Методы очистки сточных вод

В результате деятельности человека в окружающую природную среду попадает большое число вредных веществ. Значительная часть вредных веществ сбрасывается в водоемы с неочищенными или недостаточно очищенными сточными водами промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных предприятий.

Чистота воде возвращается совместными усилиями трех наук: химии, физики и биологии. При конструировании цикла очистных сооружений к физическим методам очистки — отстаиванию и осаждению, фильтрованию и флотации, выпариванию и прессованию — добавляются физико-химические — электролиз, пропускание через ионообменники.
Завершается цепь очистки биологическими фильтрами. Практически на всех этапах очистки вода подвергается действию химических реагентов.

Методы очистки дополняют друг друга, и чаще всего их применяют в такой последовательности:
• механические
• физико-химические
• химические
• биологические

Самый простой из механических способов очистки — отстаивание. Крупные частицы песка, ила, грязи оседают на дно отстойника. Чтобы ускорить процесс осаждения, проводят центробежное осаждение. Мощные мешалки — центрифуги — раскручивают воду подобно тому, как мы крутим ложку, растворяя сахар в стакане чая. Тогда частицы под действием силы тяжести. Отбрасываются к стенкам резервуара и там улавливаются.

Из технологии переработки руды в технологию очистки воды пришел процесс флотации. Он основан на различной смачиваемости водой твердых частиц. Вода как бы «кипит». Это через нее пропускают (барбатируют) воздух. Частицы, плохо смачиваемые водой, прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются на поверхность. Образовавшийся слой пены периодически удаляют с поверхности воды. Чтобы ускорить процесс и сделать очистку более полной, во флотационную камеру добавляют химические вещества — реагенты-собиратели (коллекторы). Эти вещества сами в воде не растворяются, а только прилипают к поверхности частиц и понижают их смачиваемость, а следовательно, заставляют их быстрее всплывать на поверхность. Иногда, вместо того чтобы пропускать воздух, осуществляют электролиз воды. В этом случае вещество поднимается на поверхность газами — водородом и кислородом., образовавшимися при распаде воды под действием электрического тока.

Обычное осаждение (декантация), и с применением центрифуги, и флотация — все эти методы очистки основаны на физических явлениях. Химики предлагают другой способ осаждения — коагуляцию. Это слипание мелких частиц с образованием крупных агрегатов, которые легко могут быть затем удалены механическим путем. Коагуляция не требует сложных приборов или установки вроде центрифуги. В очищаемый раствор добавляют вещества, которые способствуют слипанию частиц друг с другом. Основной процесс при коагуляции состоит во взаимодействии частиц грязи с веществами-коагулянтами — солями железа, алюминия, магния, кальция и других. Появление полимеров позволило создать некоторую разновидность коагуляции, получившую название флокуляция.

Под флокуляцией понимают процесс хлопьеобразования в результате взаимодействия высокомолекулярных веществ с частицами, находящимися в воде, с образованием агрегатов (хлопьев), имеющих трехмерную структуру.

После коагуляции и отстаивания воду фильтруют. Особое значение приобретает фильтрация при повторном использовании воды в технологических процессах и при оборотном водоснабжении. Существуют слоистые фильтры из хлопчатобумажных тканей, капрона или полипропилена и фильтры с зернистой загрузкой. В этом случае в качестве фильтрующих веществ используют песок, дробленый антрацит или хорошего сорта угли, керамическую крошку, пористые пластмассы.

Если очистка воды должна быть проведена быстро (при замкнутых циклах в водооборотной системе), то подключают электрические методы. Тогда вместо недель и суток вся очистка занимает несколько часов.

Для обеззараживания воду обычно хлорируют. Однако такой метод применим не везде. Присутствие ионов хлора не всегда желательно, так как они создают агрессивную коррозионную среду для металлических конструкций. Хлор сам по себе не очищает воду от загрязнений, а только делает их безвредными. Более эффективно озонирование или накислороживание воды.

Для некоторых производств приходиться искать специальные методы химической очистки от примесей, которые могут оказаться в сточных водах.

Биологические методы, как правило, завершают очистку, хотя в некоторых случаях, когда надо удалить из воды органические соединения (например, токсичные), они могут включаться и в начало цепочки очистных сооружений. Строительство биоочистных сооружений дорого, но они дешевы в эксплуатации: ведь источником пищи для микроорганизмов, составляющих «активный ил», являются сами сточные воды.

Биологическую очистку можно проводить в присутствии кислорода (аэробные условия) или без кислорода (анаэробная очистка). Чаще используется метод, основанный на участии микроорганизмов, для которых необходим кислород. И в том и в другом случае вещества из сточных вод идут на рост и размножение бактерий и превращаются в воду, углекислый газ, азот и др.