Свинец относится к веществам второго класса опасности, в связи с чем подвергается контролю со стороны санитарных служб. В статье мастерсантехник расскажет, как удалить свинец из сточной воды.
Каким путем свинец попадает в воду
В чистом виде свинец в природе встречается крайне редко. В естественные водоёмы соединения свинца попадают с атмосферными осадками, из-за вымывания пород и почв. Но как любое минеральное сырье он содержится в минеральных отложениях и рудах. Он вымывается и выветривается из подземных и горных пород, попадая в результате круговорота веществ и вод в различные источники.
Но самый большой вклад в загрязнение водных источников вносит деятельность человека. Огромное количество свинца поступает в воду со стоками промышленных и горно-обогатительных предприятий. Использование тетраэтиленсвинца в автомобильном топливе, бытовые отходы, сжигание угля – так же одни из самых распространённых способов попадания тяжёлых металлов в грунтовые и открытые воды. Наибольшее содержание тяжелых металлов в сточных водах электрохимической промышленности наблюдается при производстве химических источников тока: кислотных и щелочных аккумуляторов и гальванических элементов. К загрязнителям относятся: железо, свинец, никель, кадмий. При производстве кислотных аккумуляторов применяется свинец.
Предельно допустимая концентрация свинца в сточных водах
ПНД Ф 14.1:2.54-96 регламентирует методику количественного химического анализа проб природных и очищенных сточных вод для определения в них ионов свинца при массовой концентрации от 0,002 до 0,03 мг/дм³. Если массовая концентрация ионов свинца в анализируемой пробе сточной воды превышает верхнюю границу диапазона, то допускается разбавление пробы таким образом, чтобы концентрация ионов свинца соответствовала регламентированному диапазону.
Методы определения свинца в сточной воде
Для измерения массовой концентрации свинца в сточных водах используется множество методик. Одной из самых популярных, а значит и доказавших свою эффективность является инверсионная вольтамперометрия. Способ одобрен государственными организациями и позволяет определять уровень свинца в диапазоне от 0,5 до 1000 мкг/дм³. Чтобы устранить мешающее влияние органического фактора, пробу предварительно обрабатывают озолением или ультрафиолетовым облучением.
Также для определения свинца может использоваться колориметрический метод, который также называют плюмбоновым. Он подразумевает образование соединения свинца с плюмбоном. Металл предварительно экстрагируется дитизоном, после чего образуется дитизонат, разрушаемый под воздействием соляной кислоты. Эта реакция приводит к переходу ионов свинца в водный раствор, что помогает определить его концентрацию. Чувствительность метода составляет 0,5 мкг/л.
Как очистить воду от свинца
В случае определения высокой концентрации свинца в воде в обязательном порядке должны быть приняты меры по ее очистке от тяжелых металлов. Методы удаления свинца подходят и для других тяжелых металлов. Существует четыре основных способа, которые обеспечивают наибольшую эффективность:
Химический метод подразумевает доведение уровня рН до определенного значения. Согласно установленным нормам, достаточно изменить его до 9.0-10.5, после чего металлы перейдут в нерастворимую форму. Далее они начнут разделяться, выпадая в осадок. Для этого используются специальные осаждающие емкости. Этот процесс заметно упрощает удаление свинца из воды. При этом метод чувствителен к наличию в воде других соединений, которые препятствуют осаждению.
Мембранный метод требует использования специальных перегородок, на стенках которых происходит накопление свинца и других тяжелых металлов в гелеподобной консистенции. Они пропускают исключительно воду, удерживая примеси. Уровень свинца после завершения такой очистки падает до 1 мг/л. Это наиболее эффективный метод из перечисленных, что достигается способностью мембран разделять вещества.
Особенность обратного осмоса заключается в искусственном давлении, уровень которого выше осмотического давления самого раствора. Оно возникает во время перехода раствора через мембрану, содержащую более плотный состав. Недостатком подобного способа очистки считается сложность в реализации, которая выражается в продолжительном удалении концентрационного слоя. Также серьезному отбору подвергаются используемые материалы.
Ультрафильтрация – метод, в рамках которого воду проводят через специальную мембрану, пропускающую ионы и небольшие молекулы, но удерживающую более крупные частицы, а также загрязняющие вещества. Сам процесс требует применения особых ультрафильтрационых мембран, максимальный размер которых не превышает 0,1 мкм. Они обеспечивают задержку бактерий, примесей, а также свинца, марганца и других элементов.
В некоторых случаях для устранения проблем с превышенной концентрацией свинца в сточной воде достаточно реализации одного способа, но иногда могут потребоваться комплексные меры. Все зависит от объема сточных вод, места расположения источников загрязнителей и времени года.
Видео
В сюжете - Что провоцирует выбросы тяжелых металлов и какие существуют способы борьбы с ними
Задумывались ли вы о том, что происходит с водой, после слива унитаза? Вроде бы, тут всё понятно, вода уходит в канализацию, а далее в Москву-реку. Так, да не совсем. Сегодня мастерсантехник заглянет на Курьяновские очистные сооружения и мы посмотрим, что же происходит с нашей грязной водой. Поехали?
Как устроены очистные сооружения Москвы
Канализация Москвы в целом имеет уклон к Юго-Востоку. Из канализации вода приходит в начало "цепочки" - приёмно-распределительную камеру. Треть объёма воды, поступающей сюда - промстоки. Ливневая канализация относится к Мосводостоку и воды из неё в Курьяново не попадают.
Первым делом производится механическая очистка. Сорозадерживающая решетка (как и следует из её названия) задерживает крупный мусор
Тряпки, всяческие ошмётки еды, прокладки, презервативы и прочие следы жизнедеятельности оседают на решётках и убираются из воды
После этого вода попадает в первичные отстойники, где часть загрязнений просто оседает на дне и потом убирается.
Далее следуют аэротенки - здесь вода очищается при помощи активного ила с микроорганизмами
Запах рядом с аэротенком, конечно, есть. Но он не идёт ни в какое сравнение с запахом поступающей воды
Дальше снова в отстойники, но уже во вторичные. Главная задача вторичного отстойника - отделить от воды тот самый активный ил из аэротенка.
Элемент, направленный от центра к краю вращается, в нём находится илосос, который отстоявшийся ил и убирает
Вода, получаемая после вторичного отстойника по прозрачности не уступает той, что течёт в нашем водопроводе (но это не значит что её можно пить)
Слева - вода, зачерпнутая из вторичного отстойника, в центре - водопроводная вода, справа - неочищенная вода из канализации
Чайки частенько залетают
Осадок, полученный из воды на всех этапах, транспортируется для обезвоживания на иловые площадки, находящиеся в области
Как повседневная наша жизнь в быту, так и практически все без исключения производственные процессы, сопровождаются образованием значительных объёмов так называемых сточных вод. То есть, разного рода загрязненных в результате их использования жидкостей, которые необходимо удалить через канализационные сети. В этой статье мастерсантехник расскажет, о механической очистке сточных вод.
Методы механической очистки сточных вод
Механическая очистка сточных вод направлена на очищение бытовых жидкостей от взвешенных частиц примерно на 60%, от грубодисперсных нерастворимых элементов до 95%. Данная методика является высокоэффективной и при этом одной из самых дешевых.
Процеживание – осуществляется с применением сит и решеток, которые отлавливают крупные загрязняющие элементы и взвешенные частицы. Выглядит процесс следующим образом. Стоки проходят через сетку, та задерживает волокнистые соединения и крупные вещества, после чего вода поступает к мелкому ситу – он отлавливает уже более крупные загрязняющие компоненты. На выходе системы часто стоят микропроцеживатели, которые дополнительно задерживают нерастворенные элементы микроскопических размеров.
Отстаивание – метод, используемый для выделения взвешенных частиц с различной плотностью. Для механической очистки данным способом задействуют специальные отстойники. Отстаивание обычно используется для улучшения качества воды в системах водоснабжения замкнутого типа. Такие можно встретить, например, на объектах металлургической, рудной, химической промышленности. Для очистки сточных вод отстаиванием применяют жироловки, песколовки, маслоуловители, нефтеловушки, смолоуловители, сгустители, шлакоотстойники и прочие приспособления.
Фильтрование – данная методика нужна для удаления из стоков мелких включений различного происхождения. Главный очищающий элемент в данном случае – фильтры. Стоки, приходя через них, очищаются от лишних взвесей. Фильтр выбирается с учетом направления деятельности предприятия. В бумажной промышленности высоко востребованы вакуумные и сетчатые фильтры, для более «грязных» отраслей нужны уже гидроциклоны и центрифуги, осуществляющие более глубокую очистку.
Решетки – они задерживают достаточно крупные элементы, которые содержатся в сточных водах. Решетки устанавливают по направлению тока жидкости. Они представляют собой стержни из различных металлических сплавов, закрепленные на рамке. Устанавливаться стержни могут как вертикально, так и в наклонном положении. В пазухах решетки располагаются подвижные зубцы граблей. Их закрепляют на пластинчато-шарнирной цепи. Цепь в движение приводит привод с передачей шестеренчатого типа. Со стенки решетки отбросы снимают грабли, которые затем поднимают загрязняющие вещества на подвижную ленту. Взвешенные частицы направляются в дробилку, где размельчаются. Есть решетки-дробилки, которые задерживают твердые вещества и сразу перемалывают их. Установка монтируется в камеры с круговой подачей стоков. Электродвигатель через коробку передач сообщает вращение барабану решетчато-дробильной установки. Он же задерживает отходы, которые есть в стоках, и отвечает за их передачу к режущим гребням. Последние перемалывают твердые элементы, и те опять поступают в сточные воды.
Песколовки – данные устройства нужны для отсеивания и удаления минеральных примесей. Удельная масса частиц всегда больше удельной массы воды, благодаря чему минеральные компоненты по мере перемещения жидкости в резервуаре начинают выпадать на дно. Во многом работа песколовки зависит от скорости движения водных масс. В среднем такие устройства рассчитаны на удержание частиц 0.25 мм и более. Допускать оседания мелких минеральных частичек нежелательно. Поэтому скорость тока воды должна быть большой – 0,15-0,3 м/с. Горизонтальные песколовки монтируются в тех местах, где сточные воды перемещаются в горизонтальном направлении, по кругу либо прямолинейно. В состав таких песколовок входит два элемента – рабочий и осадочный. Очищаются агрегаты гидроэлеватором либо насосом. В среднем они задерживают до 75% всех содержащихся в стоках минеральных примесей.
Отстойники – они нужны для выделения механических частичек из сточных вод. Отстойники делятся на несколько категорий с учетом их назначения и конструктивных особенностей. Основные виды – вторичные и первичные, радиальные, горизонтальные и вертикальные.
Иловые площадки – применяются для осушения влажного осадка, который сбрасывается из метатенков, отстойников и других аналогичных сооружений. Иловая площадка подсушивается до отметки в 75% (речь идет о влажности), и объем отбросов снижается (от 3 до 8 раз). Чисто визуально иловая площадка – это выделенный участок земли, который окружают земляные валки. Осадок на нее наливается слоями, происходит испарение части жидкости, другая часть попадает в грунт. Подсушенный осадок погружается на машины и вывозится. Иловая вода перекачивается на очистные сооружения.
Мы назвали все основные сооружения, которые используются для механической очистки сточных вод. Возможно применение и других установок – они подбираются с учетом количества сточных вод, типа загрязнений и прочих факторов.
Технологии, решения и схема
Зная о том, какие сооружения и устройства устанавливаются на станциях очистки, можно понять и схему их взаимодействия. Так с разных точек объекта все стоки подаются в водосборник, из которого направляются на очистную станцию. Там первичное удаление примесей производится с применением процеживающих решеток. Отходы, которые остались на них, подаются в шламосборник, а вода, прошедшая предварительную обработку и уже лишенная крупных частиц, поступает в секцию для отстаивания. Там она очищается песколовкой и отстаивается.
Следующий этап очистки стоков – осветление в осветлителе. В него направляется сток с гидрокрекинга, который выполняет роль коагулянта. После осветления водные массы подаются на пресс-фильтр. Там из них извлекаются частички с минимальным диаметром, а собранный шлак направляется в специальную емкость для дальнейшей переработки. Весь шлак отправляется в специальную емкость для переработки.
Принципы действия механической очистки сточных вод
Таким образом, все механические методы очистки стоков делятся на несколько категорий:
Фильтрование;
Процеживание;
Отстаивание;
Флотация;
Дисковая фильтрация;
Центрифугирование (гидроциклоны).
Соответственно, разными будут и принципы очистки стоков. Подробнее о применении различных очистных приспособлений мы писали выше.
Другие методы очистки воды
Пройдя систему физического очищения, стоки самотоком переходят к следующим методам очистки – биологическому, химическому либо комбинированному. Рассмотрим их виды.
Мембранный способ предполагает прохождение стоков через особый фильтр – мембрану. Тип и принципы очистки подбираются с учетом состава водных масс и особенностей их дальнейшего применения.
Видео
В сюжете - Очистка сточных вод на водоканале
Механический способ очистки стоков – самый старый, но по-прежнему актуальный. Как правило, он используется для подготовки водных масс к последующей более глубокой очистке, но может выполнять роль и самостоятельной метода. Стандартная механическая очистка имеет минимальную цену. Также для данного способа удаления взвесей в последние годы стали использоваться нанотехнологии.
Во многих системах очистки сточных вод для удаления органики после отстаивания и фильтрации используется метод флотации. Средством осуществления этого процесса удаления загрязнений является специальное устройство – флотатор. В этой статье мастерсантехник расскажет о принципах работы, видах и плюсах и минусах использования.
В переводе с английского флотация означает плавание на поверхности воды. В сфере водоочистки она используется для выделения мелких твердых частичек, коллоидных взвесей, растворенных веществ.
В основе процесса – индивидуальная способность к смачиванию и поведение сред на границе раздела газовой и жидкостной фаз. Не смачиваемыми водой являются только гидрофобные вещества, а гидрофильные соединения отличаются высокой смачиваемостью. Упрощенно процесс флотации можно описать следующим образом. В очищаемую воду подается диспергированный воздух, гидрофобные частички начинают приближаться к пузырьку воздуха, прослойка воды между гидрофобной частицей с воздушным пузырем истончается и разрывается. В результате образуется комплекс из гидрофобной частицы и пузырьков газа, который затем всплывает на поверхность стоков, поскольку он имеет меньшую, чем гетерогенная система, плотность. Этот пенистый слой постепенно удаляется с помощью специального механизма.
Флотатор – аппарат для разделения загрязняющих веществ и воды с применения воздушного потока. Он содержит систему смешения с реагентами, pH-контроллер.
Система смешения функционирует в автоматическом режиме и непосредственно зависит от поступающего потока воздуха. Также флотатор может оснащаться пузырьками, удаляющими образующуюся пену.
От чего зависит эффективность флотации для очистки воды
На эффективность процесса флотации оказывает влияние целый ряд факторов. Так чем больше показатели гидрофобности частичек, тем лучше они взаимодействуют с пузырьками воздуха и флотационным комплексом. Но поскольку значительная часть примесей является гидрофильной, в стоки нужно добавлять специальные реагенты – они повышают гидрофобность загрязнителей.
Также пузырьки должны быть стойкими к разрушениям и достаточно крупными – в таком случае они смогут без проблем поднять загрязнители на поверхность воды. Но учтите, что слишком крупные пузырьки всплывают, не успев вступить в контакт с загрязняющими веществами. Очень важную роль в процессе флотационной очистки стоков играет общее число воздушных пузырьков и равномерность их распределения.
Плюсы и минусы использования флотации
Метод флотации, как любой другой способ очистки стоков, имеет свои сильные и слабые стороны. Начнем с преимуществ:
Стоимость методики является максимально доступной.
Оборудование недорого стоит и не требует сложного обслуживания.
Ряд примесей из воды в процессе флотации выделяется очень хорошо.
Скорость очистки стоков получается высокой.
К недостаткам можно отнести избирательное воздействие воздуха на загрязнители, имеющие разные показатели гидрофобности. Также вам нужно будет регулярно проверять настройки электрического флотатора и использовать специальные реагенты (если вы, конечно, хотите добиться максимальной эффективности очистки).
Виды и способы флотации, используемые для получения ультрачистой воды
Очистка стоков методом флотации осуществляется разными способами. Рассмотрим их.
Технология напорной флотации для очистки стоков
В данном случае воздух выделяется вакуумным или напорным методом. В случае с напорным выделением пузырьков в воду под давлением запускают кислород, в результате чего на поверхности стоков и начинают образовываться пузырьки. При вакуумной флотации сточная вода проходит через камеру аэрации, в которой насыщается воздухом. Затем стоки подаются в дезаэратор, из воды удаляется лишний (не растворенный) воздух, а серая жидкость переливается во флотационную камеру. В камере давление опускается до критических показателей, в результате чего и начинают образовываться воздушные пузырьки. Данный способ идеально подходит для удаления мелкофракционных и мелкодисперсных включений.
Механический способ насыщения воды воздухом
Данный способ обогащения стоков воздухом состоит в (один из вариантов):
Их перемешивании турбиной в специальной центрифуге. За образование небольших пузырьков отвечает импеллер, он же удаляет жиры и нефтепродукты. Устройство позволяет изменять величину пузырьков в процессе флотации – чем быстрее вращается турбина, тем меньше будут пузыри.
Перемешивании воды с помощью рабочего колеса с лопастями. Метод относится к безнапорным, он хорош для удаления крупнодисперсных, волокнистых примесей (шерсть, нити, волосы, пр.). Пузырьки в данном случае получаются крупными.
Обогащении стоков воздухом с применением специальных труб, расположенных на дне грязевого резервуара. Данный способ называется пневматическим, его используют при необходимости очистки агрессивных для обработки в безнапорном колесе или импеллере водных масс.
Все схемы предполагают проведение воды через стадию завихрения.
Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала
Способ состоит в проведении воздушного потока через специальные пористые структуры. Пример – специальные тонкие пластинки со щелями по периметру. Чем тоньше щели, тем меньше пузырьки.
Электролиз
Одна из наиболее эффективных методик. В стоки помещаются специальные электроды, по которым поступает ток. В зоне расположения электродов и месте их контакта с водой формируются воздушные пузырьки. Железные и металлические электроды дополнительно могут выполнять роль коагулянтов и, соответственно, формировать взвешенные частички мусора. Все вместе это способствует повышению эффективности очистки.
Реагенты во флотации
Для повышения качества очистки сточных масс могут использоваться реагенты. Они повышают степень гидрофобности содержащихся в воде примесей. Различается два типа реагентов:
Усилители гидрофорбности примесей или собиратели – это масла, меркаптан, соли аммония, нефтепродукты.
Вещества, стабилизирующие пену на поверхности воды – пенообразователи. Данные компоненты предупреждают преждевременное разрушение пузырьков. Самые популярные варианты – фенолы, сосновое масло, крезол.
Область применения флотации
Флотация удаляет взвеси, которые не подвергаются осаждению. Флотационный процесс незаменим для очистки водных масс от жиров, волокнистых включений, нефтепродуктов, ПАВов и других компонентов. Также флотацию часто используют для удаления взвесей активного ила.
Как выбрать флотатор
Флотация – методика эффективная, но использовать ее в самостоятельном виде просто нет смысла. Устанавливайте флотаторы после отстойников, а покупку оборудования совершайте в сертифицированных точках продаж.
Биогенные вещества (соединения углерода, азота, фосфора), содержащиеся в сточных во-дах, при поступлении в поверхностные водоемы наносят значительный ущерб экологической системе любого региона. Поэтому проблема очистки сточных вод от этих соединений, в частности азота, с использованием химических методов контроля этого процесса особенно актуальна. В статье мастерсантехник расскажет об удалении азота при очистке сточных вод.
Азот и его соединения
Чистый азот – химически инертный элемент. Однако, из-за своей распространённости в природе часто встречается в различных органических и неорганических соединениях – аммиак, соли, оксиды – NO, N2O, NO2, N2O5, N2O3.
Общий азот
Общий азот – это сумма органических (белковых, мочевинных) и минеральных (аммонийной, нитратной, нитритной) форм азота. Из-за большого разнообразия азотсодержащих соединений, они могут присутствовать в воде в различных формах: истинные растворы, коллоидные частицы, взвеси. Зачастую, поверхностные водоёмы содержат все возможные виды азотсодержащих соединений. В результате природного воздействия эти соединения постоянно трансформируются друг в друга.
Аммонийный
Аммонийным называется азот, который содержится в NH4+-ионах. Эти ионы образуются в процессе биохимической деградации и аммонификации пептидов, аминокислот, мочевины и других азотсодержащих органических соединений под действием микроорганизмов или отдельных ферментов (разложение мочевины под действием уреазы), а также в процессе анаэробного восстановления NO2— и NO3— ионов. В сточных водах аммонийный азот зачастую оказывается в результате деятельности хозяйственно-бытового сектора, животноводческих и сельскохозяйственных предприятий. Его можно найти в отходах лесохимического, коксохимического, микробиологического, нефтехимического, металлургического, фармацевтического и пищевого производства.
Нитратный и нитритный
Нитраты и нитриты – это соли азотной и азотистой кислоты. В поверхностных водах они образуются в процессе окисления аммонийного азота.
Нитраты (Cat+NO3—) – последний этап такого окисления. NO3—-ионы могут попадать в воды вместе с отходами некоторых предприятий (металлургические комбинаты, химические производства), а также, благодаря оксидам азота в атмосфере.
Нитриты (Cat+NO2—) – промежуточный этап окисления – продукт растворения в воде оксида азота (IV). NO2——ионы могут образовываться в процессе восстановления NO3—-ионов, например, при дефиците кислорода или в анаэробных условиях.
Как нитраты, так и нитриты, а также соответствующий им оксид азота (IV), являются канцерогенами и высокотоксичными веществами, вызывающими поражения печени, почек, сердца, лёгких, нервной системы, щитовидной железы и желудочно-кишечного тракта.
Сточными называют воды, свойства которых были изменены антропогенным воздействием. Осадки (дождевые, талые) также относятся к сточным водам. Существуют различные способы классификации сточных вод: по источнику происхождения, по составу или концентрации загрязняющих веществ, по свойствам загрязнителей.
К природным водам относят: моря, океаны, ледники, реки, озёра, почвенную и атмосферную влагу.
Несмотря на принятое деление вод на сточные и природные, в действительности они неотделимы друг от друга, поскольку являются сложной системой, находящейся в динамическом равновесии.
Как азот попадает в стоки
В сточные воды азот попадает вместе с продуктами жизнедеятельности людей, пищевым мусором, навозом, отходами производств (металлургических, химических, микробиологических, медицинских, фармацевтических, лесо- и коксохимических). Азот находит широкое применение в промышленности – в чистом газообразном виде (для прямого синтеза аммиака, применяемого затем в ряде химических процессов), в виде соединений: кислоты – в военной, металлургической, ювелирной промышленности и для производства минеральных удобрений (селитр); оксиды – в медицине, кондитерском деле, а также в ряде других сфер.
Нормы содержания и ПДК
Нормы содержания и ПДК азота в водах регламентируется в нормативно-технической документации, к примеру, в ГН 2.1.5.1315-03. Для аммонийного и минерального азота показатели ПДК составляют:
1,5 мг/мл для аммонийного;
45 мг/мл для нитратов (по NO3);
3,3 мг/мл для нитритов (по NO2).
Вред NH4+ человеку и природе
Опасен аммонийный азот тем, что и его ион, и восстановленная форма (аммиак NH3) способны вступать в реакцию с белками, вызывая их денатурацию. Например, такой белок как гемоглобин, в результате действия этого токсина теряет способность переносить кислород. При регулярном поступлении в организм живого существа ионов аммония и аммиака проявляются: ацидоз и нарушение кислотно-щелочного баланса, поражения печени, нарушения в работе центральной нервной и сосудистой систем. Тем не менее, некоторое наличие аммиака и аммоний-ионов желательно в природных водах в небольшой концентрации, поскольку они являются участниками биологического круговорота веществ – азотного цикла.
Норматив платы за сброс
Нормативы плат за сброс в сточные воды азотсодержащих загрязняющих веществ зависят от вида сбросов. По состоянию на 2021 год, постановлением Правительства РФ №913 «О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах» установлены следующие тарифы:
От 1140 до 1190 р/тонна при сбросе аммоний-ион-содержащих загрязняющих веществ;
От 14,3 до 14,9 р/тонна;
От 7129 до 7439 р/тонна.
Точный тариф платы за сброс определяется в зависимости от применения коэффициента, определяемого как обратная сумма допустимого увеличения содержания загрязняющего вещества при сбросе сточных вод к его фоновому показателю.
Обзор методик, правил и ГОСТов
Для определения соединений азота в сточных водах применяются различные методики. Для аммонийного азота – это фотометрический и некоторые более современные методы определения концентрации.
Фотометрический метод определения с реактивом Несслера регламентируется ФР.1.31.2000.00135 «Методика выполнения измерений массовой концентрации аммонийного азота с реактивом Несслера фотометрическим методом в сточных водах». Эта методика применяется для определения содержания аммонийного азота от 0,15 до 120 мг/дм³. При пробоотборе руководствуются ГОСТом Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб». Отметим, что реактив Несслера является чувствительным и к другим загрязняющим веществам. Это накладывает определенные ограничения на точность определения аммонийного азота, вызывает сложности при пробоподготовке. Например, после фильтрации взвешенных веществ, влияние хлора устраняют введением тиосульфата натрия, влияние жесткости воды нивелируют растворами "Трилона Б", либо раствора "Сегнетовой соли", а влияние большого количества железа или сульфидов – раствором сульфата цинка.
Вряд ли бы хозяева автомоек могли получать прибыль со своего мини-предприятия, если бы отработанная вода не использовалась вторично, а просто сливалась бы в канализацию. Система оборотного водоснабжения для автомойки, работающая по циркуляционному принципу, помогает делать такой бизнес доходным и сберегать водные ресурсы. В статье мастерсантехник расскажет, как всё это работает.
В чём преимущества системы
Оборотные системы водоснабжения автомоек работают в замкнутом цикле. Главным их элементом являются очистные сооружения, благодаря которым и появляется возможность повторного использования воды. Их работа минимизирует образование отходов. Отработанная вода сливается в герметичный резервуар под полом мойки, из которого погружным насосом подаётся на очистную систему.
Водопотребление снижается до 90%, остальные 10% — это безвозвратные потери, которые восполняются в процессе работы.
Исключена возможность загрязнения сточными водами почвы и водоёмов, а соответственно, не наносится вреда окружающей среде.
Системы оборотного водоснабжения на автомойках позволяют минимизировать плату за водопользование, уберечься от штрафов, которые предъявляются предприятиям за превышение в стоках концентрации вредных веществ. Именно в этом и заключается экономический эффект.
Использованная вода, прошедшая через установку оборотного водоснабжения автомойки, готова к повторному применению и не требует дополнительной очистки. Хотя, при большом потоке транспорта — особенно грузового и сельскохозяйственного, может производиться биологическая или реагентная доочистка. Ведь такое оборудование используется не только для легкового авто, но и в гаражах транспортных предприятий.
Полноценная мойка одного легкового автомобиля требует не менее 100 литров воды. 1 м³ воды достаточно для помывки 9-10 легковых автомашин. Оборотная система водоснабжения позволит при том же объемном расходе чистой воды помыть 50-60 автомобилей.
Излишки стоков регулярно отводятся из рабочего объема оборотной системы через сорбционный фильтр в канализацию или в сборный резервуар и направляются на утилизацию.
Загрязняющие вещества
Вода, используемая в технологических процессах мойки машин, загрязняется взвешенными веществами, компонентами моющих растворов (ПАВ), маслами и нефтепродуктами.
ПАВ
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — органические вещества, чьи свойства направлены на уменьшение поверхностного натяжения воды. Широко применяются при изготовлении средств бытовой химии и автокосметики.
С другой стороны, моющие средства-детергенты не только позволяют удалять внешнюю грязь с различных поверхностей, но и сами по себе являются серьезными загрязнителями природных сред.
Моющие вещества на основе ПАВ не должны попадать в окружающую природную среду, поскольку они негативно влияют на жизнедеятельность организмов и затрудняют естественные процессы самоочищения природных водоемов.
Методы очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ — флотация, реагентная обработка, сорбционные и фильтрационные методы. Проще всего удалить из воды ПАВ реагентным методом — добавлением гипохлорита натрия. Но этот метод имеет существенный недостаток — токсичность образующегося хлора и необходимость дальнейшей очистки воды от него.
Взвешенные вещества
Взвешенные вещества попадают в сточную воду при смывании грязи с автомобильных поверхностей. Состав и количество взвешенных веществ сильно изменяются в зависимости от типа и грузоподъемности автомобиля, от сезонных и погодных условий, от состава грунтов данной местности и даже от протекания процесса мойки.
Гранулометрический состав взвешенных веществ от стока мойки легковой автомашины следующий:
12% - частицы 300-2500 мкм;
75% - частицы 100-300 мкм;
13% - частицы менее 100 мкм.
Масло-нефтепродукты
Нефтепродукты и масла попадают в сточные воды автомоек в результате смыва с загрязнённых деталей и поверхностей автомобилей.
Нефтепродукты в сточной воде автомоек находятся в слабо эмульгированном состоянии и зачастую адсорбированы на частицах взвешенных веществ. Такие агрегатные состояния масло- и нефтепродуктов требуют дополнительной обработки и утилизации отделенных от воды нефтепродуктов.
Отработанные масла — органические фракции, чаще всего попадающие в очистные сооружения автомоек. Частично они всплывают на поверхности отстойников, частично осаждаются совместно с минеральным шламом и отводятся в шламосборник («замасленный шлам»).
Применение на мойке моющих средств на основе ПАВ вызывают эмульгирование нефтепродуктов, что затрудняет очистку обычными методами. Эмульгированные нефтепродукты удаляется методами электрокоагуляции и электрофлотации.
Нефтепродукты практически не поддаются биологическому окислению, поэтому перед стадией биологической очистки необходимо произвести максимально глубокую очистку от нефти. Нефть токсична для живых организмов и резко ухудшает работу биологических систем очистки.
Масимально-допустимая концентрация нефти в стоках перед биологической очисткой — не более 2,5 мг/л.
Предварительная механическая очистка сточных вод автомобильной мойки происходит в пескоуловителях и нефтеловушках. На дне песколовки осаждаются взвешенные твердые частицы размером свыше 250 мкм. Принцип действия песколовки основан на том, что при изменении скорости движения взвеси тяжелые частицы в потоке жидкости осаждаются и собираются в специальном отделении для осадка.
Классические гравитационные отстойники не отличаются высокой эффективностью. Такие конструкции предусмотрены только для первичного осветления воды перед дальнейшими этапами очистки. Еще один недостаток механических отстойников — значительные занимаемые площади, что усложняет проектирование и возведение очистных сооружений автомоек.
Поэтому гравитационные отстойники применяются только в комплексе с другими методами очистки и доочистки.
Масло- и нефтепродукты задерживаются в статических и динамических отстойниках или в тонкослойных блочных системах. Тонкослойные отстойники могут быть трубчатые и пластинчатые. Общий принцип работы тонкослойной очистной системы — чем меньше слой жидкости, тем эффективнее происходят процессы осаждения (или всплытия) загрязняющих примесей.
Наибольшую эффективность при очистке стоков автомоек показывают реагентные и флотационные методы.
Напорная пенная флотация позволяет очищать сточные воды автомоек до технических нормативов оборотной системы водоснабжения.
При необходимости сброса воды автомобильной мойки на рельеф местности после флотации требуется доочистка на сорбционном фильтре.
Флотационный метод реализуются следующим образом: в резервуар со стоками подается воздух, который растворяется в воде под давлением 5-6 атм. Затем сточная вода поступает во флотационную камеру, где при падении давления до нормального происходит активное пенообразование из пузырьков растворенного воздуха. От этих интенсивных процессов вода приобретает молочный цвет. В процессе пенообразования на поверхность выносятся многочисленные примеси — нефтепродукты, масла, жиры, взвешенные вещества. Для интенсивного процесса флотации в сточные воды подается флотореагент.
Недостаток метода флотационной очистки: качество очистки сточной воды напрямую зависит от количества и стоимости расходных материалов. Поэтому при высоком качестве очистки метод может стать слишком дорогостоящим. С другой стороны, использование дешевых методов не позволяет достичь требуемых нормативов качества воды и требует дополнительных затрат на утилизацию твердых отходов.
Перспективные методы очистки стоков автомоек — электрокоагуляция и электрофлотация.
Электрокоагуляционные методы требуют не только предварительной, но и дополнительной механической очистки, потому что электрокоагуляторы не очищают воду с загрязнением свыше 50 мг/л по взвешенным веществам.
Плюсы метода электрокоагуляции:
Очистка стоков до установленных нормативов;
Компактные системы очистки;
Простота в обслуживании,
Нет нужды в химических реагентах и реагентном хозяйстве;
Экономичность метода.
Минусы метода:
Существенный расход электрической энергии;
Необходимость замены растворимых электродов;
Требование предварительного разбавления стоков или предварительной очистки;
Образование осадка, необходимость его утилизации;
Лимиты по расходу сточных вод;
Вероятность зашламления пространства между электродами;
Пассивация электродов в случае конструктивных ошибок.
Фильтрация сточных вод — метод находит применение при небольшом содержании загрязняющих веществ и может использоваться в качестве доочистки. Недостаток метода — необходимость частой замены фильтрующего материала. В условиях замасленных сточных вод после мойки автомобилей фильтрование может использоваться после биологической стадии очистки.
Процесс фильтрации — это сорбция загрязняющих веществ (в том числе масел и нефти) на поверхности фильтрующего материала.
Наиболее эффективны по показателям качества воды сочетание методов реагентной обработки и последующего фильтрования, однако при этом растут затраты на очистку сточных вод автомобильной мойки.
Ни один из перечисленных методов очистки в отдельности не сможет обеспечить надлежащую очистку сточных вод автомоечных комплексов до санитарных норм. Успешная очистка стоков возможна только при грамотном подборе и сочетании нескольких методов с учетом баланса по экологической эффективности и финансовым затратам.
Спуск сточных вод автомойки в муниципальные сети канализации возможен только после очистки на локальных очистных сооружениях до достижения нормативов, предъявляемых службами Водоканала.
Сточные воды, загрязненные специфическими для автомойки компонентами — бензином, нефтепродуктами, взвешенными веществами, ПАВ, — перед сбросом в канализацию должны быть очищены с использованием методов отстаивания, реагентной очистки и фильтрации.
Проект очистных сооружений автомобильной мойки должен быть разработан с позиции минимизации количества сточных вод, сбрасываемых в системы канализации, за счет применения рациональных подходов или устройства оборотной системы водоснабжения.
При проектировании очистных сооружений должен быть предусмотрен лабораторный контроль показателей качества сточных вод.
Видео
В сюжете - Принцип работы системы оборотного водоснабжения автомойки
На многих фабриках и заводах при производстве продукции используется вода, которая вследствие этого становится зараженной сульфатами - солями серной кислоты, являющимися чрезвычайно вредными для здоровья человека. По этой причине практически на всех производствах осуществляется комплексная очистка сточных вод от сульфатов, которая позволяет восстановить кислотно-щелочной баланс воды и использовать ее для дальнейших технических или питьевых нужд. В статье мастерсантехник рассмотрит, методы очистки сточных вод от сульфатов.
Сульфаты, их образование и значение
Сульфатами являются соли серной кислоты H₂SO₄, как неорганического, так и органического происхождения. Неорганические сульфаты - это ионные соединения, которые содержат анион SO₄²⁻. При увеличении концентрации аниона формируются кальция сульфаты (CaSO₄) и магния сульфаты (MgSO₄).
Сульфаты являются естественным компонентом природных вод, и их содержание зависит от состава подстилающего грунта. Питьевая вода с содержанием сульфатов не опасна для здоровья людей, но при повышении их содержания до 250–400 мг/л появляется специфический горьковатый привкус. Это значительно ухудшает органолептические показатели воды, а еще более высокая концентрация вызывает нарушение работы пищеварительной системы.
Не стоит использовать воду с высоким содержанием сульфатов и в хозяйственных целях. Жесткие требования существуют для вод, питающих паросиловые установки. Так как сульфат кальция с повышением температуры становится нерастворим в воде, он образует стойкую накипь, что снижает проходимость труб и приводит к их разрушению. При смешивании загрязненных вод с разным минеральным составом, например, сульфатных и кальциевых, СаSО₄ осаждается.
Формула:
CaCl₂ + Na₂SO₄ = CaSO₄↓ + 2NaCl
Во время технологических процессов некоторых производств образуются сточные воды с высоким содержанием сульфатов. Особенно, где используется серная кислота:
Горнодобывающая промышленность: шахтные воды, воды, после обогащения полиметаллических серосодержащих руд.
Целлюлозно-бумажная промышленность, если при переработке древесины используется сульфатный процесс.
Нефтеперерабатывающая промышленность, когда при очистке нефти и нефтепродуктов образуются сернисто-щелочные сточные воды.
Производство минеральных удобрений, в частности сульфата аммония (NH₄)₂SO₄
Реагентная обработка сточной воды, в результате которой образуются сульфат-ионы.
Такие стоки требуют обязательной переработки и очистки.
Методы очистки сточных вод от сульфатов
При выборе метода очистки сточных вод от сульфатов необходимо учитывать концентрацию анионов SO4 2-. Если она превышает 2000 мг/л, то лучше всего использовать реагентный метод с последующим отстаиванием и фильтрацией или с помощью вакуумного выпаривания. При концентрации ниже 2000 мг/л наилучшими методами будут нанофильтрация и обратный осмос.
Существуют и менее распространенные способы очистки, которые применяются для определенных производств или технологических процессов:
Биологическая очистка с применением анаэробных сульфатредуцирующих бактерий;
Термические;
Геохимические барьеры;
Искусственные болотные системы - биоплато.
Выбор оптимальной технологии очистки воды от сульфатов, подбор аппаратного оснащения, которое удовлетворяет качеству очистки и экономическим возможностям предприятия должен осуществляться с учетом специфики производства. Сбор информации и разработка проекта с последующей его реализацией и техническим сопровождением требует профессионального подхода в каждом индивидуальном случае.
Мембранные методы очистки
В составе воды, как правило, присутствуют три основных аниона, сульфаты, хлорид-ионы и гидрокарбонаты. Превышение содержания сульфатов, как правило, всегда идет параллельно с повышением всех показателей солевого ее состава, в том числе и общей жесткости, паре Са + Mg, хлоридов, кремния. Поэтому при очистке воду следует частично обессоливать, иными словами провести коррекцию всех растворенных в воде солей.
Особенно это важно, если очищенные воды находятся в оборотном водоснабжении, тогда сульфаты будут являтся источником жестких сульфатных накипей.
В водоочистке при различной концентрации сульфатов и технологии производства могут применятся как обратный осмос, так и ионообменные смолы.
Метод обратного осмоса
Создаваемое давление гонит воду через полупроницаемые мембраны с порами 〜 10-7 см. Диаметр пор и их строение позволяют проникать через мембрану только молекулам определенных газов и воды. Загрязненная вода под высоким давлением, проникает через поры мембраны из сильно насыщенного в слабо насыщенный раствор и образует при этом два потока. В первом - чистая вода, а в другом - с задержанным на мембране осадком, который затем поступает в отстойник.
Обратноосмотические установки практически полностью очищают загрязненные воды от примесей. Кроме этого, они обладают еще рядом преимуществ:
Состав поступающей на очистку воды не влияет на качество очистки;
Отсутствие в техпроцессе химических реагентов превращает этот метод в безопасным в плане экологии;
Компактные размеры оборудования позволяют разместить его на небольшой площади;
Параллельно с освобождением от сульфатов, снижаются показатели жесткости воды, происходит удаление неприятных запахов, осветление и очищение от прочих химикатов;
Простота использования установки, безопасность и продолжительное время использования.
Недостатком обратноосмотического оборудования можно считать большие материальные затраты, но эффективность очистки компенсирует затраты на ее приобретение.
Метод ионного обмена
В данном методе используются ионообменные смолы сильного основания - аниониты. Они присоединяют анионы соединений, растворенных в воде, избирательно и имеют относительное родство по отношению к тем ионам, которые удаляются из раствора, по следующему ряду:
ОН < F < H₂PO₄ < HCO₃ < Cl < NO₃ < H₂SO₄
Основным условием протекания реакции обмена является расположение в этом ряду анионитов в растворе слева от анионов, которые находятся в смоле.
Сульфат кальция, как анион, замещается на гидроксил на положительно заряженной ионообменной смоле, а катион кальция замещается на водород на отрицательно заряженной катионообменной смоле.
Метод ионного обмена применяется для загрязненных вод с высоким содержанием сульфатов. Для регенерации смолы используются недорогие химические реагенты, такие как известь и серная кислота. Кроме того, этот способ используется в подготовке воды при производстве пива с легким, без горчинки, вкусом.
Тем не менее метод ионного обмена не лишен недостатков:
Следует внимательно следить за процессом очистки из-за риска внезапного попадания сульфатов в очищенную воду, когда сульфаты, накопленные в смоле, вытесняются сульфат-анионами, поступающими из исходной воды.
Необходимость жесткого контроля очищенной и исходной воды.
Строгое нормирование сульфатов в технологическом процессе.
При выборе метода нужно руководствоваться оптимальным соотношением необходимых результатов и затрат.
Электродиализ
Метод включает в себя процесс выборочного переноса ионов под действием электрического тока через перегородки (мембраны), состоящих из ионитов. Как правило, используют группы чередующихся ионно- и катионообменных мембран. Сквозь ионообменные мембраны могут проникать только ионы имеющие тот же знак. Катионы движутся к катоду и проходят катионитовые мембраны, анионитовые мембраны их задерживают. Анионитовые мембраны, в свою очередь, пропускают ионы, которые движутся к аноду и останавливают катионы. В результате с помощью тока соли переносятся из положительных камер в отрицательные. В положительных камерах вода очищается, а в отрицательных накапливается осадок.
При реверсировании тока меняется полярность электродов (анод становится катодом и наоборот) и камеры опреснения и концентрации осадка меняются местами. Это позволяет удалять отложения, которые образовались в процессе электродиализа, что, в свою очередь, сводит к минимуму использование ингибиторов и уменьшает количество промывок.
Основными преимуществами метода электродиализа с реверсированием электрического тока можно считать:
Применение при любой температуре сточной воды и рН;
Уменьшение капитальных затрат за счет снижения рабочего давления;
Использование очищенной воды в оборотном водоснабжении;
Высокое качество очистки.
Недостатками электродиализа является дефицитность и высокая стоимость мембран и большая энергоемкость. Кроме того при неправильной эксплуатации может образовываться накипь сульфата калия.
Физико-химические методы
Реагентная очистка сточных вод от сульфатов заключается в гравитационном осаждении крупных частиц, тонкодисперсные же частицы размером ＜ 10 мкм осаждаются с применением коагуляции. Реагентом, как правило, выступает известковое молоко Ca(OH)₂. В результате сульфат кальция осаждается и затем отделяется от очищенной воды.
Реагентами может выступать негашеная известь СаО, хлорная известь 3Ca(OH)₂·2Cl₂, комовый известковый продукт, или известь-пушонка Ca(OH)₂.
Технологический процесс известкования состоит в добавлении в загрязненный водный раствор известкового молока и осаждение нерастворимого осадка под действием силы тяжести. Это делает реагентный метод весьма эффективным. Оксид кальция соединяется с водой и образует гидроксид кальция, который осаждает сульфаты в водном растворе.
На хлопьях гидроксида происходит сорбция, далее вводится флокулянт, сокращающий дозу коагулянта и образующий компактные хлопьевидные конгломераты, которые легко выделяются из водного раствора.
Часто коагулянтом служит сульфат двухвалентного железа (железный купорос) FeSO₄. Вступая в реакцию с ионами гидроксида и хлорат-ионами хлорной извести, окисляется до трехвалентного гидроксида железа и при этом поглощает осажденные нерастворимые соли кальция. Железный купорос можно заменять сульфатом Fe₂(SО₄)₃ или хлоридом трехвалентного железа FeCl₃, но по причине чрезмерной способности вызывать коррозию данные соединения не получили широкого применения.
Наиболее эффективным коагулянтом является оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl, так как для осаждения сульфат-ионов не требуется дополнительного внесения хлорид-ионов. Кроме того он увеличивает скорость коагуляции, не подкисляет воду и дает высокое качество очистки с минимальным содержанием остаточного алюминия в воде.
Не стоит использовать сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃, который имеет аморфную структуру и при рН среды выше 8, что неизбежно при известковании, образует алюминаты, для выделения которых из водного раствора необходима дополнительная обработка.
Флокулянтом в процессе реагентной очистки может служить полиакриламид. Его действие заключается в связывании взвешенных частиц посредством образования полимерных мостиков и последующим формированием крупных трехмерных агрегатов. Полиакриламид ускоряет процессы гравитационного осаждения.
Реагентный метод очистки сточных вод от сульфатов имеет свои плюсы и минусы.
К недостаткам можно отнести:
Еромоздкое оборудование;
Большой расход реагентов;
Очищенные воды требуют дополнительной обработки;
Невозможность использования в оборотном водоснабжении из-за высокого содержания солей.
Среди преимуществ следует отметить универсальность и простоту эксплуатации, качество очистки независимо от начальных концентраций.
Биологический метод
Альтернативой химическим методам очистки сточных вод от сульфатов является биологический метод с применением сульфатредуцирующих бактерий - анаэробных микроорганизмов, различающихся по строению клеток и биохимическим показателям.
В процессе биологической очистки сульфатсодержащие сточные воды пропускаются через пористую загрузку с микрофлорой, где происходит адсорбция на анаэробном фильтре. В проточных системах, таким образом, осуществляется иммобилизация микроорганизмов, которая позволяет снизить вымывание биомассы. Процессы очистки могут происходить в оборудовании различной конструкции.
В биореакторах ионы металлов осаждаются сульфатредукционным сероводородом. Для этого существуют два пути:
Биологический и химический процесс очистки идет параллельно. В этом случае сульфатредуцирующие бактерии не подвержены влиянию кислой среды рН.
Процесс идет в два этапа. В начале сульфаты превращаются в сульфиды, тем самым повышается рН до щелочной среды и осаждаются тяжелые металлы. Затем сульфиды окисляются до элементарной серы, которая в последующем может использоваться в химическом производстве.
Основными преимуществами биологического метода можно считать:
Развитие небольшого количества активного ила, что снижает потребность в питательных веществах;
Компактное оборудование, которое не занимает больших площадей;
Не требовательность анаэробных комплексов к ограничению по акцептору электрона, что позволяет увеличить их загрузку;
Снижение концентрации сульфатов в очищенных водах до требований ПДК;
Отсутствие необходимости дополнительной очистки вод.
Недостатками метода являются низкая скорость прироста биомассы и ее небольшое количество. Для повышения концентрации сульфатредуцирующих бактерий используют легкоусвояемое органическое питание или объединяют микроорганизмы в специальные группы.
Промышленные сточные воды часто содержат опасные соединения со значительной атомной массой. Этим соединениям присущи свойства металлов, а сами вещества называются тяжелыми металлами – ценными в производстве и опасными для окружающей среды. Процесс выделения данных веществ из очищаемой воды – это и есть очистка стоков от тяжелых металлов. Она может осуществляться разными методами – мембранным, ионным, сорбционным и путем электролиза, в статье мастерсантехник подробно разобрал каждый из методов.
Очистка стоков от ионов тяжелых металлов производится за счет перевода ионов тяжелых металлов в нерастворимые соединения в ходе нейтрализации сточных вод с применением различных щелочных реагентов. Так при нейтрализации кислых стоков известковым молоком с высоким содержанием известняка, растворами соды ионы тяжелых металлов начинают осаждаться в виде карбонатов. Последние в воде менее растворимы, чем соответствующие гидроксиды. Кроме того, все основные карбонаты осаждаются при сравнительно невысоких значениях рН (более низких, чем соответствующие гидроксиды).
Как происходит очистка сточных вод от тяжелых металлов
При одновременно осаждении гидроксидов нескольких металлов при равной величине рН достигаются более высокие результаты, чем при раздельном осаждении каждого металла по отдельности. При локальном обезвреживании никель, цинк, кадмий содержащих потоков в роли щелочного реагента желательно использовать известь. Расход извести при этом составляет на 1 весовую часть кадмия — 0,5 в.ч. СаО, никеля — 0,8 в.ч. СаО, а также цинка — 1,2 в.ч. СаО. При небольшом объеме стоков обычно используется периодическая схема очистки, а при значительных – непрерывная либо смешанная.
Осаждение нерастворимых соединений происходит в отстойниках (предпочтительно вертикальных). Число отстойников – минимум два, оба должны быть рабочими. Продолжительность отстаивания – от двух часов. Для ускорения осветления прошедших нейтрализацию сточных вод к ним рекомендуется добавлять синтетический флокулянт полиакриламид.
Влажность осадка после прохождения отстойников составляет 98-99,5%. Для ее снижения рекомендуется дополнительное отстаивание веществ в шламоуплотнителе в течение нескольких дней. После шламоуплотнителя влажность падает до 95-97%. В некоторых случаях до сброса очищенных стоков в канализацию либо при их дальнейшем обессоливании с применением ионного обмена, электродиализа производится снижение концентрации взвешенных частиц в очищенной воде. Осветление будет осуществляться путем фильтрования через устройства с песчаной, двухслойной или плавающей загрузкой ФПЗ.
Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов
Для удаления ионов тяжелых металлов, кроме реагентного (самый популярный вариант), могут применяться и другие решения.
Реагентная очистка сточных воды от ионов тяжелых металлов
Самое широкое распространение в практике водоочистки от ионов тяжелых металлов имеет реагентный метод. Он включает процессы нейтрализации, окислительные и восстановительные реакции, осаждение, обезвоживание осадка, позволяет удалять ИТМ. Ионы тяжелых металлов в данном случае переводятся в гидроксидные соединения за счет повышения рН усредненных стоков до показателей их гидратообразования с осаждением и фильтрацией.
Главное достоинство реагентного метода – эффективное обезвреживание кислотно-щелочных стоков разных объемов с любой заданной концентрацией ионов тяжелых металлов. Недостатки – значительный расход реагентов, получение неутилизируемого осадка, повышение солесодержания стоков, очищенных от ИТМ, значительные эксплуатационные расходы, необходимость организации системы содержания реагентного хозяйства.
Ионнообменный метод
Ионообменный метод используется для удаления ионов металлов, прочих примесей, обессоливания. Его суть состоит в способности ионообменных материалов убирать из растворов электролита ионы, а давать эквивалентное количество ионов ионита. Для очистки используются синтетические ионообменные смолы в виде гранул – иониты. Они состоят из полимерных веществ, нерастворимых в воде, имеют на поверхности подвижные ионы, которые при соблюдении определенных условий вступают в реакции обмена с ионами аналогичного знака, которые есть в воде. Существуют слабо- и сильнокислые катиониты с анионитами, в отдельную категорию выделяются иониты смешанного действия. Избирательное поглощение молекул загрязняющих веществ поверхностью твердого адсорбента происходит в результате воздействия на них поверхностных неуравновешенных сил адсорбента.
Ионообменные смолы способны к регенерации, которая осуществляется насыщенными растворами. Процессы восстановления протекают автоматически, время регенерации составляет в среднем 2 часа.
Умягчение катионированием
Умягчение катионированием – еще один часто используемый способ обессоливания. Он предполагает обработку воды методом ионного обмена, в результате которой начинается катионный обмен. В зависимости от типа ионов различается два вида процесса – Н и Na.
Натрий-катионитовый метод эффективно умягчает воду в том случае, если содержание взвешенных частиц в ней составляет до 8 мг/л. Жесткость снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, а при двухступенчатом максимально до 0,01 мг-экв/л. Достоинства данного варианта – простая утилизация продуктов регенерации, дешевизна.
Водород-катионитовый метод используется для глубокого умягчения. В его основе лежит фильтрация стоков через слой катионита. рН фильтрата снижается за счет кислот, образующихся в процессе очистки.
Ионный обмен
Для очистки стоков от анионов сильных кислот применяется технологическая схема одноступенчатого Н-кати и ОН-анионирования с применением сильнокислотного катионита, слабоосновного анионита. Для глубокой очистки сточных вод применяется одно-или двухступенчатое Н-катионирование с последующим двухступенчатым ОН-анионированием. Если в стоках много диоксида углерода и его солей, то емкость сильноосновного анионита быстро истощается. Для уменьшения истощения стоки после катионитового фильтра дегазируют в специальных приборах.
Цеолиты
Цеолиты – это алюмосиликаты, которые имеют пористую регулярную структуру. Из мелких кристалликов синтетических или природных цеолитов с помощью связующего либо без него формируются мелкие гранулы. Цеолиты широко используются для улавливания паров воды, в нефтеперерабатывающей промышленности в целях очистки и регенерации масел, увеличения степени очистки, качества жидких топлив. Как и многие другие адсорбенты, цеолиты подходят для очистки отходов пищевой промышленности, стоков промышленных газовых выбросов от органики. Цеолиты обладают ионообменными свойствами – на данный момент они широко используются в промышленности, сельском хозяйстве. Сфера применения веществ вообще очень широкая – они могут выполнять роль катализатора, улучшающего качество почв компонента, удобрения и так далее. Промышленные адсорбенты имеют пористую структуру и развитые внутренние поверхности, за счет чего поглощают значительные объемы адсорбируемого компонента.
Электродиализ
Электpодиализ – это пpоцесс пеpеноса ионов чеpез мембpаны под воздействием электpического поля. Для очистки стоков методов электpодиализа используются электpохимически активные мембpаны ионитового типа. Метод электpодиализа может использоваться для удаления малоконцентpиpованных стоков минеpальных солей для повтоpного использования обессоленных водных масс в пpоизводстве либо переработки высококонцентpиpованных вод в целях регенерации из них ценных веществ. Удаление солей происходит в многокамерных аппаратах, где плоские мембраны располагаются параллельно.
Внутренний электролиз
Под внутренним электролизом подразумевается выделение из растворов металлов в ходе гальванического процесса. Электролиз начинается при соединении электродной пары внешним проводником либо муфтой и длится до тех пор, пока металл полностью не осядет. Когда гальваническая пара погружается в раствор, возникает требуемая разность потенциалов. На менее активном металле (это катод) начинаются процессы восстановления с выделением определенного металла из раствора. Более легкоотрицаемые металлы растворяются (формула химического процесса – Me + m*H O — Me *m*H O + z*e). Затем ионы металла под воздействием электрического поля начинают разряжаться (Me * l*H O + ze — Me + l*H O).
Цементация
Цементация – отдельная разновидность внутреннего электролиза, в ходе которой менее активный металл проходит процесс восстановления на более активном. Речь идет об аноде, который в результате сложных химических реакций растворяется.
Электрохимический метод
Электролиз – еще один широко применяемый для выделения из растворов металлов метод. Сложнее всего с применением электролиза выделять частицы, которые содержатся в стоках в небольших концентрациях. Процесс осуществляется в двух режимах – либо при постоянном потенциале, либо при неизменной плотности.
При постоянной силе тока электролиз для очистки растворов с разными сортами ионов использовать нежелательно, чтобы в течение заданного срока времени плотность тока предельных значений не превышала. В противном случае еще до окончательного завершения процесса выделения данного металла потенциал электрода может достичь той вершины, при которой начнется выделения уже другого металла, и состав осадка получится неопределенным. Раздельное выделение металлов обеспечивается за счет достаточного различия в потенциалах ионного разряда определяемых металлов (данный показатель обуславливается разницей в нормальных потенциалах, перенапряжении или и тем, и другим показателем).
Общая характеристика гальванического производства
Производства, деятельность которых связана с электрохимической или химической обработкой металлов, считаются самыми вредными для среды. Особую опасность несут тяжелые металлы, под воздействием которых у человека развиваются опасные патологии сердца, печени, сосудов, нервной системы. Кроме того, тяжелые металлы имеют мутагенное действие. Именно по этим причинам вопросы эффективной очистки стоков в процессе обработки металлов на производствах на данный момент являются актуальными.
Состав сточных вод гальванических цехов
Металлообрабатывающие заводы цветной металлургической промышленности потребляют значительные объемы воды в ходе реализации основных технологических процессов. Только при промывке изделий после химических, гальванических покрытий ежегодно вымывается от 3300 т цинка, 2400 т никеля, 125 т олова, 460 т меди, 500 т хpома, 135 т кадмия.
Очистка сточных вод гальванических цехов от тяжелых металлов: все существующие способы
Для снижения уровня экологической опасности производств используются разные способы извлечения металлических примесей из вод промывки. Процессы очистки стоков базируются на химических, физических и биологических процессах. Потребность в значительных капитальных затратах на строительство очистных сооружений, экономическая целесообразность которых в большинстве случаев проявляется только в рамках рассмотрения экологических задач народно-хозяйственного, регионального масштаба, затрудняет расширение сфер их применения.
Сдерживается процесс внедрения передового оборудования и из-за дефицита определенных химикатов, материалов, устройств. Главными задачами в этой связи является разработка новых способов очистки и усовершенствование старых. В комплексе это должно уменьшить капитальные расходы на очистку воды и массово внедрить автоматические передовые системы, что в итоге приведет к снижению эксплуатационных расходов. Глубокая очистка стоков способна не только улучшить экологию окружающей среды, открыть источники для получения ценных металлов.
Применение аппараты вихревого слоя в процессах очистки сточных вод гальванических цехов
В ходе очистки стоков гальванических цехов широко применяются аппараты вихревого слоя. Они предназначены для ускорения химических и физических процессов. АВС – это герметичная установка, которая оснащается системой охлаждения, рабочей камерой, электромагнитным устройством, пультом управления. Внутри камеры находятся ферромагнитные частички, которые приводятся в хаотичное движение за счет действия электромагнитного поля. Эффективность всех рабочих процессов установки зависит от скорости перемещения и частоты соударения частичек внутри камеры. На данные показатели оказывают влияние изменения напряжения поля.
Обработка воды в аппаратах АВС позволяет удалять кишечные палочки, протеи, бактероиды, гельминты, другие анаэробные микроорганизмы. Степень дезинвазии определяется с учетом продолжительности обработки воды электромагнитным полем и вихревым слоем ферромагнитных частиц. АВС способствует повышению скорости процесса дезинвазии, позволяет экономить электроэнергию. Аппараты вихревого слоя могут использоваться в комплексе с другими видами очистки, что позволяет достигать максимально эффективных результатов водообработки.
Антон_Росляков
