Глубокая очистка производственных сточных вод от растворенных органических загрязнений
план-конспект занятия

Глубокая очистка производственных сточных вод от растворенных органических загрязнений

План лекции

1.Применение сорбции для очистки производственных сточных вод от растворенных органических загрязнений

2. Применение метода экстракции для очистки производственных сточных вод от растворенных органических загрязнений

3. Гетерогенный ионный обмен 

4. Электрохимическая очистка сточных вод 

5. Биохимический метод  для очистки производственных сточных вод от растворенных органических загрязнений

Для очистки производственных сточных вод от растворенных органических загрязнений используются различные методы.

Сорбция – эффективный метод глубокой очистки производственных сточных вод от растворенных органических и некоторых неорганических загрязнений. Позволяет не только выделить и сконцентрировать загрязнения из сточных вод, но и утилизировать их в технологическом процессе, а очищенные воды использовать в оборотном водоснабжении. В качестве сорбентов применяют различные естественные и искусственные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, цеолиты, активные глины и прочие. В наибольшей степени для адсорбции применяются активированные угли, удельная поверхность адсорбции которых достигает 400 – 900 мг/г.

Сточные воды после предварительной очистки в отстойнике (пескоуловители, жироуловители, маслобензоотделители и ) подаются на тонкую доочистку в сорбционный блок, через входной патрубок и отводятся через глухую горизонтальную перегородку под перфорированный настил, обеспечивающий распределение и равномерный подъем стоков и прохождение их через сорбент (уголь, алюмосиликаты и проч.) для дальнейшего отведения в колодец забора проб, либо для сброса в грунт (водоем). Перфорированный настил изготавливается из стеклопластика и нержавеющей стали, что обеспечивает неограниченный срок эксплуатации сорбционного фильтра.

 Сорбционный фильтр

     Для более концентрированных (более 2 г/л) сточных вод, содержащих органические загрязнения, эффективным методом является экстракция. Последняя основана на смешении двух взаимонерастворимых жидкостей (одна их которых сточная вода) и распределении в них, согласно растворимости, загрязненного вещества. Количественно экстракция характеризуется коэффициентом распределения, то есть отношением концентрации загрязняющего вещества в эсктрагенте к его содержанию в сточной воде. При установившемся равновесии экстрагентов используют различные органические вещества: ацетон, хлороформ, бутилацетат, толуол и прочие. Разделение экстрагента и экстрагированного вещества производится перегонкой смеси. Это определяет одно из основных требований выбора экстрагента: разная температура кипения экстрагента и выделяемого вещества. После разделения смеси экстрагент вновь используется в цикле очистки вод, а вещество утилизируется.

Гетерогенный ионный обмен - ионообменная сорбция – процесс обмена между ионами, находящимися в растворе (в сточной воде) и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита. Метод позволяет не только очистить сточные воды от загрязнений, но и использовать выделенные вещества в производстве. Ионным обменом эффективно извлекаются из сточных вод тяжелые металлы, мышьяк, фосфор, сульфаты, хлориды и прочее. Иониты подразделяются, в зависимости от заряда, на катиониты и аниониты; бывают природные – алюмосиликаты (монтмориллонит, глауконит, клиноптилолит) и искусственные – ионообменные смолы.

Электрохимическая очистка сточных вод - один из наиболее распространенных методов очистки. На основе использования продуктов электролиза водных растворов в одном объединен ряд процессов: электрокоагуляция, электрофлотация, электрофлотокоагуляция, электроокисление, электровосстановление, обеззараживание, электрокорректировка реакции среды. Данный метод применим для очистки сточных вод от взвешенных, плавающих, эмульгированных, коллоидных и растворенных органических загрязнений, а также загрязнений в виде  жиров, взвеси, масла, ПАВ, тяжелых металлов, сульфидов, нефтепродуктов и прочих веществ. Достоинством метода является его компактность, высокая степень автоматизации, возможность изготовления установки в условиях любого предприятия, высокий эффект очистки вод. Среди недостатков: значительный расход электроэнергии, металлов для электродов, утилизация шламов.

Биохимический метод наиболее экологически чистый. Применяется для очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод от растворенных и коллоидных органических загрязнений, а также некоторых неорганических (азота, фосфора, сульфитов, сульфидов). Основан на способности и потребности микробных сообществ использовать в качестве питания для жизнедеятельности указанные вещества. Органическая часть загрязнений в этом случае является доминантным субстратом, а азот, фосфор, сера выполняют роль источников биогенного питания для энергетических и синтетических клеточных процессов.

Загрязненность сточных вод органическими веществами характеризуется 3 – мя показателями: БПК, ХПК, ООУ.

Биохимическую очистку вод от органических веществ ведут микробные сообщества в аэробных и анаэробных условиях. Аэробный метод основан на использовании аэробных и факультативно – аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимо наличие растворенного кислорода и температура 10 – 400С. Аэробную очистку вод ведут микробные сообщества, культивируемые во взвешенном и прикрепленном состоянии (активный ил или биологическая пленка).

Аэротенк

 Анаэробную очистку применяют, в основном, для промстоков с преобладанием органических загрязнений, а также для минерализации твердой фазы (осадков, илов, биопленки) на очистных сооружениях. При таком методе очистки происходит биологическое окисление органических веществ в отсутствии молекулярного кислорода (за счет химически связанного в соединениях SO2-4, SO2-3, CO2-3).

Активный ил представляет собой сообщество живых микроорганизмов и твердого субстрата в виде коллоидной амфотерной системы отрицательного заряда. Биоценоз активного ила представлен 12 видами: бактерии, простейшие черви, грибы, дрожжи, актиномицеты и прочие.

 Активный ил под микроскопом

Скопления бактерий окружены слизистым слоем и называется зоогелями, способствующими сорбции загрязнений, структурированию и осаждению. Элементный состав активного ила включает углерод, водород, азот, кислород, серу. Сухое вещество содержит 70 – 90% органического и 10 – 30% неорганического вещества, в зависимости от состава очищаемых сточных вод. Твердый субстрат представляет отмершую биомассу, взвеси и прочее, на которых закреплены микроорганизмы активного ила. Хлопья активного ила имеют поверхность до 1200 м3 на 1 м3 (или до 100 м2 на 1 г сухого вещества), в 1 м3 ила содержится около 2 х 1014 бактерий.

Процесс микробной очистки вод от органических загрязнений включает несколько этапов: смешение сточных вод с биомассой; сорбция загрязнений из вод на поверхности клеток; ферментный гидролиз и расщепление органических веществ до более простых форм; транспорт ферментсубстратного комплекса в клетку и внутриклеточное его окисление; вывод метаболитов из клетки.

Поля орошения представляют собой специально подготовленные участки, куда после предварительной механической очистки направляют (по бороздам, трубам, лоткам и прочее) сточные воды.

Биологические пруды применяют для очистки и глубокой очистки городских, производственных и поверхностных сточных вод, содержащих органические вещества. Это каскад прудов (3 – 5 ступеней), через которые с небольшой скоростью протекает вода, освобождаясь от органических загрязнений вследствие комплексного воздействия зоо- и фитопланктона, кислорода, воздуха, фотохимических реакций, микрофлоры донных отложений.

Биологические пруды 

Наибольшее распространение получили аэротенки и биофильтры. Общими требованиями для них является предварительное осветление сточных вод до остаточных концентраций по взвешенным веществам 100 – 150 мг/л. Биофильтры представляют собой негерметичные емкостные сооружения, заполненные различной загрузкой (щебень, гравий, керамзит, пластмасса, асбестоцемент, стеклопор и прочее), на поверхности которой развивается очищающая сточную воду биопленка. Биофильтры рекомендуются применять для очистки небольших объемов сточных вод (до 10000 м3/сут), если рельеф местности имеет перепад отметок не менее 6 м. В этом случае биофильтры экономически предпочтительнее аэротенков.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается сущность метода сорбции для очистки производственных сточных вод

2. Поясните сущность метода экстракции для очистки производственных сточных вод от растворенных органических загрязнений

3. На чем основан метод гетерогенного ионного обмена 

4. Как используется электрохимический метод  очистки сточных вод для удаления растворенных органических загрязнений

5. На чем основан биохимический метод  очистки производственных сточных вод.