Химические и биологические технологии очистки воды промышленных и коммунальных сточных вод

Вода представляет ценный и наиболее распространенный ресурс.

На земном шаре общие запасы воды достигают 1,5 млн км³. Около 2% этого объема составляет пресная вода, а количество доступной для использования воды не превышает 0,003%. Доступные ресурсы пресной воды (реки, озера, искусственные водохранилища) распределены весьма неравномерно. Поэтому уже в настоящее время до 60% площади материков планеты испытывает дефицит пресной воды. Недостаток воды ощущается в 43 странах мира.

В результате развития промышленности в ближайшие годы следует ожидать образования 6000 км³ сточных вод, для разбавления которых (с учетом повышения качества очистки примерно в 2 раза) потребуется израсходовать весь мировой речной сток. Согласно прогнозам гидрологов в ближайшее десятилетие в северном полушарии будет происходить уменьшение стока рек и влажности почвы. В свою очередь это потребует увеличения норм полива сельскохозяйственных угодий. Наиболее радикальным способом ликвидации дефицита пресной воды является опреснение соленых и солоноватых вод.

Недостаток пресной воды может быть ликвидирован и подачей ее по трубопроводам или каналам из районов, в которых она имеется в избытке. Однако при значительном удалении пресноводных источников опреснение соленой воды на месте стоит дешевле пресной воды поступающей по водоводам. Такая автономность обеспечивает также защиту от чрезвычайных ситуаций, например, аварий на водоводах.

Сокращение водопотребления и снижение сброса сточных вод после очистки в водные объекты это основная задача охраны водных источников от загрязнений.

От методов подготовки и очистки воды зависит работа предприятий практически всех отраслей промышленности: химической, металлургической, машиностроительной, пищевой и др. Сброс предприятиями в водоемы нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов, взвесей и других загрязнителей, образующихся после продувки и промывки аппаратов, проведения операций травления деталей и нанесения гальванических покрытий, при работе систем гидрозолоудаления ТЭЦ, является основным источником загрязнения водной среды. Попадая в водоемы, ионы тяжелых металлов нарушают естественный ход биохимических процессов самоочищения, растворенные нефтепродукы затрудняют кислородный обмен водоема, вызывая кислородное голодание и развитие анаэробных процессов. Все это ведет к деградации экосистемы.

Кроме того, присутствие в воде солей жесткости, расширенного железа и марганца негативно сказывается на технологическом процессе, приводит к из­носу дорогостоящего оборудования, что в итоге снижает экономическую эффективность, экологическую безопасность, негативно воздействуя на окружающую среду.

Химические методы очистки промышленных сточных вод основаны на применении реагентов для удаления растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения, в качестве дополнительной очистки сточных вод после биологической очистки. Данный метод очистки наиболее часто применяют для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Они включают в себя: нейтрализацию; окисление и восстановление[9,18,24 ].

Нейтрализациюприменяют для обработки производственных сточных вод, содержащих щелочи и кислоты. Большинство кислых сточных вод содержат соли тяжелых металлов, которые необходимо удалять для предупреждения коррозии материалов. Используют следующие способы:

1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

2) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная (СaO) и гашеная известь ( Ca(OH)₂), аммиак (NH₃) и др.;

3)Фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, мел и др.).

Наиболее дешевым и доступным реагентом является гашеная известь - Ca(OH)₂.

Очистка сточных вод окислениемоснована на использовании газообразного и сжиженного хлора, диоксида хлора – ClO₂ , перманганата калия – KMnO₄, пероксида водорода, гипохлорида кальция – Ca(OCl)₂ и гипохлоридаNa- NaOCl, бихромата калия – K₂Cr₂O₇, кислорода воздуха, озона и др. Токсичные загрязнения, которые содержатся в сточных водах, окисляют до менее токсичных и впоследствии подвергают удалению из сточной воды. Очистка окислителями основана на большом расходе реагентов, поэтому данный метод применяют для удаления токсичных веществ (цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.), загрязняющих сточные воды, которые нецелесообразно или невозможно извлечь другими способами[ 9,24,28 ].

Активность реагента как окислителя возрастает с увеличением значения окислительного потенциала (например, для перманганата калия – 0,59; пероксида водорода – 0,68; хлора – 0,94; озона – 2,07).

Окисление хлором и его соединениями цианидов, сероводорода, гидросульфида. На первом этапе в сточных водах образуется активный хлор, который представляет сумму .(рис.2.13)

Окисление цианидов активным хлором до цианатов происходит по уравнению:

(1)

Образовавшиеся цианатыгидролизуются до карбонатов:

(2)

Рис.2.13. Схема установки для очистки сточных вод активным хлором:

1 – баллон с хлором; 2 – фильтр; 3 – редуктор; 4 – ротаметр; 5,6 – манометры;

7 – предохранительный клапан; 8 – смеситель; 9 – эжектор; 10 – контактный аппарат

Окисление кислородом воздухаиспользуют для очистки сточной воды от двухвалентного железа путем аэрирования воздуха через сточную воду. Реакция окисления двухвалентного железа в трехвалентное происходит по уравнениям:

(3)

Образовавшийся гидроксид железа удаляют из сточной воды путем отстаивания в контактном резервуаре с последующим отфильтровыванием. Схема установки представлена на рис. 2.13..

Озонированиеосновано на высокой окислительной способности озона, который при нормальной температуре разрушает многие органические компоненты сточных вод. При этом одновременно происходит обесцвечивание и обеззараживание сточной воды, а также насыщение ее кислородом.

Длительность процесса очистки сточных вод значительно сокращается при совместном использовании ультразвука и озона или ультрафиолетовогооблучения и озона. Схема установки представлена на рис. 2.14.

Рис.2.14. Схема установки для очистки сточных вод методом

озонирования:1 – смеситель; 2 – насос; 3 – барботажный адсорбер;

4 – сборник; 5 – озонаторная установка; 6 – аппарат для очистки

отходящих газов