Комплексная очистка промышленных стоков

Многоступенчатый цикл очистки промышленных сточных вод выстраивается, исходя прежде всего из специфики загрязнений – в данном случае, каждый проект выполняется строго индивидуально. Принято выделять пять групп загрязнений, объединенных по эффективности применяемых технологий очистки:

1. Взвешенные вещества и механические примеси (в т.ч. гидроксиды металлов);
2. Масляные эмульсии и нефтесодержащие примеси;
3. Летучие вещества;
4. Моющие растворы и ПАВ;
5. Токсичные вещества, включая органические и неорганические (в т.ч.) цианиды, соединения хрома, ионы металлов;

При этом, стоки промышленных предприятий часто сочетают несколько типов загрязнений:

Нефтехимические предприятия.
Продукты нефтепереработки, фенолы, ПАВ, тяжелые металлы, взвешенные частицы.

Целлюлозно-бумажное производство.
Древесные волонка, фенолы, лигнин, взвешенные частицы.

Легкая промышленность.
Нерастворимые в воде природные и синтетические волокна, органические и минеральные комплексы. Красители (в т.ч. выысокотоксичные соединения меди, цинка, хрома, никеля, свинца), ионы тяжелых металлов. Пенообразующие вещества. ПАВ.

Тяжелая промышленность.
Синтетические и минеральные масла. Высокое содержание солей металлов, включая токсичные соединения – хром- и циансодержащие стоки. Значительное количество взвешенных частиц.

Пищевая отрасль.
Органические вещества в виде взвешенных частиц и в растворенном виде – с высокой степенью вероятности такие стоки инициируют процесс закисания воды (окисления, снижения щелочности). Значительное количество неорганических взвесей, фосфатов, ПАВ.

Агропромышленный комплекс.
Значительное количество растительных волокон, органических веществ в виде взвешенных частиц и в растворенном виде. Активные вирусы, грибки, микроорганизмы. Ядохимикаты и минеральные удобрения.

Следует также учитывать, что крупные предприятия часто располагают обширным штатом и обширными площадями – что требует соответствующего подхода к очистке хозяйственно-бытовых и ливневых стоков. Поэтому, локальное очистное сооружение при промышленном предприятии – это всегда комплексный проект, предусматривающий полный цикл очистки с применением различных физико-химических методов.

Структура типичного проекта ЛОС комплексной очистки промышленных стоков подразумевает следующие этапы:

1. Блок механической очистки – отделяющая решетка, отстойники (или безреагентный флотационный модуль) и фильтры.
2. Флотационный реагентный модуль – с применением коагулянтов-флокулянтов нужной концентрации. При этом могут рассматриваться различные методы флотации, оптимальные для данного проекта.
3. Блок сорбционной очистки на инертных материалах или природных сорбентах – для удаления устойчивых органических соединений, продуктов нефтепереработки и т.д.
4. Блок обеззараживания – УФ или с применением реагентов.

Кроме того, система может включать и другие блоки – глубокую биологическую очистку в биореакторах, мембранные системы очистки воды (как правило, это установки обратного осмоса), экстракторы, вакуумные испарители и так далее.

Существуют и специализированные решения для отдельных отраслей промышленности, например:
pH-коррекция стоков химических, гальванических производств – проводится взаимная нейтрализация кислотных и щелочных стоков производств, после чего они могут поступать на стандартные ЛОС промстоков;
Очистка циансодержащих стоков с применением хлора и его соединений – при этом образуется токсичный хлорциан, что требует специального подхода к конструкции и эксплуатации установок;
Очистка хромсодержащих стоков – с использованием диоксида серы или сульфитов;
Магнитокоагуляцию на металлургических, сталелитейных производствах – проводится обработка стоков сильным магнитным полем для сбора железосодержащих частиц;

Физико-химические методы очистки промышленных стоков.
В зависимости от специфики проекта, проект станции комплексной очистки может включать блоки и модули, реализующие следующие технологии очистки

Коагуляция
Эффективный способ очистки от тонкодисперсных примесей и эмульсий.

В процессе коагуляции сточные воды перемешиваются с реагентами-коагулянтами, дозировка которых подобрана в соответствии с концентрацией и дисперсностью загрязнений. В итоге, мелкие загрязняющие частицы слипаются и укрупняются, образуя выпадающие в осадок хлопья – они аккумулируются в отстойнике и легко удаляются в процессе стандартной механической очистки. Кроме того, коагуляция одновременно удаляет часть растворимых примесей, которые соосаждаются на поверхности хлопьев.

В качестве коагулянтов используются соли металлов (хлорное железо, сернокислый алюминий, железный купорос, соединения магния и цинка, сернокислый кальций и т.д.), различные замутнители (известь, глины, зола, песок, мелкофракционные металлосодержащие отходы производства и т.д.). Поэтому одно из следствий независимого применения метода – значительная минерализация прошедшей очистку воды.

Коагуляция активно применяется в нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности. Этот метод эффективно сочетается с методом флокуляции, поэтому традиционно рассматривается как единый процесс коагуляции-флокуляции.

Флокуляция
Способ, позволяющий значительно повысить эффективность коагуляции.

Флокуляция позволяет еще более укрупнить образующиеся хлопья – поэтому часто применяется в сочетании с коагуляцией; фактически, вводимые в стоки реагенты-флокулянты позволяют добиться слипания как непосредственно загрязняющих частиц, так и уже образовавшихся после применения коагулянтов хлопьев. В итоге, образуются более крупные, более плотные и тяжелые, быстрее выпадающие в осадок хлопья; сокращается объем нужных реагентов; уменьшается период отстаивания – иными словами, растет производительность очистной системы.

В качестве флокулянтов используются высокомолекулярные соединения (вещества с очень большой молекулярной массой) – как правило, это синтетические полимерные материалы (часто используется полиакриламид) и активная кремневая кислота.

Флокуляция – обычный элемент цикла комплексной очистки промышленных стоков нефтехимической, целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности.

Флотация
Эффективен в отношении определенных видов загрязнений – включая масла, жиры, нефтепродукты, ПАВ.

Процесс флотации основан на способности гидрофобных (плохо смачиваемых водой) частиц закрепляться на границе раздела фаз «воздух-жидкость» - то есть, образующихся в воде пузырьков воздуха. При этом образуется пена, которая поднимается к поверхности и легко удаляется пеносборными устройствами. Для стабилизации пены могут применяться пенообразующие вещества, а также специальные реагенты для повышения гидрофобности загрязняющих веществ.

Существует множество типов установок флотации – они отличаются технологией насыщения стоков воздухом и образования пузырьков, объемом получаемых пузырьков, типом применяемых реагентов и/или дополнительного оборудования. Некоторые наиболее распространенные типы флотации:

Пневматическая – нагнетание воздуха через сопла флотационной камеры, через мелкопористые материалы; часто применяется в агрессивных средах.
Импеллерная – на дне камеры размещаются импеллеры насосного типа, турбинки с интегрированной воздушной трубой; высокоскоростные лопасти турбинок создают разрежение за собой, что приводит к засасыванию воздуха и образованию пузырей. Часто применяется в стоках с высокой концентрацией взвесей.
Струйная – стоки в камеру подаются посредством падающей с высоты струи, что приводит к естественному образованию пены; чаще всего применяется в отношении тонкодисперсных примесей.
Напорная – насыщение стоков воздухом под давлением, что приводит к «вскипанию» воды при выходе в условия нормального атмосферного давления и образованию большого количества микропузырьков. Один из самых распространенных методов флотационной очистки, широко применяется для всех типов производств, позволяет удалять мелкодисперсные и коллоидные взвеси в низких концентрациях.
Безнапорная – сточные воды поступают в вихревую центробежную установку, где насыщаются воздухом и формируют массивы пузырьков; часто применяется для очистки воды от органических и неорганических волокон, жира.
Химическая – к сточным водам добавляются реагенты, вызывающие выделение газов при реакции с водой или загрязняющими частицами; это приводит к образованию пены. Как правило, применяется лишь в качестве вспомогательного метода.
Флотация на основе ионного обмена – подвид химической флотации, когда в сточные воды вводятся реагенты (ПАВ), способные извлекать находящиеся в растворе ионы и связывать их в труднорастворимые соединения (в виде пены либо осадка). Обычно применяется в случаях, когда из стоков следует выделять ценные примеси тяжелых металлов для последующей переработки.
Биологическая – сточные воды поступают в биореактор, где созданы благоприятные условия для расщепляющих загрязнения микроорганизмов; в том числе, выделяются газы и образуется пена. Как правило, используется в качестве вспомогательного метода и в установках глубокой биологической очистки стоков.
Электрофлотация – через сточные воды, которые выступают в качестве электролита, пропускается постоянный электрический ток, в результате чего образуются воздушные пузырьки. Кроме того, заряженные частицы отдельных загрязнений притягиваются анодом или катодом соответственно. Эффективна в отношении устойчивых эмульсий и суспензий, малорастворимых соединений металлов, нерастворимых нефтепродуктов, смазочных масел и т.д.

Флотация применяется в нефтехимической, целлюлозно-бумажной, пищевой, химической, кожевенной промышленности. В целом, это высокоэффективный метод очистки широкого спектра промышленных стоков, отличающийся относительно невысокими эксплуатационными затратами, быстротой внедрения и повышенной (сравнительно отстаивания) скоростью процесса.

Вакуумное испарение.
Метод позволяет выделить минеральные соли из сточных вод.

Для концентрирования или же дистилляции используются различные типы установок возгонки – воды промышленных стоков переводятся в газообразную фазу с последующим осаждением, загрязняющие вещества при этом выпадают в сухой осадок. Как правило, для этого применяются вакуумные испарительные камеры или же вакуумно-выпарные установки.

Это один из самых эффективных методов очистки промышленных стоков, который в некоторых случаях позволяет добиться полностью безотходного производства – обеспечивая высокое качество воды на выходе и пригодные для повторного использования твердые отходы. Метод строится на эффекте закипания воды в вакууме при более низкой температуре, нежели в случае нормального атмосферного давления – это обеспечивает существенно более высокую энергоэффективность процесса (особенно, в случае использования систем на тепловых насосах).

Вакуумно-выпарные установки широко применяются для работы с различными типами промстоков:

• Отходы бумажно-целлюлозной и горнодобывающей промышленности;
•  Отходы химической, фармацевтической, косметической, парфюмерной промышленности;
•  Отходы машиностроительной промышленности, масляные эмульсии, смазки;
•  Энергогенерация, энергетические предприятия;
•  Отходы пищевой промышленности, производства пивобезалкогольных напитков;
•  Отходы водоочистных установок (в т.ч. установок обратного осмоса и деминерализаторов)
•  Свалочный фильтрат с городских свалок твердых отходов

Вакуумное испарение позволяет минимизировать использование реагентов и объем хранимых отходов, обеспечить повторное использование и переработку ценных компонентов сточных вод, обеспечить высокий уровень очистки воды для повторного использования.

Экстракция.
Эффективный способ очистки от нелетучих фенолов и жирных кислот.

В сточные воды вводится комплекс органических растворителей, в результате чего экстракт (загрязняющие вещества) отделяется от воды – после этого растворители могут быть восстановлены для повторного использования. Как правило, экстракцию проводят в несколько этапов.

В качестве растворителей-экстрагентов обычно используются бензол, различные минеральные масла, четыреххлористый углерод.

Метод экстракции эффективен для удаления нелетучих фенолов – например, для предприятий, работающих с каменными и бурыми углями, сланцами, торфом и т.д.; при этом извлеченные фенолы могут быть использованы повторно. При большой концентрации загрязнений или высокой стоимости извлекаемых примесей переработка отходов методом экстракции является прибыльной.

Смотрите также:

• Фильтрация.
• Сорбционная очистка.
• Деминерализация.
• Установки мембранной очистки и подготовки воды.
• Установки дозирования.
• Реагентная обработка.