Методы очистки сточных вод

Фильтрация.

Для глубокой очистки воды от загрязнений используется фильтрование, представляющее собой процесс улавливания загрязнений в пористой среде, которая может быть образована зернистыми минеральными, искусственными полимерными и волокнистыми материалами.
Технология фильтрации основана на разделении дисперсных систем с помощью перегородок, которые пропускают дисперсную среду и задерживают твердую фазу.
Процесс очистки происходит за счёт адгезии загрязнений к поверхности загрузки, а также вследствие их механического улавливания в её порах.
В качестве зернистых загрузок (фильтрующего материала) используют природные (кварцевый песок, дробленый гравий, керамзит, цеолит, гравий, горелые породы, антрацит, бурый уголь и т.д.) или синтетические (пенополиуретан, полистирол, полипропилен волокнистые отходы синтетических волокон и др.) материалы.
Различают фильтры с восходящим и нисходящим потоком. В последних дренажная система защищена от воздействия загрязнений и работает более надежно. На фильтрах с восходящим потоком может наблюдаться заиливание дренажа, что приводит к серьезным осложнениям в работе.
На современных очистных сооружениях, которых оборудованы в последнее десятилетие, предусмотрена регенерация искусственных материалов, использованных в качестве загрузок. От эффективной регенерации фильтровальных загрузок зависит эффективность и продолжительность использования загрузки. На некоторых ОС зернистые фильтры дооснащаются узлом интенсивной регенерации.
Фильтры работают при подаче на них сточных вод как под давлением, так и без него. В первом случае они имеют герметичный корпус. Особую роль в конструкции фильтра играет дренажная система, через которую отводится очищенная в фильтре вода.

Микрофильтрация.

Микрофильтрация – мембранное разделение, основанное на просеивании, которое дает возможность отделять частицы размером 0,1-1 мкм, а так же очищать стоки от опасных биогенных элементов.
Процессы, возникающие при мембранном разделении смесей, определяются свойствами мембран. Необходимо учитывать молекулярные взаимодействия между мембранами и разделяемыми потоками, физико-химическую природу которых определяет скорость переноса. Эти взаимодействия с материалом мембран отличают мембранный метод от микроскопических процессов обычного фильтрования.
Ультрафильтрацию применяют для удаления из воды взвешенных веществ, органических веществ, коллоидных частиц нефтепродуктов, а также снижения мутности, окисляемости и т.д. При этом применяют аппараты с мембранами с внутренней поверхностью фильтрования. Установки ультрафильтрации могут быть собраны на основе трубчатых синтетических, керамических элементов, рулонных элементов или полых волокон. На некоторых ЛОС ультрафильтрацию применяют в биологических процессах очистки сточных вод, при этом используют блоки мембран, погруженных в объем аэрированной воды.
Для очистки предварительно отфильтрованных сточных вод (обычно с микрофильтрацией) также применяют нанофильтрацию, обеспечивающую удаление из воды многозарядных ионов и молекул размером 0,01–0,001, молекул органических веществ массой более 200 а.е.м. и вирусов. Селективность при очистке воды от тяжёлых металлов и солей жёсткости составляет 98% – 99%, при удалении однозарядных ионов порядка 50%.
Гиперфильтрация (обратный осмос) – процесс разделения растворов фильтрованием через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое.
Полупроницаемые мембраны пропускают молекулы воды, но задерживают ионы солей. В результате получают чистую воду и концентрированный раствор, который направляют на утилизацию. Гиперфильтрацию проводят в фильтр-прессных, рулонных, трубчатых и аппаратах с полым волокном.
Обратный осмос применяется при обессоливании для выделения и концентрирования ионов минеральных солей (в том числе ионов тяжёлых металлов) и низкомолекулярных органических веществ при исходных концентрациях от 2–5 до 20–35 г/л. Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей.
Мембранные технологии могут обеспечивать наивысшую степень очистки воды, удаляя из неё не только привнесённые загрязнения, но и растворённые вещества, приближая качество воды к дистилляту.
Мембранные методы отличаются типами используемых мембран, движущими силами, поддерживающими процессы разделения, а также областями их применения.
Мембраны изготавливают из органических и неорганических материалов – полимеры, керамика, стекло, металл и др.
Существуют мембранные методы шести типов:
1) микрофильтрация – процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления;
2) ультрафильтрация – процесс мембранного разделения жидких смесей под действием давления, основанный на различии молекулярных масс или молекулярных размеров компонентов разделяемой смеси;
3) обратный осмос – процесс мембранного разделения жидких растворов путем проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного раствору давления, превышающего его осмотическое давление;
4) диализ – процесс мембранного разделения за счет различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящий при наличии градиента концентрации;
5) электродиализ – процесс прохождения ионов растворенного вещества через мембрану под действием электрического поля в виде градиента электрического потенциала;
6) разделение газов – процесс мембранного разделения газовых смесей за счет гидростатического давления и градиента концентрации.
В области очистки стоков наибольшее применение нашли ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос (гиперфильтрация) и электродиализ.
Основные характеристики мембранных процессов представлены в таблице 1.
Таблица 1.

Мембранный процесс	Размер пор	Рабочий диапазон, мкм	Рабочее давление, кПа	Энерго-затраты, кВтч/м^3	Удаляемые компоненты
Микрофильтрация	>50 нм	0,08-2,0	7-100	0,1-0,5	Взвешенные твердые вещества, простейшие ооцисты и цисты, неко-торые бактерии и вирусы
Ультрафильтрация	2-50нм	0,005-0,2	70-700	0,3-1	Макромолекулы, коллоиды, большинство бактерий, некоторые вирусы, белки
Нанофильтрация	<2 нм	0,001-0,01	500-1000	1-2	Малые молекулы, вирус
Обратный Осмос	<2 нм	0,0001 - 0,001	850-7000	5-7	Малые молекулы, красители, соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, другие ионы