Води є найнеобхіднішим ресурсів природи. Вона важливі для природи і лежить в основі життя. Промислове виробництво і сільськогосподарська діяльність не можуть функціонувати без води. Вона потрібна рослинному і тваринному світу, а так само людині. Водний світ багатий мешканцями, яким не вижити на суші.
За останні два століття міста стали інтенсивно зростати, промисловість розвиватися, сільськогосподарські землі знаходяться на зрошуваних територіях. Все це призвело до виникнення проблем з постачанням чистою прісною водою.
Людина потребує водних ресурсах. Потреби людей з кожним роком зростає в геометричній прогресії. Понад 70% усієї використовуваної води йде на сільськогосподарські потреби. Учені в усьому світі стурбовані проблемою забезпечення прісною водою. Сьогодні прагнуть до розширення відтворення прісних джерел та їх використання, пропонують масу нових технологій з мінімальними забрудненнями стічних вод.
Забруднення в воді бувають в будь-якому агрегатному стані: твердому, рідкому, газоподібному. Вони не дозволяють споживати воду без обробки. Забруднення з'являються в природних джерелах з необроблених стічних вод промислового виробництва, тваринництва, рослинництва, видобутку копалин, транспортних компаній і т.д. Вода змінює свій хімічний склад, фізичні та біологічні властивості.
Під час очищення стічних вод небезпечні речовини руйнуються або фізично видаляються. Це досить складний процес. Існує наскільки способів очищення стічних вод:
- механічний;
- хімічний;
- фізико-хімічний;
- біологічний;
- комбінований, що включає кілька методів.
Фізико-хімічні методи очищення стічних вод
Фізико-хімічна обробка вилучає зі стічної води тонкодисперсні і розчинені неорганічні речовини, руйнує трудноокісляемие і органічні сполуки.
Існує кілька способів фізико-хімічної очистки:
Фізико-хімічні методи очищення стічних вод мають більші можливості:
- глибоке очищення;
- видаляються неокісляющуюся токсичні забруднення;
- мінімальні габарити очисних споруд;
- мінімальна чутливість до змін навантажень;
- допустимо повністю автоматизувати процес очищення;
- не треба контролювати роботу живих організмів;
- допустимо рекупіраціей речовин;
- всі процеси більш вивчені і відпрацьовані на практиці.
Для ефективного вибору методу очищення керуються технічними та санітарними вимогами, кількістю домішок у стічній воді і її об'ємом.
коагуляція
В основі методу лежить додавання в стічні води активних коагулянтів: солі амонію, міді, заліза і т.д. Шкідливі вщества випадають в осад пластівцями, які вилучаються без особливих зусиль. Коагуляція популярна на більшість підприємств промисловості: текстильної, легкої, нафтохімічної, целлюлозабумажной, хімічної та ін.
Механічне очищення робить оброблені води агрегативно стійкими. Баланс порушується при появі коагулянтів і флокулянтів. Формуються великі освіти завдяки впливу молекулярних сил зчеплення під час перемішування або руху під впливом зовнішнього силового поля. Можуть злипатися як однорідні частинки (гомокоагуляція), так і неоднорідні (гетерокоагуляція). Воду знову відправляють на механічну обробку. При коагуляції осад у формі пластівців становить майже п'яту частину всіх фільтровану стічних вод.
Метод має ефективність до 95%.
Для форсування можуть використовуватися емульговані або тонкодисперсні речовини. Ефективно видаляються частинки від 1 до 100 мкм. Можливо мимовільне протікання очищення.
Колоїдні частинки утворюють складовою електричний шар на поверхні частинки. Перша частина фіксується в місці розділу двох фаз, а інша - являє собою скупчення іонів. Спостерігається дві частини шару: одна - рухлива (дифузний шар), а інша - нерухома.
Пластівці утворюються з зважених часток і коагулянту. Що б це сталося, необхідно наблизити частки для виникнення сили тяжіння і хімічної спорідненості. Це трапляється завдяки броунівському русі і турбулентному руху води.
Існує інший різновид цього методу - електрохімічна коагуляція. Для його здійснення необхідні залізні або алюмінієві електроди і постійний електричний струм. Анодний метал піддається іонізації і потрапляє в воду. Домішки починають коагулювати малорозчинні гидроксидами заліза або алюмінію. Концентрація електроліту робить прямий вплив на швидкість очищення.
Важливо відзначити, що полідисперсні системи краще подаються коагуляції: великі частки тягнуть на дно дрібні. Впливає і форма частинок: круглі повільніше коагулюють, ніж довгі.
Хорошим коагулянтом вважається двовалентне залізо FeSО4. яке є відходом процесу травлення сталі. Травильні стоки містять до 15% заліза. При його використанні очищення по ГПК - до 75%, каламутність знижується до 90%, кількість фосфору - на 98%, бактерій - до 80%.
флокуляція
Схема флотатора-відстійника- відстійник;
- флотаційна камера;
- кільцевої водозбірний лоток;
- радіальні водозбірні лотки;
- насос;
- воздухорастворітель (сатуратор);
- вода на очищення;
- вода після очищення;
- рециркуляційна лінія аерірованной води;
- стиснене повітря
Флокулянти представляють собою високомолекулярні сполуки. Молекули флокулянта контактують з частинками домішок, що призводить до агрегації забруднень. Дрібні частинки переходять у завислий стан. Зазвичай цей метод додатково використовують коагуляцией, що б прискорити випадання в осад пластівців і скоротити обсяги необхідного коагулянту.
При додаванні флокулянта відбуваються такі дії:
- на поверхневому шарі колоїдних частинок адсорбуються молекули коагулянту;
- молекули флокулянта утворюють сітчасту структуру;
- вплив сил Ван-дер-Ваальса змушує колоїдні частинки злипатися.
Очищення цим способам дуже проста в реалізації і застосуванні. Спочатку підбирають необхідний обсяг флокулянта і додають його в воду. Випадають пластівці, які забирають механічним методом.
Фокулянти бувають природного (діоксид кремнію) або синтетичного (поліакриламід) походження.
Вони можуть бути різної полярної групи:
- неіоногенні: ОН, СО;
- аніонні: -СООН, -SО3 Н, -ОSО3 Н;
- катіонні: -NН2. NН;
- амфотерні: включають аніонні і катіонні групи.
Економити на коагулянт і флокулянтів можливо при виконанні подвійної обробки води: спочатку відстоювання без реагентів, а потім відстоювання з коагулянтами і флокулянтами.
Якщо концентрація домішок не перевищують 4 г / л, то поєднують коагулятори і освітлювачі. Це найбільш дієво звичайних відстійників.
Вода в освітлювачах йде від низу до верху через виділений шлам з великою швидкістю, що б не вимивався зважений осад. Таким чином, затримуються мелкосуспензірованние частки. Для стабільної роботи освітлювача важливо, що б подається вода була без газових бульбашок і постійної температури (коливання в діапазоні 1 градуса). Зайвий шлам йде в особливу камеру завдяки різної щільності зваженого шару і освітленої води.
Адсорбція заснована на здатності певних речовин вбирати домішки. Найбільш частими реагентами є активоване вугілля, бентонітові глини, торф, цеоліти і т.д.
Основним плюсів адсорбції є велика результативність, очищення від декількох видів забруднень, рекуперація.
Розділяють регенеративную і деструктивну адсорбционную очистку. У першому виді домішки видаляються з адсорбенту і піддаються утилізації. При другому виді домішки піддаються знищенню разом з адсорбентом.
Залежно від виду використовуваного адсорбенту і видаляється хімічної речовини можна досягти ефективності до 95%.
Найбільш поширене використання активованого вугілля.
У адсорбції обов'язково передбачають перемішування води і сорбенту або пропускання води через його шар. Сорбційна установка може складатися з 3-5 фільтрів в певній послідовності.
- труба, по якій надходить суспензія подрібненої руди в воді
- посудину, з якого капає флотационний реагент (масло)
- надходження повітря, засмоктує гвинтом
- місце, де спливла корисна порода відділяється від осідає порожньої породи
- стік піни з корисною породою (концентрат)
Флотація заснована на утворенні повітряних бульбашок, які піднімають домішки вгору. Утворюється шар піни, яку легко видалити. Метод дієвий при обробці стічних вод від нафтопродуктів, волокнистих часток, масел і інших речовин.
Домішки прилипають на розділі двох середовищ: рідкої і газоподібної. Існує кілька різновидів флотації.
Найбільш популярна - напірна для очищення стічних вод з концентрацією домішок до 5 г / л. Відбувається збагачення води газовими бульбашками під тиском. Цей різновид флотації вимагає більше часу.
На результат очищення впливає кількість і розмір бульбашок. Так як домішки знаходяться у всьому обсязі стічних вод, то прагнуть до максимально рівномірному розподілу бульбашок по всьому об'єму. Газові бульбашки повинні бути 15-30 мкм в діаметрі. При більшому розмірі вони швидко спливають і не встигають захопити домішки.
Вода після флотації може направлятися на внутрішні потреби підприємства або піддаватися більш ретельного очищення.
екстракційний метод
Забруднюючі домішки розподіляються в суміші двох рідин, які не розчиняються одна в одній. Використовують для видалення зі стічних вод органіки, яку згодом переробляють: жирні кислоти, феноли. Таким чином, підбираються такі рідини, які здатні розчинити цінні речовини зі стічної води, але не розчиняються з самої очищається водою.
Тут працює фізико-хімічний закон розподілу: при активному перемішуванні двох нерозчинних рідин будь-яка речовина, розчинена в одній з них, почне розподілятися відповідно до своєї розчинності. Після виділення першої рідини з другої, одна з них буде частково очищена.
Екстрагованих речовин відділяється і піддається переробки, а екстрагент знову використовується в технології очищення.
Екстрагент повинен відповідати певним вимогам:
- не повинна утворюватися емульсія;
- нескладна регенерація;
- нетоксичний.
Для ефективності очищення стічну воду піддають екстракційної очистки кілька разів. Кожна заливка повинна мати новий екстрагент в тій же пропорції, що і попередній раз. Це не дуже економічно. Наприклад, при очищенні 1 літра води від фенолу з концентрацією 6 г / л необхідно затратити 2,2 літра бензолу.
Заощадити кошти допоможе протівоточная екстракція, коли вода спрямована на потік екстрагента. Так для очищення води з попереднього прикладу вже необхідно тільки 0,5 літра бензолу. У спеціальних установках стічна вода подається зверху в потік менш щільного естрогента. У протівоположнос випадку все відбувається навпаки: вода - знизу, а естрогент - зверху.
Існує триступенева екстракційної очистки: вода зустрічається з двома спрямованими потоками екстрогента. Синергетичний ефект здатний прискорити очищення. Значення рН важливо при кислотному або основні ознаки домішок.
сорбційна очистка
Найбільш універсальний спосіб. Сьогодні навіть розглядають питання заміни біологічної очистки сорбційними методами. Існує три види сорбції:
- адсорбція - бере участь вся поверхня твердого поглинача;
- абсорбція - поглинені речовини надходять до будинку сорбенту дифузним поглинанням;
- хемосорбция - сорбент і домішки вступають в хімічні реакції.
Сорбентами можуть бути не тільки природні матеріали, але і синтетичні, які мають високу пористість. Сорбенти характеризуються структурою пір, хімічним складом, пористістю. Основний недолік - висока вартість.
Евапораціонний метод
Стічну воду нагрівають до температури кипіння і обробляють насиченою водяною парою. Він забирає летючі домішки. Довше пар направляють на гарячий поглинач, який вилучає ці речовини, а парою знову обробляють стічні води. Основна умова - вода і пар повинні йти один на одного. Головним плюсом є відсутність реагентів, простата очисних споруд, економічний.
Метод іонного обміну
Іоніти твердої фази і іони в розчині відбувається обмін. Завдяки цьому можна забирати з стічних вод потрібні радіоактивні речовини і домішки: фосфор, миш'як, ртуть, свинець і ін. Особливо результативним іонний обмін при високу токсичність води.
Іонообмінним матеріалом можуть бути як природні, так і штучні матеріали. Часто використовуються різні види смол, що містять активні іонні групи. Іонна смола використовується багаторазово після кожного відновлення в спеціальному розчині.
Зворотний осмос
Ультрафільтрація полягає в пропущенні стічних вод через мембрану. Забезпечується тиск, яке більше осмотичного (0,1-10 МПа). Мембрана не пропускає речовини, молекули яких більше молекул води.
Результат залежить від використовуваних мембран: їх селективність (розділова здатність), проникність, хімічна і фізична стійкість до впливу навколишнього середовища, міцність і невелика вартість.
В процесі діалізу напівпроникна мембрана звільняє колоїдні розчини і низькомолекулярні з'єднання з високомолекулярних речовин. Низькомолекулярні речовини здатні пройти через мембрану.
Звичайний діаліз має форму мішка з напівпроникного матеріалу, який заповнений діалізіруемой рідиною. Цей мішок опускають в воду, що очищається. Згодом діалізіруемой речовина в обох розчинах ставати рівним. Далі замінюється розчинник в мішечку, знову повторюють всі дії до повного очищення води.
Головний недолік діалізу - довгий період очищення. Для прискорення процесу вдаються до збільшення активної площі і підвищують температуру. Діаліз об'єднує в собі осмос і дифузію.
Використовується для очищення колоїдних рідин від низькомолекулярних неелектролітів та електролітів.
кристалізація
Видалення кристалів домішок. Застосовується в водоймах і ставках виправними. Можливо тільки при високому вмісті домішок.
електрохімічні методи
електрокоагуляція
Стічні води пропускають між електродами з постійним струмом. В процесі електрокоагуляції колоїдні частинки збільшують свій розмір завдяки орієнтації по силових лініях утвореного електромагнітного поля і об'єднання. Постійний струм сприяє електролізу при виникненні водневих іонів на катоді і розчинення анодного металу. Гідроксиди металів захоплюють тонко дисперсні і розчинені речовини.
Електорофлотація
Під час електролізу утворюються гази, які захоплюють зважені домішки. Розмірні параметри бульбашок впливають на ступінь очищення і залежать від щільності струму. На відміну від звичайної флотації повітряні бульбашки при електролізі значно менше і розподілені більш рівномірно.
Електрофлотація ефективна для локального очищення при невеликих обсягах води і сильному забрудненні промисловими відходами.
електрофоретичний метод
До цього методу вдаються при вилученні речовин з негативним зарядом. Електричне поле не дозволяє негативно заряджених частинок коагулировать.
електроосмос
Рідина по впливом електричного поля проходить по капілярах. Домішки залишаються на поверхні пористих перегородок.
У багатьох випадках рівень забруднення стічної води невидимий візуально. Винятком є пінні кошти, нафта і неочищені стоки. Щороку в басейни вододжерел прісної води викидається тисячі хімічних речовин, серед яких безліч нових. Наслідки подібної діяльності людини непередбачувані. Нафта, радіоактивні відходи, токсичні важкі метали, пестициди - всі небезпечно не тільки для людини, але і всього життя на нашій планеті. ВООЗ б'є на сполох - 80% хвороб виникають внаслідок вживання води поганої якості. Люди сільській місцевості у всьому світі використовують воду для побутових потреб із забруднених джерел.