Физико химические методы очистки сточных вод кратко

Обновлено: 02.07.2024

Физико-химические методы очистки воды

Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

Флотация

В настоящее время на станциях очистки широко используют напорную, пневматическую и электрофлотацию.

Вид содержащихся в воде загрязнений определяет характер флотационной обработки: одним воздухом или воздухом в сочетании с различными реагентами, прежде всего коагулянтами Использование коагулянтов позволяет значительно повысить эффективность флотационной очистки и удалять загрязнения находящиеся в воде в виде стойких эмульсий и взвесей, а также в коллоидном состоянии.

Важное значение имеют также условия и способы удаления пены.

Метод пневматической флотации

Метод пневматической флотации. Данный метод основан на подаче сжатого газа (воздуха) в аэрационно-распределительную систему флотокамеры.

Аэрационная система представляет собой мелкопузырчатые аэраторы различных типов – мембранные дисковые аэраторы, перфорированные резиновые шланги, пористые трубы и пластины и т.д. Газ под давлением проходит через отверстия аэраторов и в виде пузырьков одинакового диаметра выходит в очищаемую жидкость. Пузырьки под действием силы Архимеда всплывают, встречая на своем пути частицы загрязнений и образуя с ними довольно устойчивые комплексы.

За счет равномерной подачи воздуха и образования пузырьков с одинаковыми размерами обстановка во флотационной камере спокойная, что обеспечивает надежный подъем флотокомплексов и получение устойчивого пенного продукта.

Метод напорной флотации

Метод напорной флотации. Сущность этого метода заключается выделении пузырьков газа из пресыщенного раствора при перепаде давления. Газ выделяется в виде микропузырьков, зарождающихся непосредственно на частицах загрязнения, образуя прочные флотокомплексы. В данном методе во флотационную камеру подается два потока воды: очищаемая вода и рабочая жидкость (вода насыщенная растворенным газом в количестве 10% от общего потока). Рабочая жидкость готовится в сатураторе – аппарате, где происходит растворение газа. Рабочее давление в сатураторе составляет 3-9 Бар, время растворения не более 5 минут. В качестве рабочей жидкости может использоваться или исходная вода, но при этом усложняется эксплуатация, или очищенная вода, при этом увеличиваются габариты флотокамеры.

Очищаемая вода равномерно вводится во флотокамеру. Поток рабочей жидкости вводится через форсунки с высокой скоростью - 15-20 м/с. В результате резкого снижения давления на частицах загрязнений выделяется газ и протекает флотационный процесс.

Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду, в зависимости от состава взвеси в исходной воде.

Основные достоинства и недостатки метода напорной флотации.

Процесс напорной флотации отличается высокой эффективностью захвата мельчайшими пузырьками воздуха частиц загрязнений за счет того, что пузырьки выделяются из раствора непосредственно на загрязнениях, образуя хорошо сохраняющиеся флотокомплексы. Прочность флотокомплексов обеспечивается за счет малости размеров пузырьков, а также за счет того, что на одной частичке может образоваться несколько пузырьков. Однако скорость подъема таких флотокомплексов довольно низкая, а порой мельчайшие пузырьки не могут поднять частицу и комплекс находится во взвешенном состоянии, что можно увидеть при помощи стереомикроскопа. Таким образом, при напорной флотации обеспечивается прочное слипание пузырьков с загрязнениями, но при этом наблюдается небольшая скорость подъема образующихся флотокомплексов.

Метод механической флотации.

Основным элементом в данном методе является импеллерный блок, включающий электродвигатель и импеллер в обсадной трубе.

За счет высокой скорости вращения создается воронка и разряжение в нижней части, через отверстия обсадной трубы подсасывается воздух и попадает под вращающиеся лопатки, которые его дробят на мелкие пузырьки. Именно эти пузырьки и распределяются по объему жидкости и благодаря им протекает процесс флотации. Мелкие флотокомплексы, не успевшие подняться, задерживаются в тонкослойном осветлителе.

Метод электрофлотации.

Сущность этого метода заключается выделении газовых пузырьков на электродах при прохождении электрического тока.

В настоящее время на станциях очистки широко используют электрофлотацию, так как протекающие при этом электрохимические процессы обеспечивают дополнительное обеззараживание сточных вод. Кроме того, применение для электрофлотации алюминиевых или стальных электродов обусловливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц механических примесей сточной воды.

Для очистки сточных вод электрофлотацией нами разработаны опытные лабораторные и промышленные аппараты с вертикальным и горизонтальным расположением электродов. Аппарат с вертикальным расположением электродов состоит из корпуса и электродов, пространство между которыми заполнено очищаемой жидкостью. При подключении электродов к источнику питания происходит выделение газов на электродах: на аноде - кислорода, на катоде - водорода. Наряду с этим происходит растворение анода, изготовленного из дюралюминия (или стали). Образующийся гидроксид алюминия (железа) сорбирует частицы загрязнений с образованием хлопьев. Одновременно пузырьки кислорода и водорода слипаются с образующимися хлопьями. Флотокомплексы хлопья - пузырьки газов поднимаются вверх и образуют пенный слой.

Сорбция

Адсорбция - называется процесс избирательного поглощения примесей из жидкостей или газов поверхностями твердых материалов - адсорбентов. Особенностью адсорбционных методов улавливания примесей является их относительно высокая эффективность в области малых концентраций примесей при значительных расходах перерабатываемых потоков.

Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.

Процесс физической адсорбции обратимый, поэтому на практике после стадии адсорбции часто проводят обратный процесс – десорбции. Необходимость десорбции обусловлена либо требованием регенерации адсорбента для его последующего использования в процессе адсорбции, либо необходимостью выделить целевой компонент в чистом или концентрированном виде. В качестве адсорбентов используют любые мелкодисперсные материалы: золу; торф; цеолиты; силикагели; опилки; шлаки и глину. Наиболее эффективный сорбент — активированный уголь.

Активированный уголь получают термической обработкой дерева, углей (каменного и бурого), антрацита и других углеродосодержащих веществ. Они изготавливаются и используются в виде гранул размером 2—5 мм. Угли, предназначенные для поглощения относительно крупных молекул примесей из жидкостей, должны иметь развитую структуру переходных пор. Активные угли, как правило, имеют хорошие адсорбционные свойства по отношению к молекулам органических веществ, но имеют низкую механическую прочность.

Силикагель получают термообработкой аморфного кремнезема. Мелкопористые силикагели обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к молекулам влаги и более высокой по сравнению с активными углями механической прочностью. Выпускаются мелко-, средне- и крупнопористые силикагели. Другим типом неорганических адсорбентов, широко применяемых для осушки различных сред и иных процессов избирательной адсорбции, является активный оксид алюминия и алюмогели, свойства и область использования которых близки к силикагелям.

Алюмогель - неорганический адсорбент, широко применяемый для осушки различных сред и иных процессов избирательной адсорбции, свойства и область использования алюмогеля близки к силикагелям.

Цеолиты представляют собой алюмосиликаты и отличаются регулярной пористой структурой. Из мелких кристалликов природных или синтетических цеолитов при помощи связующего или без него формируются гранулы размером 2?4 мм. Цеолиты широко применяются для улавливания паров воды, а также в нефтеперерабатывающей промышленности для очистки и регенерации масел, повышения степени очистки и качества жидких топлив. Как и другие адсорбенты, цеолиты используются для очистки продуктов пищевой промышленности, сточных вод и промышленных газовых выбросов от органических примесей. Цеолиты обладают ионообменными свойствами, которые в настоящее время широко используются в промышленности и сельском хозяйстве. Цеолиты имеют необычайно широкую сферу использования в промышленности и сельском хозяйстве. Они применяются в нефтехимии, как осушитель газов и сред, для очистки питьевых и технических вод, для извлечения радионуклидов, в качестве катализатора, в строительстве, для улучшения почвы, в качестве удобрения, для подкормки животных и т.д.

Промышленные адсорбенты за счет пористой структуры обладают развитой внутренней поверхностью, что позволяет поглощать значительные количества адсорбируемого компонента (до 0,3 кг/кг). Для адсорбционной очистки воды применяют в основном два типа фильтров: зернистые фильтры и патронные фильтры .

Абсорбция - называется процесс извлечения компонента из одной фазы и растворение его в другой фазе—в поглотителе.

Обычно один поглотитель не обладает всеми требуемыми свойствами, поэтому следует выбирать абсорбент по основным свойствам.

Абсорберы представляют собой колонны, в которых протекает поглощающая жидкость, через которую пробулькивает очищаемый газ. Для обеспечения надежного контакта газа с жидкостью, а также увеличения времени пребывания газа в аппарате, в колонне находятся специальные тарелки и насадки. Наиболее просты по конструкции провальные тарелки, их разновидность — гофрированные провальные тарелки. Диаметр сливных отверстий равен 4 - 8 мм. Иногда применяют клапанные провальные тарелки. Их достоинством является то, что когда газ не проходит через колонну жидкость не протекает, т.е. такие тарелки более экономичные.

Ионообменный метод очистки воды

Ионообменный метод очистки воды применяют для обессоливания и очистки воды от ионов металлов и других примесей. Сущность ионного обмена заключается в способности ионообменных материалов забирать из растворов электролита ионы в обмен на эквивалентное количество ионов ионита.

Очистку воды осуществляют ионитами — синтетическими ионообменными смолами, изготовленными в виде гранул размером 0,2. 2 мм. Иониты изготовляют из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в воде. Различают сильно- и слабокислотные катиониты (в Н+- или Na+- форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН- или солевой форме), а также иониты смешанного действия. Основополагающим фактором кинетики процесса является скорость ионообмена между ионами воды и омываемой частицей смолы. На наружной поверхности омываемой частицы образуется неподвижная водяная пленка, толщина которой зависит от скорости потока очищаемой воды и размеров зерна смолы. Ион, который стремится попасть внутрь частицы смолы, в функциональную группу, должен диффундировать из воды через пленку, пройти через граничную поверхность частицы и внутри смолы в растворе набухания устремиться к ассоциации с функциональной группой. Диффузия ионов через пленку является важнейшим этапом процесса.

Ионообменные смолы имеют возможность регенерации. После истощения рабочей обменной емкости ионита он теряет способность обмениваться ионами и его необходимо регенерировать. Регенерация производится насыщенными растворами, выбор которых зависит от типа ионообменной смолы. Процессы восстановления, как правило, протекают в автоматическом режиме. На регенерацию обычно затрачивают около 2 часов, из них на взрыхление - 10 – 15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора - 25 – 40 мин, на отмывку - 30 - 60 мин. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты.

Умягчение воды катионированием

Умягчение воды катионированием – один из методов умягчения (обессоливания) воды.

Катионирование - процесс обработки воды методом ионного обмена, в результате которого происходит обмен катионов. В зависимости от вида ионов (Н+ или Na+), находящихся в объеме катионита, различают два вида катионирования: Н-катионирование и Na-катионирование.

Натрий-катионитовый метод применяют для умягчения воды с содержанием взвешенных веществ в воде не более 8 мг/л и цветностью воды не более 30 град. Жесткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до значений 0,05 - 0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом - до 0,01 мг-экв/л. Процесс Nа-катионирования описывается следующими реакциями обмена:

Регенерация Na-катионита достигается фильтрованием через него со скоростью 3-4 м/ч 5-8% раствора NaCl.

Водород-катионитовый метод применяют для глубокого умягчения воды. Этот метод основан на фильтровании обрабатываемой воды через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода.

При Н-катионировании воды значительно снижается рН фильтрата за счет кислот, образующихся в ходе процесса. Углекислый газ, выделяющийся при реакциях умягчения, можно удалить дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4).

Иониты, в зернах которых при ионообменном процессе происходит обмен катионов, называют катионитами.

Энергия вхождения различных катионов в катионит по величине их динамической активности может быть охарактеризована для одинаковых условий следующим рядом: Na+ Обессоливание воды ионным обменом.

Для очистки сточных вод от анионов сильных кислот применяют технологическую схему одноступенчатого Н-кати-онирования и ОН-анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита.

Для более глубокой очистки сточных вод, в том числе от солей, применяют одно-или двухступенчатое Н-катионирование на сильнокислотном катионите с последующим двухступенчатым ОН-анионированием на слабо-, а затем на сильноосновном анионите.

При содержании в сточной воде большого количества диоксида углерода и его солей происходит быстрое истощение емкости сильноосновного анионита. Для уменьшения истощения сточную воду после катионито-вого фильтра дегазируют в специальных дегазаторах с насадкой из колец Рашига или в других аппаратах. При необходимости обеспечивать значение рН ~ 6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешанного действия, загружаемый смесью сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита.

Метод обессоливания воды ионным обменом основан на последовательном фильтровании воды через Н-катионитовый, а затем ОН-, НСО3- или СО3- анионитовый фильтр.

В Н-катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Ca2+, Mg2+ и Na+, обмениваются на водород-катионы

В ОН-анионитовых фильтрах, которые проходит вода после Н-катионитовых, анионы образовавшихся кислот обмениваются на ионы ОН-.

Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов СО2 удаляется в дегазаторе.

Если исходная вода не отвечает данным требованиям, то необходимо провести предварительную подготовку воды.

Одноступенчатые ионообменные установки

В одноступенчатых ионитовых установках воду последовательно пропускают через группу фильтров с Н-катионитом, а затем через группу фильтров со слабоосновным анионитом; свободный оксид углерода(СО2) удаляется в дегазаторе, устанавливаемом после катионитовых или анионитовых фильтров, если они регенерируются раствором соды или гидрокарбоната. В каждой группе должно быть не менее двух фильтров. Через ионитовую установку пропускают лишь часть воды с тем, чтобы после смешения ее с остальной водой получить в опресненной воде солесодержание, отвечающее лимитам потребителя.

Обычно один поглоти

Для улучшения качества сточных вод предприятия используют более 20 физико-химических методов.

Активно применяется 14 способов, о которых рассказано ниже.

Очистка этими методами необходима почти всегда, ведь в стоках часто концентрируются нерастворимые примеси, которые не удаляются на других этапах.

Чем характеризуются данные способы очистки сточных вод?

На этапе физико-химической очистки из сточных вод удаляются коллоидные и мелкодисперсные частицы. Это нерастворимые примеси размером 1-1000 нм.

Также метод эффективен для очистки сточных вод от:

некоторых щелочей;
кислот;
ионов;
для разрушения трудноокисляемых и органических соединений.

Способы из физико-химической группы применяются самостоятельно или комбинируются с механическими, химическими и биологическими.

Особенности! Для реализации физико-химического этапа очистки не нужно создавать определенные условия, как этого требуют биологические методы.

Установки для улучшения качества воды без перебоев работают при:

низких температурах жидкости;
изменении рН;
непостоянстве органических;
гидравлических нагрузок.

Преимущества физико-химических методов:

Оперативный запуск очистных сооружений после их возведения или перерыва в работе.
Быстрая и стабильная очистка сточных вод, особенно если сравнивать с биологическим этапом.
Автоматизированный процесс – человек принимает минимальное участие в контроле оборудования.
Очистка от 80-99% загрязнений, которые не улавливаются при механической фильтрации (процент зависит от конкретного способа).
Возможность рекуперации некоторых отходов – улавливания и возвращения в рабочий цикл.

Недостатки физико-химических способов:

Высокоэффективные методы очищения(например, обратный осмос, абсорбция, ионный обмен) являются дорогими.
При реализации дешевых способов (коагуляция, флокуляция) образуется много побочных продуктов и требуется доочистка воды.
Электрофлотация, электрокоагуляция, электрофорез требуют больших затрат энергии.

Распространенные виды и какова их эффективность

При очистке реализуются физические и химические механизмы:

частицы могут сцепляться;
направлено перемещаться в силовом поле;
выпадать в осадок;
поглощаться жидкими или твердыми телами;
частицы примесей реагируют с ионообменными смолами и задерживаются на их поверхности, а в воду выделяются ионы, не влияющие на качество воды.

Также в физико-химических методах применяется способность некоторых жидкостей не смешиваться друг с другом и перераспределять загрязняющие вещества. Подробнее разные механизмы очистки описаны ниже.

Коагуляция

В стоках находятся мелкодисперсные частицы (непосредственно загрязнения), которые равномерно распределены по водной массе. Эти частицы не могут слипнуться друг с другом, поскольку имеют одинаковый отрицательный заряд.

При очистке методом коагуляции встает задача – нейтрализовать заряд мелких частиц, что поможет их объединить, а затем удалить крупные хлопья.

В воду добавляют вещества-коагулянты, которые после химических реакций образуют положительно заряженные ионы. Они притягивают отрицательно заряженные загрязнения и образовывают осадок, состоящий из крупных хлопьев диаметром до 3 мм. Дальнейшая очистка происходит механическим способом.

Флокуляция

Этот способ часто используется в комплексе с коагуляцией. Главная задача вышеописанного метода – нейтрализация отрицательного заряда частиц коллоидного раствора.

Взаимодействие молекул коагулянта с примесями отходит на второй план. После завершения коагуляции с минеральными реактивами часто переходят к флокуляции.

В сточные воды добавляют вещества-флокулянты, которые объединяют частицы примесей и формируют крупные хлопья, реализуя разные механизмы:

своей поверхностью поглощают загрязнения – адсорбционное свойство;
притягивают примеси за счет сил межмолекулярного взаимодействия;
между загрязнениями и флокулянтами образуются водородные связи.

Флокулянты делятся на 2 группы:

Природные: крахмал, декстрин, гуаровые смолы, альгинат натрия, кремниевая кислота.
Синтетические: полиакриламид, сополимеры акриламида и органических соединений (анионные и катионные реагенты);

Флокуляция происходит в трубопроводах, соединяющих оборудование очистки сточных вод, или в отдельных емкостях или резервуарах.

Важно! Комбинирование методов коагуляции и флокуляции улучшает качество очистки сточных вод. Повышается плотность и прочность образующихся хлопьев, снижается расход коагулянтов, увеличивается скорость протекания реакций.

Адсорбционный способ

Метод применяется после биохимической/биологической очистки или для улучшения качества сточных вод с небольшой концентрацией загрязнений. Адсорбция избавляет от примесей, которые не разлагаются бактериями или являются токсичными. В процессе удаляются из стоков такие вещества:

сельскохозяйственные минеральные удобрения;
ароматические нитросоединения;
поверхностно-активные вещества;
красители;
неэлектролиты, слабые электролиты;
гидрофобные вещества (к примеру, содержащие нитрогруппы или хлор);
алифатические соединения – органические вещества с линейной, а не кольцевой структурой.

Важно! Если в стоках содержатся только неорганические соединения и низкие одноатомные спирты, метод применять не стоит.

Эффективность очистки – 95%. Механизм основан на способности некоторых твердых веществ поглощать своей поверхностью загрязнения.

Распространенные адсорбенты:

силикагели и алюмогели;
активные глины;
зола, шлаки;
опилки;
коксовая мелочь;
торф;
активированный уголь разных марок.

Вещества слабо взаимодействуют с водой и хорошо притягивают органические соединения.

Загрязнения могут извлекаться из адсорбента, в таком случае очиститель используется повторно. Также примеси могут уничтожать вместе с адсорбентом.

Экстракционный способ

В основе метода лежит закон распределения вещества между двумя несмешивающимися жидкостями. В сточные воды добавляется экстрагент (часто это бензол).

При наступлении равновесия загрязняющие вещества распределяются так, что большинство примесей из вод переходит в добавленную жидкость. Затем экстрагент с загрязнениями удаляется из сточных вод. Эффективность очистки – 80-95%.

Внимание! Метод актуален, если в стоках содержатся технически ценные органические вещества – фенолы, жирные кислоты.

Экстрация применяется при:

очистке вод;
полученных после переработки сланцев;
торфа;
белого и бурого угля.

На конечном этапе загрязнения извлекаются из экстрагента и утилизируются. Чтобы сточные воды очистились максимально эффективно, цикл повторяют несколько раз.

Флотация

Метод основан на прилипании взвешенных в воде примесей к пузырькам воздуха. Специальные установки – флотаторы – нагнетают в емкость со стоками воздух под давлением. Пузырьки под влиянием сил поверхностного натяжения соединяются с нерастворимыми примесями и поднимают их на поверхность жидкости.

Образовывается шлам, который легко удаляется. Это метод напорной флотации. При химической флотации в сточные воды добавляют вещества, которые в результате реакций образуют пузырьки газа – кислород, углекислый газ, хлор. Дальнейший механизм очистки аналогичный напорному методу.

Эвапорация

Очистка происходит с помощью водяного пара. Сточные воды нагреваются до температуры 100°С, и когда они начинают кипеть, через них пропускают пар. Он поднимается вверх, увлекая за собой летучие вещества. Затем циркулирующий пар поддается абсорбционной отмывке с помощью щелочи или других реагентов.

Справка! Метод эффективен для очистки сточных вод от органических веществ, которые являются слабыми электролитами, – крезолов, карболовых кислот, нафтолов.

Эвапорация часто применяется коксопромышленными предприятиями для извлечения фенолов. Эффективность очистки – 85-92%. Для реализации метода используются эвапорационные колонны.

Ионный обмен

Сточные воды пропускаются через ионитовые фильтры. Это материалы, которые захватывают загрязнения из стоков и взамен отдают ионы гидроксильной группы, натрия или гидрогена, которые не влияют на качество воды.

Способ очищает стоки от ценных примесей:

соединений железа, фосфора, хрома, мышьяка;
ПАВ;
тяжелых цветных металлов;
радиоактивных веществ.

Ионный обмен эффективен на завершающей стадии очистки сточных вод или при небольшой концентрации загрязнений.

Иониты – поверхности, на которых происходит обмен, – делятся на такие группы:

Группа	Тип	Пример
Природные	Неорганические	Цеолиты, глинистые материалы, слюды, полевые шпаты – обладают катионообменными свойствами.
Природные	Органические	Гуминовые кислоты углей и почв, обработанные серной кислотой (слабокислотные материалы).
Искусственные	Катионообменные смолы	Сульфокатионит сильнокислый, натриевая катионообменная смола.
Искусственные	Анионообменные смолы	Сополимер дивинилбензола и стирола.

Кристаллизация

Иониты можно восстанавливать, запустив обратные ионообменные реакции. Для регенерации смолу пропускают через раствор поваренной соли или любую минеральную кислоту.

После очистки концентрация загрязняющих веществ предельно низкая – не превышает нескольких мг/л. Но метод финансово затратный.

При замерзании сточных вод на поверхности образуется слой более чистого льда, который удаляется и проходит доочистку мембранной фильтрацией.

Кристаллизация происходит в естественных или искусственных условиях. После очистки часть стоков с высокой концентрацией загрязняющих веществ отправляется на захоронение или очищается консервативными методами.

Для замерзания жидкости требуется в 7 раз меньше энергии, чем для испарения. Метод активно применяется в горнодобывающей промышленности, где объем сточных вод очень большой. Очищенная жидкость пригодная для большинства производственных нужд.

Кристаллизация в классическом понимании происходит по другому принципу. Часть сточных вод выпаривают, чтобы в остатке жидкости создать повышенную концентрацию загрязнений.

В концентрат добавляются растворители, затем масса охлаждается, перемешивается. Образуются кристаллы, которые отделяют от основного раствора фильтрованием. Кристаллы с загрязнениями высушиваются и утилизируются.

Мембранные способы — что это за вид?

Стоки фильтруются, проходя через мембраны – полупроницаемые среды. Они пропускают молекулы воды и задерживают большинство примесей.

Системы постоянно самоочищаются, благодаря чему полупроницаемые среды не засоряются слишком быстро. Два распространенных способа мембранной очистки – диализ и обратный осмос.

Диализ

Способ очищает коллоидные растворы и субстанции высокомолекулярных веществ от растворенных в них электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов.

В стоки опускается диализатор (система с мембраной) или вода заливается в резервуар-фильтр. Ионы малого размера (в данном случае очищенная вода) проходят через полупроницаемую среду, а загрязнения остаются за мембраной.

Фильтрующие материалы для диализа:

естественные: бычий или свиной мочевой пузырь, плавательный пузырь рыб;
синтетические: коллодиевые, целлофановые, нитроцеллюлозные, ацетилцеллюлозные мембраны.

Минус метода – длительность процесса. Для ускорения очистки применяют мембраны больших размеров или повышают температуру жидкости. Процесс протекает быстрее, если в диализаторе создают постоянное электрическое поле.

Ионы мигрируют интенсивнее благодаря разности потенциалов. Недостаток электродиализа – быстрое осаждение солей на поверхности мембран.

Процесс обратного осмоса

Механизм очищения аналогичный вышеописанному – сточные воды (концентрированный раствор) проходят сквозь мембрану в менее концентрированную жидкость. В системе создается такая разница осмотических давлений, которая заставляет молекулы воды проходить через полупроницаемый материал.

Чем выше концентрация загрязнений в сточных водах, тем выше перепад осмотических давлений и больше гидродинамическое давление. Эффективность способа зависит от свойств мембран.

Лучшие полупроницаемые среды:

целлюлоза;
поливинилхлорид;
полистирол;
полиамид.

Внимание! Перед очисткой методом обратного осмоса сточные воды должны пройти качественную механическую фильтрацию и обезжиривание.

Электрохимические виды и для чего их применяют

В специальной установке – электролизере – создается электромагнитное напряжение.

Когда сточные воды проходят через межэлектродное пространство установки, происходит:

поляризация частиц;
окислительно-восстановительные реакции;
электрофорез;
электролиз.

Добавление специальных реагентов не требуется, но расход электроэнергии высокий.

Методы электрохимической очистки:

Электрокоагуляция. Сточные воды пропускают через железные или алюминиевые аноды, далее происходит электролитическое растворение металлов. В сточную воду переходят ионы, которые вырабатываются анодами. Ионы алюминия или железа трансформируются в соли/гидроксиды, которые отвечают за коагуляцию примесей.
Электрофлотация. При электролизе воды образуются пузырьки газа (на аноде – кислород, на катоде – водород). Они поднимаются вверх и захватывают с собой загрязнения. Если электроды растворимые, то процесс становится более эффективным благодаря образованию хлопьев коагулянта. Пузырьки газов мелкие, что повышает степень очистки сточных вод.
Электроосмос. Молекулы воды проходят через мембрану благодаря созданию разности потенциалов. Положительно заряженная жидкость через полупроницаемый материал передвигается к отрицательно заряженному электроду.
Электрофорез. В электрическом поле, создаваемом в сточных водах, происходит перенос мелкодисперсных частиц. Отрицательно заряженные дисперсные фазы притягиваются к положительному электроду (аноду). Затем происходит их удаление из электрического поля.

Преимущества и недостатки

В таблице собраны распространенные физико-химические методы очистки сточных вод:

Название метода	Механизм очистки	Плюсы	Минусы
Коагуляция	Нейтрализация отрицательного заряда мелких частиц, их слипание и осаждение.	Реакции проходят при любых условиях.

Большой объем осадка.

Медленный темп очистки.

Высокая скорость очистки.

Отсутствие специфических реагентов.

Большой расход реагентов на восстановление ионитов.

Не требуется внесение реактивов.

Малые потери воды.

Заключение

Физико-химические методы предназначены для удаления нерастворимых наночастиц загрязнений, которые не извлекаются в ходе механической очистки и не разлагаются микроорганизмами.

Эффективность процесса достигает 80-99%. Для очистки применяют химические реагенты и используют законы физики. Методы используются самостоятельно или в комплексе с другими.

Широко распространенные способы – коагуляция, флокуляция, флотация, адсорбция. Самые эффективные – мембранные и электрохимические методы. Но им часто предшествует дополнительная очистка. Методы подбираются предприятиями индивидуально в зависимости от состава сточных вод.

Важной частью комплексов по очищению сточных вод выступают флотаторы. Они необходимы для удаления мелкодисперсных не растворяемых частиц, которые остаются в жидкой среде после отстойников и .

Воды является самым нужным ресурсам природы. Она важны для природы и лежит в основе жизни. Промышленное производство и сельскохозяйственная деятельность не могут функционировать без воды. Она нужна растительному и животному миру, а так же человеку. Водный мир богат обитателями, которым не выжить на суши.

За последние два столетия города стали интенсивно расти, промышленность развиваться, сельскохозяйственные земли находятся на орошенных территориях. Все это привело к возникновению проблем со снабжением чистой пресной водой.

Человек нуждается в водных ресурсах. Нужды людей с каждым годом растет в геометрической прогрессии. Более 70% всей используемой воды идет на сельскохозяйственные нужды. Ученые во всем мире озабочены проблемой обеспечения пресной водой. Сегодня стремятся к расширению воспроизводства пресных источников и их использования, предлагают массу новых технологий с минимальными загрязнениями сточных вод.

Загрязнения в воде бывают в любом агрегатном состоянии: твердом, жидком, газообразном. Они не позволяют потреблять воду без обработки. Загрязнения появляются в природных источниках из необработанных сточных вод промышленного производства, животноводства, растениеводства, добычи ископаемых, транспортных компаний и т.д. Вода меняет свой химический состав, физические и биологические свойства.

Во время очистки сточных вод опасные вещества разрушаются или физически удаляются. Это достаточно сложный процесс. Существует насколько способов очистки сточных вод:

механический;
химический;
физико-химический;
биологический;
комбинированный, включающий несколько методов.

Физико-химические методы очистки сточных вод

Физико-химическая обработка изымает из сточной воды тонкодисперсные и растворенные неорганические вещества, разрушает трудноокисляемые и органические соединения.

Существует несколько способов физико-химической очистки:

коагуляция;
адсорбция;
флотация;
экстракция;
ионный обмен;
диализ и др.

Физико-химические методы очистки сточных вод обладают большими возможностями:

глубокая очистка;
удаляются неокисляемые токсичные загрязнения;
минимальные габариты очистных сооружений;
минимальная чувствительность к переменам нагрузок;
допустимо полностью автоматизировать процесс очистки;
не надо контролировать работу живых организмов;
допустимо рекупирация веществ;
все процессы более изучены и отработаны на практике.

Для эффективного выбора метода очистки руководствуются техническими и санитарными требованиями, количеством примесей в сточной воде и ее объемом.

Коагуляция

В основе метода лежит добавление в сточные воды активных коагулянтов: соли аммония, меди, железа и т.д. Вредные вщества выпадают в осадок хлопьями, которые изымаются без особого труда. Коагуляция популярна на большинство предприятий промышленности: текстильной, легкой, нефтехимической, целлюлозабумажной, химической и др.

Механическая очистка делает обработанные воды агрегативно устойчивыми. Баланс нарушается при появлении коагулянтов и флокулянтов. Формируются крупные образования благодаря воздействию молекулярных сил сцепления во время перемешивания или движения под воздействием внешнего силового поля. Могут слипаться как однородные частицы (гомокоагуляция), так и неоднородные (гетерокоагуляция). Воду опять отправляют на механическую обработку. При коагуляции осадок в форме хлопьев составляет почти пятую часть всех фильтруемых сточных вод.

Метод имеет эффективность до 95%.

Для форсирования могут использоваться эмульгированные или тонкодисперсные вещества. Эффективно удаляются частицы от 1 до 100 мкм. Возможно самопроизвольное протекание очистки.

Коллоидные частицы образуют составной электрический слой на поверхности частицы. Первая часть фиксируется в месте раздела двух фаз, а другая – представляет собой скопление ионов. Наблюдается две части слоя: одна — подвижная (диффузный слой), а другая – неподвижная.

Хлопья образуются из взвешенных частиц и коагулянта. Что бы это произошло, необходимо приблизить частицы для возникновения силы притяжения и химического сродства. Это случается благодаря броуновскому движению и турбулентному движению воды.

Существует другая разновидность этого метода – электрохимическая коагулирование. Для его осуществления необходимы железные или алюминиевые электроды и постоянный электрический ток. Анодный металл подвергается ионизации и попадает в воду. Примеси начинают коагулировать малорастворимые гидроксидами железа или алюминия. Концентрация электролита оказывает прямое влияние на скорость очистки.

Важно отметить, что полидисперсные системы лучше подаются коагуляции: крупные частицы тянут на дно мелкие. Влияет и форма частиц: круглые медленнее коагулируют, чем длинные.

Хорошим коагулянтом считается двухвалентное железо FeSО₄, которое является отходом процесса травления стали. Травильные стоки содержат до 15 % железа. При его использовании очистка по ХПК – до 75%, мутность снижается до 90%, количество фосфора – на 98%, бактерий – до 80%.

Флокуляция

отстойник;
флотационная камера;
кольцевой водосборный лоток;
радиальные водосборные лотки;
насос;
воздухорастворитель ( сатуратор);
вода на очистку;
вода после очистки;
рециркуляционная линия аэрированной воды;
сжатый воздух

Флокулянты представляют собой высокомолекулярные соединения. Молекулы флокулянта контактируют с частицами примесей, что приводит к агрегации загрязнений. Мелкие частицы переходят во взвешенное состояние. Обычно этот метод дополнительно используют коагуляцией, что бы ускорить выпадение в осадок хлопьев и сократить объемы необходимого коагулянта.

При добавлении флокулянта происходят следующие воздействия:

на поверхностном слое коллоидных частиц адсорбируются молекулы коагулянта;
молекулы флокулянта образуют сетчатую структуру;
воздействие сил Ван-дер-Ваальса заставляет коллоидные частицы слипаться.

Очистка этим способам очень проста в реализации и применении. Сначала подбирают необходимый объем флокулянта и добавляют его в воду. Выпадают хлопья, которые забирают механическим методом.

Фокулянты бывают природного (диоксид кремния) или синтетического (полиакриламид) происхождения.

Они могут быть разной полярной группы:

неионогенные: -ОН, -СО;
анионные: -СООН, -SО₃Н, -ОSО₃Н;
катионные: -NН₂, NН;
амфотерные: включают анионные и катионные группы.

На скорость флокуляции влияют последовательность добавления реактивов, частота и сила перемешивания, температура воды и степень ее загрязненности. Рекомендуемое время нахождение сточных вод в смесители – 2 минуты, контакт с реагентами — от 0,2-1 час. Далее воду осветляют в отстойниках.

Экономить на коагулянтах и флокулянтах возможно при выполнении двойной обработки воды: сначала отстаивание без реагентов, а потом отстаивание с коагулянтами и флокулянтами.

Если концентрация примесей не превышают 4 г/л, то совмещают коагуляторы и осветлители. Это наиболее действенно обычных отстойников.

Вода в осветлителях идет снизу вверх через выделенный шлам с большой скоростью, что бы не вымывался взвешенный осадок. Таким образом, задерживаются мелкосуспензированные частицы. Для стабильной работы осветлителя важно, что бы подаваемая вода была без газовых пузырьков и постоянной температуры (колебания в диапазоне 1 градуса). Лишний шлам уходит в особую камеру благодаря разной плотности взвешенного слоя и осветленной воды.

Адсорбция

Адсорбция основана на способности определенных веществ впитывать примеси. Наиболее частыми реагентами являются активированный уголь, бентонитовые глины, торф, цеолиты и т.д.

Основным плюсам адсорбции является большая результативность, очистка от нескольких видов загрязнений, рекуперация.

Разделяют регенеративную и деструктивную адсорбционную очистку. В первом виде примеси удаляются из адсорбента и подвергаются утилизации. При втором виде примеси подвергаются уничтожению вместе с адсорбентом.

В зависимости от вида используемого адсорбента и удаляемого химического вещества можно достигнуть эффективности до 95%.

Наиболее распространено использование активированного угля.

В адсорбции обязательно предусматривают перемешивание воды и сорбента или пропускание воды через его слой. Сорбционная установка может состоять из 3-5 фильтров в определенной последовательности.

Флотация

труба, по которой поступает взвесь измельченной руды в воде
сосуд, из которого капает флотационный реагент (масло)
поступление воздуха, засасываемого винтом
место, где всплывшая полезная порода отделяется от оседающей пустой породы
сток пены с полезной породой (концентрат)

Флотация основана на образовании воздушных пузырьков, которые поднимают примеси вверх. Образуется слой пены, которую легко удалить. Метод действенен при обработке сточных вод от нефтепродуктов, волокнистых частиц, масел и других веществ.

Примеси прилипают на разделе двух сред: жидкой и газообразной. Существует несколько разновидностей флотации.

Наиболее популярная – напорная для очистки сточных вод с концентрацией примесей до 5 г/л. Происходит обогащение воды газовыми пузырьками под давлением. Эта разновидность флотации требует больше времени.

На результат очистки влияет количество и размер пузырьков. Так как примеси находятся во всем объеме сточных вод, то стремятся к максимально равномерному распределению пузырьков по всему объему. Газовые пузырьки должны быть 15-30 мкм в диаметре. При большем размере они быстро всплывают и не успевают захватить примеси.

Вода после флотации может направляться на внутренние нужды предприятия или подвергаться более тщательной очистки.

Экстракционный метод

Загрязняющие примеси распределяются в смеси двух жидкостей, которые не растворяются друг в друге. Используют для удаления со сточных вод органики, которую впоследствии перерабатывают: жирные кислоты, фенолы. Таким образом, подбираются такие жидкости, которые способны растворить ценные вещества из сточной воды, но не растворяются с самой очищаемой водой.

Здесь работает физико-химический закон распределения: при активном перемешивании двух нерастворимых жидкостей всякое вещество, растворенное в одной из них, начнет распределяться согласно своей растворимости. После выделения первой жидкости из второй, одна из них будет частично очищена.

Во время очистки вводят определенное количество экстрагента. Когда примеси начинают скапливаться в экстракционном слое, покидая воду, экстракт удаляется. Важно выждать время, что бы содержание веществ в экстракте было значительно выше, чем остаточное в воде.

Экстрагируемое вещество отделяется и подвергается переработки, а экстрагент опять используется в технологии очистки.

Экстрагент должен соответствовать определенным требованиям:

не должна образовываться эмульсия;
несложная регенерация;
нетоксичен.

Для эффективности очистки сточную воду подвергают экстракционной очистки несколько раз. Каждая заливка должна иметь новый экстрагент в той же пропорции, что и предыдущий раз. Это не очень экономично. Например, при очистке 1 литра воды от фенола с концентрацией 6 г/л необходимо затратить 2,2 литра бензола.

Сэкономить средства поможет противоточная экстракция, когда вода направлена на поток экстрагента. Так для очистки воды из предыдущего примера уже необходимо только 0,5 литра бензола. В специальных установках сточная вода подается сверху в поток менее плотного эстрогента. В противоположнос случае все происходит наоборот: вода — снизу, а эстрогент – сверху.

Существует трехступенчатая экстракционной очистки: вода встречается с двумя направленными потоками экстрогента. Синергический эффект способен ускорить очистку. Значение рН важно при кислотном или основном характере примесей.

Сорбционная очистка

Наиболее универсальный способ. Сегодня даже рассматривают вопросы замены биологической очистки сорбционными методами. Существует три вида сорбции:

адсорбция – участвует вся поверхность твердого поглотителя;
абсорбция – поглощенные вещества поступают во внутрь сорбента диффузным поглощением;
хемосорбция – сорбент и примеси вступают в химические реакции.

Сорбентами могут быть не только природные материалы, но и синтетические, которые обладают высокой пористостью. Сорбенты характеризуются структурой пор, химическим составом, пористостью. Основной недостаток — высокая стоимость.

Эвапорационный метод

Сточную воду нагревают до температуры кипения и обрабатывают насыщенным водяным паром. Он забирает летучие примеси. Долее пар направляют на горячий поглотитель, который изымает эти вещества, а паром опять обрабатывают сточные воды. Основное условие – вода и пар должны идти друг на друга. Главным плюсом является отсутствие реагентов, простата очистных сооружений, экономичен.

Метод ионного обмена

Иониты твердой фазы и ионы в растворе происходит обмен. Благодаря этому можно забирать из сточных вод нужные радиоактивные вещества и примеси: фосфор, мышьяк, ртуть, свинец и др. Особо результативен ионный обмен при высокой токсичности воды.

Ионообменным материалом могут быть как природные, так и искусственные материалы. Часто используются различные виды смол, содержащие активные ионные группы. Ионная смола используется многократно после каждого восстановления в специальном растворе.

Обратный осмос

Ультрафильтрация заключается в пропускании сточных вод через мембрану. Обеспечивается давление, которое больше осмотического (0,1-10 Мпа). Мембрана не пропускает вещества, молекулы которых больше молекул воды.

Результат зависит от используемых мембран: их селективность (разделительная способность), проницаемость, химическая и физическая стойкость к воздействию среды, прочность и небольшая стоимость.

Диализ

В процессе диализа полупроницаемая мембрана освобождает коллоидные растворы и низкомолекулярные соединения из высокомолекулярных веществ. Низкомолекулярные вещества способны пройти через мембрану.

Обычный диализ имеет форму мешка из полупроницаемого материала, который заполнен диализируемой жидкостью. Этот мешок опускают в очищаемую воду. Со временем диализируемое вещество в обоих растворах становиться равным. Далее заменяется растворитель в мешочке, опять повторяют все действия до полного очищения воды.

Главный недостаток диализа – долгий период очистки. Для ускорения процесса прибегают к увеличению активной площади и повышают температуру. Диализ объединяет в себе осмос и диффузию.

Используется для очистки коллоидных жидкостей от низкомолекулярных неэлектролитов и электролитов.

Кристаллизация

Удаление кристаллов примесей. Применяется в водоемах и прудах выпариванием. Возможно только при высоком содержании примесей.

Электрохимические методы

Электрокоагуляция

Сточные воды пропускают между электродами с постоянным током. В процессе электрокоагуляции коллоидные частицы увеличивают свой размер благодаря ориентации по силовым линиям образованного электромагнитного поля и объединения. Постоянный ток способствует электролизу при возникновении водородных ионов на катоде и растворение анодного металла. Гидроксиды металлов захватывают тонко дисперсные и растворенные вещества.

Электорофлотация

Во время электролиза образуются газы, которые захватывают взвешенные примеси. Размерные параметры пузырьков влияют на степень очистки и зависят от плотности тока. В отличии от обычной флотации воздушные пузырьки при электролизе значительно меньше и распределены более равномерно.

Электрофлотация эффективна для локальной очистки при небольших объемах воды и сильном загрязнении промышленными отходами.

Электрофоретический метод

К этому методу прибегают при изъятии веществ с отрицательным зарядом. Электрическое поле не позволяет отрицательно заряженным частицам коагулировать.

Электроосмос

Жидкость по воздействием электрического поля проходит по капиллярам. Примеси остаются на поверхности пористых перегородок.

Во многих случаях уровень загрязнения сточной воды невидим визуально. Исключением являются пенящиеся средства, нефть и неочищенные стоки. Каждый год в бассейны водоисточников пресной воды выбрасывается тысячи химических веществ, среди которых множество новых. Последствия подобной деятельности человека непредсказуемы. Нефть, радиоактивные отходы, токсичные тяжелые металлы, пестициды – все опасно не только для человека, но и всей жизни на нашей планете. ВОЗ бьет тревогу – 80% болезней возникают вследствие употребления воды плохого качества. Люди сельской местности во всем мире используют воду для бытовых нужд из загрязненных источников.

Эти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ. Они применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами. Физико-химические методы очистки сточных вод наиболее активны при локальной очистке.

Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидрооксидов металлов.

Схема установки для очистки вод коагуляцией: 1 – емкость для приготовления растворов; 2 – дозатор; 3 – смеситель; 4 – камера хлопьеобразования; 5 – отстойник.

Хлопья, обладая способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их, быстро оседают под действием силы тяжести на дно резервуара. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.

Флокуляция – процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении вводу высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидрооксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Таким образом, введение коагулянтов в сточные воды позволяет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, а с другой – уменьшить процесса хлопкообразования и повысить скорость их осаждения.

Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод эмульгированных веществ и тонкодисперсных частиц размером 8¸100 мкм. Эффективность очистки может достигать 0,9¸0,95.

Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа. Их расход составляет 0,1¸5 кг на м 3 сточных вод.

Весьма перспективным методом очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также цианов является электрокоагуляция – процесс образования нерастворимых гидрооксидов в сточных водах при их прокачке через электрокоагулятор. Электрокоагуляционная установка включает приемные емкости, усреднитель, электрокоагулятор с пеногасителями, илонакопитель, отстойник, обезвоживающую установку и осадкоуплотнитель

Несмотря на повышенный расход электроэнергии электрокоагуляционный метод очистки сточных вод позволяет перейти на оборотное водоснабжение, т.к. в результате действия электрического поля вода практически полностью очищается от бактерий. Это приводит к увеличению сроков службы воды, а также исключает возможность появления у обслуживающего персонала экзем, грибковых и других заболеваний кожи, неизбежно возникающих при обращении с бактериально загрязненной водой.

Флотация применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удаление образовавшегося пенного слоя.

Различают следующие методы флотационной очистки сточной воды: перенасыщение сточной воды воздухом, механическую и электрофлотацию.

Флотацию за счет перенасыщения сточной воды воздухом подразделяют на вакуумную и напорную. При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 30¸40кПа (225¸300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 минут. Концентрация взвешенных частиц не должна превышать 30 мг/л.

Напорная флотация протекает в 2 стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давление до атмосферного. Напорные флотационные установки позволяют обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 5 г/л при производительности от 5 до 2000 м 3 /час. Давление в напорной емкости поддерживают в пределах 0,17¸0,39 МПа, время пребывания сточной воды в напорной емкости 14 минут, а во флотационной камере 10¸20 минут. Объем подаваемого воздуха составляет 1,5¸5% объема очищаемой воды. В ряде случаев сточную воду насыщают кислородом или озоном. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сгребания пены в пеносборник.

Для механической флотации используют турбины насосного типа, форсунки и пористые пластины.

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными при небольшой их концентрации. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 0,8¸0,95.

В качестве адсорбентов используют активизированные угли, синтетические вещества и некоторые отходы производства (золу, шлаки и т.д.).

Процесс адсорбционной очистки сточных вод ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента.

Расход вводимого в воду адсорбента для одноступенчатого процесса: G=Q(C_н-С_к)/а, где Q – объём сточных вод; С_н, С_к – начальная и конечная концентрация загрязненной воды; а –коэффициент адсорбции.

Ионный обмен – обмен ионами, находящимися в растворе и присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть) и радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до ПДК вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.

Иониты, которые способны поглощать из воды положительные ионы, называются катионами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые – основными. Иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, природного происхождения или полученными искусственно. Наиболее распространены синтетические ионообменные смолы, представляющие синтетические полимеры с сетчатой структурой. Они отличаются высокой поглотительной способностью, механической прочностью, химической устойчивостью. Применение ионитов позволяет обеспечить высокую эффективность очистки, а также выделить из сточных вод металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.

Экстракция – способ разделения и извлечения из жидкости компонентов смеси. С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот и др. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. В общем случае экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3¸4 г/л.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из 3 стадий. Первая – интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим раствором), в результате чего образуются 2 жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, и рафинат, который содержит сточную воду и экстрагент. Вторая стадия – разделение экстракта и рафината и заключительная стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов – бензол.

Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,8¸0,95.

Для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей электрохимическими методами применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, а также электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. В процессе электрохимического окисления вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения и т.д.), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя СО₂, NH₃ и воду или более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить другими методами. При катодном восстановлении из сточных вод удаляются ионы тяжелых металлов, которые осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы.

Для удаления солей из сточных вод широко используют метод электродиализа, который осуществляют в электролитической ванне, разделенной на 3 отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещают электроды. При этом можно получать кислоты и щелочи и вновь использовать в производстве. Метод электродиализа перспективен для очистки сточных вод не только от растворенных солей, но и от ионов тяжелых металлов и фтора. Так, технико-экономическая оценка показала, что извлечение 1 кг фтора электродиализом обходится примерно в 5 раз дешевле реагентного метода. Электродиализ дает хорошие результаты при очистке сточных вод и от радиоактивных загрязнителей, особенно от изотопов сурьмы, кобальта. Недостаток метода состоит в необходимости предварительной очистки сточных вод от взвешенных частиц, которые засоряют диафрагмы.

Для механической флотации используют турбины насосного типа, форсунки и пористые пластины.

Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,8¸0,95.

Читайте также: