Перед сбросом в природные водоемы или в городскую канализационную сеть сточные воды очищают от загрязнений различного происхождения.

Способы обработки загрязненных вод обычно комбинируются, отдельно взятые технологии не всегда успешно справляются с задачей.

Выбор оптимального метода зависит от размера частиц, физико-химических свойств и концентрации примесей, расхода сточных вод и необходимого качества очистки. У каждого способа имеются как преимущества, так и недостатки.

В статье расскажем, какие существуют технологические способы очистки стоков, опишем классификацию как тех методов, которые применяют в России уже давно, так и перспективных, которые рекомендуют современные справочники наилучших доступных технологий.

Какие способы существуют?

Методы, применяемые для очистки стоков, можно разбить на 4 категории:

Механическая обработка предназначена для выделения нерастворенных крупных включений, грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Фото 2

Химическое воздействие может применяться как самостоятельный метод, а также как способ глубокой очистки стоков в целях их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения ценных компонентов. Основные способы химической очистки – нейтрализация и окисление.

Физико-химические методы характеризуются использованием реагентов, в том числе тех, что могут использоваться в качестве коагулянтов и флокулянтов.

Вступая в химическую реакцию с загрязнениями, эти вещества позволяют более эффективно выделить взвешенные вещества, трансформируя растворимые соединения в нерастворимые или в растворимые, но безопасные. При этом происходит нейтрализация воды, ее обесцвечивание.

Биологические технологии основаны на использовании процессов жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению присутствующей в стоках органики.

Наиболее широко распространены следующие методы очистки стоков:

Процесс Способ очистки
Осаждение суспензированных и эмульгированных примесей, грубодисперсных частиц Отстаивание, процеживание, флотация, фильтрация, осветление, центрифугирование
Удаление мелкодисперсных и коллоидных частиц Коагуляция, флокуляция, электрические способы
Удаление неорганических веществ Дистилляция, ионообмен, обратный осмос, ультрафильтрация, реагентное осаждение, методы охлаждения, электрические методы
Удаление органики Регенерационные технологии – экстракция, абсорбция, флотация, ионообмен
Реагентные способы
Деструктивные технологии – биологическое, жидкофазное, парофазное и электрохимическое окисление, озонирование, хлорирование
Очистка от газов и паров Отдувка, нагрев, реагентные способы
Уничтожение высокоопасных примесей Термическое разложение

Рассмотрим основные способы очистки сточных вод более подробно.

Процеживание

Выделение плавающих грубых включений – начальная ступень очистки СВ.

Цель предварительного этапа обработки стоков:

  • обеспечение нормальной эксплуатации очистных установок;
  • предотвращение аварий;
  • эффективность последующих стадий очистки воды и обработки осадка.

Для процеживания используется следующее оборудование:

Решетки (реечные или стержневые) Вода проходит через ряд установленных под наклоном к потоку стержней. Между стержнями предусмотрено фиксированное расстояние – от 60-80 мм (для предварительного грубого процеживания) до 5-6 мм (для задержания мелких фракций).
Решетки могут оснащаться движущимся скребком – для прочистки и сбора задержанного мусора.
Ступенчатые Стоки протекают через ступенчатые наклонные полотна, которые установлены с фиксированными расстояниями. Полотна чередуются: подвижное, неподвижное и так далее.
Задержанные отходы поднимаются со ступени на ступень – за счет возвратно-поступательного движения. полотен.
Ленточные (перфорированные и реечные) СВ проходят через ленту из небольших пластиковых секций, соединенных между собой шарнирным способом.
Барабанные (шнековые) Вода поступает изнутри наружу через барабанное вращающееся сито.
Мусор отводится шнековым механизмом.Считаются наиболее эффективными и производительными устройствами, но требуют предварительного удаления крупного мусора.
Устройство фильтрующее самоочищающееся СВ направляются в верхний сектор решетки, проходят через ряд наклонных стержней, установленных с промежутками 2-5 мм.
Включения сбиваются водным потоком воды в нижнюю часть решетки, затем поступают в сборную фильтрующую емкость.
Аппарат не имеет движущихся механизмов, поэтому особенно надежен.

Об эффективности процеживающих устройств судят по объему задержанных отходов.
Сооружения предварительной механической очистки интенсивно выделяют выбросы растворенных в сточных водах летучих веществ в атмосферный воздух, так как отбросы с решеток содержат много органики, гниющей с выделением дурнопахнущих веществ.
Загрязнения характеризуются малым насыпным удельным весом, транспортировка обходится дорого. Поэтому целесообразно отходы подвергать обезвоживанию (прессованию) с предварительной промывкой.
В результате:

  • уменьшается масса отходов;
  • увеличивается стабильность отходов (устойчивость перед загниванием);
  • возвращается в основной процесс часть органических веществ, необходимых для интенсификации процессов биологической очистки.

Для промывки и обезвоживания мусора с решеток используются прессы различных модификаций. Масса отходов после прессования уменьшается примерно в два раза. Предварительная промывка практически полностью удаляет все взвешенные вещества.

Удаление песка и других оседающих включений

Чтобы песок не оседал в других установках очистки, препятствуя их работе, его необходимо удалять. Неуловленный песок будет осаждаться в первичных отстойниках, а в случае их отсутствия в схеме очистки – в аппаратах биологической очистки.

Сооружения по удалению песка (песколовки) проектируются таким образом, чтобы задерживать максимум песка и минимум органических веществ.

Для удаления песка и других механических осажденных включений наиболее часто используется следующее оборудование:

Горизонтальная песколовка Стоки перемещаются в прямоугольной емкости на заданной скорости. Песок оседает на дно под действием гравитационных сил, затем транспортируется при помощи скребков или гидравлически в приямок. Удаляется путем откачивания эрлифтом или насосом.

Плюсы: эффективное удержание песчаной фракции.

Минусы:

  • в осадке остается много мелких частиц – органических и неорганических (глина);
  • зависимость от скорости потока;
  • требуется специальные приспособления для сгребания осадка.
Горизонтальная песколовка с круговым движением потока СВ движутся по кольцевому лотку конической емкости. Песок оседает на дно резервуара через прорезь в дне.

Плюсы:

  • эффективное удержание песка;
  • не требуется специальное оборудование для сбора осадка.

Минусы:

  • в осадке остается много мелких органических и минеральных примесей;
  • зависимость от скорости водного потока.
Аэрируемая песколовка СВ движутся в прямоугольном или радиальном резервуаре, аэрируемом пристенными пневматическими аэраторами. Воздух формирует в емкости спиральный поток. Песок осаждается на дно, транспортируется к приямку и откачивается.

Плюсы:

  • воздух позволяет не зависеть от скорости воды;
  • пониженная концентрация органики в осадке.

Минусы:

  • низкая эфективность задержания песка;
  • интенсивное выделение дурнопахнущих веществ;
  • не рекомендуется применять перед очисткой на сооружениях биологического удаления фосфора.
Тангенциальная (вихревая) песколовка Стоки движутся в конической или круглой емкости в тангенциальном направлении. Песок оседает под силами гравитации и центробежной. Осадок удаляется гидроэлеваторами.

Плюсы: компактное и эффективное устройство.

Минусы: целесообразно применять на установках сверхмалой и малой производительности.

Осветление

Осаждение взвешенных веществ называется «осветлением», «первичной очисткой», «первичным отстаиванием».

Цель осветления – выделение из СВ максимального количества взвешенных веществ, чтобы сократить нагрузку на этапе биоочистки. Первичная очистка позволяет уменьшить объем образующихся осадков, сократить до 50 % расход электроэнергии на процесс очистки в целом.

Для первичной обработки путем осветления используются:

Отстойники В условиях медленного движения потока от входа к выходу стоки осветляются (происходит самопроизвольное осаждение взвешенных веществ до 70 %). При этом работает правило: чем выше исходное содержание взвешенных веществ, тем выше эффективность осветления. Затем вода переливается через водослив.

Осадок уплотняется на дне и направляется на обработку.

Вертикальные отстойники СВ выходят из распределительной камеры, движутся в сторону дна, затем меняют направление движения, поднимаются к водосливу.

Образовавшийся осадок сползает по коническим стенкам.

Горизонтальные отстойники Вода движется через вытянутое прямоугольное сооружение, от стенки до стенки.

Осадок транспортируется к приямкам механическими скребковыми приспособлениями.

Многоконусные отстойники Вода перемещается в квадратных сооружениях от стенки до стенки.

Осадок оседает на коническое днище, самопроизвольно сползает в приямок.

Радиальные отстойники Вода выходит из распределительной камеры круглого сооружения, движется к окружности.

Осадок сгребается к центральному приямку с помощью скребков.

Чтобы предотвратить попадание всплывающих веществ в устройства биологической очистки, большинство конструкций оборудованы полупогружными дисками и жиросборниками.

На базе первичных отстойников может быть реализована технология увеличения содержания в стоках легкоокисляемых органических соединений для повышения эффективности биологического удаления фосфора.

Для этого отстаивание проходит с рециркуляцией осадка, что приводит к развитию кислого брожения с выделением летучих жирных кислот. Эти вещества необходимы для роста бактерий, способных аккумулировать фосфор.

Первичное осветление – основа физико-химической очистки, которая применяется, если биологическая очистка по объективным причинам неприменима.

Коагуляция и флокуляция

Технологии относятся к подготовительным. Для извлечения примесей, которые способны взаимодействовать с коагулянтами и флокулянтами, образуя нерастворимые соединения, для интенсификации извлечения из воды веществ, не поддающимся безреагентным механическим способам (отстаиванию, флотации, фильтрованию), применяется химическое осаждение с использованием коагулянтов и флокулянтов.

Фото 5

К коллоидным и тонкодисперсным примесям относятся частицы менее 100 мкм:

  • органические гидрофобные примеси (нефтепродукты, масла, жиры);
  • гидрофильная органика (целлюлоза, красители, белки, лигнин);
  • минеральные вещества (глинистые частицы, окислы различных металлов).

Коагулянты бывают неорганическими (соли алюминия и железа) и органические (водорастворимые заряженные низкомолекулярные полимеры – полиэлектролиты).

При коагуляции агрегация частиц происходит в результате снижения заряда коллоидных и тонкодисперсных частиц противоположно заряженными ионами коагулянта.

Процесс приводит к потере кинетической устойчивости частиц. Минеральные коагулянты ускоряют процесс агрегации путем адсорбции коллоидных и мелкодисперсных частиц продуктами гидролиза коагулянтов.

При добавлении органических флокулянтов агрегация мельчайших частиц в крупные хлопья происходит в результате адсорбции макромолекул и их связывания.

Озонирование

Молекула озона состоит из трех атомов, расположенных в виде вершин равностороннего треугольника. Атомы соединяются с соседними атомами двойной и одинарной связью. Это делает молекулу озона достаточно нестабильной, поэтому на воздухе газ разлагается, образуя двухатомную молекулу кислорода.

Озон – вещество с высоким окислительным потенциалом, поэтому загрязненная вода получает от его присутствия:

  • бактерицидное воздействие;
  • улучшение органолептических свойств;
  • дезодорацию;
  • очистку от нитросоединений, канцерогенов, ацетона, сероводорода, нефти, органических и неорганических примесей.

Озон в чистом виде взрывоопасен, из-за этого для очистки стоков используется смесь озона и воздуха (или технического кислорода).

Достоинства озонирования:

  • уничтожаются вирусы, бактерии, простейшие, водоросли, грибки и другие микроорганизмы;
  • удаляются неприятные запахи и привкусы;
  • обеспечивается высокая скорость обезвреживания;
  • отсутствует влияние на показатели кислотности среды, а также на состав (микроэлементы сохраняются в исходном количестве);
  • в результате разложения не образуются токсичные соединения.

Недостатки:

  • высокая стоимость озонатора;
  • низкая способность к разрушению фенольных соединений и сухого остатка;
  • озон ядовит (высокий класс опасности) и требует осторожного обращения.

Чтобы получить от озонирования максимальный эффект, рекомендуется проводить предварительную обработку – подвергать стоки механической или физико-химической очистке для уменьшения концентрации крупных твердых загрязнений, жиров, масел.

Фото 6

Процесс озонирования предполагает различные риски, поэтому должен проводиться профессионалами, на оборудовании с отвечающим всем требованиям техническим состоянием.

Мембранные методы

К мембранным методам относятся:

  • ультрафильтрация;
  • нанофильтрация;
  • обратный осмос.

Ультрафильтрация эффективна для удаления взвешенных веществ, коллоидных частиц нефтепродуктов, органики, коллоидных частиц нефтепродуктов, а также для снижения мутности.

Установки ультрафильтрации – аппараты с мембранами с внутренней поверхностью фильтрования.

Собираются на основе трубчатых синтетических, керамических элементов, рулонных элементов или полых волокон.

Обратный осмос позволяет очищать воду одновременно от:

  • растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей;
  • высокомолекулярных соединений;
  • взвешенных веществ;
  • вирусов;
  • бактерий и других вредных примесей.

Мембранные технологии обеспечивают высокую степень очистки, приближая качество воды к дистилляту.

Биологическая очистка

Биологическая очистка стоков – многоэтапная процедура удаления опасных загрязнений путем их разложения с использованием бактерий и других простейших (одноклеточных) организмов.

Органические вещества (жиры, углеводы, белки) – источник питания и энергии для микроорганизмов, используемых в качестве септических одноклеточных культур.

Суть метода заключается в расщеплении органики на газы:

  • углекислый газ;
  • водород;
  • окиси азота;
  • аммиак;
  • сероводород;
  • метан.

Это наиболее важная стадия очистки, особенно для объектов, где не используются методы доочистки, если предполагается отведение в природный водоем.

Для биоочистки используются:

Биореакторы с биопленкой Стоки очищаются при потреблении биопленкой в процессе аэробного окисления примесей органического происхождения и окисления аммонийного азота воздухом.

Для развития биопленки используют различные виды загрузочных материалов.

Незатопленные биофильтры Предварительно отстоенные стоки поступают сверху вниз через слой загрузки. В капельные устройства с загрузкой из щебня воздух проникает самостоятельно, в аэрофильтры поступает при помощи вентиляторов. В устройства с пластиковой загрузкой воздух не подается.
Затопленные биофильтры Стоки поступают в биореактор с загрузкой. Воздух подается снизу через пневматическую аэрационную систему. Очищенная жидкость направляется на отстаивание.
Роторные биофильтры (биобарабаны) СВ поступают через лоток круглого сечения, в котором вращаются полузатопленные диски или засыпанная в сетчатый барабан загрузка.

На их поверхностях развивается биопленка. Аэрация происходит в результате прохождения биопленки через воздушную среду.

Аэротенки Стоки обрабатываются в контакте с активным илом. Прошедшая через определенные участки устройства иловая масса поступает на илоразделение. Большая часть отделенного ила рециркулирует в аэротенк. В необходимые зоны аэротенка подается воздух. Неаэрируемые зоны перемешиваются.

Выделяют несколько подпроцессов биологической обработки воды в аэротенках.

Перечислим основные:

  1. Полная биоочистка. Органика удаляется при биохимическом окислении бактериями с потреблением кислорода воздуха.
  2. Полная биоочистка с нитрификацией. Происходит удаление органики в результате биохимического окисления гетеротрофными бактериями и окисление аммонийного азота до нитратов. Процессы сопровождаются потреблением бактериями кислорода воздуха.
  3. Биоочистка с удалением азота. Органика удаляется в результате биохимического окисления гетеротрофными бактериями и окисления аммонийного азота до нитратов. Процессы сопровождаются потреблением бактериями кислорода воздуха.
  4. Биоочистка с удалением азота и химическим удалением фосфора. Проводится путем добавления реагентов.

Биологическая очистка наиболее эффективна в отношении тяжелых металлов, а также специфических органических загрязнений.

Активный ил биологических очистных аппаратов включает 3 составляющих, способных связывать ионы тяжелых металлов:

  1. Биологическую.
  2. Органическую (вне биомассы).
  3. Неорганическую.

Задержание тяжелых металлов активным илом происходит в результате сорбции. Нефтепродукты и СПАВ удаляются активным илом в результате биохимического окисления.

После завершения биохимических процессов в аэротенке очищенная жидкость отделяется от активного ила, основная масса которого возвращается в аэротенк.

В обработанной воде содержатся частицы отмершей биопленки, которую отделяют при помощи гравитационного илоразделения.

Термические способы

Термические способы очистки стоков также называют термоокислительными. Технология относится к деструктивным методам, применяется для очистки стоков нефтеперерабатывающих, азотных, целлюлозно-бумажных производств.

Все орга­нические загрязнения во время обработки кислородом воздуха при высоких температурах полностью окисляются до неток­сичных соединений.

Фото 7

К таким способам относятся:

  • жидкофазное окисление;
  • парофазное каталитическое окисление;
  • плазменный или «огневой» метод.

Парофазное каталитическое окисление

Применяется для очистки вод с высокой концентрацией органи­ки. Высококонцентрированные стоки сжигаются в печах камерного типа при 900–1100 °С. Иногда объемов органических веществ оказывается достаточно, чтобы сжигание происходило без использования топлива.

Если содержания органики недостаточно для горения, воды сжи­гаются в газовой печи циклонного типа. В пламя печи (температура 900–1100 °С), которое образуется при сжигании природного газа, через форсунки подается сточная жидкость.

Интенсивный процесс протекает в паровой фазе в присутствии медно-хромового или медно-марганцевого катализатора.

Жидкофазное окисление

В основе метода – окисление растворенной органики кислородом при определенных условиях – температуре среды 100-350 °С и давлении 2-28 МПа. Под высоким давлением растворимость кислорода увеличивается, что в свою очередь приводит к ускорению окисления органических примесей. При этом нелетучие соединения окисляются преимущественно в жидкой фазе, а летучие – в парогазовой.

Огневой метод

Самый универсальный, и при этом эффективный из термических способов. Принцип очистки заключается в распылении стоков непосредственно в нагретые до 900-1000°С топочные газы. Вода полностью испаряется, а органика сгорает.

Присутствующие в стоках минеральные примеси образуют оплавленные частицы, которые улавливаются в фильтровальных установках.

Способ применяется для обезвреживания не­больших объемов стоков, загрязненных высокотоксичными ор­ганическими соединениями, удаление которых другими методами неэффективно или не­возможно.

Почвенная очистка

Почвенный метод обработки стоков основана на способности почвы к самоочищению, которое происходит в результате совокупности сложных физико-химических и биологических процессов.

Очистка проводится на полях орошения или на полях фильтрации. Поля орошения – земельные участки, подготовленные и спланированные под очистку СВ и выращивание сельскохозкультур. Если территории предназначаются только для очистки стоков, они называются «поля фильтрации».

При фильтрации сточных вод через почву загрязнения задерживаются в верхнем слое. Взвешенные и коллоидные вещества создают на частицах почвы пленку, заселенную микроорганизмами. Пленка адсорбирует растворенную в сточной жидкости органику.

Присутствие кислорода является необходимым условием нормального хода процесса, с помощью кислорода, поступающего из воздуха в поры почвы, микроорганизмы трансформируют органические соединения в минеральные.

Фото 8

В верхних слоях (до 0,3 м) кислорода больше, поэтому процессы окисление органики и нитрификация протекают интенсивнее. Нижние слои почвы – бескислородная зона анаэробиоза, где окисление растворенной органики происходит только за счет денитрификации, так как поступающие в эту зону стоки поступают с высоким содержанием нитритов.

Окисление

Окислительные методы деструкции токсичных минеральных и органических веществ:

  • цианидов;
  • роданидов;
  • нитритов;
  • фенолов;
  • СПАВ;
  • пестицидов;
  • сульфидов
  • меркаптанов;
  • альдегидов;
  • красителей;
  • сернистых соединений

основаны на их трансформации в малотоксичные или нетоксичные соединения.

Технология включает в себя окисление:

  • активным хлором;
  • озоном;
  • пероксидом водорода;
  • кислородом на катализаторах;
  • перманганатом калия.

Кроме того, на некоторых предприятиях проводится:

  • электрохимическое окисление на аноде;
  • жидкофазное окисление;
  • сжигание в циклонных печах;
  • в печах с псевдоожиженным слоем.

Нейтрализация

Сточные воды часто загрязнены минеральными кислотами:

  • серной;
  • азотной;
  • соляной,

а также их смесями.

Нейтрализации подвергаются сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи. Практически нейтральные воды имеют рН 6,5–8,5. Для нейтрализации кислых сред в воду вводятся щелочи, а щелочных – кислоты.

Во время реакции между гидратированными ионами водорода кислот и ионами гидроксила в основаниях образуются молекулы воды.

В результате концентрация каждого иона становится как у самой воды, активная реакция водной среды приближается к pH = 7.

Способы нейтрализации:

  • смешение кислых и щелочных стоков;
  • введение реагентов;
  • фильтрование кислых стоков через нейтрализующие материалы;
  • абсорбция кислых газов щелочными стоками или абсорбция аммиака кислыми стоками;
  • продувка газами.

Выбор технологии зависит от:

  • объема;
  • концентрации;
  • режима поступления СВ
  • стоимости реагентов.

В результате нейтрализации образуются осадки – в объеме, который определяется концентрацией и составом стоков, видом и количеством реагентов.

Фото 9

Смешение применяется в тех случаях, когда стоки не загрязнены другими компонентами.

Для нейтрализации кислых вод используются:

  • щелочи;
  • сода;
  • аммиачная вода;
  • карбонаты кальция и магния;
  • доломит;
  • цемент.

Самый экономичный реагент – известковое молоко. Можно использовать отходы производства, например, металлургические шлаки используют для нейтрализации стоков, загрязненных серной кислотой.

В промышленных сточных водах наряду с кислотами присутствуют растворенные соли цветных и тяжелых металлов.

Поэтому при нейтрализации кислот щелочные реагенты расходуются еще и на осаждение гидроокисей, солей и карбонатов металлов.

При нейтрализации фильтрованием кислые воды пропускаются в вертикальных или горизонтальных фильтрах-нейтрализаторах через слой:

  • магнезита;
  • доломита;
  • известняка
  • шлака;
  • золы.

Применение отходящих кислых газов, содержащих СО2, SO2, NO2, NaО2 позволяет не только нейтрализовать воду, но и одновременно очистить сами газы от вредных примесей.

Глубокая очистка (доочистка)

Доочистка применяется для повышения качества очистки сточных вод – выше возможностей биологической очистки по взвешенным веществам, фосфатам, БПК, аммонийному азоту. Качество удаления загрязнений в процессе доочистки определяется условиями отведения очищенных стоков.

Способы доочистки:

  • фильтрование;
  • биологическая обработка в биологических прудах с естественной и искусственной аэрацией, а также на сооружениях доочистки, устроенных по принципу аэротенков с загрузкой;
  • флотация, основанная на способности гидрофобных частиц прилипать к пузырькам газа (воздуха), всплывая на поверхность с образованием пены;
  • сорбционный (например, с использованием активированного угля), при котором из очищенных стоков удаляется остаточная растворенная органика;
  • окисление остаточных примесей сильными окислителями – хлором, перманганатом калия, озоном.

Кроме того, применяются различные комбинации перечисленных методов.

На некоторых предприятиях применяются такие способы доочистки от взвешенных веществ:

  • ультрафильтрационные мембраны;
  • дисковые (зажимные) механические фильтры.

Фильтрование

Для доочистки воды на большинстве объектов применяют фильтрование – процесс улавливания загрязнений в пористой среде из зернистых минеральных, искусственных полимерных и волокнистых материалов.

Фото 10

Очистка осуществляется за счет адгезии загрязнений к поверхности загрузки, а также за счет механического задержания в порах.

Чтобы полностью удалить из воды все вредные примеси, ее подвергают тщательной фильтрации на установках, оборудованных различными фильтрами. Далее вода поступает в отстойник, затем на другие очистные сооружения.

Фильтры бывают:

  • зернистые;
  • дисковые;
  • безнапорные стационарные с ворсистой тканью;
  • биофильтры;
  • когезионно-очистительные.

Конструкции доочистных сооружений бывают:

  • напорные;
  • безнапорные;
  • оборудованные противотоком;
  • с функцией принудительной промывки.

Различные категории фильтрующей загрузки:

  1. Инертные. Не вступают в реакцию с очищаемой жидкостью. Загрязнения остаются в фильтрующей массе.
  2. Сорбционные. Примеси поглощаются фильтрующими частицами.
  3. Ионообменная очистка. Между фильтрующими фракциями и компонентами стоков происходит ионный обмен, структура воды меняется.

Зернистые материалы:

  • песок;
  • керамзит;
  • цеолит;
  • гравий;
  • горелые породы;
  • антрацит;
  • искусственные загрузки (полистирол, пенополиуретан, волокнистые отходы синтетических волокон).

Блоки с загрузкой размещаются в резервуарах из:

  • стеклопластика;
  • железобетона;
  • металла;
  • нержавеющей стали.

Фильтрующий материал нуждается в периодической регенерации. Для этого загрузка промывается водой (иногда с добавлением реагентов) или обрабатывается водновоздушной смесью.

Адсорбция

Адсорбционный метод применяется для глубокой очистки СВ от различных органических соединений:

  • углеводородов;
  • их галогенпроизводных и нитропроизводных;
  • синтетических красителей;
  • СПАВ;
  • фенолов;
  • аминов;
  • пестицидов;
  • высших жирных и ароматических кислот.

Фото 11

Адсорбция на конечных стадиях обработки стоков способна обеспечить высокое качество очистки, соответствующее требованиям, установленным для природных водоемов рыбохозяйственного назначения.

Флотация

Метод для очистки СВ от масел, нефтепродуктов, других жидких отходов и прочих загрязнений. Основан на выделении вредных примесей с помощью диспергированного воздуха.

Кинетика определяется физико-химическими характеристиками частиц.

Играют роль:

  • смачиваемость поверхности загрязняющих веществ;
  • способность адсорбироваться на поверхности пузырьков воздуха (газа);
  • способность создавать с реагентами устойчивые гидрофобные соединения;
  • поверхностное натяжение жидкой фазы (воды).

Флотация бывает напорной, импеллерной. Также бывает электрофлотация.

В процессе обработки образуется поверхностный продукт (флотопена), включающий выделенные загрязнения и донный осадок. Чтобы увеличить интенсивность и эффективность процесса, флотацию дополняют введением реагентов, флокуляцией или коагуляцией. При этом высокий эффект очистки сопровождает снижение потери воды (в сравнении с отстаиванием).

Электролиз

В процессе очистки СВ электрохимическое окисление протекает на положительном электроде – аноде, которому ионы отдают электроны.

Присутствующие в воде загрязнения полностью распадаются на более простые и нетоксичные вещества, которые легко удаляются другими способами.

В качестве анодов используются различные электрически нерастворимые вещества:

  • графит;
  • магнетит;
  • диоксиды свинца,
  • марганца;
  • рутения.

Эти вещества наносят на титановую основу.

Катоды для электролиза производят из:

  • молибдена;
  • графита;
  • сплава железа с вольфрамом;
  • сплава вольфрама с никелем;
  • нержавеющей стали;
  • других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом, а также их сплавами.

Магнитная сепарация

Один из способов безреагентной очистки стоков.

Применяется при очистке стоков, образующихся от:

  • производства стали и проката;
  • механической обработки металлов;
  • подпитки котлов;
  • тонкой очистки конденсата.

Для извлечения ферромагнитных или парамагнитных включений используют электрические или постоянные магниты.

Ионный обмен

Метод удаления ионов металлов, анионов минеральных и органических кислот. Ионный обмен или ионная сорбция – процесс обмена между ионами, которые находятся в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита.

Очистка производственных стоков методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные или высокоопасные примеси:

  • соединения мышьяка и фосфора;
  • хром;
  • цинк;
  • свинец;
  • медь;
  • ртуть;
  • ПАВ;
  • радиоактивные вещества.

Реагентная обработка

Применяется для очистки СВ от ионов тяжелых металлов (наиболее распространенный для этих целей способ).

Технология включает:

  • процессы нейтрализации;
  • окислительные и восстановительные реакции;
  • осаждение;
  • обезвоживание осадка.

Фото 12

Ионы тяжелых металлов трансформируются в гидроксидные соединения в результате повышения рН усредненных стоков до показателей их гидратообразования с осаждением и фильтрацией.

Главное преимущество реагентной очистки – эффективное обезвреживание кислотно-щелочных стоков различных объемов с любой исходной концентрацией тяжелых металлов.

Среди недостатков:

  • высокий расход реагентов;
  • получение неутилизируемого осадка;
  • повышение концентрации солей;
  • значительные эксплуатационные расходы;
  • необходимость организации системы содержания реагентного хозяйства.

Экстракция

Применяется для очистки малых объемов концентрированных стоков от органических загрязнений:

  • летучих и нелетучих фенолов;
  • нефтепродуктов;
  • пестицидов.

Способ идеален при:

  • значительном содержании извлекаемых веществ;
  • высокой товарной ценности примесей;
  • обработке стоков, содержащих высокотоксичные соединения – когда другие технологии неосуществимы.

После экстракции в воде остается много остаточных примесей, поэтому обработанные стоки подвергают доочистке другими методами.

Наилучшие доступные технологии

Все перечисленные выше методы относятся к наилучшим доступным технологиям и включены в соответствующие информационно-технические справочники (ИТС 8-2015, ИТС 10-2019).

Эффективность каждого метода в большей степени определяется правильностью подбора оптимального варианта в зависимости от исходного качественного и количественного состава стоков и требуемого результата очистки.

В этом разделе – кратко о перспективных технологиях, которые пока находятся на стадии научно-исследовательских работ или опытно-промышленного внедрения.

Эксперты оценивают методы как эффективные, позволяющие сократить эмиссии в окружающую среду. В скором времени новые технологии могут стать коммерчески доступными.

Фитотехнологии

Фитоочистная система – аналог природных водно-болотных объектов, оборудованных техническими элементами и встроенных в естественный ландшафт.

Группа способов предназначена для доочистки сточных вод от:

  • взвешенных веществ;
  • азота;
  • фосфора;
  • органики.

Технологии заключаются в использовании искусственно созданных очистных сооружений, заселенных специфическими микроорганизмами. Микробная среда развивается в корневой зоне растений, на субстратах, погруженных в водную среду.

Плюсы:

  • крайне низкие эксплуатационные расходы;
  • низкие затраты на техобслуживание;
  • отсутствие необходимости манипуляций по транспортированию и утилизации осадка;
  • малая численность персонала;
  • отсутствие потребности в реагентах.

Минусы:

  • сезонность;
  • длительность процесса;
  • невысокая эффективность очистки.

Биосорбционная доочистка

Способ глубокого удаления органических загрязнений и окисления аммонийного азота. Обрабатываемую воду очищают в фильтре-биореакторе с псевдоожиженной загрузкой (гранулированный активный уголь).

Рециркулирующие стоки насыщаются кислородом в эрлифтах. В итоге отмечается снижение ХПК на 40–60 %, до 5–15 мг/л, БПК5 – до менее, чем 3 мг/л.

Фото 13

Преимущества технологии – продолжительный срок службы загрузки, высокая эффективность в сравнении с инертными носителями биопленки.

Биологическая очистка с использованием гранулированных илов

Технология предназначена для удаления биогенных загрязнений. Метод также ориентирован на получение активных илов с высоким седиментационным потенциалом и пониженным иловым индексом.

Принцип основан на получении аэробных гранул, заселенных основными группами анаэробных бактерий. В основе формирования гранулированной биомассы – общий принцип формирования биопленок, согласно которой гранула зонально стратифицирована, внутри гранулы находятся денитрификаторы и фосфатаккумулирующие денитрифицирующие бактерии, а во внешних слоях «живут» аэробные гетеротрофы и нитрификаторы.

Такая структура создается благодаря глубине проникновения кислорода и субстратов в биопленку. Процесс циклический, реализуется при восходящем потоке, требует ограниченного периода времени для седиментации и регулирования кислородной среды.

Главные преимущества метода:

  • отсутствие химических реагентов;
  • многократное снижение затрат на оборудование (в сравнении с мембранным биореактором);
  • сокращение энергопотребления.

Ускоренная коагуляция/флокуляция и тонкослойное отстаивание

Метод предназначен для удаления взвесей и цветности, тяжелых металлов и золы из сточных вод сталеплавильных заводов, теплоэлектростанций.

Проводится в качестве доочистки для удаления загрязнений во взвешенном состоянии и попутного известково-содового умягчения для производства деминерализованной воды.

Для глубокой очистки стоков используется микропесок с размером песчинок 45-100 мкм. Его задача – хлопьеобразование, для чего материал функционирует в качестве затравочных зерен.

Микроскопические частицы обеспечивают развитую поверхность, усиливающую флокуляцию. Одновременно микропесок служит балластом или весом, ускоряющим осаждение. Потяжелевшие от микропесчинок хлопья быстро осаждаются, что позволяет использовать отстойники с максимально высоким водосливом и коротким периодом отстаивания стоков.

При этом требуемая под установку площадь:

  • в 5 раз меньше площади стандартного полочного отстойника или флотатора;
  • в 20 раз меньше классической системы осветления.

В результате доочистки снижаются концентрации по:

  • взвеси;
  • коллоидным примесям;
  • фосфору;
  • тяжелым металлам;
  • фекальным колиформам (> 90 %);
  • БПК и ХПК (60 %).

Показатель мутности сокращается на 90 %. Эффективность удаления загрязнений остается на высоком уровне даже при изменчивых показателях исходных стоков.

Преимущества метода:

  • высокое качество очистки;
  • компактность оборудования;
  • возможность простой модернизации действующих ОС;
  • короткое время выхода на режим;
  • возможность полной автоматизации с дистанционным управлением.

Микропесок может быть заменен на магнетит. При этом масса и осаждаемость хлопьев возрастают, соответственно, увеличивается и уровень осветления. В результате твердые частицы > 10 мкм удаляются практически полностью.

Кристаллизация фосфатов

Технология применяется на возвратных потоках, поступающих из установок обработки осадка. Вода очищается от фосфатов с получением сырья для производства удобрений.

Фильтрат или фугат от обезвоживания сброженного осадка обрабатывается в реакторе с псевдоожиженным слоем смеси песка и реагента (соли магния). Магний, фосфаты и аммонийный азот вступают в реакцию, образуя нерастворимое вещество струвит (магний-аммонийфосфат). В центре кристаллизации находятся частицы песка.

Струвит является практически готовым фосфорно-азотным удобрением, требуется лишь сушка и фасовка.

Видео по теме

Предлагаем вашему вниманию видео ролик, в котором кратко описаны основные технологические процессы очистки сточных вод и рассказано, как осуществляется обработка стоков в зависимости от их вида:

Заключение

Универсального метода очистки стоков, способного одинаково эффективно «работать» в воде, загрязненной органикой, обезвреживать кислоты или извлекать ценные примеси, не существует. Оптимальная технология подбирается под химический состав сточных вод с учетом специфики источников их образования, объемов и конечного результата очистки.