации, применяемым для удаления оставшихся взвешенных частиц и улучшения качества воды после основной очистки.

Засыпной фильтр состоит из корпуса, заполненного фильтрующим материалом. Этот материал действует как физический барьер для частиц. Вода проходит сверху вниз через фильтрующий слой. В процессе прохождения взвешенные частицы задерживаются на поверхности и в порах фильтрующего материала.

Со временем фильтрующий материал засоряется скопившимися частицами. Для восстановления его эффективности проводится обратная промывка – процесс, при котором вода подается снизу вверх, удаляя скопившиеся загрязнения и восстанавливая пропускную способность фильтра.

Обеззараживание УФ-облучением

Ультрафиолетовое (УФ) облучение – эффективный метод обеззараживания промышленных сточных вод, основанный на инактивации микроорганизмов (бактерий, вирусов, простейших) путем повреждения их ДНК. Это приводит к невозможности размножения и, в конечном итоге, к гибели клеток. Обеззараженная вода выходит из УФ-установки, готовая к дальнейшему использованию или безопасному сбросу в окружающую среду.

Главные выводы

Многоступенчатые системы очистки сточных вод на предприятии состоят из последовательных этапов, каждый из которых устраняет определенные загрязняющие вещества. После очистки сточные воды должны соответствовать установленным нормативам качества перед сбросом в водоемы или канализацию.

Сначала проводится предварительная очистка, при которой используются грубая фильтрация и отстаивание для удаления крупных частиц. Затем следует физико-химическая очистка, включающая содоизвесткование, коагуляцию, флокуляцию и осаждение для удаления более мелких примесей.

Биологическая очистка с использованием аэробных или анаэробных процессов применяется для разложения присутствующих в исходной воде растворимых органических веществ.

После этого проводится доочистка, в том числе с использованием фильтров засыпного типа. Процесс завершается обеззараживанием, например, с помощью УФ-излучения, для уничтожения оставшихся микроорганизмов.