Методы очистки сточных вод от СПАВ
Методы очистки сточных вод от СПАВ с невысоким содержанием веществ (10-100 мг/л):
- Адсорбция на углях;
- Сорбционные методы с использованием ионообменных смол и полимерных адсорбентов;
- Биохимические методы очистки (биоокисление и биосорбция).
Методы очистки сточных вод от меди в растворенной форме:
- Адсорбция;
- Ионный обмен;
- Обратный осмос.
Адсорбция на углях
Процесс, под которым понимается механизм поглощения примесей (большинства органических веществ) из воды поверхностью твердого вещества.
Самым распространенным адсорбентом в химической промышленности является активированный уголь. Это высокопористое вещество из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения. Активированный уголь используется для очистки воды, разделения органических смесей, в качестве катализатора, для очистки сточных вод и воздуха, в пищевой промышленности и фармакологии.
В отличие от порошкообразного угля, у гранулированного угля меньше потери при регенерации, а стоимость регенерации гранулированного угля ниже, чем порошкообразного. Адсорбцию углем целесообразно использовать на стадиях доочистки стоков с содержанием СПАВ не более 100 мг/л. При этом достигается высокая степень очистки, до 95%.
Для метода адсорбции на углях используются специальные установки, включающие фильтры или камеры с углем, через которые пропускаются сточные воды, они проходят через слой угля, где СПАВы адсорбируется на поверхности угля или поглощается его порами. После этого очищенная вода выходит из установки.
Применяют данный метод и для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Адсорбцию можно применять только на этапе доочистки, когда основная масса загрязнений из стока убрана. В противном случае, ресурс фильтра адсорбера будет быстро исчерпан.
Для доочистки стока от тяжелых металлов, в качестве сорбента обычно применяют активированный уголь.
Наиболее эффективными адсорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость углей составляет 60…75%, а удельная площадь поверхности 400…900 м2/г.
Достоинства:
- Высокая эффективность очистки сточных вод;
- Возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ;
- Низкая стоимость, активированный уголь является дешевым и широкодоступным материалом;
- Простота технической реализации, метод адсорбции на углях не требует сложного оборудования и может быть применен даже в небольших масштабах;
- Рекуперация извлекаемых веществ.
Недостатки:
- Неэффективно для очистки сточных вод с высокой концентрацией СПАВ, уголь может насыщаться и быстро терять свою адсорбционную способность.
- Требует замены или регенерации угля, после его насыщения, уголь нужно заменить или подвергнуть процессу регенерации, регенерация активированного угля проводится при высоких температурах, в специальных печах.
Сорбционные методы с использованием ионообменных смол и полимерных адсорбентов
Сорбционные методы с использованием ионообменных смол и полимерных адсорбентов основаны на способности материалов, таких как ионообменные смолы и полимерные адсорбенты, улавливать и задерживать определенные ионы или молекулы из растворов.
Ионообменные смолы являются частично или полностью подмененными ионами материалами. Они обладают мощной ионной селективностью и способностью обмена ионами с растворами. Когда раствор проходит через колонку или катионитный или анионитный смоляной слой, ионы раствора обмениваются привязанными к смоле ионами. Таким образом, определенные ионы могут быть удержаны на смоле и затем извлечены с помощью растворения или изменения условий процесса.
Полимерные адсорбенты – это материалы, способные поглощать и задерживать определенные молекулы из растворов. Они обладают высокой поверхностной активностью и большой площадью поверхности для взаимодействия с молекулами раствора. Поскольку полимерные адсорбенты могут иметь различные химические группы или функциональные группы на своей поверхности, они могут селективно взаимодействовать с определенными молекулами или ионами.
Сорбционные методы с использованием ионообменных смол и полимерных адсорбентов широко применяются в различных областях, таких как водоподготовка, обезжелезивание, дезинфекция, очистка газов и другие процессы очистки и разделения. Эти методы обеспечивают эффективное удаление загрязнителей из растворов и газов, что делает их незаменимыми инструментами в различных промышленных и лабораторных процессах.
Сорбция ионитами наиболее эффективна для сточных вод с содержанием поверхностно-активных веществ не более 100 мг/л. Для удаления анионоактивных СПАВ используют среднеосновные и сильноосновные иониты. Регенерируют иониты водно-органическими растворами солей. Очистка воды от СПАВ методами ионного обмена может быть целесообразна лишь в случаях, когда к очищенной воде предъявляются высокие требования.
Также используется для глубокой очистки производственных сточных вод от цветных и тяжелых металлов. Можно применять только на этапе доочистки. Позволяет достигать качества очистки по тяжелым металлам до требований на сброс в водоемы рыбохозяйственного значения или до требований к воде для возврата в технологию.
Данный метод широко используется для очистки сточных вод от тяжелых металлов, поскольку позволяет достигать высокого качества очистки и при этом имеет простое аппаратурное оформление, не требует дорогих систем автоматизации, имеет низкие энергетические затраты.
Смола фильтра может задерживать ионы различных примесей (начиная от металлов и заканчивая солями жесткости), меняя их на безопасные и безвредные ионы других веществ. Обмен ионами позволяет изменять ионный состав обрабатываемой жидкости, не изменяя суммарного числа зарядов, находившихся в этой жидкости до процесса обмена.
Степень очистки методом ионного обмена порядка 80-90%.
Достоинства:
- Высокая эффективность очистки, ионообменные смолы и полимерные адсорбенты обладают высокой селективностью и способны задерживать и удалять из раствора различные загрязнители, такие как ионы металлов, органические вещества и т.д.
- Широкий спектр применения, сорбционные методы с использованием ионообменных смол и полимерных адсорбентов могут применяться для очистки воды, сточных вод, пищевых продуктов и других жидкостей, а также для разделения и концентрирования различных соединений.
3. Возможность регенерации, большинство ионообменных смол и полимерных адсорбентов можно регенерировать путем удаления поглощенных загрязнителей и восстановления исходных свойств материала, это позволяет повысить экономичность и продолжительность использования метода.
Недостатки:
- Высокая стоимость ионообменных смол;
- Необходимость установки большого количества ионитовых фильтров с коротким рабочим циклом;
- Частая регенерация;
- Ограниченная способность обработки больших объемов жидкости, из-за низкой скорости сорбции и ограниченной емкости материала;
- Для регенерации смол используются сильные электролиты соли или кислоты, которые надо отдельно утилизировать;
- Смолы образуют с органическими соединениями, маслами и ПАВ устойчивые взаимосвязи, которые невозможно разрушить при регенерации, поэтому смолы необходимо защищать от воздействия органических соединений.
- Самое главное, узел ионного обмена эффективно работает только в том случае, если время фильтрования существенно больше времени, необходимого на регенерацию, т. е. метод не подходит для вод с высоким солесодержанием.
Биохимические методы очистки (биоокисление и биосорбция)
Поверхностно активные вещества (ПАВ) являются органическими веществами, способными подвергаться биохимическому окислению. В процессе очистки ПАВ частично сорбируются активным илом или удаляются из воды вместе с осаждением взвешенных веществ. При значительных концентрациях поверхностно-активных веществ в аэротенках наблюдается активное пенообразование. Также пена присутствует в очищенных стоках.
При первоначальном поступлении стоков, содержащих ПАВ, в аэротенки или биофильтры, сразу происходит интенсивная адсорбция этих веществ. Количество ПАВ, удаляемых адсорбцией, зависит от химического строения этих веществ. Если их биохимическое окисление идет недостаточно активно, они накапливаются в активном иле, что может привести к его деградации.
Самым негативным воздействием обладают «жесткие» СПАВ, которые уже в концентрациях порядка 15 мг/л ухудшают течение биохимических процессов. При концентрации 10 мг/л наблюдается интенсивное пенообразование очищаемой воды. Активный ил начинает деградировать, микроорганизмы измельчаются. При концентрациях 20 мг/л жизнедеятельность микроорганизмов подавляется, наблюдается отмирание коловраток и свободно плавающих инфузорий. Удаление ПАВ на биофильтрах менее эффективно, чем в аэротенках. Вероятно, это связано с процессами аэрации и выноса части ПАВ в виде пены. Неионогенные (так называемые «мягкие» СПАВ), также оказывают отрицательное влияние на процессы биохимической очистки, но это проявляется при более высоком их содержании. При их концентрации в стоках свыше 50 мг/л они вызывают незначительное повышение БПК очищенных стоков. Если в сточных водах присутствуют СПАВ, относимые к промежуточной группе, наблюдаются процессы пенообразования в аэротенках и ухудшение эффективности очистки при концентрации этих веществ свыше 20 мг/л. Как видно, степень влияния ПАВ на процессы биохимического окисления сильно зависит от особенностей их строения и способности молекул к адсорбции и биохимическому распаду. Поэтому существуют рекомендуемые нормативы предельного содержания ПАВ в сточных водах, поступающих на сооружения биологической очистки. Сточные воды с высоким содержанием поверхностно-активных веществ необходимо подвергать разбавлению, либо предварительной очистке.
до 90% степень удаления СПАВ.
Достоинства:
- Компактность и малогабаритность установок;
- Невысокие эксплуатационные затраты.
Недостатки:
- Необходимость круглосуточной подачи воздуха для обеспечения жизнедеятельности бактерий;
- Необходимость предварительного удаления токсичных веществ.
Метод обратного осмоса
Обратный осмос – процесс фильтрации растворов под давлением, превышающим осмотическое, через мембраны, пропускающие растворитель и задерживающие молекулы, и ионы растворенных веществ. В основе этого метода лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим.
Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении - обратный осмос.
Обратный осмос - метод опреснения и обессоливания воды, широко используемый в энергетике, пищевой, химической промышленности, а также для улучшения качества технической и питьевой воды. Исключительный интерес представляет применение обратного осмоса для очистки промышленных и бытовых стоков.
При использовании обратного осмоса также образуются два раствора, образуются два раствора, один из которых обогащен растворителем и называется пермеат, а второй растворенным веществом и называется концентратом. Рабочее давление составляет 0,5–8 МПа.
Метод позволяет получать воду заданного качества очистки, в том числе и деминерализованную. Можно применять только на этапе доочистки. Хорошо работает после узла ультрафильтрации.
Обратноосмотические установки практически полностью очищают загрязненные воды от примесей.
Достоинства:
1. Высокая эффективность – обратный осмос способен удалить до 99% загрязнений, параллельно с освобождением от сульфатов, хлоридов, нитритов снижаются показатели жесткости воды, происходит удаление неприятных запахов, осветление и очищение от прочих химикатов.
2. Универсальность – этот метод подходит для очистки различных типов сточных вод, включая бытовые, промышленные и муниципальные.
3. Гибкость – обратный осмос может быть использован как самостоятельный метод очистки сточных вод, так и объединен с другими методами для повышения общей эффективности очистки.
4. Отсутствие химических реагентов – обратный осмос не требует использования больших количеств химических веществ, что уменьшает негативное влияние на окружающую среду.
5. Компактные размеры оборудования позволяют разместить его на небольшой площади.
6. Простота использования установки, безопасность и продолжительное время использования.
Недостатки:
- Основная проблема – это утилизация раствора, обогащенного солями, которого образуется ~5-10% от объема подачи;
- Высокая энергозатратность – процесс обратного осмоса требует значительного количества электроэнергии для создания необходимого давления, что может быть дорогостоящим и неэффективным с точки зрения энергосбережения.
2. Снижение эффективности с течением времени – мембрана обратного осмоса со временем может забиваться и нуждаться в регенерации или замене, что может повлечь дополнительные затраты.
3. Невозможность полной очистки – некоторые загрязнители, такие как летучие органические соединения или определенные тяжелые металлы, могут быть трудно удалены методом обратного осмоса.
Выбор метода очистки сточных вод
Выбор метода очистки зависит от различных факторов, включая эффективность очистки, стоимость оборудования и обслуживания, доступность ресурсов и другие технические и экономические соображения.
Биохимическая очистка может потребовать длительного времени для достижения необходимой степени очистки, что может быть неприемлемо, если требуется быстрое и эффективное удаление СПАВ и меди из сточных вод.
Метод с использованием ионообменных смол и полимерных адсорбентов может быть более затратным по сравнению с другими методами очистки сточных вод. Это может быть связано с высокой стоимостью самих смол и адсорбентов, могут иметь определенные технические ограничения, например, низкую скорость фильтрации или сложность в управлении и поддержании системы. Это может отразиться на способности системы обрабатывать большие объемы сточных вод или на ее надежности и долговечности. Метод ионного обмена может быть неэффективным для удаления определенных соединений, включая спав и медь в растворенной форме. Очистка воды от СПАВ и меди может требовать специализированных сорбентов и реагентов, которые не могут быть эффективно использованы в процессе ионного обмена.
Система обратного осмоса может быть достаточно дорогостоящей в установке и использовании, также полученный после осмоса концентрат промывных вод необходимо направлять на дополнительную очистку.
Существует альтернативный метод очистки сточных вод, который может быть более эффективными и экономически целесообразным. Метод, такой как адсорбция активированным углем, может быть лучшими вариантами для удаления СПАВ и меди из воды
Исходя из возможных методов очистки сточных вод, предпочла выбрать метод адсорбции на углях, потому что этот метод имеет свои преимущества перед другими методами очистки сточных вод от СПАВ и меди в растворенной форме.
- Эффективность: Адсорбционный метод с использованием угля обычно является довольно эффективным для удаления различных загрязнений, включая СПАВы и металлы.
- Низкая стоимость: Метод адсорбции на углях может быть более экономически эффективным по сравнению с другими методами, такими как ионообменные смолы или обратный осмос.
- Простота использования: Этот метод обычно прост в использовании и не требует сложного оборудования.
- Возможность регенерации: Уголь, используемый для адсорбции, может быть регенерирован и повторно использован в процессе, что позволяет снизить затраты на его замену.
- Доступность: Уголь является широкодоступным и дешевым материалом, который может быть использован в процессе адсорбции.