Методы очистки сточных вод: обзор основных способов

Зачем чистить стоки?

Главной целью очищения является разрушение загрязнений различной природы и их удаление. Это сложный производственный процесс, готовая продукция которого представляет собой очищенную воду. Её параметры доведены до установленных нормативов. Причем требования, предъявляемые к воде для различных целей, существенно отличаются и неуклонно усиливаются.

Состав бытовых сточных вод

В любом доме с водопроводом есть и канализация. Она обеспечивает нормальные процессы транспортировки стоков из квартир и домов к станциям очистки. В канализационных трубах течет обычная вода, но загрязненная. Примесей в ней всего лишь 1%, но именно он делает стоки непригодными для дальнейшего применения. Только после очистки воду можно будет повторно использовать для питья и в быту.

Точный состав сточных вод назвать нельзя, поскольку он зависит от места взятия специальной пробы, но даже в одном и том же месте количество и набор примесей могут различаться. Чаще всего в воде содержатся твердые частички, биологические примеси, неорганические включения. С неорганикой все просто – ее удаляет даже самый простой фильтр, но с органикой вам придется побороться. Если ничего не делать, данные вещества начинают распадаться и образовывают гниющий осадок (отсюда – неприятный характерный «запах канализации»). Причем гнить начинают не только разложившиеся органические вещества, но и вода.

Если в двух словах, то в состав стоков входят жиры, ПАВы, фосфаты, хлоридные и азотные соединения, нефтепродукты, сульфаты. Самостоятельно из воды они исчезнуть не могут – нужна комплексная очистка. Особенно остро проблема стоит в тех домах, в которых проведена автономная система водоотведения и водоснабжения, ведь на каждом участке есть и выгребная яма, и скважина на воду. Если стоки не очищать, они могут попасть в кран – и ситуация станет опасной для жизни.

Биологические и биохимические способы очистки сточных вод

Чтобы избавиться от загрязнений органического происхождения, прибегают к биохимическим способам. Их сущность заключается в применении специальных микроорганизмов, которые способны расщеплять органические соединения на простые компоненты:

• воду;
• углекислый газ;
• минеральный осадок.

Такие бактерии находятся в воде регулярно, однако их концентрация невысока, поэтому естественное очищение происходит не быстро.

При биохимической очистке прибегают к воздействию аэробных или анаэробных микроорганизмов.

Ниже приведена их сравнительная характеристика.

Аэробные микроорганизмы	Анаэробные микроорганизмы
Они способны переработать сложные соединения органического происхождения. На фоне окисления они распадаются на углекислый газ, воду и минеральный осадок. Аэробным микроорганизмам требуется кислород, поэтому конструкции оборудуют специальными аэраторами и компрессорами.	Они присутствуют в стоках в малых количества. Им не требуется кислород, но для нормальной жизнедеятельности необходим углекислый газ и нитраты. Конструкция должна быть оснащена системой вентиляции, поскольку эти бактерии выделяют метан.

Очистка может осуществляться в естественных или искусственно созданных условиях. Ниже рассмотрены основные способы.

Биологические пруды

Биологические пруды – искусственно созданные резервуары малой глубины.  Они предназначены для очистки и доочистки сточных вод в совокупности сооружениями.

Технологическая схема процесса следующая:

• Микроорганизмы применяют для окисления загрязнений кислород, который образуется в результате фотосинтеза.
• Поскольку водоросли потребляют двуокись углерода и аммонийный азот, который выделяется в результате разложении органических веществ, требуется придерживаться оптимальных условий – температуры и рН.
• Пруды обустраивают в несколько ступеней, общая продолжительность пребывания в них составляет несколько дней.

Высокая результативность достигается летом. Различают несколько видов прудов:

Наименование	Специфика
Проточные пруды	Их особенность заключается в том, что стоки не разбавляются речной водой
Анаэробные пруды	Они подразумевают применение анаэробных методик. Глубина прудов – 2-3 метра
Проточные водоемы	В отличие от проточных прудов, стоки разбавляют посредством речной воды
Контактные водоемы	Сущность очистки заключается в том, что в стоячей воде биохимическое окисление происходит значительно быстрее.

Конструкции с аэробным разложением

Сооружения по локализации в них биомассы подразделяются на две основные группы:

1. Аэротенки (биомасса локализируется во взвешенном состоянии). Они представляют собой железобетонные конструкции прямоугольной формы, разделенные перегородками.
2. Биофильтры (биомасса фиксируется на неподвижном материале, который сточная вода обтекает тонким слоем). Это резервуары, заполненные крупнозернистым материалом, бывают с одной или двумя ступенями очистки.

Конструкции с анаэробным разложением

Анаэробное разложение происходит с выделением метана, воды и углекислого газа.

Наиболее распространены следующие типы очистных сооружений:

1. Септики. Сооружения могут быть с одной, двумя или тремя камерами, они используются для обслуживания небольших объектов. Подходят только для предварительной очистки стоков, после чего требуется доочистка.
2. Отстойники. В отличие от септиков, разложение органических примесей протекает эффективно и быстро.
3. Метантенки. Они представляют собой закрытые резервуары, где процесс минерализации органического вещества выполняется при искусственном подогреве.

Основные биохимические процессы в анаэробных и аэробных условиях

Механические виды

Механические способы являются самыми простыми, позволяют устранить около 85% нерастворимых примесей различной дисперсии (в частности, песок). Для их осуществления используют различные сооружения:

• решетки;
• песколовки;
• септики;
• песчаные фильтры.

Механические способы, как правило, предварительные перед биологической очисткой.

Существует три главных метода:

• Процеживание. Сточные воды пропускают сквозь решетки из стали, после чего извлекают крупные нерастворимые примеси. Решетки очищают от осадка, а очищенные воды направляют на следующий этап.
• Отстаивание. На этом этапе происходит устранение взвешенных частиц. Первоначально частицы оседают на дне (гравитация), а за счет выталкивающих сил оказываются на поверхности. В процессе выделяются вещества фракцией менее 0,25 мм.
• Фильтрование. Осуществляется очищение сточных вод с большим содержанием тонкодисперсных примесей. В роли фильтровального материала может выступать песок или гравий.

Химические

Сущность химических способов заключается в ведении специальных веществ. При осуществлении нейтрализации кислот и щелочей вводят специальные реагенты (известь, аммиак), а при осуществлении окисления — различные окислители (перманганат калия, газообразный и сжиженный хлор).

Это позволяет устранить токсичные соединения. К этим мероприятиям прибегают с целью устранения растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения.

Технологическая схема химического способа очистки воды

Основные физико-химические методы

При проведении физико-химических методик происходит устранение примесей неорганического происхождение и разрушение примесей органического происхождения.

К ним относятся следующие методы:

• Флотация. Через сточные воды пропускается воздух. Газовые пузырьки захватывают поверхностно-активные вещества (ПАВ), масла и ряд иных загрязнений, формируя на поверхности пенообразный слой, который с легкостью устраняется;
• Коагуляция. Этот способ подразумевает введение коагулянтов (к примеру, солей аммония или меди) с целью формирования осадков в виде хлопьев, которые, как и пенообразный слой, без проблем устраняются;
• Сорбция. С помощью данной методики происходит извлечение ценных растворимых веществ с дальнейшей утилизацией. Для ее проведения используют вещества, способные поглощать загрязнения (например, силикагель или активированный уголь).

Переработка осадка

Если осадок остается в бункере-накопителе долгое время, он начинает загнивать. Чтобы избежать подобных последствий, его обрабатывают, получая на выходе безопасную сухую массу или вторсырье.

К методам переработки осадка относятся: уплотнение, стабилизация, сбраживание, термическая и реагентная обработка.

Обезвоживание осадков проводят на иловых площадках или в аппаратах, напоминающих отстойники и фильтры (вакуум-фильтры и фильтр-прессы).

Для стабилизации применяются метантенки и аэротенки. В них органическая часть осадка перерабатывается микроорганизмами. Продуктами переработки являются минеральные вещества и газ, используемый как топливо.

Стадии очистки сточных вод и этапы устройства автономного септика

Автономный септик представляет собой резервуар, где происходит водоподготовка. Предварительно очищенная жидкость направляется в установки глубокой очистки. Септик имеет простую схему, включающую несколько камер, где стоки отстаиваются, процеживаются и фильтруются.

Отстаивание

Способ основывается на способности некоторых материалов к оседанию на дне резервуара. Загрязнения имеют большую плотность, поэтому они постепенно опускаются вниз. После выпадения осадка воду сливают, посторонние частицы выводят через канал на дне емкости.

Процеживание

На этом этапе сточные воды проходят через сетчатый фильтр, сделанный из пластика или металла. Решетка задерживает крупные частицы. Установка снабжается мотором, вращающим сетку при поступлении жидкости. В верхней части находится приспособление, снимающее загрязнения.

Фильтрование

На этой стадии применяется мелкоячеистая сетка. Этот способ используется для очистки стоков от мелких загрязнений.

Оборудование

Для каждого из трех методов используется отдельная оснастка.

Песколовки

Эти приборы используются в составе осветлителей для выделения битого стекла, шлаков, песка и др. Для эффективной работы необходимо создать оптимальные условия.

Основной показатель – скорость движения потока, которая должна быть в пределах 15-30 см/сек. Если ее снизить, будут отделяться слишком мелкие фракции, что может создать проблемы.

Любая песколовка состоит из двух частей:

1. рабочей;
2. осадочной.

Через первую течет жидкость, во второй собирается осадок, который периодически удаляется гидроэлеватором (при очень больших объемах) или насосом. Если песколовка качественная, удаляется до 75% минеральных примесей.

Песколовки классифицируются по направлению движения жидкости:

• вертикальные;
• горизонтальные (стоки движутся прямо или по кругу);
• аэрируемые.

Самые распространенные горизонтальные.

Отдельная группа – уловители грязи, в которых зона улавливания дополнена отстойником особой конструкции. Это небольшие приборы, которые размещаются под землей. Оснащаются:

1. решеткой, улавливающей грубые примеси;
2. тонкой сеткой;
3. механизмом для удаления осадков.

Справка! По принципу действия на песколовки похожи смолоуловители, нефтеловушки, сгустители.

Жироловки

Жироловки разделяются по месту размещения. Доступны модели:

• под мойки;
• для отдельных цехов (с расходом воды до 3-х м3/час);
• для предприятий (подземные и наземные при расходе воды от 3-х м3/час).

Жироловки монтируются отдельно от очистных сооружений (чаще всего как первый элемент) в:

1. квартирах;
2. кафе;
3. ресторанах;
4. на предприятиях, производящих консервы, продукты из мяса.

Предназначение этого оборудования – защитить очистное сооружение от масел и жиров.

Жироловка – это герметичная емкость из металла или пластика, оснащенная сепарационными пластинами. Жидкость поступает в камеру сепарации, в ней оседают твердые примеси и крупные фракции масел и жиров.

После перетекания в отстойный отсек жировые отложения откладываются на поверхности жидкости и перемещаются в распределительный карман. Вода перетекает в канализационный трубопровод.

Иловые площадки

Визуально это участок, окруженный валками из грунта. Этот способ применяется для удаления остатков влаги путем испарения и ухода в грунт.

Располагается после отстойника, позволяет снизить содержание воды на 25% и уменьшить объем отбросов в 3-8 раз. Сухие остатки удаляются, жидкость возвращается в очистное сооружение.

Отстойники

Отстойники – главные элементы системы. Это оборудование бывает:

• вертикальное, горизонтальное, радиальное;
• первичное или вторичное.

Внимание! Если очистка полностью механическая, вторичные отстойники не требуются (они монтируются после оборудования, предназначенного для биологической чистки).

Решетки

Решетки для процеживания бывают:

• неподвижные;
• подвижные;
• совмещенные с дробилкой или фракционатором;
• оснащенные микропроцеживателем.

Самые распространенные неподвижные, изготовленные из металлических прямоугольных или круглых стержней, размещенных друг от друга на расстоянии 5 – 25 мм.

При наличии дробилки расщепляются самые крупные примеси, для отделения мелких частиц на выходе монтируется микропроцеживатель.

К решеткам относятся волокноуловители, которые используются на текстильных и целлюлозно-бумажных предприятиях.

Грабли

Это оборудование чистит решетки и подает на подвижную ленту отходы. Размещается в пазухах, функционирует за счет шестеренчатого привода, оснащенного шарнирно-пластинчатой цепью.

Дополнительные установки для очистки сточной воды

Помимо перечисленных выше систем и приспособлений в очистке стоков применяются и так называемые мембранные приспособления. В конструкции таких установок есть специальные мембранные листы, переливные трубы и капилляры. Благодаря такой конструкции стоки делятся в мембранной установке на две части. При этом их давление и составы разнятся. Мембранные установки могут быть выполнены из полимеров или керамики.

Гидроциклоны и центрифуги

Эти современные устройства также используются для осаждения взвешенных частиц в стоках. Благодаря центробежной силе, в которую попадает сточная вода, все примеси отделяются от жидкости и вода считается прошедшей этап механической обработки.

Гидроциклоны в отличие от центрифуг бывают открытыми (работают с легкими примесями) и напорными (предназначены для отделения тяжелых частиц мусора от стоков). Такая классификация позволяет использовать установки в зависимости от типа и степени загрязнения сточных вод.

В свою очередь классификация центрифуги выглядит так:

• Отстойные;
• Фильтрующие.

В конструкции фильтрующих производственных центрифуг предусмотрены тонкие металлические листы с перфорацией для более качественного осаждения частиц. Также аппараты имеют основные сетки из меди, алюминия или стали и тканевые плотные перегородки. Вид и тип фильтра полностью зависит от намеченной задачи, то есть от скорости отделения примесей, их величины, вида стоков, давления жидкости и концентрации мусора в стоках.

Технология флотации для очистки стоков

Аэротенк

Водоочистное устройство для биологической очистки стоков. Здесь вода обрабатывается специальным органическим илом под воздействием нагнетаемого в установку кислорода. В результате происходит поедание бактериями вредных примесей, содержащихся в воде. Чаще всего такой основной метод очистки сточной воды используют в случае её загрязнения органическим мусором.

Принцип и схема очистки загрязненной сточной воды сегодня

Изучив все действующие приспособления для нейтрализации сточных вод можно рассмотреть, как происходит нейтрализация стоков. Состоит она из нескольких этапов:

• Сначала все стоки с предприятий и жилых массивов города попадают в специально смонтированный водосборник, откуда после транспортируются на очистную станцию.
• Первый основной этап нейтрализации производственных (промышленных) стоков — механическая очистка. То есть прохождение стоков через специальные фильтры, сетки и решетки для отделения крупного мусора. Частицы мусора отправляются в шламосборник.
• Следующий этап (стадия) очистки воды — её перекачивание в специальный отстойник, где происходит дальнейшее осаждение оставшихся частиц мусора и их удаление из воды. В отстаивании принимает участие и песколовка, которая пропускает через себя поступающую в отстойный пруд воду.
• Далее отстоянная вода проходит стадию осветления с использованием коагулянтов и отправляется в пресс-фильтры. Здесь под большим давлением вода проходит сквозь специальные фильтры, которые улавливают все оставшиеся частицы. Эта стадия является заключительной при механической очистке стоков.
• Далее в зависимости от первоначального типа загрязнения стоков вода отправляется для дальнейшей биологической, химической или физико-химической очистки. То есть на воду будут воздействовать либо бактериями, либо химическими веществами, либо ультрафиолетом или озоном.

Важно: эффективность очистки стоков с применением первоначального механического метода равна 60%. Дальнейшие манипуляции с водой позволяют очистить стоки на 90-98%.

Для чего нужна механическая очистка

Процесс механической очистки сточных вод предполагает воздействие на примеси гравитационной или центробежной силой, и не подразумевает использование химических реагентов или физических воздействий (полями, излучением, реагентами и так далее) на сточные воды.

На этой стадии удаляются не только песок, шлак, камни, взвеси, но и гидрофобные вещества (масла, жиры), а также в определённой степени снижаются показатели ХПК и БПК.

Значение механической очистки переоценить сложно, и состоит она в том, что удаляет крупные загрязнения, способные повредить арматуру и оборудование. Она исключает забивание и обрастание трубопроводов, снижает нагрузку на стадии биологической очистки и физико-химической доочистки.

Устройства для механической очистки

В механическом методе очистки сточных вод задействован ряд специального оборудования. Оно необходимо для удаления неорганических примесей, таких как песок, частицы грунта, стекло и другие элементы.

Выделим следующее оборудование, которое задейстовано в механической очистке стоков:

• решетки с механическими устройствами
• пескоуловители
• отстойники
• жироловушки
• гидроциклоны
• мешковые фильтры

Фильтрация

фильтрация

Вода пропускается сквозь пористый или сетчатый материал с отверстиями определенного размера, при этом посторонние частицы задерживаются. Вместо единого фильтрующего блока может быть применена засыпка из гранул нужного размера и форм. Засыпной вариант иногда удобнее тем, что забитый фильтр можно просто промыть и снова использовать, тогда как неразъемный фильтр часто приходиться выбрасывать при невозможности очистить.

Метод фильтрации является наиболее популярным за счет своей простоты и эффективности. Огромное разнообразие типов фильтров позволяет решать не менее разнообразный круг задач. Фильтрование может быть многоступенчатым, при этом на каждом этапе отсеиваются частицы определенного размера. Если загрязнение носит исключительно механический характер — например, различные фракции песка — то многоступенчатое фильтрование способно обеспечить практически полную очистку воды от посторонних примесей.

Гравитационное отстаивание

отстаивание

Наиболее распространен статичный вариант отстаивания — под действием естественных гравитационных сил часть загрязнений оседает на дно, после чего удаляется. Другое название — седиментация. Такой метод называется статичным отстаиванием, является наиболее простым и дешевым, но и самым продолжительным по времени. Отстаиванию подвергаются различные объекты — от грубых взвесей до различных суспензий и эмульсий. В зависимости от размеров частиц, их плотности и структуры, а также от характеристик жидкости (вода, масло и т.д.), механическое отстаивание может длиться от нескольких секунд до нескольких недель.

На методе отстаивания основано осветление хозяйственно-бытовых стоков в анаэробном септике. За счет поэтапного отстаивания в каждой камере стоки разделяются по плотности: на дно оседают тяжелые фракции, легкие фракции всплывают, образуя пленку на поверхности, а в следующую камеру септика переливается частично осветленная вода.

Динамическое отстаивание

Существуют настолько мелкие и легкие пылевидные, тонкодисперсные частицы, что механическое гравитационное отстаивание будет неэффективным, особенно в плотной жидкости. Возможно, для полного статичного осаждения пришлось бы ждать месяцы или годы. Для такой ситуации был разработан динамический (проточный) вариант механического отстаивания. Данный метод более сложен в исполнении. В конструкции отстойника используется постоянное горизонтальное или вертикальное движение потоков очищаемой жидкости. Последовательная работа резервуаров в этом режиме более эффективна, чем параллельная.

Существуют различные виды динамического отстаивания — периодическое и непрерывное. Для этого используются, соответственно, отстойники разных конструкций для периодического или непрерывного действия. Основное различие методов в том, что уловленный продукт (частицы, жидкость) отводятся периодически, либо в течение всего процесса.

Два режима отстаивания — периодический и непрерывный — могут применяться попеременно, что повышает конечную эффективность. Например, таким методом очищаются пластовые или сточные воды, из которых выделяется нефтепродукты.

Центрифугирование

центрифугирование

По своему физическому принципу данный метод очистки очень похож на гравитационное отстаивание. Используется принцип разделения неоднородной системы (в нашем случае это «жидкость-твердые частицы») на фракции. При вращении центрифуги возникающая центробежная сила заменяет силу гравитации, заставляя крупные и средние твердые частицы загрязнения в зависимости от массы и плотности смещаться и скапливаться в разных зонах, где они затем будут отделены от основной массы воды. Центрифугирование удобно тем, что можно в очень широких пределах менять скорость вращения, создавая центробежную силу, во много раз превышающую силу гравитации при статичном отстаивании. Например, ультрацентрифуги, работающие в вакууме для снижения трения и сопротивления воздуха, создают центробежную силу до 500 000 g. Другими словами, на фильтруемый объект действует ускорение в 500 000 раз превышающее ускорение свободного падения на уровне земли. При таком мощнейшем воздействии даже имеющие небольшие различия в плотности масса тонкодисперсных частиц разделяется на слои.

Флотация

флотация

В отличие от седиментации, то есть осаждения, флотация представляет собой обратный процесс. Вещество, отделяемое от раствора или водной суспензии (пульпы), поднимается и скапливается в верхнем слое жидкости. Процесс подъема организуется с помощью подачи воздуха или другого газа, подходящего по химическому составу и физическим свойствам. Пузырьки газа, проходя сквозь слой очищаемой жидкости, захватывают и поднимают к поверхности посторонние частицы. В зависимости от физических свойств частицы делятся на гидрофобные и гидрофильные. Это различие проявляется в разной степени смачиваемости, благодаря которой частицы разделяются. На поверхности жидкости из пузырьков с прилипшими к ним частицами образуется пена, которая легко удаляется.

Очистные установки, использующие данный метод, называются флотаторами. В зависимости от поставленной задачи, флотация, как и все остальные методы механической очистки, позволяет очищать жидкость от посторонних включений, либо добывать частицы полезного сырья из растворов. Обогащение полезных ископаемых часто происходит методом флотации. Из-за огромного количества модификаций метод флотации активно используют разные отрасли промышленности: горноперерабатывающая, химическая, пищевая и др.

Современные проблемы нехватки питьевой воды. Основные источники загрязнения

С каждым годом чистой питьевой воды становится все меньше, при этом основными ее загрязнителями являются предприятия разных сфер деятельности. Организации работают с агрессивными, токсичными веществами, которые в скапливаются в сточных водах. При отсутствии должной водоподготовки использовать стоки в бытовых и, тем более, пищевых целях нельзя, поскольку в них содержатся ПАВы, токсины, соли тяжелых металлов и другие небезопасные для здоровья человека компоненты. Для удаления загрязнений сегодня широко применяются физико-химические методы очистки воды, о которых мы поговорим далее.

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.

Физико-химические методы очистки сточных вод. Классификация способв и методов очистки воды

Физико-химическая обработка предполагает удаление из сточных вод тонкодисперсных и растворенных в них неорганических веществ, разрушение трудноокисляемых и органических соединений. Основные способы:

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

Физико-химические методы очистки стоков имеют следующие преимущества:

1. Глубокая очистка.
2. Минимальные габариты оборудования.
3. Эффективное удаление в том числе токсичных неокисляемых веществ.
4. Максимально автоматизированный рабочий процесс.
5. Минимальная чувствительность к перепадам нагрузок.
6. Отсутствие необходимости контроля за работой людей.
7. Возможность рекупилации веществ.

В целях составления максимально эффективной программы очистка на производствах учитывают санитарные, технические требования, объемное содержание примесей и количество стоков.

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.

Справка! Эффективность метода – до 95%.

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:

1. Природные: крахмал, декстрин, гуаровые смолы, альгинат натрия, кремниевая кислота.
2. 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.

Эффективная очистка воды путем коагуляции. Применение химических и электрохимических средств очищения на производстве

Методика очистки сточных вод путем коагуляции состоит в добавлении активных реагентов – это могут быть соли меди, аммония, железа и других веществ. Вредные компоненты в результате такой обработки начинают выпадать в осадок в виде хлопьев. Коагуляция – главная очистная методика на большинстве современных промышленных предприятий всех направлений деятельности. За счет механической обработки стоки становятся агрегативно устойчивыми, а баланс нарушается только при использовании флокулянтов и коагулянтов. При коагуляции осадочные массы в виде хлопьев составляют примерно пятую часть фильтруемых сточных вод. Эффективность очистки составляет не более 95%. Для ускорения процесса в ряде случаев используются специальные тонкодисперсные и эмульгированные вещества.

Отдельная разновидность коагуляции – электрохимическая коагулирование. Для его осуществления применяются железные либо алюминиевые электроды и постоянный ток. Анодный металл после ионизации попадает в воду, в результате чего примеси коагулируют гидроксидами железа либо алюминия. Скорость очистки находится в непосредственной зависимости от концентрации электролита. Химические и электрохимические способы очистки активно применяются на современных производствах.

Экстракционный метод

При экстракции примеси особым образом распределяются в смеси жидкостей, которые одна в другой не растворяются. Методика используется для удаления из водных масс органических примесей. В ее основе лежит закон распределения, поскольку в ходе активного перемешивания двух нерастворимых жидкостей любое вещество, которое растворено в одной из них, будет распределяться в соответствие со степенью своей растворимости. После выделения первой жидкости из второй произойдет процесс ее частичной очистки.

В ходе экстракции в жидкость вводится определенное количество экстрагента. Когда примеси накапливаются в экстракционном слое и покидают воду, то экстракт удаляется. Экстрагент должен быть не токсичным, иметь не сложную регенерацию и не образовывать эмульсию в процессе переработки. Для достижения максимальных результатов очистки стоки могут подвергаться экстракции несколько раз подряд, главное для каждой заливки использовать новый экстрагент в одних и тех же количествах.

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.

Сорбционная очистка

Сорбционная очистка сточных вод – самое универсальное решение, кстати, сегодня все чаще говорят о возможности замены биологической очистки более современными сорбционными методиками. Сорбция бывает трех типов:

• адсорбция – в процессе участвует поверхность твердого поглотителя полностью;
• абсорбция – поглощенные вещества поступают во внутреннюю часть сорбента за счет процессов диффузного поглощения;
• хемосорбция – примеси и сорбент вступают в химические реакции.

В качестве сорбентов могут использовать и природные, и синтетические (более пористые) материалы. Сорбенты характеризуются определенной структурой пор и химическим составом. Главный недостаток методики – довольно высокая стоимость ее реализации.

Адсорбция как эффективный реагентный способ очистки воды

Такая методика очистки воды как адсорбция основывается на способности определенных веществ впитывать посторонние примеси. Основные реагенты – бентонитовые глины, цеолиты, торф, активированный уголь, но используются и другие вещества. Главное преимущество методики – высокая результативность, способность удалять из стоков сразу несколько видов загрязнений, рекуперация.

Адсорбционная очистка бывает деструктивной и регенеративной. При регенеративной обработке примеси сначала удаляют из адсорбента, а затем подвергают утилизации. Деструктивная очистка предполагает уничтожение примесей вместе с адсорбентом. В состав сорбционной установки входит 3-5 фильтров, которые располагаются строго в определенной последовательности.

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.

Важно! Кристаллизация энергоэффективная и менее ресурсоемкая по сравнению с методом эвапорации.

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.

Эвапорация как способ удаления загрязнений из стоков

При водоподготовке с применением методики эвапорации стоки сначала нагревают до температуры кипения, а потом обрабатывают водяным паром (он эффективно забирает летучие примеси). Пар направляется на горячий поглотитель, изымающий загрязняющие вещества, и снова используются для обработки стоков. Главное условие эффективной очистки в данном случае – пар и вода обязательно должны идти друг на друга. Методика экономична, не требует применения реагентов, очистные сооружения имеют простую конструкцию.

Метод ионного обмена

За счет процессов обмена ионитов твердой фазы и ионов, содержащихся в растворе, из сточных вод можно удалять радиоактивные примеси (свинец, ртуть, мышьяк, пр.). Особенно эффективным данный способ является при обработке высокотоксичных соединений. В качестве ионообменного материала могут использоваться природные и искусственные вещества – например, смолы с активными ионными группами.