Химическая флотация основана на введении в сточную воду реагентов, в результате действия которых происходят химические процессы с выделением О2, СО2, Н2 и др. Пузырьки этих газов могут прилипать к нерастворимым взвешенным частицам и выносить их в пенный слой. Во избежание дегазации время пребывания сточной воды во флотационной камере должно быть минимальным.
Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяются также процессы электрокоагуляции, электрофлотации и другие, протекающие на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты по относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Основным недостатком этих методов является большой расход электроэнергии.
При электрокоагуляционной очистке сточных вод от -таких высокоустойчивых загрязнений, как эмульсии нефтепродуктов, масел и жиров проводят электролиз с использованием стальных и алюминиевых анодов (рис. 5.21). Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа и алюминия, которые, гидролизуясь, образуют гидроксилы металлов в виде хлопьев. Наступает коагуляция и происходит очистка воды. Электрокоагуляцию рекомендуют проводить в нейтральной или слабощелочной среде при плотности тока не более 10 А/м2, расстояние между электродами не более 20 мм и скорость движения воды не менее 0,5 м/с.
Достоинствами метода электрокоагуляции являются компактность установок, простота управления процессом очистки, отсутствие потребности в реагентах, малая чувствительность к изменениям условий проведения процесса очистки и получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами. Недостатки метода -- повышенный расход металла и электроэнергии. Наиболее широко используют безнапорные пластинчатые электрокоагуляторы, направление движения жидкости в которых может быть горизонтальным и вертикальным. Электрокоагуляция применяется также для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.
При электрофлотации процесс очистки сточных вод от взвешенных частиц и нефтепродуктов проходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде - водорода. Поднимаясь в сточной воде, эти пузырьки флотируют взвешенные частицы. При использовании растворимых электродов происходит образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, что способствует более эффективной флотации. Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде. Размер пузырьков водорода значительно меньше, чем при других методах флотации. Мелкие пузырьки обладают большей растворимостью, чем крупные, и, тем самым, способствуют большему эффекту флотации. При больших объемах сточных вод применяются двухкамерные установки. Они состоят из электродного отделения и отстойной части и могут быть горизонтальными и вертикальными.
К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Эти методы связаны с расходом различных реагентов и поэтому дороги. Их применяют для удаления растворенных веществ, а также в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят по мере необходимости, как предварительную перед биологической очисткой или после нес для доочистки сточных вод. Для химической очистки сточные воды, содержащие нефтепродукты, хлорируют и озонируют. Эти методы глубокой очистки основаны на окислении органических примесей атомарным хлором и озоном при одновременном дезодорировании и обеззараживании сточной воды. Хлор применяется для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилссрнистых соединений, фенолов, цианидов и др. Озонирование позволяет очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.
2.3. Биохимические методы.
После механической и физико-химической очистки сточные воды, содержащие нефтепродукты и другие растворенные загрязнения (например, фенолы), направляются на биологическую очистку, сущность которой заключается в окислении органических загрязнений микроорганизмами.
Биологическое окисление проводят как в естественных условиях на полях фильтрации, орошения и в биологических прудах, так и в искусственно созданных условиях на биофильтрах и в аэротанках. Поля фильтрации, орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов, биологические пруды и аэротанки — за счет биоценозов этих водоемов. Биоценоз состоит из множества различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов — водорослей и т.д., связанных между собой в единый комплекс. На объектах, где происходит утечка нефтепродуктов, используют капельные и высоконагруженные биофильтры.
В капельных биофильтрах в качестве фильтрующего материала используют шлак, гранитный щебень, кокс, известняк, антрацит и другие водоустойчивые материалы. Обмен воздуха в биофильтре происходит путем естественной вентиляции (при высоте загрузки 1,5—2 м) и принудительной вентиляции (при высоте загрузки более 2 м). Для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов сточная вода, поступающая на фильтр, должна содержать не более 25 мг/л нефтепродуктов и не более 10 г/л растворенных солей. На каждые 100 мг/л сточных вод должно содержаться не менее 5 мг азота и не менее 1 мг фосфора.
Процесс очистки протекает следующим образом. Нерастворимые загрязнения образуют на поверхности биофильтра биологическую пленку, густо заселенную микроорганизмами. В процессе работы биофильтра пленка отмирает. Очищенную в биофильтре воду хлорируют, и она поступает во вторичных отстойник, где отмершая пленка задерживается. Очищенную воду спускают в водоем. Для обеспечения нормальной работы в биофильтр первоначально подают хозяйственно-бытовые стоки слабой концентрации. В фильтр вводят биогенные элементы в виде солей азота и фосфора и по мере образования биопленки постепенно добавляют нефтесодержащие сточные воды. Период адаптации микроорганизмов длится 2—4 недели. В течение этого времени объемное содержание нефтесодержащих и хозяйственно-бытовых стоков доводят до соотношения 1:1. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов биологические фильтры вводят в эксплуатацию при температуре около 20°С.
Наряду с капельными биофильтрами используются высоконагруженные фильтры. Они отличаются от капельных биофильтров более высокой окислительной мощностью, которая достигается за счет увеличения крупности зерен загрузки и изменения конструкции биофильтра. Особая конструкция днища и дренажа обеспечивает искусственную продувку сооружения воздухом. Сравнительно большая скорость движения сточной жидкости в биофильтре обеспечивает постоянный вынос из него задержанных трудноокисляемых нерастворимых веществ и отмершей биологической пленки.
Аэротенки применяются для очистки сточных вод шпалопропиточных заводов, дезинфекционно-промывочных станций и при совместной доочистке бытовых и производственных вод других предприятий. Допустимые концентрации загрязнений в воде, поступающей в аэротенк, составляют 100мг/л по фенолам, 25 мг/л по веществам, экстрагируемым эфиром, и ВПК — 500 мг О2/л, ХПК -- 1000 мг О2/л. В основу работы аэротенков положена деятельность микроорганизмов, обитающих в природных водоемах. Они носят название активного ила. Аэротенки подразделяются на аэротенки с регенерацией и без регенерации активного ила, аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители и аэротенки-отстойники. В зависимости от применяемых аэрационных устройств имеются аэротенки с механической, пневматической и пневмомеханической аэрацией.
По степени очистки аэротенки подразделяются на высоконагруженные, с частичной очисткой (остаточное БПКПОЛН > 10—15 мг/л), нормальнонагруженные с полной биоочисткой (БПК = 10—15 мг/л) и низконагруженные (с частичной и полной очисткой).
Промышленность выпускает аэротенки низкой нагрузки, среди которых наибольшее применение нашли установки марки КУ производительностью от 12 до 200 м3/сут. Для очистки сточных вод при относительно высокой концентрации активного ила используют комбинированные сооружения, выполняющие функции аэротенка и вторичного отстойника. К ним относятся аэроакселераторы, оксидаторы, циклейторы, реактиваторы и др., в которых в разных комбинациях сочетаются процессы биокоагуляции, отстаивания, осветления во взвешенном слое осадка и аэробного биохимического окисления. Одной из модификаций комбинированных сооружений является противоточный аэротенк, разработанный ВНИИ ВОДГЕО. В этом аэротенке обеспечивается длительный контакт иловой смеси с пузырьками движущегося навстречу потока воды, что повышает эффективность использования кислорода. ВНИИЖТом разработана более простая и надежная струйная система аэрации на базе центробежного насоса, позволяющая путем несложного переоборудования увеличить производительность эксплуатируемых аэротенков на 30—50% без дополнительных капитальных затрат. Особого внимания заслуживают получившие большое распространение акселераторы, которые в зависимости от концентрации загрязнений, характера сточной воды и периода аэрации могут работать на полную или неполную биологическую очистку бытовых и производственных сточных вод.