Преузето из 3. издања, Енциклопедија здравља и безбедности на раду.

Отпадне воде се пречишћавају у циљу уклањања загађујућих материја и у складу са законом утврђеним границама. У ту сврху се покушава да се загађивачи у води учине нерастворљивим у облику чврстих материја (нпр. муљ), течности (нпр. уље) или гасова (нпр. азот) применом одговарајућих третмана. Добро познате технике се затим користе за одвајање пречишћене отпадне воде која се враћа у природне водене токове од загађивача који су постали нерастворљиви. Гасови се распршују у атмосферу, док се течни и чврсти остаци (муљ, уље, маст) обично разлажу пре него што се подвргну даљем третману. У зависности од карактеристика отпадне воде и степена пречишћавања, може постојати једностепени или вишестепени третман. Пречишћавање отпадних вода се може поделити на физичке (примарне), биолошке (секундарне) и терцијарне процесе.

Пхисицал Процессес

Различити процеси физичког третмана су дизајнирани да уклоне нерастворљиве загађиваче.

Екранизација

Канализација је направљена тако да пролази кроз сита која задржавају грубе чврсте материје које могу блокирати или оштетити опрему за обраду (нпр. вентиле и пумпе). Пројекције се обрађују према локалним ситуацијама.

Уклањање песка

Песак који се налази у отпадној води се мора уклонити јер има тенденцију да се таложи у цевоводу због своје велике густине и узрокује абразију на опреми (нпр. центрифугални сепаратори и турбине). Песак се углавном уклања пропуштањем отпадне воде кроз канал константног попречног пресека брзином од 15 до 30 цм/с. Песак се скупља на дну канала и може се користити, након прања за уклањање трулежих материја, као инертан материјал, на пример за изградњу путева.

Уклањање уља

Уља и масти које се не могу емулговати се морају уклонити јер би пристајале на опрему за третмане (нпр. умиваонике и бистрила) и ометале биолошки третман који следи. Честице уља и масти се сакупљају на површини пропуштањем отпадне воде одговарајућом брзином кроз резервоаре правоугаоног попречног пресека; они се механички уклањају и могу се користити као гориво. За уклањање уља често се користе вишеплочасти сепаратори компактног дизајна и високе ефикасности: канализација је направљена да пролази одозго кроз гомиле равних косих плоча; уље пријања на доње површине плоча и креће се на врх где се сакупља. Са оба ова процеса, вода без уља се испушта на дно.

Седиментација, флотација и коагулација

Ови процеси омогућавају уклањање чврстих материја из отпадних вода, тешких (пречника већег од 0.4 μм) седиментацијом и лаких (мање од 0.4 μм) флотацијом. Овај третман се такође ослања на разлике у густини чврстих материја и текуће отпадне воде која се пропушта кроз таложнике и флотационе резервоаре од бетона или челика. Честице које треба да се одвоје скупљају се на дну или на површини, таложе се или подижу брзинама које су пропорционалне квадрату полупречника честица и разлици између густине честица и привидне густине отпадне воде. Колоидне честице (нпр. протеини, латекси и уљне емулзије) величине од 0.4 до 0.001 μм се не одвајају, јер ови колоиди постају хидратисани и обично негативно наелектрисани адсорпцијом јона. Због тога се честице међусобно одбијају тако да се не могу коагулирати и одвојити. Међутим, ако су ове честице „дестабилизоване“, оне се коагулирају и формирају јата већа од 4 μм, која се могу одвојити као муљ у конвенционалним резервоарима за седиментацију или флотацију. Дестабилизација се постиже коагулацијом, односно додавањем 30 до 60 мг/л неорганског коагуланта (алуминијум-сулфат, гвожђе (ИИ) сулфат или гвожђе (ИИИ) хлорид). Коагулант хидролизује под датим пХ (киселости) условима и формира позитивне поливалентне јоне метала, који неутралишу негативно наелектрисање колоида. Флокулација (агломерација коагулираних честица у јатима) се олакшава додавањем 1 до 3 мг/л органских полиелектролита (средства за флокулацију), што резултира јатима пречника 0.3 до 1 μм која се лакше одвајају. Могу се користити таложници типа хоризонталног тока; имају правоугаони пресек и равно или косо дно. Отпадна вода улази дуж једне стране главе, а бистрена вода излази преко ивице на супротној страни. Такође се могу користити резервоари за таложење вертикалног тока који су цилиндричног облика и имају дно као обрнути десни кружни конус; отпадна вода улази у средину, а бистрена вода напушта резервоар преко горње удубљене ивице да би се сакупила у спољни ободни канал. Код ова два типа резервоара, муљ се таложи на дну и преноси (по потреби помоћу зупчаника) у колектор. Концентрација чврстих материја у муљу је 2 до 10%, док је у прочишћеној води 20 до 80 мг/л.

Флотациони резервоари су обично цилиндричног облика и имају дифузоре ваздуха са финим мехурићима који су инсталирани на дну, а канализација улази у резервоаре у средини. Честице се залепе за мехуриће, испливају на површину и скидају се, док се прочишћена вода испушта испод. У случају ефикаснијих „плутајућих резервоара са раствореним ваздухом“, отпадна вода се засићена ваздухом под притиском од 2 до 5 бара, а затим се дозвољава да се прошири у центру плутајућег резервоара, где се ситни мехурићи који настају услед декомпресија чини да честице испливају на површину.

У поређењу са седиментацијом, флотација даје дебљи муљ при већој брзини одвајања честица, па је стога потребна опрема мања. Са друге стране, трошкови рада и концентрација чврстих материја у бистреној води су већи.

За коагулацију и флокулацију колоидног система потребно је неколико резервоара распоређених у серију. Отпадној води у првом резервоару, који је опремљен мешалицом, додаје се неоргански коагулант и, ако је потребно, киселина или алкалија за корекцију пХ вредности. Суспензија се затим пребацује у други резервоар опремљен брзом мешалицом; овде се полиелектролит додаје и раствара у року од неколико минута. Раст јата се одвија у трећем резервоару са спороходном мешалицом и врши се 10 до 15 минута.

Биолошки процеси

Процеси биолошког третмана уклањају органске биоразградиве загађиваче коришћењем микроорганизама. Ови организми варе загађивач аеробним или анаеробним процесом (са или без довода атмосферског кисеоника) и претварају га у воду, гасове (угљен-диоксид и метан) и чврсту нерастворљиву микробну масу која се може одвојити од третиране воде. Посебно у случају индустријских отпадних вода морају се обезбедити одговарајући услови за развој микроорганизама: присуство једињења азота и фосфора, трагова микроелемената, одсуство токсичних супстанци (тешки метали и сл.), оптимална температура и пХ вредност. Биолошки третман обухвата аеробне и анаеробне процесе.

Аеробни процеси

Аеробни процеси су мање или више сложени у зависности од расположивог простора, потребног степена пречишћавања и састава отпадне воде.

Стабилизациона језера

Они су углавном правоугаони и дубоки 3 до 4 м. Канализација улази на једном крају, оставља се 10 до 60 дана и излази из баре делом на супротном крају, делом испаравањем, а делом инфилтрацијом у земљу. Ефикасност пречишћавања креће се од 10 до 90% у зависности од врсте ефлуента и од заосталих 5-дневних биолошких потреба за кисеоником (БОД₅) садржај (<40 мг/л). Кисеоник се добија из атмосфере дифузијом кроз површину воде и из фотосинтетских алги. Чврсте материје које су у суспензији у отпадној води и оне произведене микробном активношћу се таложе на дну, где се стабилизују аеробним и/или анаеробним процесима у зависности од дубине бара што утиче на дифузију кисеоника и сунчеве светлости. Дифузију кисеоника често убрзавају површински аератори, који омогућавају смањење запремине бара.

Ова врста третмана је веома економична ако има простора, али захтева земљиште налик глини како би се спречило загађење подземних вода токсичним отпадним водама.

Муљ

Користи се за убрзани третман у бетонским или челичним резервоарима од 3 до 5 м дубине где отпадна вода долази у контакт са суспензијом микроорганизама (2 до 10 г/л) која се оксигенише помоћу површинских аератора. или дувањем у ваздух. После 3 до 24 сата, мешавина третиране воде и микроорганизама се преноси у таложник где се муљ који чине микроорганизми одваја од воде. Микроорганизми се делом враћају у резервоар за ваздух, а делом евакуишу.

Постоје различите врсте процеса активног муља (нпр. системи за стабилизацију контакта и коришћење чистог кисеоника) који дају ефикасност пречишћавања већу од 95% чак и за индустријске отпадне воде, али захтевају прецизне контроле и високу потрошњу енергије за снабдевање кисеоником.

Перколациони филтери

Овом техником микроорганизми се не задржавају у суспензији у отпадној води, већ приањају на површину материјала за пуњење преко које се распршује канализација. Ваздух циркулише кроз материјал и обезбеђује потребан кисеоник без икакве потрошње енергије. У зависности од врсте отпадне воде и ради повећања ефикасности, део пречишћене воде се рециркулише до врха филтерског слоја.

Тамо где је земљиште доступно, користе се јефтини материјали за пуњење одговарајуће величине (нпр. ломљени камен, клинкер и кречњак), а због тежине слоја, филтер за процеђивање је генерално конструисан као бетонски резервоар висине 1 м који је обично потопљен. у земљу. Ако нема довољно земље, скупљи лагани материјали за паковање, као што су висококвалитетни пластични медијуми у облику саћа, са до 250 квадратних метара површине/кубном метру медија, слажу се у перколационе куле до 10 м висине.

Отпадна вода се дистрибуира преко слоја филтера помоћу мобилног или фиксног механизма за прскање и сакупља се у поду да би на крају поново циркулисала до врха и прешла у резервоар за седиментацију где се формирани муљ може таложити. Отвори на дну филтера за перколацију омогућавају циркулацију ваздуха кроз слој филтера. Постиже се ефикасност уклањања загађивача од 30 до 90%. У многим случајевима неколико филтера је распоређено у низу. Ова техника, која захтева мало енергије и лака за руковање, нашла је широку примену и препоручује се за случајеве где је земљиште доступно, на пример, у земљама у развоју.

Биодискови

Комплет равних пластичних дискова постављених паралелно на хоризонталну ротирајућу осовину делимично је уроњен у отпадну воду која се налази у резервоару. Због ротације биолошки филц који покрива дискове долази у контакт са отпадним водама и атмосферским кисеоником. Биолошки муљ који силази са биодискова остаје у суспензији у отпадној води, а систем истовремено делује као активни муљ и таложник. Биодискови су погодни за мале и средње индустријске фабрике и заједнице, заузимају мало простора, лаки су за руковање, захтевају мало енергије и дају ефикасност до 90%.

Анаеробни процеси

Анаеробне процесе спроводе две групе микроорганизама –хидролитичке бактерије, који разлажу сложене супстанце (полисахариде, протеине, липиде и др.) до сирћетне киселине, водоника, угљен-диоксида и воде; и метаногене бактерије, који ове супстанце претварају у биомасу (која се може уклонити из третиране канализације седиментацијом) и у биогас који садржи 65 до 70% метана, а остатак је угљен-диоксид и има високу топлотну вредност.

Ове две групе микроорганизама, које су веома осетљиве на токсичне загађиваче, делују истовремено у одсуству ваздуха на скоро неутралној пХ вредности, а некима је потребна температура од 20 до 38^oЦ (мезофилне бактерије) и друге, деликатније, 60 до 65^oЦ (термофилне бактерије). Процес се изводи у мешаном, затвореном бетону или челику дигестори, где потребну температуру одржавају термостати. Типично је контакт процес, где након дигестора следи таложник за одвајање муља, који се делимично рециркулише у дигестор, од третиране воде.

Анаеробним процесима није потребан ни кисеоник ни енергија за снабдевање кисеоником и принос биогаса, који се може користити као гориво (ниски оперативни трошкови). С друге стране, они су мање ефикасни од аеробних процеса (резидуални БПК₅: 100 до 1,500 мг/л), спорије су и теже се контролишу, али омогућавају уништавање фекалних и патогених микроорганизама. Користе се за третман јаког отпада, као што је седиментациони муљ из канализације, муљ у вишку из активног муља или третмани са перколационим филтером и индустријски отпадни ефлуенти са БПК₅ до 30,000 мг/л (нпр. из дестилерија, пивара, рафинерија шећера, кланица и фабрика папира).

Терцијарни процеси

Сложенији и скупљи терцијарни процеси користе хемијске реакције или специфичне хемијско-физичке или физичке технике за уклањање водорастворних неразградивих загађивача, како органских (нпр. боје и феноли) тако и неорганских (нпр. бакар, жива, никл, фосфати). , флуориди, нитрати и цијаниди), посебно из индустријских отпадних вода, јер се не могу уклонити другим третманима. Терцијарни третман такође омогућава постизање високог степена пречишћавања воде, а тако третирана вода може се користити као вода за пиће или за производне процесе (генерација паре, системи за хлађење, процесна вода за посебне намене). Најважнији терцијарни процеси су следећи.

Падавине

Преципитација се врши у реакторима направљеним од одговарајућег материјала и опремљеним мешалицама у које се додају хемијски реагенси на контролисаној температури и пХ вредности да би се загађивач претворио у нерастворљив производ. Талог добијен у облику муља се одваја конвенционалним техникама од третиране воде. У отпадним водама из индустрије ђубрива, на пример, фосфати и флуориди постају нерастворљиви реакцијом са кречом на температури околине и при алкалном пХ; хром (индустрија штављења), никл и бакар (галванизација) се таложе као хидроксиди при алкалном пХ након редукције са m-дисулфит при пХ од 3 или ниже.

Хемијска оксидација

Органски загађивач се оксидује реагенсима у реакторима сличним онима који се користе за преципитацију. Реакција се генерално наставља све док се не добију вода и угљен-диоксид као крајњи производи. На пример, цијаниди се уништавају на собној температури додавањем натријум хипохлорита и калцијум хипохлорита при алкалном пХ, док се азо- и антрахинон-боје разлажу водоник-пероксидом и гвожђе-сулфатом при пХ 4.5. Обојени ефлуенти из хемијске индустрије који садрже 5 до 10% биоразградивих органских материја оксидују се на 200 до 300°Ц под високим притиском у реакторима од специјалних материјала удувавањем ваздуха и кисеоника у течност (влажна оксидација); понекад се користе катализатори. Патогени који су остали у градској канализацији након третмана оксидирају се хлорисањем или озонизацијом како би вода постала пијаћа.

Апсорпција

Неки загађивачи (нпр. феноли у отпадној води из постројења за коксовање, боје у води за индустријске или пијаће сврхе и сурфактанти) се ефикасно уклањају апсорпцијом на праху активног угљена или гранулама које су веома порозне и имају велику специфичну површину (од 1000 м²/г или више). Прашак активног угља се додаје у одмереним количинама у отпадну воду у резервоарима за мешање, а 30 до 60 минута касније истрошени прах се уклања као муљ. Гранулирани активни угаљ се користи у серијски распоређеним стубовима кроз које се пропушта загађена вода. Истрошени угљеник се регенерише у овим кулама, односно, апсорбовани загађивач се уклања или хемијским третманом (нпр. феноли се испиру содом) или термичком оксидацијом (нпр. боје).

Јонска размена

Одређене природне супстанце (нпр. зеолити) или вештачка једињења (нпр. Пермутит и смоле) размењују, на стехиометријски и реверзибилан начин, јоне везане за њих са онима садржаним, чак и јако разблаженим, у отпадној води. Бакар, хром, никл, нитрати и амонијак, на пример, уклањају се из отпадних вода перколацијом кроз колоне напуњене смолама. Када се смоле потроше, поново се активирају испирањем регенерирајућим растворима. Метали се тако добијају у концентрованом раствору. Овај третман, иако скуп, је ефикасан и препоручљив у случајевима када је потребан висок степен чистоће (нпр. за отпадне воде контаминиране токсичним металима).

Обрнути осмоза

У посебним случајевима могуће је из разблажене отпадне воде издвојити воду високе чистоће, погодну за пиће, пропуштањем кроз полупропусне мембране. На страни отпадних вода мембране загађивачи (хлориди, сулфати, фосфати, боје, одређени метали) се остављају као концентровани раствори који се морају одложити или третирати ради поврата. Разблажена отпадна вода се подвргава притисцима до 50 бара у специјалном постројењу које садржи синтетичке мембране од целулозног ацетата или других полимера. Оперативни трошкови овог процеса су ниски, а може се постићи ефикасност одвајања већа од 95%.

Обрада муља

Отварање загађивача нерастворљивим током третмана отпадних вода доводи до стварања значајних количина муља (20 до 30% уклоњене хемијске потребе за кисеоником (ЦОД) који је јако разблажен (90 до 99% воде)). Одлагање овог муља на начин прихватљив за животну средину подразумева третмане са трошковима до 50% потребних за пречишћавање отпадних вода. Врсте третмана зависе од одредишта муља, зависно од његових карактеристика и локалних ситуација. Муљ може бити намењен за:

• ђубрење или одлагање у море ако је суштински ослобођено токсичних материја и садржи једињења азота и фосфора (муљ од биолошког третмана), коришћењем фиксних испуста, камиона или баржи

• санитарну депонију у јаме ископане у земљи, наизменично слојеве муља и земље. Непропустљивост тресета је неопходна ако муљ садржи токсичне материје које могу бити испране атмосферским падавинама. Јаме треба да буду удаљене од водоносних слојева. Нестабилизовани органски муљ се обично меша са 10 до 15% креча да би се успорило труљење.

• спаљивање у ротационим пећима или пећима са флуидизованим слојем ако је муљ богат органским материјама и без испарљивих метала; по потреби се додаје гориво, а дим који се емитује се пречишћава.

Муљ се одводњава пре одлагања како би се смањила његова запремина и трошкови његовог третмана, а често се стабилизује како би се спречило његово труљење и учинила безопасним све токсичне супстанце које може да садржи.

Одводњавање

Одводњавање обухвата претходно згушњавање у згушњивачима, слично као у таложницима, где се муљ оставља 12 до 24 сата и губи део воде која се скупља на површини, док се згуснути муљ испушта испод. Згуснути муљ се одводњава, на пример, центрифугалним одвајањем или филтрацијом (под вакуумом или притиском) са конвенционалном опремом, или излагањем ваздуху у слојевима дебљине 30 цм у слојевима за сушење муља који се састоје од правоугаоних бетонских лагуна, отприлике 50 цм дубок, са косим дном прекривеним слојем песка ради лакшег одводњавања воде. Муљ који садржи колоидне супстанце треба претходно дестабилизовати коагулацијом и флокулацијом, према већ описаним техникама.

стабилизација

Стабилизација укључује варење и детоксикацију. Дигестија је дуготрајан третман муља током којег се губи 30 до 50% своје органске материје, праћено повећањем садржаја минералне соли. Овај муљ се више не може трулити, сви патогени су уништени и филтрабилност је побољшана. Дигестија може бити аеробног типа када се муљ аерира током 8 до 15 дана на собној температури у бетонским резервоарима, при чему је процес сличан третману са активним муљем. Може бити анаеробног типа ако се муљ вари у постројењима сличним онима који се користе за анаеробни третман отпада, на 35 до 40°Ц током 30 до 40 дана, уз производњу биогаса. Дигестија може бити термичког типа када се муљ третира топлим ваздухом на 200 до 250°Ц и при притиску већем од 100 бара у трајању од 15 до 30 минута (влажно сагоревање), или када се третира, у одсуству ваздух, на 180°Ц и под аутогеним притиском, 30 до 45 минута.

Детоксикација чини безопасним муљ који садржи метале (нпр. хром, никл и олово), који се учвршћују третманом са натријум силикатом и аутотермички претварају у одговарајуће нерастворљиве силикате.

Назад