Физико-химические методы очистки
Физико-химические методы основаны на механическом удалении загрязнителей и преобразовании их в легко удаляемые формы при помощи химических реакций. Основные подходы включают:
Отстаивание и седиментация: удаление взвешенных веществ за счёт силы тяжести. Включает первичное отстаивание для отделения грубых механических примесей и вторичное — для осаждения коллоидных частиц после предварительной коагуляции. Эффективность зависит от времени оседания и размера частиц.
Флотация: метод удаления взвешенных веществ, масел и жиров с помощью подачи воздуха или газа, формирующего пузырьки, на которых загрязнения поднимаются на поверхность. Используется в нефтехимических сточных водах для отделения нефтепродуктов.
Фильтрование и мембранные технологии: включают песчаные фильтры, микрофильтрацию, ультрафильтрацию и обратный осмос. Мембранные методы позволяют удалять как механические, так и растворённые загрязнители, включая тяжёлые металлы и органические соединения.
Коагуляция и флокуляция: химическое осаждение коллоидных и растворённых веществ при добавлении коагулянтов (например, соли алюминия, железа) и флокулянтов (полимеры), способствующих образованию крупных хлопьев, легко удаляемых отстаиванием или фильтрацией.
Химические методы очистки
Химические методы направлены на изменение химического состава загрязнителей для их удаления или нейтрализации:
Окисление и восстановление: использование окислителей (хлор, озон, перманганат калия, пероксид водорода) для разрушения органических соединений и дезинфекции сточных вод. Восстановительные методы применяются для превращения токсичных соединений металлов в менее опасные формы.
Нейтрализация: регулирование pH сточных вод при помощи кислот или щелочей для предотвращения коррозии оборудования и создания условий для последующего осаждения солей.
Осаждение нерастворимых соединений: введение реагентов, образующих малорастворимые соединения с растворёнными загрязнителями (например, сульфат бария для удаления сульфатов, гидроксидные осадки металлов).
Биологические методы очистки
Биологические методы используют способность микроорганизмов разлагать органические вещества:
Аэробная очистка: активные ила, биофильтры, аэрационные бассейны. Микроорганизмы окисляют органические соединения до углекислого газа и воды. Эффективна для снижения БПК и COD сточных вод.
Анаэробная очистка: применяется для сточных вод с высокой концентрацией органики, например, нефтехимических производств. Анаэробные микроорганизмы разлагают органику с образованием метана и углекислого газа, что позволяет использовать биогаз для энергетических целей.
Комбинированные системы: сочетание аэробных и анаэробных стадий повышает эффективность очистки, снижает образование осадка и потребление энергии.
Современные физико-химические и биотехнологические методы
Адсорбция: активированный уголь, цеолиты и синтетические полимеры применяются для удаления растворённых органических веществ, красителей и тяжелых металлов.
Ионный обмен: удаление растворённых ионов металлов, аммония и других загрязнителей с помощью катионитов и анионитов.
Фотокаталитическая очистка: использование полупроводников (например, TiO₂) при ультрафиолетовом освещении для разложения органических соединений, включая стойкие нефтепродукты.
Электрохимические методы: электролиз, электрокоагуляция и электроосаждение позволяют удалять органические и неорганические загрязнения, а также дезинфицировать воду без использования химических реагентов.
Интегрированные системы очистки
На современных промышленных предприятиях для обеспечения высокой степени очистки применяются многоступенчатые системы: