Jaké technologické postupy se používají pro čištění odpadních vod?

Čištění odpadních vod je soubor opatření zaměřených na eliminaci antropogenního znečištění za účelem zlepšení kvality vody v přirozených vodních tocích a nádržích. Čistírny se nazývají čistírny odpadních vod.

Odpadní vody jsou klasifikovány podle složení znečišťujících látek, jejich koncentrace, úrovně toxikologické nebezpečnosti, hodnoty pH a charakteru odpadních vod (domácí, dešťové, průmyslové atd.).

Některé znečišťující látky jsou odstraněny během přirozeného čištění, ale perzistentnější chemické znečišťující látky se mohou hromadit po dlouhou dobu. Přítomnost takových sloučenin činí z čištění odpadních vod povinný postup.

Obsah

Metody čištění odpadních vod

Pro čištění vody existuje několik metod a jejich kombinací. Pro nejlepší účinnost čištění se doporučuje používat je postupně v následujícím pořadí:

• mechanické čištění;
• čištění pomocí biotechnologie;
• chemické a fyzikálně-chemické metody čištění;
• odstranění patogenních mikroorganismů.

Mechanické čištění

Je to nejhrubší způsob čištění odpadních vod a často se používá jako přípravný krok před důkladnějším čištěním. Umožňuje zadržovat částice a látky suspendované ve vodě. K čištění vody mechanickými metodami se používají následující konstrukce:

• usazovací nádrže;
• síta a mřížky;
• filtry;
• zařízení pro sběr malých částic;
• zařízení pro flotaci.

Síta a mřížky se používají v počáteční fázi mechanického čištění. Zachycují velké částice. Mříže jsou překážkou pro průjezd jen těch nejmohutnějších z nich. Šířka otvorů může dosáhnout 1,6 cm. Skládky, které se pod nimi hromadí, jsou pravidelně odstraňovány a poté odesílány na skládky ke skladování nebo zpracování. Nebo jsou rozdrceny a smíchány s menšími částicemi uvolněnými v následujících fázích čištění a poté také odeslány ke skladování a/nebo zpracování.

Síta umožňují vysrážet relativně malé frakce hrubých nečistot a lze je tedy instalovat za mřížku pro úplnější čištění od velkých nečistot.

Drobné částice písku, strusky a skleněné hmoty jsou zachycovány v tzv. lapačích písku. Jejich fungování je založeno na působení gravitace. Uvolněný písek se hromadí ve skladech a následně se používá pro silniční práce.

Centrifugaci lze použít k oddělení pevných nebo hustších složek od vody. Touto metodou lze odstranit nečistoty písku a látky v gelovitém stavu.

K odstranění tuku a tukem podobných látek z odpadních vod se používá metoda flotace.

Hlavním konstrukčním prvkem pro mechanické čištění odpadních vod jsou usazovací nádrže. Jsou to umělé nádrže, obvykle obdélníkového tvaru, se železobetonovými stěnami a dnem, hluboké 3–5 m. Na dně usazovací nádrže jsou zkonstruovány škrabky pro shromažďování usazených suspendovaných látek; další zařízení shromažďuje lehký plovoucí materiál do speciální násypky.

Mechanické čištění odstraní většinu minerálních nečistot. Usazovací nádrže také umožňují regulovat průtok znečištěné vody a zjednocovat ji.

Pro soukromé domácnosti, při absenci napojení na centrální kanalizaci, bylo vyvinuto kompaktní zařízení pro primární čištění, které se nazývá septik. Při její stavbě se nejprve vykope jáma požadované hloubky, na kterou se položí betonová deska. Vzdálenost od ní k budově je několik metrů. Na desku se umístí plastový kontejner, zajistí se kabely a poté se naplní. Kontaminanty, které se do něj dostávají, se usazují na dně ve formě sedimentu a biologické nečistoty jsou odstraněny pomocí kolonií anaerobních bakterií. Vznikající metan v tomto případě vystupuje speciálním potrubím.

Takto vyčištěná odpadní voda je posílána do země, kde dochází k úplnějšímu čištění. To samozřejmě nezaručuje možnost kontaminace podzemních vod, ale stále je to mnohem lepší než přímé odvádění kontaminované vody do zemních jímek. Septik vyžaduje pravidelné čištění, ale jinak lze toto zařízení bez problémů používat.

Biologické čištění odpadních vod

Tato metoda čištění využívá určité mikroorganismy nebo žížaly. S jejich pomocí se voda čistí od biologických nečistot a některých minerálních prvků, které mohou způsobit „rozkvět nádrží“ (fosfor a dusík). Mikroorganismy mohou být aerobní nebo anaerobní.

Čištění se provádí v nádržích, které se v závislosti na druhu mikroorganismů a způsobu čištění nazývají provzdušňovací nádrže, metanové nádrže, sací čerpadla a biofiltry.

Při použití anaerobních biologických metod čištění vzniká vedlejší produkt – metan. Je považován za znečišťující látku a v ideálním případě by měl být zachycován pro výrobu energie. Kal vytvořený na dně usazovacích nádrží lze použít jako hnojivo.

Fyzikálně-chemické a chemické metody čištění

Tyto způsoby jsou účinné pro čištění odpadních vod z rozpuštěných látek a některých suspendovaných nečistot.

Jednou z takových metod je flotace. Tato metoda je jak fyzikálně-chemická, tak mechanická. Umožňuje extrahovat částice, které jsou špatně smáčené vodou (hydrofobní) a vynést je na povrch spolu s bublinami plynu nebo tuku. Používá se v různých oblastech a při čištění vody dokáže snížit obsah některých pevných a organických nečistot. Metoda je považována za docela účinnou, protože odstraňuje 9/10 všech nečistot.

Použití sorbentů lze využít i k čištění kontaminovaných vod. Adsorpce může být fyzikální a chemická. Jako sorbenty se používají vysoce porézní materiály: rašelina, jíl, popel a další.

Koagulace je proces zvětšování částic v důsledku jejich vzájemné adheze. V tomto případě se nejmenší koloidní suspenze, které nebylo možné odstranit mechanickými prostředky, mění na větší částice, které se usazují na dně. Koagulace může začít, když se do roztoku zavedou speciální činidla (flokulace, heterokoagulace), nebo pod vlivem elektrického proudu (elektrokoagulace).

Metoda iontové výměny. Je založena na interakci mezi ionty škodlivin a pevnou látkou – iontoměničem. Při čištění odpadních vod se někdy používají iontoměničové filtry. Jedním typem výměny iontů je elektrodialýza. V tomto případě se látky pohybují pod vlivem elektrického pole a k samotné výměně iontů dochází na ionexových membránách.

Někdy se k čištění vody používá odpařování. Umožňuje zvýšit koncentraci rozpuštěných látek, po kterých dochází ke krystalizaci. Takové čištění lze provádět pouze při vysokých koncentracích škodlivin.

Chemické metody čištění odpadních vod

Chemické čištění odpadních vod se často používá v podnicích. Existují 2 hlavní metody: neutralizace a oxidace. Neutralizace zahrnuje: použití činidel, chemických filtrů, kyselin a zásad.

Činidla mohou být: soda, vápno, čpavek a další sloučeniny. Vápno se používá k odstranění mastných kyselin. Vápno, dolomit, křída a uhličitan hořečnatý se používají jako filtry pro neutralizaci. Kyseliny a zásady se mohou vzájemně neutralizovat, pokud se uvolňují společně. K vypouštění těchto látek v podniku však může docházet v různých časech, proto jsou pro regulaci procesu míchání instalovány zásobníky, kde se tyto látky dočasně akumulují a následně vypouštějí současně do jednoho odpadu.

Oxidace se používá pro toxické odpadní vody, stejně jako pro extrakci cenných složek z odpadních vod. K tomuto účelu se používají látky jako chlór a jeho sloučeniny, ozon, kyslík, někdy oxid manganu, oxid vodíku a sloučeniny draslíku.

Chlor se používá k odstranění sirovodíku a kyanidu z kontaminovaných vod. Kyslík se používá k čištění vody z ropných rafinérských produktů, stejně jako odpadních vod obsahujících sulfidy a petrochemických produktů.

Ozón lze použít k čištění domácích a průmyslových znečišťujících látek. Ozon lze přitom získat prakticky v „pokojových“ podmínkách přímo na čistírnách odpadních vod. Jeho nevýhodou je vysoká chemická agresivita, která vede ke vzniku koroze na povrchu kovových stěn.

Elektrochemická oxidace se také používá k čištění vody. Tímto způsobem lze účinně odstranit fenoly, kyanidy, aminy, alkoholy, aldehydy a další sloučeniny.

Metody dezinfekce čištěné vody

Dezinfekce se používá v poslední fázi komplexního čištění vody. Mezi nejoblíbenější aplikace patří ošetření UV zářením a chlórem. Chlor se tradičně používá ve většině čistíren odpadních vod. Ale protože je sama o sobě toxickou znečišťující látkou, mnoho zemí ji začalo opouštět a upřednostňovalo sloučeniny, jako je chlornan a ozón.

Pyrogenní čištění

Tento způsob čištění odpadních vod se používá v případě tvorby persistentních chemických sloučenin. K tomuto účelu se používají speciální pece a hořáky. Kamna jsou běžnější ve vyspělých zemích, ale tato metoda je poměrně drahá. V Rusku používají pochodovou metodu, která je mnohem levnější. K tomu se kontaminovaná odpadní voda přivádí do spalovací zóny hořáku a neutralizuje se tepelnou metodou.

Mobilní zařízení na čištění vody

Pokud se potřeba čištění objevuje pouze periodicky a objem odpadních vod není velký, může být vhodné použít pro čištění vody spíše mobilní stavby než stacionární. Jejich součástí je uhlíkový filtr, probublávače, čerpadlo a nádoba na dezinfekci.

Co je třeba vzít v úvahu při výběru léčebných systémů

Na moderním trhu existuje velké množství různých zařízení na čištění vody. Chcete-li vybrat ten nejlepší, musíte věnovat pozornost následujícím bodům:

1. Technologie používaná pro čištění. Jeho účinnost a produktivita.
2. Život.
3. Z jakých materiálů je zhotovena konstrukce čistírny odpadních vod?
4. Bezpečnost a snadné použití.
5. Dostupnost hygienického certifikátu od výrobce.

Kromě toho bude důležité zohlednit geografické zvláštnosti území, velikost pozemku, půdní strukturu, hladinu podzemní vody, sezónnost nebo celoroční využití.

Odpadní voda vzniká ve všech fázích výroby a zahrnuje minerální soli, kyseliny a zásady, organické produkty a produkty poločasu rozpadu rostlinného a živočišného původu a minerální suspenze. Většina znečišťujících látek je toxická pro aerobní a anaerobní organismy.

Odpadní vody z farmaceutické výroby tvoří dvě skupiny:

1. Procesní odpadní vody. V závislosti na sortimentu léčiv se jejich množství může pohybovat od 50 do 91200 3 mXNUMX na tunu hotového výrobku.
2. Odpadní vody z pomocné výroby (energetická zařízení, sklady, laboratoře, domovní odpadní vody). Objem odpadních vod se pohybuje od 10 do 40 % množství odpadních vod první skupiny.

Složitý vícestupňový proces výroby léčiv má za následek nerovnoměrné složení a průtok odpadních vod a různé koncentrace škodlivin při vstupu do čistíren.

V podmínkách nerovnoměrného vypouštění odpadních vod jsou instalovány homogenizátory, ve kterých se neutralizuje i přitékající kontaminovaná voda. Místní rostliny filtrují a srážejí toxické látky.

Hlavním způsobem čištění odpadních vod z farmaceutického průmyslu je biologický způsob, který se provádí pomocí provzdušňovacích nádrží a biofiltrů. Anaerobní zpracování se provádí v anaerobním bioreaktoru a následné zpracování v membránovém bioreaktoru. Při vysokých koncentracích škodlivin a při výrobě antibiotik se čištění provádí v anaerobním bioreaktoru.

K extrakci rozpustných škodlivin se používá ultrafiltrace a vysokotlaká reverzní osmóza a dočištění pomocí uhlíkových filtrů.

Odpadní voda z minerálních hnojiv

Při výrobě minerálních hnojiv vznikají odpadní vody s určitým složením, které závisí na použitých surovinách, technologických postupech, složení produktů na mezistupních výroby, ale i složení finálního produktu. Obecně technologicky vyspělé voda z výrobních podniků minerálních hnojiv obsahuje následující složky:

• fluoridové anionty;
• fosforečnany (fosfor);
• síranové ionty;
• amonné ionty;
• dusičnanové anionty;
• chloridové ionty.

Minerální hnojiva se podle složení dělí do tří hlavních skupin:

1. Dusík (Močovina).
2. Fosforečná (Jednozrnný, granulovaný a dvouzrnný superfosfát).
3. Potáš (chlorid draselný).

Složení odpadních vod z výroby močoviny zahrnuje velké množství reakční vody, kondenzát živé páry z parních ejektorů a dalších zařízení, vodu z chladicích plunžrových čerpadel a neorganizované odpadní vody. Znečišťujícími látkami jsou amoniak a močovina. Produkce odpadních vod je 210 – 240 m3 na 1 tunu močoviny.

Pro čištění odpadních vod od močoviny se provádí hydrolýza močoviny při vysoké teplotě a poté rektifikací čpavkové vody k extrakci čpavku a jejímu návratu do výrobního cyklu. Po vyčištění se kontaminovaná voda používá v zásobování cirkulační vodou.

Odpadní vody z výroby močoviny lze využít jako cennou surovinu v zemědělství:

• neutralizace odpadních vod kyselinou dusičnou umožňuje jejich následné využití jako kapalná dusíkatá hnojiva;
• Pěstováním řas v močovinových odpadních vodách lze získat krmné bílkoviny.

Před vypuštěním do vodních útvarů je dusík z odpadních vod odstraněn denitrifikací a nitrifikací v bioreaktoru na syntetickém krmivu.

Odpadní vody z výroby fosfátových hnojiv obsahují velké množství fosforu. Většina zdrojové vody se spotřebuje na chlazení a následnou kondenzaci v barometrických kondenzátorech a také na chlazení výsledných produktů. Odpadní voda vzniká v množství 45 – 55 m3/t hotového hnojiva s nízkým obsahem škodlivin.

Výsledná odpadní voda je podrobena adsorpci a výsledný roztok kyseliny fluorokřemičité, která je hlavní znečišťující látkou, je posílán na výrobu silikofluoridu sodného. Po neutralizaci se kontaminovaná voda používá v zásobování cirkulační vodou.

K odstranění fluoru z odpadních vod se dále používá elektrochemická metoda a metoda iontové výměny s předběžným usazováním suspendovaných částic fluoru spolu s částicemi kalu v usazovacích nádržích nebo hydrocyklonech.

Při výrobě potašových hnojiv vznikají mineralizované odpadní vody s obsahem solí 300 -350 g/l včetně sloučenin bromu 0,5 g/l. Čištění odpadních vod z potašových závodů sestává ze dvou stupňů mechanického čištění:

1. Extrakce draselné soli z odpadních vod do kalového skladu.
2. Sekvenční usazování odpadních vod v odkalištích.

Hlavními surovinami pro výrobu chloridu draselného jsou přírodní draselné soli: sylvinit a karnallit, které se prakticky nerozkládají, takže odpadní vody jsou po naředění vypouštěny do vodních útvarů v přijatelné koncentraci.

Odpadní voda z výroby polymerů a syntetických produktů

Podnik na výrobu polymerů zahrnuje dvě oblasti:

1. Výroba samotných polymerů a meziproduktů syntézy.
2. Zpracování polymerů na syntetické produkty.

Odpadní vody zahrnují širokou škálu chemických znečišťujících látek, jejichž složení je dáno technologickým postupem a typem vyráběného produktu. Mezi tyto znečišťující látky patří:

• methanol;
• butanol;
• fenol;
• formaldehyd;
• acetáty;
• sírany a chloridy;
• sloučeniny chrómu a ropné produkty.

Pro lokální čištění se používají metody, které umožňují z odpadních vod extrahovat cenné nečistoty a zároveň vracet vyčištěnou vodu do recyklačního cyklu. Mezi takové metody patří:

• rektifikace: z odpadních vod se extrahuje methanol, formaldehyd, fenol a další uhlovodíky;
• flokulace a koagulace: odstranění síranů a chloridů z odpadních vod;
• elektrokoagulace: sloučeniny chrómu a ropné produkty.

Reagenční metody jsou často nahrazovány elektrokoagulací, která výrazně snižuje náklady na proces čištění a minimalizuje vypouštění odpadních vod do nádrže.

Kyselé odpadní vody rostlin

V chemickém průmyslu zaujímá výroba kyselin zvláštní místo, zejména:

• kyselina dusičná;
• kyselina chlorovodíková a sírová;
• kyselina fosforečná;
• syntetické mastné kyseliny.

Hlavními znečišťujícími látkami v odpadních vodách z výroby kyseliny dusičné jsou kyselina dusičná a sírová. Kontaminanty vstupují do odpadních vod z mycích zařízení, věží a také z ledniček. Složení odpadní vody závisí na stupni koncentrace kyseliny dusičné. Při výrobě slabě koncentrované kyseliny vzniká 90 -170 m3 na tunu produktu, při výrobě koncentrované kyseliny – 80 – 90 m3/t. V druhém případě se ke kyselině dusičné v odpadní vodě 0,8 – 1 g/l přidá 0,2 – 3 g/l kyseliny sírové.

Kyselina sírová se vyrábí dvěma způsoby (věžovým a kontaktním) ze sirného pyritu – pyritu. Odpadní voda vzniká při mytí technologického zařízení a obsahuje kyselinu sírovou, minerální suspenze, někdy selen, arsen a sírany kovů. Na tunu kyseliny sírové připadá 45 – 70 m3 odpadních vod.

Při výrobě kyseliny chlorovodíkové vzniká 12 – 13 m3 na 1 tunu produktu. Ve složení odpadních vod převažuje kyselina chlorovodíková, průměrně 2 – 10 ml/l, a také malé množství mechanických nečistot.

K výrobě kyseliny fosforečné se používají přírodní fosfáty, které reagují s kyselinou sírovou. Odpadní voda je produkována chladicími kondenzátory, přičemž povrchové kondenzátory tvorbu odpadních vod minimalizují. Odpadní voda obsahuje sloučeniny fluoru, jejichž koncentrace je nevýznamná. To umožňuje použití kontaminované vody v recyklačním cyklu.

V dílnách na výrobu anorganických kyselin jsou umístěny lokální neutralizační stanice, které zajišťují stupeň čištění odpadních vod pro vypouštění do vodních útvarů. Mechanické nečistoty jsou odstraněny usazováním.

Při výrobě syntetických mastných kyselin je základním produktem parafín, který prochází katalytickou oxidací v kapalné fázi kyselinou dusičnou nebo vzdušným kyslíkem. Na 1 tunu zpracovaného parafínu připadá 8 m3 odpadní vody, která rozdělena do dvou skupin:

1. Síranové odpadní vody. Obsahují síran sodný, mastné kyseliny s nízkou molekulovou hmotností, 1,5 % hmotnosti zpracovaného parafínu, z čehož 30 % až 80 % tvoří kyselina octová;
2. Kyselé odpadní vody. Obsahují kyseliny, ketony, estery, alkoholy, ale i nízkomolekulární mastné kyseliny, 17 – 20 % hmotnosti zpracovaného parafínu.

Všechny druhy odpadních vod jsou čištěny v místních čistírnách.

K čištění odpadních vod z výroby syntetických mastných kyselin, zejména kyselých, se používají následující metody:

• extrakce;
• sorpce;
• iontová výměna;
• azeotropní a extrakční rektifikací.

Azeotropní rektifikace isoamylformiátem probíhá v několika stupních, včetně tvorby sraženiny, její separace vakuovou filtrací a návratu sraženiny po promytí do výroby. Vyčištěná voda se po zbavení isoamylformiátu vrací do recyklačního cyklu.

Při oddestilování sedimentu vzniká černá kyselina, jejíž rektifikací vznikají kyseliny mravenčí, octové, propionové a máselné nízké kvality. Pro získání vysoce kvalitních kyselin je nutné použít dvoustupňové schéma.

Biologické čištění se provádí v provzdušňovací nádrži, kde jsou mastné kyseliny a jim odpovídající aldehydy snadno zničeny mikroorganismy.

Galvanické pokovování odpadních vod

Odpadní voda z galvanického pokovování obsahuje jako hlavní znečišťující látku těžké kovy.

V závislosti na složení Galvanické odpadní vody se dělí do čtyř skupin:

1. Kyselé odpadní vody. Polutanty jsou HCl, H16SO22, někdy HNOXNUMX a HXNUMXPOXNUMX, soli Fe a další kovy. Koncentrované odpadní vody obsahují XNUMX – XNUMX g/l minerálních suspenzí.
2. Alkalický odpad. Obsahují 0,6 – 1,2 g/l olejů a ropných produktů, suspendované látky 10 – 20 g/l, dále hydroxidy, uhličitany, ortofosforečnany, metakřemičitany sodné.
3. Kyanidový odpad. Obsahuje 60-120 mg/l kyanidů těžkých kovů. Nejsou příliš agresivní, ale ve spojení s kyselým odpadem mohou tvořit zvláště toxické látky, jednou z nich je kyselina kyanovodíková.
4. Odpad obsahující chrom. Znečišťující látkou je chrom (VI) v koncentraci 10-100 mg/l.

Použití chemických činidel pro čištění odpadních vod při výrobě galvanického pokovování umožňuje odstranit z roztoku ionty těžkých kovů.

Pro zvýšení koncentrace chrómu v odpadních vodách a následné navrácení do výroby se používají membránové metody. Reverzní osmóza v tomto případě umožňuje zvýšit odstraňování chrómu z odpadních vod na 92 ​​%.

Odpadní vody z petrochemického průmyslu

Odpadní voda z petrochemického průmyslu je zvláště toxická a obtížně se čistí. Obsahují fenoly, naftenové kyseliny, sulfidy, merkaptany, ropné produkty a oleje. To určuje speciální přístup k čištění odpadních vod z petrochemické výroby.

Čištění odpadních vod probíhá ve 3 stupních:

1. Mechanické čištění od pevných a tekutých hrubých nečistot.
2. Fyzikálně-chemické čištění, které zahrnuje neutralizaci odpadních vod, neutralizaci sirně-alkalických vod a odstraňování koloidních částic.
3. Biologické čištění a dočištění odpadních vod.

Návrat kontaminované vody do recyklačního cyklu má velký význam pro snížení antropogenního vlivu podniků petrochemického průmyslu na vodní útvary.