Очистка сточных вод может осуществляться химическими (окисление, восстановление, конденсация, изомеризация, разложение и др.) или физико-химическими методами (перегонка, экстракция, сублимация, ректификация, осмос, ионный обмен, флотация, коагуляция, коалесценция и др.). Многие из существующих в настоящее время методов и способов очистки сточных вод застаревают и перестают соответствовать современным требованиям. Поэтому актуальной проблемой на сегодняшний день является разработка новых и усовершенствованных методов очистки сточных вод.
Нанотехнологии способны помочь дальнейшему поиску и развитию новых технологий в этой сфере. Целью наноочистки является создание инновационных наночастиц и нанослоев, свойства которых можно было бы внедрить в традиционные методы очистки воды. Разрабатываются планы систем водоочистки, которая бы совмещала очистку с помощью нанофильтров из композитных материалов и УФ излучения, что позволит добиться высокой эффективности и многофункциональности в работе очистных сооружений. Идея заключается в том, чтобы вода не содержала взвешенные вещества и микроорганизмы, а также химических и биологических примесей [2, с. 336].
Одним из новых направлений является технология регенерационной очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, сочетанием экстракционных и адсорбционных процессов. Очистка воды от нефтяного загрязнения осложнена тем, что часть нефти находится в воде в виде эмульсий (наноструктуры). В настоящее время воду чистят флотационными или сорбционными методами, которые малоэффективны и дороги. Предложенная нами двухступенчатая технология предусматривает на первом этапе удаление из воды водо-масленых эмульсий экстракцией маслами, оставшееся количество нефти (2-5мг/л) удаляется из воды на специальных сорбентах, гидрофобизированных древесных опилках. Древесные опилки предварительно активировали, в результате раскрывали межфибрилярные полости, куда по специальной технологии внедряли парафины (С30 и выше). Такие гидрофобизированные сорбенты не набухали в воде и обладали сорбционной емкостью 5-7г/г. Остаточное содержание нефти после сорбционной очистки -не менее 0,1мг/л. Рассчитаны параметры установки для осуществления процесса в непрерывном режиме [1, с. 37].
Экстрагенты с нефтью после определенного цикла работы увеличиваются в объеме (до 100 раз) и поэтому выводятся из цикла, и отработанный экстрагент используется как нефть. Отработанные сорбенты отжимаются, нефть возвращается, остаток сжигается как печное топливо. Внедрение настоящей технологии и ее эксплуатация в промышленных масштабах позволит очистить нефтьсодержащие сточные воды с минимальными расходами энергии, реагентов. При этом процесс не сопровождается образованием отходов и побочных продуктов (шламов и т.п.). Выделенная нефть регенерируется. При этом утилизируются нефтешламы и древесные опилки а на рынке сорбентов появляется недорогой сорбент нефти, который способен также и очистить нефть с поверхности воды и почвы [4, с. 47].
Еще одним направлением в наноочистке сточных вод является электрокоагуляция. При электрокоагуляции образующаяся в ходе электролиза коллоидная суспензия соединений железа может обезвреживать воду и в том случае, если получать его отдельно и затем дозировать в обрабатываемый сток. Параметры рабочего раствора регулировать гораздо легче, чем параметры производственного стока. Можно подобрать раствор с такими характеристиками, которые позволяют получать коагулянт из отходов металла, а не из дорогостоящей стали. Сущность такой технологии сводится к тому, что предварительно в отдельном электролизере проводится анодное растворение указанных металлических отходов с получением суспензии электрогенерированного коагулянта, которая затем направляется в реактор, где происходит смешение ее с очищаемым стоком. Готовый раствор назвается ферроферригидрозолем (ФФГ).
Ферроферригидрозоль состоит из наночастиц с очень большой поверхностью, которая содержит химически активные группы, действующие как специфические адсорбенты, и содержит соединения железа (II) и железа (III). ФФГ используется для нейтрализации и удаления тяжёлых металлов, а также для обезвреживания других сопутствующих загрязнителей, таких как фосфаты, органические соединения, остатки смазочно-охлаждающих жидкостей, красителей и детергентов. Такая возможность достигается благодаря одновременно работающим различным механизмам, а именно: сорбции, коагуляции, восстановления, ферритизации. Метод пригоден для очистки сточных вод с размещением отходов в соответствии с природоохранными законами и внедрён в нескольких восточно- и западноевропейских странах. Результаты подтверждены в сертифицированных лабораториях разных стран [3, c. 35].
Полученный после очистки шлам можно безопасно захоранивать на городских свалках или использовать как сырье для производства различных технических продуктов, таких как керамика, пигменты и т.д. Обезвреженная вода может использоваться в технологических процессах. Таким образом, мы имеем безопасную для окружающей среды технологию и сберегающий ресурсы промышленный процесс. Применение ФФГ вместо традиционно применяемых технологий может дать лучшие результаты при удалении из стоков ионов тяжёлых металлов Cu2+, Zn2+, Ni2+, Cd2+, Cr4+. Результаты, полученные при работе с моделированными стоками, показали, что наиболее эффективное удаление упомянутых металлов происходит при рН 7–9.
Это позволяет уменьшить концентрацию ионов металлов до допустимых норм. Процесс успешно применялся для очистки стоков гальваники и печатных плат. Допустимые нормы Cu2+, Zn2+, Cr4+ и других загрязнителей достигались уже через 10–20 мин. Метод показал себя более эффективным и более быстрым в сравнении с реагентным методом, что видно в таблице 1 [5, c. 53].
Таблица 1. Сравнение обезвреженных сточных вод традиционным реагентным методом и при помощи ФФГ
| Основные критерии оценки технологии | Традиционный реагентный метод | Метод очистки ферроферригидрозолем |
| Достижение ПДК | Достижение мягких норм ПДК | Достижение ПДК в соответствии с требованиями ЕС |
| Возврат воды в производство | Не возвращается | Возвращается в техническую или оборотную системы |
| Количество очищенной воды | Дополнительное засоление. Тест с дафниями дает отрицательный результат | Нет дополнительного засоления. Тест с дафниями дает положительный результат |
| Депонирование осадка | В свалках опасных отходов | В свалках безопасных отходов |
| Утилизация осадка | Отсутствует | В керамику, пигмент, черепицу |
| Использование токсичных реагентов | Используются кислота, щёлочь, бисульфит и др. | Используется незначительное количество щёлочи для доведения рН |
| Необходимость раздельной обработки стоков | Отдельно обрабатываются кислотно-щелочные и хромсодержащие стоки | Всё в одном потоке |
| Очистка в присутствии комплексообразователей | Металлы не осаждаются из комплексов до ПДК | Тяжёлые металлы осаждаются до ПДК |
| Спектр загрязнений | Узкий | Широкий: тяжёлые металлы очищаются в присутствии органических веществ, красителей, детергентов и пр. |
| Зависимость осаждения от степени кислотности раствора (рН) |
Разные металлы осаждаются в разных интервалах рН | Все металлы — в одном диапазоне рН |
| Необходимость отстойников | Отстаивание в течение 4–24 ч | Отстойники не требуются, что снижает объём строительно-монтажных работ и занимаемых площадей |
Преимущества обработки стоков при помощи ФФГ: возможность чистить разные стоки в одном потоке, а очищенную воду использовать в технических целях или подключить к рециркуляции. Обработанная имеет высокое качество, что видно из таблицы 2.
Таблица 2. Обезвреживание сточных вод при помощи ФФГ
| Сорт сточных вод | Ионы металлов |
Концентрация, мг/л |
|
| до очистки | после очистки | ||
| Гальваника | Zn | 23,1 | 0,005 |
| Cr | 96,0 | 0,01 | |
| Cu | 46,0 | 0,01 | |
| Печатные платы | Zn | 0,31 | 0,002 |
| Pb | 1,56 | 0,05 | |
| Ni | 1,05 | 0,05 | |
| Fe | 113,0 | 0,005 | |
Появление такого продукта как коагулянт ферроферригидрозоля из наночастиц позволяет улучшить технологию очистки сточных вод и достичь более высокого качества очищаемой воды, пригодной для повторного использования, а также использовать нетоксичные шламы для производства технически полезных материалов.
С наибольшей эффективностью ФФГ может применяться для обезвреживания стоков следующих производств:
— обработка поверхности металлов — гальваническое покрытие, изготовление печатных плат, травление металлов и т.д.;
— красильные процессы при изготовлении хлопковых и шерстяных тканей, синтетических материалов;
— меховое и кожевенное производство, особенно очистка их стоков от красителей, соединений хрома и поверхностно-активных веществ;
— некоторые виды химических производств, в выбросах которых содержатся соли металлов, фосфаты и т.д.
Кроме того, эта технология успешно применялась на станциях биологической очистки стоков, а также в процессах водоподготовки как в промышленности, так и в сельском хозяйстве.
Также возможно применение композиции ФФГ для очистки коммунальных стоков или для приготовления питьевой воды.
Для перехода к обезвреживанию отработанных производственных вод суспензией ферроферригидрозоля не обязательно строить новые очистные сооружения. Там, где уже работают традиционные реагентные станции, их оборудование можно адаптировать к новой технологии.
Набор оборудования для осуществления технологии очистки сточных с помощью ФФГ наряду с традиционным оборудованием реагентных водоочистных станций имеет специальный генератор для получения коагулянта ФФГ из отходов железа и реакторы для проведения реакции нейтрализации обезвреживания стоков.
Основные преимущества метода очистки сточных вод с использованием ФФГ:
1. ФФГ обеспечивает более глубокую очистку стоков, чем традиционные реагенты.
2. Биологический тест на экотоксичность воды показал, что обработанная ФФГ вода нетоксична.
3. В отличие от обычных реагентов, ФФГ не вызывает дополнительного засоления стоков. Этим облегчается возврат воды в производство. рН очищенной воды составляет около 8,5–9.
4. При использовании ФФГ нет необходимости разделять стоки по характеру загрязнений.
5. ФФГ не является химически агрессивным веществом.
6. Условия гигиены для обслуживающего персонала на водоочистной станции значительно лучше.
7. Присутствие различных лигандов (пирофосфаты, ЕДТА, аммоний и др.) в стоках не препятствует удалению ионов тяжёлых металлов до требуемых норм.
8. Аппаратная реализация технологии позволяет полностью осуществлять традиционный реагентный способ, который в подавляющем большинстве случаев применяется в развитых странах как с помощью ФФГ, так и обычных реагентов (щёлочь, сода, бисульфит натрия и т.д.).
9. Нет необходимости использовать флокулянт для ускорения осаждения, т.к. ФФГ является коагулянтом.
- Получаемый после обработки стоков ФФГ осадок малотоксичен и пригоден к вывозу на обычные свалки. Этот же осадок может служить исходным сырьем для производства стройматериалов, пигментов и глазурей.
Список литературы:
- Будиловскис Д. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004. № 11. С. 36–38.
- Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. Глобус. Москва. 2002. С. 336–337.
- Макаров В. М. Комплексная утилизация осадков сточных вод гальванических производств (гальваношламов). Автореферат докторской диссертации. Тезисы. Иваново. 2001. С. 35.
- Мухаматдинова А. Р., Сафаров А. М., Магасумова А.Т., Хатмуллина Р.М. Оценка влияния предприятий нефтехимического комплекса на объекты окружающей среды. Георесурсы. 2012 Т. 50 № 8, с 46-50.
- Каратаев О. Р., Новиков В. Ф., Шамсутдинова З. Р. Проблема аналитического контроля и экологической безопасности водоснабжения. Вестник Казанского национального исследовательского технологического университета №14, 2013г., с52-54.[schema type=»book» name=»ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ИННОВАЦИОННЫХ МЕТОДОВ» description=» В работе обсуждаются новые и инновационные методы очистки сточных производственных вод. Предлагаются технология регенерационной очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, сочетанием экстракционных и адсорбционных процессов и электрокоагуляция с применением наночастиц.» author=»Шамсутдинова Зухра Разифовна, Хафизов Ильдар Ильсурович, Каратаев Оскар Робиндарович » publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-25″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]