Очистка сточных вод от ПАВ

Что такое сточные воды?

Природа обладает удивительной способностью справляться с небольшим количеством отходов и загрязнений.

Но она была бы перегружена, если бы мы не обрабатывали загрязненную ими воду, прежде чем выпустить обратно в окружающую среду.

Сточные воды - это отработанная использованная жидкость. Она включает в себя человеческие, пищевые отходы, масла, мыло, различные химические продукты и прочие вредные вещества.

В домах она - от раковин, ванн, туалетов, стиральных машин. Предприятия разных отраслей промышленности также вносят свою долю загрязнений, от которых необходимо избавляться.

Сюда же относят и ливневые стоки. Хотя некоторые люди предполагают, что дождь довольно чистый, это не так. Вредные продукты с дорог, парковок и крыш, смываясь с дождём, могут нанести вред рекам и озерам.

Зачем нужно очищать?

Это вопрос не только заботы об окружающей среде, но и о нашем здоровье.

Есть много веских причин, почему сохранение нашей воды в чистоте является приоритетным:

• Рыболовство. Чистая вода имеет первостепенное значение для растений и животных, которые живут в ней. Это важно для рыболовной отрасли, любителей спортивной рыбалки и будущих поколений
• Сохранение мест обитания животных и птиц. Изобилие видов, их жизнедеятельность напрямую зависят от чистоты вокруг, т.к. водоёмы являются их непосредственной средой обитания. Перелетные водоплавающие птицы используют водные просторы и прилегающую к ним землю для отдыха и кормления
• Отдых и качество жизни. Многих людей привлекают водные развлечения, такие как плавание, рыбалка, катание на лодках и пикники. Живописность мест, пригодность их для отдыха тоже зависят от содержания в чистоте окружающей среды

Возникновение поверхностно-активных веществ в окружающей среде

Благодаря специфической структуре молекул поверхностно-активных веществ они применяются в различных областях человеческой деятельности. В домашнем хозяйстве или промышленных производствах различные соединения из группы ПАВов используются довольно активно. Это объясняется тем, что их присутствие ведет к повышению эффективности различных процессов. После использования и выгрузки с очистных сооружений в качестве стоков поверхностно-активные вещества выбрасываются в различные элементы окружающей среды и циркулируют в ней. Могут в значительной степени способствовать нарушению водного цикла в различных экосистемах. Исследование экологической судьбы поверхностно-активных веществ может способствовать повышению уровня знаний о путях миграции загрязняющих веществ и лучшей защите живых организмов в различных экосистемах от них.

Поверхностно-активные вещества представляют собой группу соединений со специфическим химическим составом их молекул (одна часть растворима в полярной среде - гидрофильная и вторая в неполярной среде - гидрофобная).

Основная классификация ПАВ основана на делении по заряду гидрофильных частей их молекул: катионные, анионные и неионные соединения. Поверхностно-активные вещества характеризуются склонностью к поглощению на различных типах поверхностей. Еще одно свойство - это способность к объединению в растворе и образованию мицелл.

В процессе формирования мицелл поверхностно-активные вещества способны задерживаться на границе фаз для удаления гидрофобной части из H₂O для улучшения ее качеств.

Влияние ПАВ на окружающую среду

Загрязнения в составе стоков предприятий попадают в озера, водохранилища, пруды.

Недостаточное разложение ПАВ негативно воздействует на природу и приводит к активному образованию ила.

Стоки, в которых есть продукты распада полифосфатных ПАВ, служат причиной чрезмерного пенообразования и бурного роста растений, это плохо сказывается на чистоте водоемов. После омертвения растений идет бурный процесс гниения, вода обедняется кислородом, ухудшается воздухообмен, что затрудняет естественное её очищение.

Соли фосфатных кислот в чистом виде плохо влияют на окружающую среду, а при поступлении с обработанной жидкостью в водоемы начинают действовать как удобрение.

Водоросли в водоемах под влиянием ПАВов растут очень быстро. При распаде они начинают выделять много водородных соединений неметаллов, убивая все живое. Из-за того, что угроза для человека от солей фосфатных кислот высока, природоохранные организации установили жесткие требования по наличию фосфатов в сточной, питьевой воде и продуктах питания. В западных странах содержание фосфатов в стоках должно быть не более 1мг/литр.

Подробнее об очистке сточных вод от азота и фосфора

Время биоразложения в отстойниках дает возможность узнать, просчитать, сколько ПАВов может попасть в окружающую среду. Существуют два параметра — скорость биоразложения, в ходе которого главную роль берут на себя бактерии. Молекула ПАВ превращается в углекислый газ и окиси других элементов. Если продукт не подвержен естественному биоразложению, он устойчив и накапливается в окружающей среде. Скорость биоразложения зависит от типа ПАВ и колеблется от 1-2 часов. Второй параметр - это степень токсичности в водной среде. Он определяет возможное влияние ПАВ на окружающую среду. Этот показатель измеряют экспериментально на рыбах, дафниях, водорослях. Значения неопасных ПАВ должны быть не выше 10 мг/ л.

Влияние СПАВ на окружающую среду

СПАВы - это вещества, которые способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз (вода-воздух) и понижать их поверхностную энергию.

В зависимости от свойств синтетического поверхностно-активного вещества при растворении в воде и его характеристик, различают такие виды СПАВ, как:

• анионоактивные
• катионоактивные
• амфолитные
• неионогенные

Анионоактивные - в воде образуют отрицательно заряженные ионы. К ним относятся соли сернокислых эфиров и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал может быть алкильным, алкилакрильным, алкилнафтильным. В соединениях могут быть двойные связи и функциональные группы.

Катионоактивные - в водном растворе ионизируются с образованием положительных органических ионов. Это четвертичные аммониевые соли, обычно состоящие из углеводородного радикала с прямой цепью (количество атомов углерода — от 12 до 18); метил- , этил- , или бензильного радикала; атома брома, хлора, йода или остатка этил- или метилсульфита.

Амфолитные - проявляют разные свойства в зависимости от pH среды. В кислом растворе они проявляют катионоактивные свойства, в щелочном — анионоактивные.

Неионогенные - в водном растворе не диссоциируют на ионы.

По степени биохимической устойчивости и структуре молекул синтетические поверхностно-активные вещества подразделяют на мягкие, промежуточные и жесткие. Легче всего окисляются первичные и вторичные алкилсульфаты нормального строения. В соединениях с более разветвленной цепью скорость окисления снижается. К числу трудноразрушаемых СПАВ относят алкилбензолсульфонаты на основе тетрамеров пропилена.

Наиболее распространенными являются анионоактивные и неионогенные ПАВ. Производство анионактивных и неионогенных, а также моющих средств на их основе составляет 95-98% общего количества вырабатываемых промышленностью СПАВ.

Неиногенные опасны из-за гниения. Все СПАВ на очистных сооружениях и в природных средах плохо и медленно разрушаются. Совокупность окислительных процессов в живом организме протекает с обязательным участием кислорода, при температуре выше 10℃, pH-нейтральной и слабощелочной от 7,0 до 9,0.

При концентрации СПАВ в воде более 0,3-0,5 мг/дм3 образовывается много пены на поверхности водоемов, вследствие чего нарушается подача воздуха в аэротенки и происходит неблагоприятный рост микробной флоры, что требует биологической очистки.

На очистных сооружениях из-за присутствия СПАВ увеличивается вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников, уменьшается нагрузка активности ила и постепенно падает качество очистки. В аэротенках пена может быть два и три метра. Перенесенная ветром, она является источником заболевания, характеризующегося появлением паразитов в организме человека, имеет общее название – гельминтоз. СПАВы в стоках понижают качество процесса первичного отстаивания и тормозят процессы переноса кислорода в клетки микроорганизмов активного ила.

По степени биохимического распада, подразделяются на:

• биохимически легко окисляемые - «биологически мягкие», для которых биохимическое окисление в течение 6 ч составляет более 25% по показателю ХПК
• трудно биохимически окисляемые, 6 ч составляет 25% по показателю ХПК
• вещества промежуточной группы

В ходе биологического очищения уходят до 80 % «биологически мягких». Потребление кислорода «биологически жесткими», составляет не более 10% ХПК, а в процессе очистки они и удаляются не более чем на 40%, главным образом, за счет сорбции активным илом и образования промежуточных продуктов распада. При этом присутствие в стоках «биологически жестких» веществ в концентрациях более 10 мг/дм³ ухудшает степень их очистки.

Содержание в неочищенных городских стоках колеблется от 5 до 40 мг/дм³.

Устранение СПАВов в аэротенках происходит несколькими путями: биохимическим распадом и сорбцией активным илом.

Биохимическая очистка может дать хороший результат в случае содержания в сточных водах «биологически мягких» СПАВов в количестве не более 20-30 мг/дм³.

Аэротенки эффективнее биофильтров по степени удаляемости СПАВ.

  В аэротенках нужно поддерживать, по необходимости, высокую дозу активного ила (2-3 г/дм³), что будет улучшать процессы обмена бактериальных клеток через поры с окружающей средой. Одновременно за счет повышения дозы активного ила частично снижается пенообразование, что особенно важно при поступлении с водами не очень «мягких» СПАВ.

Методы очистки сточных вод от ПАВ

Присутствие в промышленных стоках ПАВов требует подбора наиболее приемлемых методов очистки. Наш опыт очистки сточных вод от ПАВ и органических загрязнений демонстрирует, что наиболее оптимальным для обеспечения глубокого очищения является чередование физико-химических методов и биологических.

Для извлечения малых концентраций из состава загрязненных жидкостей (не более 100÷200мг/л) необходимо применять адсорбционную очистку на активированных углях, или других сорбентах.

Самым распространенным адсорбентом в химической промышленности является активированный уголь. Это высокопористое вещество из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения. Активированный уголь используется для очистки воды, разделения органических смесей, в качестве катализатора, для очистки сточных вод и воздуха, в пищевой промышленности и фармакологии.

Возможность получить очищенную воду необходимого качества для последующего использования после извлечения из неё ПАВов, дает применение в составе очистных сооружений фильтров с ионообменными смолами.

Еще применяются способы очистки, основанные на адсорбционных технологиях и синтетических адсорбентах, которые получают путем синтеза. Например пенопласт, полипропилен, резиновая крошка и т. д., а также адсорбентов, полученных переработкой отходов различных отраслей промышленности.

Следующим часто используемым способом удаления является флотация.

Особенностями процесса флотации являются постоянство процесса очистки при значительных колебаниях концентрации продуктов загрязнения, достаточно большой спектр применения, простота аппаратурного исполнения, невысокие эксплуатационные затраты, селективность (избирательность) выведения загрязняющих веществ по сравнению с фильтрованием, высокая степень очистки (95÷98), достаточно высокая скорость процесса, возможность повторного использования удаляемых веществ.

Флотация сопровождается насыщением кислородом сточных вод, понижением концентрации поверхностно активных веществ, взвешенных веществ. Это способствует успешной работе следующих стадий биологической очистки.

Используется и метод пенного сепарирования. Процесс основан на адсорбции ПАВ на разделе фаз: сточная -  вода-воздух при непрерывном снятии поверхностного слоя.

Для этого через обработанную воду пропускают воздух, что вызывает высокое пенообразование из пузырьков газа различного размера.

Процесс разрушения пенного слоя, состоящего из загрязнений, проходит медленно. Для ускорения разрушения пены используют различные химические пеногасители, в качестве которых применяют кремний, органические соединения. Но их использование приводит к вторичному загрязнению пеноконденсата. Поэтому чаще применяют механические способы гашения, посредством разрушения пены под воздействием струй.

Есть проблемы с очисткой воды? Обращайтесь в нашу компанию за подбором технологии очистки и строительством очистных сооружений. Звоните по телефонам 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40 или оставляйте ваш запрос на почту acs@acs-nnov.ru