Методы очистки СВ.
Правилами охраны поверхностных вод запрещен сброс неочищенных СВ. Их очистка заключается в обезвреживании (т.е. удалении вредных веществ, попадание которых в водоемы может сделать воду непригодной к одному или нескольким видам водопользования) и обеззараживании (т.е. в проведении санитарно-технических мероприятий по уничтожению в воде возбудителей инфекционных заболеваний химическими и физическими способами). Обеззараживание СВ может потребоваться на предприятиях кожевенной и пищевой промышленности, а во всех других отраслях очистка СВ сводится к их обезвреживании. При этом очистка применяется, когда
при , (5.5)
где – фактическая концентрация ЗВ в воде, мг/л; - расчетная (допустимая) концентрация ЗВ в водном объекте, мг/л; - концентрация i-го вещества в СВ, мг/л; - фоновая концентрация i-го вещества в водном объекте, мг/л.
Если , то (5.6)
где n - требуемая степень очистки СВ или кратность разбавления СВ чистой водой. С методикой расчета n студенты могут познакомиться в разделе 6 учебного пособия [2]. В настоящее время кратность разбавления СВ колеблется от 5 до 20, что усиливает потребность пресной воды в тех регионах, где игнорируют разработанные и широко применяемые методы очистки СВ.
Детальная характеристика систем очистки СВ применительно к конкретным отраслям промышленного производства дается в дисциплине "Инженерная экология" или "Строительная экология", или "Безопасность жизнедеятельности" (частично). Поэтому приводим лишь краткую характеристика методов очистки от ЗВ в воде.
При очистке СВ должна соблюдаться определенная последовательность в применении методов очистки. Вначале сбрасываемые СВ очищаются от взвесей и дисперсно-коллоидных частиц (механическая очистка). Потом применяются методы физико-химической и химической (реагентной) очисток. Для удаления высокотоксичных примесей в СВ используются электрохимические методы, а при особо вредных примесях может применяться термическая обработка. Для очистки бытовых стоков чаще всего применяются биологические методы.
Взвешенные частицы удаляются из воды процеживанием, отстаиванием и фильтрацией. При процеживании (первичной стадии механической очистки СВ), с помощью решеток, сит и фрикционаторов удаляются крупные нерастворимые примеси размеров до 25 мм. При отстаивании или медленном расслоении жидкой дисперсной системы на составляющие ее фазы идет постепенное осаждение грубых дисперсных примесей; кинетика отсеивания представлена на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Типичная динамика осаждения грубых дист требуемой степени очистки от данного вида примесей.
Тонкодисперсные примеси небольшой концентрации удаляются с помощью фильтров, т.е. пористых перегородок, пропускающих жидкость, но задерживавших твердые частицы.. Различаются зернистые (песок, уголь, и т.д.) и гибкие (сетка, бумага и т.п.) фильтры.
С помощью физико-химических методов удаляются токсические вещества и обеспечивается более высокая степень очистки. Всего применяется более 10 физико-химических методов очистки, важнейшими из которых являются флотация и адсорбция. Флотация применяется для удаления нерастворимых диспергированных примесей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и т.д. Она не требует сложной аппаратуры и больших затрат. Удаление частиц примесей обеспечивается за счет их прилипания к пузырькам воздуха, образующихся при вакуумировании раствора, или резкого уменьшения его давления в емкости, при механическом диспергировании турбинами насосного типа, при химических реакциях (например, в реакциях с выделением ) и в биологических процессах.
Адсорбционная очистка СВ применяется при небольших концентрациях вредных примесей, главным образом, органических соединений (пестицидов, гербицидов), а также фенолов, ПИВ и т.п. В качестве адсорбентов используется активированный уголь, зола, шлаки, опилки. Как правило, в установках адсорбции используются несколько последовательных слоев адсорбента, генерация которых осуществляется нагревом до температуры 200…800°С.
Рис. 5.3. Типичные изотермы адсорбции
Типичные изотермы адсорбции или линии, показывающие связь между количеством адсорбированного вещества (Q), давлением (Р) и температурой очищаемых стоков (t) представлены на рис. 5.3.
Для избирательной очистки ряда токсических примесей применяют более сложные и дорогостоящие физико-химические методы: ионообменную очистку, обратный осмос, ультрафильтрацию и т.п. Химические и электрохимические методы очистки СВ включают в себя нейтрализацию агрессивных стоков (стоки считаются неагрессивными при рН = 6...6,5 и рН = 8...9; сильно агрессивными при рН < 6 и рН > 9), добавление химических реагентов, фильтрации через нейтрализующие мембраны и хемосорбцию, т.е. поглощение вещества поверхностью хемосорбента в результате химических реакций. Нейтрализация обеспечивается смешением кислых и щелочных СВ, добавлением кислых или щелочных реагентов, фильтрацией кислых стоков через известняк, мрамор или доломит.
Биологическая очистка основана на способности ряда микроорганизмов, главным образом бактерий, разрушать содержащиеся в СВ загрязнения органического происхождения. Наибольшая эффективность биологической очистки достигается при температурах 20...30°С, рН среды 6,5...7,5, достаточном обеспечении микроорганизмов биогенными элементами и отсутствии токсических веществ, влияющих на данные организмы (установлены ПДК веществ, не оказывающих отрицательного влияния на работу биологических очистных сооружений). В таких сооружениях биомасса может находиться в СВ в свободном состоянии или может быть закреплена неподвижно в так называемых биофильтрах, через которые проходят очищаемые СВ.
В последние годы широко применяется ряд новых перспективных методов очистки СВ. К ним относится применение вместо обычных окислителей озона (способного разрушать многие примеси в водных растворах при обычной температуре), ускоренных электронов (вызывающих радиолиз токсических компонентов) и низкотемпературной плазмы (), т.е. ионизированного газа с равными концентрациями положительных и отрицательных зарядов, а также мембранной технологии и т.п.