Экология/6. Экологический мониторинг

 

Д.х.н. Алыков Н.М., к.х.н. Шачнева Е.Ю., к.х.н. Алыкова Т.В.,

магистрант Ахмеджанова А.С.

 

Астраханский государственный университет, Россия

                
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
КОАГУЛЯЦИОННО-ФЛОКУЛЯЦИОННОГО МЕТОДА 

 

В водных объектах происходит естественный процесс самоочищения воды, но он протекает медленно. В индустриальный век развития промышленного производства в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. В связи с этим возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их. Очистка сточных вод от различного рода токсикантов - это достаточно сложный процесс. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

Существует достаточное количество классификаций методов очистки сточных вод. Приведем некоторые из них. Так по одной из них методы очистки сточных вод условно можно разделить на: механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то данный метод очистки можно назвать комбинированным.

Кроме представленной выше классификации методов очистки сточных вод, рассмотренных в патентной и научно-технической литературе, выделяют также градацию методов очистки сточных вод на деструктивные, разрушающие загрязнения до нетоксичных или мало токсичных компонентов (озонирование; УФ-облучение; реагентная, термическая, электрохимическая, а также микробиологическая деструкции) и  регенеративные, связанные с извлечением загрязнений из сточной воды (экстракция, ионный обмен, мембранные методы очистки, флотация, коагуляционно-флокуляционный метод) [1, 2].

Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Методы очистки с использованием коагулянтов и флокулянтов различной природы достаточно широко применяются в процессах очистки питьевой, сточной воды и обработки осадков, благодаря их высокой эффективности очистки. В связи с этим остановимся на них более подробно.

Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001-0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1-10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более. В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и  более, мелкодисперсные частицы и  коллоидные практически не удаляются. Поэтому их надо укрупнять. Для этих целей и применяют коагуляцию. Для ускорения и повышения качества процесса очистки воды в дополнение к коагулянту вводят сорбенты: известь, шлам из отстойников, бентонитовые глины, но наилучшие результаты, позволяющие коренным образом усовершенствовать технологию очистки воды, были достигнуты путем применения некоторых высокомолекулярных веществ – флокулянтов. В работах [3-12] приведены способы очистки сточных вод от токсикантов различных классов промышленных предприятий различных сфер деятельности и водоочистных сооружений.

Известен способ очистки масло- и жирсодержащих сточных вод молочной промышленности, содержащих жировые вещества [3] с использованием флокулянта «Флокатон ВС-854» дозой 4 мг/л  и азотной кислоты дозой 100 мг/л с последующим разделением фаз отстаиванием или флотацией, что обеспечивает увеличение степени очистки жидкости с содержанием жировых веществ 160-200 мг/л при минимальном количестве вторичных загрязнений в виде нитратов.

На предприятиях мясной промышленности используется следующий способ очистки [4]. Он включает в себя обработку коагулянтом и дополнительным введением флокулянта - продукта взаимодействия полиакриламида с натриевой солью акриловой кислоты с молекулярной массой 12,6·106 и содержанием ионогенных звеньев 19,8 мол. % в количестве (0,3-0,5)·10-3 г/л, а в качестве коагулянта используют хлорид железа (III) в количестве 0,2-0,3 г/л, что обеспечивает повышение степени очистки до 99%.

Аналогичные способы очистки сточных вод используются не только в пищевой промышленности. Описан способ очистки для красильно-отделочных производства [5] с использованием флокулянта, представляющий собой гидролизат шерсти, приготовленный из ее производственных отходов путем их растворения в 0,1 н. растворе щелочи. Концентрация флокулянта в обрабатываемых сточных водах составляет 1 - 3 мг/л, pH после введения флокулянта ˗ 6,5 – 7, степень очистки достигает 93%.

В целлюлозной промышленности по очистке технологических сточных вод, содержащих древесную смолу используется следующий способ [6]. Очищение проводят с добавлением в качестве флокулянтов высокомолекулярного полиэтиленоксида и водорастворимого неионного эфира целлюлозы, соответственно, имеющего температуру флокуляции 35-80oC.

Помимо способа, описанного выше для вод, обогащенных цветными металлами применяют также и следующий метод [7]. В нем в раствор добавляют раствор органического флокулянта полиакриламида гранулированного сульфатного ПАА-ГС при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество 1:(0,005-0,0075) с последующей электрофлотационной обработкой при плотности тока 7,5-8,5 мА/см2.

Для вод, содержащих взвешенные вещества, красители и нефтепродукты может быть использован и следующий способ [8]: сточные воды подвергают обработке флокулянтом - продуктом взаимодействия полиэтиленполиамина и карбамида, взятых в соотношении (3,5 - 5,0):1,0. Его получают при 150°С в автоклаве при давлении 5,0 атм. Остаточное содержание взвешенных веществ после очистки не превышает 50 мг/л, нефтепродуктов 6 мг/л.

Помимо описанных выше выделяют и способы с использованием методов осаждения. Так для осаждения взвешенных частиц из буровой суспензии и сточных вод [9] может быть использован способ, в котором в качестве промывочной жидкости используются полиакриламиды в присутствии низкомолекулярной добавки (кремнефтористый натрий или кремнефтористый аммоний в концентрации 1-3 г/дм3). Известен способ удаления ПАВ, жиров, масел, нефтепродуктов и других взвешенных веществ [10], в котором воду обрабатывают катионным флокулянтом в постоянном электрическом поле.

Помимо промышленного производства коагуляционно-флокуляционный способ очистки достаточно широко используется  при получении питьевой воды. Так для очистки вод в системе водоснабжения используется реагент [11], выполненный в виде полиэлектролита катионного типа ВПК-402, расход флокулянта задают равным 10 - 160 миллилитров/мин при дозе 0,024 - 0,0725 миллиграмм на литр, а контроль производят по предельно допустимой концентрации флокулянта, равной 0,5 миллиграмм/литр.

К способам очистки воды в области хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения можно отнести и следующий [12]. В обрабатываемую воду последовательно, непосредственно на очистных сооружениях перед смесителем вносят хлорсодержащий реагент с дозой предварительного (первичного) хлорирования, минеральный коагулянт (1-2 мг/дм3) по его активной части и катионный флокулянт (1,0-2,5%) от мутности обрабатываемой воды. Градиент  скорости смешения принимается 80-120 с-1 при времени смешения 3-5 мин, в камере хлопьеобразования - от 40 с-1 при времени перемешивания 20-30 мин до 50 с-1 при времени перемешивания 20-30 мин. Общее значение критерия Кэмпа составляет 86400-126000.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что существует достаточное количество способов очистки сточных вод токсикантов различных классов с использованием коагуляционно-флокуляционного метода. Применение того или иного из них оправдано необходимой исследователю эффективностью, чувствительностью, точностью и конечно же объектом исследования. Далеко не все методы, описанные в статье, являются доступными в связи с использованием дорогостоящего оборудования, реактивов и т.д., поэтому разработка новых и усовершенствование уже имеющихся методов очистки сточных вод от токсикантов различных классов является актуальной и сейчас.

Библиографический список

1.        Алыков Н.М., Алыкова Т.В., Шачнева Е.Ю. Поверхностно-активные вещества  и флокулянты в объектах окружающей среды. Методы концентрирования, определения и удаления / Монография / Под ред. д-ра хим. наук, проф. Н.М. Алыкова. - Астрахань: Изд. «Астраханский Университет». - 2011. - 107 с.

2.        Шачнева Е.Ю. Физико-химия адсорбции флокулянтов и синтетических поверхностно-активных веществ на сорбенте СВ-1-А /Дис. канд. хим. наук. - Махачкала. - 2011. - 139 с.

3.        Патент 2228301 RU. МПК 7 C02F1/52, C02F1/56,C02F1/52, C02F101:32, C02F101:34. Способ очистки масло- и жиросодержащих сточных вод / Стрелков А.К., Шувалов М.В., Теплых С.Ю. - № 2001100648/15; заявл.09.01.2001.; опубл. 10.05.2004.

4.        Патент 2292310 RU. МПК C02F1/56 , B01D21/01, C02F103/22чаЫ ПИ. Способ очистки сточных вод предприятий мясной промышленности (варианты) / Гумеров  Т.И., Добрынина А.Ф., Барабанов В.П. - № 2005117089/15; заявл. 03.06.2005.; опубл. 27.01.2007.

5.        Заявка 93016058 RU. МПК 6 C02F1/52. Способ очистки сточных вод красильно-отделочных производств  / Харзеева С.Э., Гень Л.И., Бобровская С.Д. - № 93016058/2; заявл. 26.03.1994.; опубл. 09.07.1995.

6.        Заявка 940462048 SE. МПК 6 C02F1/56. Способ очистки технологической воды или сточных вод, содержащих древесную смолу / Магнус Й.В., Андерссон А.О., Геранссон Г.Г. - № 94046048/25; заявл. 04.11.1994.; опубл. 20.09.1996.

7.        Патент 2363665 RU. МПК C02F1/62 (2006.01), C02F1/52 (2006.01), C02F1/465 (2006.01). Способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов / Ильин В.И., Колесников В.А. - № 2008114081/15; заявл. 14.04.200­8.; опубл. 10.08.2009.

8.        Патент 2051172 RU. МПК 6 C02F1/52, C02F1/54. Способ очистки сточных вод от взвешенных веществ, красителей и нефтепродуктов / Синицын В.В., Свиридов В.В., Обожин А.Н., Чернышев В.Ф. - № 5030772/26; заявл. 04.03.1992.; опубл. 27.12.1995.

9.        Заявка 94027080 RU. МПК 6 C02F1/52, C02F1/54. Способ осаждения взвешенных частиц из буровой суспензии и сточных вод / Исмагилов Т.А., Еникеева Э.Х., Фазлыев Р.Ф. - № 94027080/26; заявл. 21.07.1994.; опубл. 20.05.1996.

10.    Патент 2198850 RU. МПК 7 C02F1/56, C02F1/46, C02F1/56, C02F101:32. Способ очистки воды / Козловцев В.А., Голованчиков А.Б., Ходырев Д.В. - № 2001110501/12; заявл. 17.04.2001.; опубл.20.02.2003.

11.    Заявка 2388693 RU. МПК 6 C02F9/00, C02F1/56. Способ очистки воды в системе водоснабжения и устройство / Захаров В.Р., Леонов Г.В., Егоров Ю.Ф. - № 97116389/25; заявл. 30.09.1997.; опубл.10.07.1999.

12.    Патент 2193016 RU. МПК 7 C02F1/52, C02F103:02, C02F103:04. Способ очистки воды / Михайлов В.А., Баринов М.Ю., Борисова Е.В. - № 2001118235/12; заявл. 02.07.2001; опубл. 20.11.2002.