Управление и третиране на отпадъчни индустриални води

С управлението и третирането на отпадъчните индустриални води се цели да се защити околната среда и човешкото здраве. Индустриалните отпадъчни води са замърсени с разнообразни по характер и състав замърсители от органичен, минерален и бактериологичен произход. Много от замърсителите са трудно или напълно неразградими от протичащите естествени самопречистващи процеси във водоемите. Това изисква замърсените индустриални отпадъчни води да се пречистват и обезвреждат преди утилизация или заустване във водоемите.
В статията ще разкажем за използваните в практиката механични, химични, физикохимични и биологични методи за пречистване на индустриалните отпадъчни води.

Индустриалните отпадъчни води се образуват при употребата на водата в технологичните процеси на производствените предприятия - при извършване на химични реакции, при промиване на суровини, продукти, оборудване и т.н. Отпадъчните води от различните производства съдържат вредни вещества, като фенол, анилин, сероводород, соли на тежки метали - мед, олово, живак, хром. Така, в зависимост от своя произход, индустриалните отпадъчни води се разделят на замърсени и незамърсени - условно чисти. Замърсените води се подлагат на пречистване преди заустване във водоемите. Условно чистите води се използват за охлаждане в технологичните процеси и имат повишена температура. Спадат към оборотното водоснабдяване на предприятията.

Количеството и състава на производствените отпадъчни води зависи от режима на технологичния процес, състава на суровините, получаваните междинни изделия и продукти, произвежданата продукция и други фактори. Замърсяващите химически вещества в отпадъчните води се класифицират на биологично неустойчиви органични съединения, слаботоксични неорганични соли, нефтопродукти, биогенни съединения, тежки метали и биологично неразлагащи се органични синтетични съединения.

Разнообразният характер и състав на замърсителите в производствените отпадъчни води, налага използване на механични, химични, физикохимични и биологични методи за тяхното пречистване

Механично пречистване
Механичното пречистване се използва за отделяне от отпадъчните води на неразтворени грубо диспергирани примеси. То включва протичане на процеси, като прецеждане през решетки и сита - за груби влачени материали, задържане в пясъка на пясъкозадържатели, усредняване, утаяване, филтриране. Постига се до 90-95% отделяне на суспендираните вещества във водата. Концентрацията на органичните замърсители се намалява до 20-25% - по биохимично потребен кислород.

Основните съоръжения, влизащи в схемата на механичното пречистване на производствените отпадъчни води, са решетки - за задържане на едрите замърсявания от органичен и минерален произход, пясъкозадържатели - за отделяне на тежките минерални примеси - пясък, усреднители - за регулиране на дебита на отпадъчните води и концентрацията на замърсителите в тях, утаители - за отделяне на неразтворените примеси, филтри - за пълно избистряне на водата, съоръжения за обработка на получените утайки. За осигуряване на ефективна работа на съоръженията за механично пречистване се препоръчва използването на не по-малко от две основни работни съоръжения - решетки, пясъкозадържатели, усреднители, утаители или филтри.

В предприятията на нефтопреработвателната, химическата, хранително-вкусовата, текстилната и други промишлености, прецеждането на отпадъчните води се използва за предпазване на пречиствателните съоръжения от попадане в тях на големи предмети - камъни, дървета и др. Същите могат да предизвикат задръстване на тръбите и каналите и повреди в движещите се части на оборудването. Прецеждането се осъществява с решетки и сита. Ситата се използват за пречистване на отпадъчни води от текстилните и целулозно-хартиените и кожарските предприятия, кланиците, животновъдните ферми и др. Някои видове сита могат да се използват за допречистване на отпадъчните води, след биологичното пречистване в биобасейни или биофилтри.

Химично пречистване
Химичните методи за пречистване са свързани с протичането на химични реакции между замърсителите и прибавените реагенти. Получават се продукти, които по-лесно се отделят от отпадъчните води. Методите за химично пречистване се съчетават с механично и физикохимично пречистване - утаяване, филтруване, флотация и други.

Химичните методи за пречистване на отпадъчни води са неутрализация, окисляване, редукция, реагентни методи за отделяне на замърсяващите вещества във вид на малко разтворими и неразтворими съединения.

Отпадъчните води от химическата, металургичната, машиностроителната, нефтохимическата промишленост имат специфичен състав на замърсителите - киселини, основи, соли и други вещества. Последните трябва да бъдат неутрализирани преди отвеждането им във водоема или преди последващо приложение в технологичните процеси. За неутрална се счита отпадъчната вода с рН6,5 - 8,5.

За неутрализация на производствените отпадъчни води се прилагат методи като взаимна неутрализация на кисели и алкални отпадъчни води, реагентна неутрализация с разтвори на вар и разтвори на варовик, филтруване през неутрализиращи материали - варовик, доломит, креда.

За неутрализиране на алкални отпадъчни води се използват димни газове, които съдържат въглероден диоксид, серен диоксид, азотен диоксид и други.

Окисляването се прилага за обезвреждане на производствени отпадъчни води от оловно-цинковите и медодобивните обогатителни фабрики, галваничните цехове на машиностроителните заводи, нефтохимическата, целулозно-хартиената и други промишлености. В посочените промишлени предприятия се образуват отпадъчни води със съдържание на цианиди, сероводород, сулфиди, меркаптани и други вещества.

Най-голямо приложение в пречистването на промишлени отпадъчни води са намерили окислители като хлор, калциев и натриев хипохлорит, хлорна вар, хлорен диоксид, озон, технически кислород и кислород от въздуха. По-рядко се използват водороден пероксид, манганов диоксид, калиев перманганат и калиев бихромат.

За пречистване на производствени отпадъчни води, съдържащи феноли, цианиди, оцветители, инсектициди, лигнин, повърхностно - активни вещества - ПАВ, се използва методът на радиационно окисляване с излъчване на високи енергии. За източници на излъчвана енергия се използват радиоактивен кобалт и цезий, топлоотделящи елементи, ускорители на електрони и други.

Редукцията се използва за пречистване на отпадъчни води, съдържащи съединения на медта, хрома, арсена, живака, които лесно се редуцират. За пречистване на промивните отпадъчни води и отработените технологични разтвори, съдържащи шествалентен хром - от хромиране на повърхностите на стоманените изделия, от оксидиране на алуминиеви изделия и други технологични процеси, се прилага двуетапна редукция. В първия етап се извършва редукция на шествалентния хром в тривалентен, а във втория етап - утаяване на тривалентния хром под формата на хидроксид.

Най-голямо приложение като реагенти - редуктори са намерили солите на сернистата киселина - сулфит, хидрогенсулфит, хидросулфит. Използват се също като редуктори железен сулфат, серен диоксид, хидразин и други. Реагентните методи за отстраняване на замърсяващите вещества в производствените отпадъчни води под формата на слабо разтворими и неразтворими съединения се прилагат за води, съдържащи съединения на тежките цветни метали - мед, никел, кобалт, цинк, олово, кадмий, живак. Последните се утаяват под формата на хидроксиди, сулфиди или карбонати с алкални реагенти - утаители. Постига се понижаване на концентрацията на йоните на цветните тежки метали до стойности, позволяващи на отпадъчната вода да се включи в градската канализация или във водоемите.

Физико-химично пречистване
Физикохимичните методи за пречистване на производствените отпадъчни води намират най-ефективно приложение в локалните системи за пречистване на водите в предприятията. Тези методи се прилагат също в съчетание с механични, биологични и химични методи. Физико-химични методи за пречистване са коагулацията и флокулацията, флотацията, сорбцията, екстракцията, йонният обмен, евапорацията и други.

Коагулацията намира широко приложение в пречистването на промишлени отпадъчни води в предприятията на химическата, нефтохимическата, нефтопреработващата, целулозно-хартиената, текстилната, металообработващата и други промишлености. При коагулацията се извършва уедряване на замърсяващите фино диспергирани и колоидни частици под действието на междумолекулни сили в по-големи агрегати, чрез прибавяне на други вещества - коагуланти. Коагулантите предизвикват коагулацията на замърсителите, хидролизират се в слаборазтворими продукти като се обединяват в по-големи агрегати, т.е. увеличават скоростта на утаяване на замърсителите. Най-често употребявани коагуланти са солите на алуминия и желязото, които се хидролизират при контакт с водата. При коагулацията се образуват значителни количества утайки с влажност 96-99%. Обемът на получената утайка представлява 10-20% от обема на пречистваната вода.

Флокулацията е процес на агрегиране на дисперсните частици, под действието на високомолекулни съединения - флокуланти. Флокулантите спомагат за по-бързото образуване на парцалеста утайка от хидрооксидите на коагулантите. Осигуряват слепването на агрегатно неустойчивите частици и повишават плътността и здравината на образуващите се агрегати, т.е. намалява се разходът на коагулант и се повишава ефективността на пречиствателните съоръжения.

Най-широко промишлено приложение от неорганичните флокуланти има активната силициева киселина, а от органичните полиакриламидът - ПАА. Оптималната доза на активната силициева киселина е 3-6mg/l. ПАА е синтетичен полимер с йоногенни групи - полиелектролит. Той се причислява към групата на анионните флокуланти. Проявява се като полимерен мостообразовател, спомагащ за свързване на частиците в по-голям агрегат. Оптималната му доза се изменя от 0,2 до 1mg/l.

По-висока степен на пречистване се постига при предварителна коагулация с последваща флокулация. Флотацията е процес за отстраняване от отпадъчната вода на повърхностно активни вещества, нефт и нефтопродукти, масла, различни влакнести материали и др. Образуват се агрегати - „частици въздушни мехурчета”, които изплуват на повърхността на течността и образуват слой пяна. В този пенен слой се съдържат замърсяващите вещества с голяма концентрация. С отстраняването на пенния слой от повърхността на течността водата се пречиства.

Нормалното протичане на флотацията зависи от способността на частиците да се омокрят и прилепват към въздушните мехурчета. Молекулното прилепване е възможно, когато частиците не се омокрят или се омокрят слабо. Колкото по-голяма е площта на контакт на въздушните мехурчета с флотируемите частици, толкова по-успешна е флокулацията. За стабилността и равномерното разпределение на мехурчетата в пречистената вода се прибавят реагенти – пенообразователи като крезол, ксиленол, тежки пиридини и други.

Сорбцията е процес за отстраняване от отпадъчната вода на ароматни съединения, слаби електролити или неелектролити, оцветители, ненаситени съединения, хидрофобни мастни съединения и други. Методът дава възможност от отпадъчните води да се извличат ценни разтворени вещества с повторно използване. Пречистената вода може да се включи в оборотното водоснабдяване на предприятието. Сорбцията се явява ефективен метод за дълбоко пречистване на отпадъчни води от разтворени органични вещества. Отстраняват се устойчиви органични вещества, които са биохимично неразтворими - танини, лигнини, протеини, пестициди и други вещества, придаващи цвят и мирис на водата. Степента на пречистване може да достигне 100%. Прилага се за дълбоко пречистване на отпадъчни води от целулозно- хартиената, коксохимическата, химическата, текстилната и други промишлености. Използва се самостоятелно или в съчетание с биологично пречистване. За сорбенти се използват активен въглен, силикагели, золи, раздробен кокс, торф, сгурия, активни глини и други. Сорбцията в динамични условия се осъществява във филтри, заредени със сорбент - най-често активен въглен.

Екстракцията е процес на извличане на течни органични вещества от замърсена вода, които не се смесват с нея. Използва се за отделяне от отпадъчната вода на феноли, мастни киселини, също и на мед, никел, цинк, кадмий, живак и др. Икономически е целесъобразна, когато концентрацията на замърсителя в отпадъчната вода е голяма или когато той е ценна суровина за производството. Процесът е ефективен за пречистване на отпадъчни води, с концентрации на замърсителите равни или повече от 2g/l. Най-разпространените екстрагенти за извличане на феноли и мастни киселини - бензоена, хлороцетна, пикринова, са бутилацетат, амилов алкохол, толуен, бензен, хлороформ.

Йонният обмен е процес за пречистване на отпадъчните води от тежки цветни метали - мед, никел, цинк, олово, кадмий и други, хром, ПАВ, цианиди и радиоактивни вещества, с използване на йонити. Постига се висока степен на пречистване на отпадъчната вода. Осигурява се възможност за повторното є използване в технологичните процеси или в оборотното водоснабдяване.

Пречистването на отпадъчните води от йони на медта, никела и други метали се извършва във филтри, заредени със силно кисели катионити - КУ-1, КУ-2 и други. За пречистването на отпадъчни води от йоните на тежките метали се прилагат йонити от силикатно - калциеви материали - шлак и шлам от металургичните производства. Отпадъчните води от производството на амониева селитра, съдържащи амоняк, се пречистват с катионита КУ-2. Пречистените води могат отново да се използват в производството. С йонния обмен от отпадъчните води могат да се отделят феноли, анилин, антибиотици, ПАВ, алдехиди и други. Йонитите се прилагат за обезцветяване на отпадъчните води от целулозно - хартиената промишленост с 95% ефект. Едновременно с обезцветяването се отделят 90% органични вещества.

Евапорацията е физикохимичен процес, при който нагрята водна пара се пропуска в противоток през нагрети 100°С отпадъчни води. По този начин от тях се извличат изпаряемите замърсяващи вещества. Парата, смесена със замърсяващите вещества, намиращи се в газообразно състояние, се регенерира. За поглъщател, който задържа замърсяващите вещества, се използва натриева основа с температура 100°С. Очистената пара отново се използва за пречистване на отпадъчните води. Пречистването се осъществява в специални апарати - колони, в които процесът протича непрекъснато.

Биологично пречистване
Биологичното пречистване на отпадъчни води от органични и неорганични замърсители се осъществява с помощта на микроорганизми. Микроорганизмите използват замърсяващите вещества за храна в процеса на своята жизнена дейност.

Основният процес, протичащ при биологичното пречистване на водите, е биологичното окисляване. Последното се осъществява от съвкупност на множество микроорганизми - бактерии, едноклетъчни организми, гъби и др., свързани помежду си от сложни взаимоотношения - метаболизъм, симбиоза и антагонизъм. Бактериите имат водеща роля в съобществото. С извършването на окислителните процеси органичните вещества се превръщат в крайни безвредни минерални продукти, т.е. извършва се минерализация.

В зависимост от условията на протичане на минерализацията, биохимичните процеси се разделят на аеробни - в присъствие на свободен кислород и анаеробни - в отсъствие на свободен кислород, т.е. гниене.

С протичането на биологичните процеси, освен разтворени вещества, микроорганизмите разтварят и неразтворени органични вещества - бензоена киселина, фенол, сяросъдържащи вещества, анилин и други.

В съоръженията за биологично пречистване при естествени условия - биологични езера се пречистват отпадъчни води от нефтохимическата промишленост, предприятията на органичния синтез и други. Препоръчва се пречистените в биологичните езера отпадъчни води да бъдат подложени на допречистване в утаителни секции.

В съоръженията за биологично пречистване при изкуствени условия – биобасейни, се пречистват отпадъчни води с активна утайка. В тях се извършва непрекъснато размесване с подаване на кислород - въздух от различни аерационни системи. Образуваната биомаса се отделя от отпадъчните води във вторичния утаител като утайка.

Установено е, че някои микроорганизми - Psedomonas maltophila, Staphylococus aures, Citobacter sp и други, адсорбират добре йоните на тежки метали - хром, олово, мед, кадмий, никел, цинк и други.




Видове спомагателни съоръжения при механично пречистване

Хидроциклоните са допълнителни съоръжения, които се използват за допречистване на отпадъчните води чрез филтрация. Освен хидроциклони се изграждат още бункери, площадки и събиратели на пясък за допълнителна обработка на утаилия се в песъкозадържателите пясък, характеризиращ се с висока влажност. В близост до пречиствателните станции се изграждат бункери. При по-големите пречиствателни станции, когато е необходимо се изграждат повече от един бункер. Преди самият бункер се монтира хидроциклон. Най-често се използват напорни хидроциклони, които обезводняват пясъка и отделят останалите в него органични вещества. Изградените площадки се използват единствено за обезводняването на пясъка, затова са с дрениращо дъно. Разделят се на секции и се ограждат с диги. Ако теренът позволява, могат да се изградят събиратели на пясък.

Мазниноуловител или маслоуловител се поставят след решетките и песъкозадържателя при необходимост – в зависимост от качеството на водата. Мазниноуловителите са предназначени за захващане на олиа и мазнини, които се оттичат в отпадни води от кухни, хранително-вкусови цехове, цехове за обработка на месо и други. Те служат за защита на канализацията и другите съоръжения в канализационната мрежа от полепвания и замърсяване. Монтират се на отпадната канализация възможно най-близо до мястото на възникване на отпадни води съдържащи мазнини. Използването на мазниноуловители се препоръчва и преди домашни пречиствателни станции. Там водите съдържат голямо количество мазнини, чийто разграждане предизвиква окисление и причинява биохимични и механични повреди, следователно и понижаване на ефективността на пречиствателните станции за отпадни води.