Очистка промышленных сточных вод: подходы, процессы, оборудование

Значение воды и проблема загрязнения

Вода обеспечивает жизнь биосферы и экономику. Загрязнение рек, озёр, морей и подземных вод изменяет их физические, химические и биологические свойства. Это делает воду опасной для использования и наносит ущерб здоровью населения и хозяйству. Источник загрязнения в промышленности — сбросы жидких, твёрдых и газообразных веществ в системы водоотведения.

Что такое сточные воды

Сточные воды — все воды и атмосферные осадки, отводимые с территорий предприятий и населённых пунктов по канализационным системам или самотёком, свойства которых ухудшены деятельностью человека. К ним относят также ливневые стоки с промплощадок.

Классификация стоков

Выделяют бытовые и промышленные стоки. Промышленные делят на кислотные и щелочные. Их отличает состав загрязнений. В бытовых преобладает органика. В ливневых — взвешенные вещества и поверхностные примеси. В промышленных присутствуют тяжёлые металлы, реагенты, нефтепродукты и токсичные органические соединения.

Цель и место очистки

Очистка — совокупность действий по удалению примесей, нарушающих экосистему. Реализуется на очистных сооружениях. Часто применяют каскады методов для достижения нормативов сброса или возврата воды в оборот.

Основные группы методов

• Механические процессы: процеживание, отстаивание, фильтрование.
• Физико-химические процессы: коагуляция, флокуляция, адсорбция, ионный обмен, мембранные методы и дистилляционные операции.
• Биологические процессы: аэробные и анаэробные.
• Химические и электрохимические процессы: нейтрализация, окисление, электрокоагуляция, электрофлотация и др.
• Термические процессы: варианты окисления и концентрирования.

Механическая очистка

Задача — удалить крупные и взвешенные примеси.

Процеживание. Используют механические решётки из параллельных стержней с заданными прозорами. Для тонких фракций применяют барабанные и дисковые сита.
Отстаивание. Осаждение под действием гравитации. Используют песколовки и отстойники.
Фильтрование. Удаление тонкодисперсных взвесей через пористые перегородки. Движущей силой служит гидростатическое давление, надперегородочное давление или вакуум после перегородки.
Оборудование: решётки, сита, песколовки, фильтры.

Физико-химическая очистка

Применяется самостоятельно и в комбинированных схемах. Удаляет тонкодисперсные частицы, растворённые газы, минеральные и органические вещества.

Коагуляция. Слипание коллоидных частиц в более крупные агрегаты. Реализуют в смесителях с временем пребывания 1–2 минуты. Коагулянты дозируют в виде 1–10 процентных растворов.
Флокуляция. Усиление осаждения с помощью флокулянтов. Типичные концентрации 0,1–1 процент. Позволяет снизить дозы коагулянтов и ускорить осаждение.
Оборудование: расходные и растворные баки, дозировочные насосы, мешалки, датчики уровня. Примеры — насосы-дозаторы ATLAS DOS, шнековые насосы ATLAS, станции приготовления полимеров YARTEK Polimix SPS, центробежные насосы, ёмкости.

Биологическая очистка

Назначение — удаление биодеградируемой органики микроорганизмами. Базовый компонент — активный ил. Его состав подбирают под расход и состав загрязнений.

Принцип. Микроорганизмы адсорбируют и захватывают частицы органики и коллоидов, затем окисляют их до воды, углекислого газа, метана и других простых веществ.
Виды.
Аэробная очистка в присутствии кислорода. Воздух подают через аэрационные устройства.
Анаэробная очистка без кислорода. Побочный продукт — биогаз.
Часто применяют комбинированные схемы.
Оборудование: аэротенки с подачей воздуха и активного ила, биофильтры с фиксированной биоплёнкой.

Химические и электрохимические методы

Химические процессы.

Нейтрализация кислот и щелочей до pH около 6,5–8,5. Возможна балансировка смешением разнотипных стоков с образованием осадка.
Окисление озоном, хлором или пероксидом водорода. Цель — перевод токсикантов в менее опасные формы.
Осаждение растворённых примесей с введением реагентов. Важна точная дозировка по концентрации загрязнений.

Электрохимические процессы.

Электрокоагуляция с растворимыми электродами. Ионы металла образуют коагулянт in situ. Эффективно для масел, жиров и нефтепродуктов.
Электрофлотация с нерастворимыми электродами. Пузырьки водорода и кислорода поднимают частицы на поверхность. Рационально при низких концентрациях загрязнений.
Оборудование: контроллеры, датчики pH, насосы-дозаторы, воздуходувки, центробежные и шнековые насосы.

Термические процессы

Используют жидкофазное и парофазное каталитическое окисление, термокаталитическое окисление, выпаривание и концентрирование, а также пламенные методы. Их выбирают для трудноокисляемых и токсичных стоков, когда другие способы не обеспечивают норматив.

Проектирование схемы очистки

Последовательность выбора такова: анализ состава и расхода стоков, определение целевых показателей качества, подбор набора операций с поэтапным снижением загрязнений, проверка образования осадков и газа, подбор оборудования и систем дозирования, расчёт энергопотребления и реагентов, план обработки осадка. Комбинации методов повышают надёжность и устойчивость к колебаниям состава.

Результат и эффект

Правильно спроектированная система снижает содержание взвесей, органики, токсикантов и патогенной микрофлоры до нормативных значений. Это снижает экологические риски и позволяет возвращать воду в оборот там, где это возможно.