Джерела утворення стічних вод, забруднених СПАР
Починаючи з 50-60-х років минулого століття в технічно розвинених країнах стали в масовому порядку проводитися нові хімічні сполуки - синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР). В даний час різні за складом вони широко застосовуються в побуті та промисловому виробництві.
Під цей термін потрапляють різні за структурою і класам речовини, загальна властивість яких - здатність адсорбуватися на поверхні розділів фаз і зменшувати поверхневий натяг.
Області промислового використання - приготування мастильних рідин, антикорозійних сполук, нанесення електролітичних покриттів, як компоненти лакофарбових складів, в нафтовидобутку, в гірничорудній флотації, для отримання протипожежної піни, для фарбування і замасливания текстильних волокон і ін. Найбільш широка і екологічно значима область використання СПАР - приготування синтетичних миючих речовин (детергентів) для використання в побуті.
Детергентом вважається така речовина, один кінець якого розчинний у воді, а інший - у вуглеводнях або жирах. Детергенти підсилюють миючу дію води. На відміну від природних детергентів (мила), синтетичні детергенти здатні виявляти миючі властивості навіть в жорсткій воді.
Таким чином, СПАР надходять у природні водойми: # 13;
- з господарсько-побутовими стоками; # 13;
- з промисловими стоками текстильної, нафтової, хімічної промисловості; # 13;
- зі стічними водами пралень господарств та автомийок; # 13;
- зі змивами від сільгоспугідь, оброблених хімічними реагентами з емульгаторами (гербіциди, інсектициди, фунгіциди). # 13;
Специфічні фізико-хімічні властивості поверхнево-активних речовин сильно ускладнюють відомі методи хімічної і біологічної очистки стоків.
У стічних водах ПАР знаходяться в вигляді розчинних сполук або сорбат. Частина детергентів розподіляється по поверхні водної плівки. Якщо сорбованих СПАР осідають і накопичуються в донних відкладеннях, то в анаеробних умовах вони можуть ставати джерелом вторинного забруднення водойм.
Найбільш високі концентрації синтетичних поверхнево-активних речовин спостерігаються в стічних водах від процесів прання і миття різних виробів, пралень, фарбувально-оздоблювальних виробництв, автомийок. Причому до складу цих стічних вод входять аніоноактівние і неіоногенні поверхнево-активні речовини, найбільш важко піддаються природному біохімічному розкладу [4].
Залежно від властивостей синтетичного поверхнево-активної речовини при розчиненні у воді і його характеристик, розрізняють наступні види СПАР [3]: # 13;
- аніоноактівние; # 13;
- катіоноактивні; # 13;
- амфолітні; # 13;
- неіоногенні. # 13;
Аніоноактівние - в воді утворюють негативно заряджені іони. До них відносяться солі сірчанокислих ефірів і солі сульфокислот (сульфонати). Радикал може бути алкільним, алкілакрільним, алкілнафтільним. У з'єднаннях можуть бути подвійні зв'язку і функціональні групи.
Катіоноактивні - у водному розчині іонізуються з утворенням позитивних органічних іонів. Це четвертинні амонієві солі, зазвичай складаються з вуглеводневого радикала з прямою ланцюгом (кількість атомів вуглецю - від 12 до 18); метил. етил. або бензильного радикала; атома брому, хлору, йоду або залишку етил- або метілсульфіта.
Амфолітні - виявляють різні властивості в залежності від pH середовища. У кислому розчині вони проявляють катіоноактивні властивості, в лужному - аніоноактівние.
Неіоногенні - у водному розчині НЕ диссоциируют на іони.
За ступенем біохімічної стійкості і структурі молекул синтетичні поверхнево-активні речовини підрозділяють на м'які, проміжні і жорсткі. Найлегше окислюються первинні і вторинні алкілсульфати нормального будови. У з'єднаннях з більш розгалуженим ланцюгом швидкість окислення знижується. До числа трудноразрушаемих СПАР відносять алкілбензолсульфонати на основі тетрамеров пропілену.
Вплив на організми та екосистеми
C зниженням температури знижується і швидкість окислення полімерів СПАР. При температурі навколишнього середовища 0-5 ° С окислення в природних водах відбувається дуже повільно. Для процесів окисного самоочищення найбільш сприятлива нейтральна або слаболужна середу природної води - pH 7-9.
У природних водоймах СПАР погіршують кисневий режим і органолептичні властивості води, а через повільні процесів окислення вони можуть довгий час негативно впливати на екосистему. Висока піноутворення - ще один негативний фактор впливу. За даними [1] вже при підвищених концентраціях СПАР (5-15 мг / дм³) у риб руйнується слизовий покрив, а при більш високих концентраціях спостерігається кровотеча зябер. Досвідчені дані показують, що забруднення природних водойм синтетичними ПАР веде до зниження чисельності молюсків за рахунок загибелі їх ембріонів [3].
Показник БПК для різних СПАР знаходиться в діапазоні від 0 до 1,6 мг / дм³. В процесі біохімічного окислення ці речовини розпадаються з утворенням вторинних продуктів забруднення - спиртів, альдегідів, органічних кислот, а при розпаді СПАР з бензольні кільцем в структурі молекули - фенолів.
Таким чином, синтетичні поверхнево-активні речовини є значущими забруднювачами водних середовищ і чинять негативний вплив на організми-гідробіонти [3].
Є дані про негативний вплив таких речовин на неорганічну середу: ерозію грунтів, корозію металів, прискорення процесів старіння залізобетонних споруд [4].
Характеристика стічних вод пралень підприємств
В ході роботи прального господарства утворюється велика кількість стічних вод. Основні обсяги стоків дає сам процес прання. Незначна кількість солесодержащих промивних вод виходить в процесі пом'якшення води.
Процес прання включає сім або вісім операцій: # 13;
- попереднє прополіскування водою, що містить зм'якшуючим реагенти (сода і змочують речовини); # 13;
- прання гарячою водою з кип'ятінням в присутності соди, мила і синтетичних мийних засобів; # 13;
- багаторазове прополіскування гарячої або холодною водою. # 13;
Тривалість процесу прання - близько 1 години. Відповідно до питомими нормативами приймається, що на кожні 100 кг білизни утворюється 3,75 м³ стічних вод [6].
Зразковий склад забруднювачів стічних вод пралень: # 13;
- Аніонні і неіоногенні СПАР (миючі засоби, детергенти, відбілювачі). # 13;
- Солі жорсткості. # 13;
- Зважені речовини (емульгованих бруд). # 13;
- Механічні частинки, волокна тканини. # 13;
- Барвники і нафтопродукти. # 13;
У порівнянні із середнім складом міських каналізаційних стічних вод, концентрації специфічних забруднень в стічних водах пралень вище в 2-3 рази. Стічні води пральні від прання 100 кг білизни еквівалентні сумарним каналізаційним стоків населеного пункту з 35 жителями [6].
При змішуванні з міськими каналізаційними стоками стічні води від пральних дають стійке піноутворення.
СПАР, потрапляють на міські очисні споруди, ускладнюють роботу відстійників, підвищують навантаження на очисні споруди і знижують загальну ефективність очищення господарсько-побутових стоків.
Випуск стічних вод від пралень в міську каналізаційну мережу, з урахуванням специфіки з забруднень, можливий при дотриманні температурних умов і усереднення складу, але небажаний. В даний час існують методи попередньої обробки стічних вод, а також технологічні схеми оборотного водопостачання пралень підприємств для повторного використання частини води.
Схеми очищення стоків пралень підприємств
Перша технологічна схема
Схема очищення стічних вод та оборотного водопостачання пралень із застосуванням методів флотації і нанофільтрації функціонує наступним чином (за даними [7]).
Застосовуваний метод очищення є багатоступеневим. На першому етапі з стічної води віддаляються суспензії і нафтопродукти методом флотації; другий етап (фільтрація) прибирає з води залишкові нерозчинні зважені речовини; третій етап (мембранна нанофільтрація) видаляє з води розчинну органіку.
Стоки від пральні надходять в усереднювальних резервуар. Туди ж заливають вторинні оборотні води - фільтрат з установки зневоднення, концентрат з вузла мембранної фільтрації і промивні води фільтра.
Усереднені стоки надходять в багатоступінчастий реактор коагуляції. У реактор подаються реагенти з реагентного господарства - флокулянти і коагулянти. Під дією реагентів в реакторі йде процес утворення пластівців.
Потім стічні води разом зі зваженими пластівцями надходять на установку флотації. У флотаторе підтримується постійна аерація суміші стічних вод і відбувається видалення зважених пластівців, які відділяються від води і подаються на установку зневоднення осаду. Тут пластівці обезвоживаются і направляються на подальшу утилізацію.
Осветленная після флотації стічна вода проходить спочатку стадію грубої фільтрації, а потім надходить на вузол мембранної нанофільтрації. Це основна стадія очищення, на якій відбувається мембранне фільтрування і очищення води.
Вода після стадії тонкої фільтрації (пермеат) є чистою водою високої якості і повертається в оборотне водопостачання прального господарства.
Система очищення стоків та оборотного водопостачання пральні регулюється в автоматичному режимі і управляється з диспетчерського пульта.
Функціональні вузли та обладнання описаної схеми: # 13;
Ефективність подібного комплексу очисних споруд по СПАР становить: 98% - для неіоногенних, 16% - для аніонних. Ефективність очищення по БПК - 99%.
Друга технологічна схема
Інша схема очищення стічних вод пральні запропонована на основі дослідно-лабораторних розробок методів очищення води від СПАР [4]. Технологічна схема передбачає очистку стічних вод великої механізованої пральні продуктивністю 4140 кг білизни за добу. Очищення стічних вод реалізована по одноступінчастої схемою із застосуванням методу електрофлотокоагуляціі. Очищені до нормативних показників стоки скидаються в міську каналізаційну мережу.
Стічні води пральні з усереднювача подаються насосами в електрофлотокоагулятор (ЕФК). Стічна вода протікає між електродами і взаємодіє з гідроксидом заліза, який виділяється в камеру з анода під дією електричного струму. Дисперсні частинки укрупнюються. Вода зі зваженими частками відводиться в відстійник, де пластівці з адсорбованими забрудненнями випадають в осад.
Одночасно в камері ЕФК відбувається гідроліз води і виділення газоподібних кисню і водню, що активують процес флотації. Результатом флотації є піна, яка збирається в лоток і відводиться на мішалку. Там до неї подмешивается глиняна суспензія, а що утворився мул надходить в муловий колодязь. Суспензія мулу піддається зневоднення, отриманий шлам відправляють на утилізацію. Фільтрат після зневоднення повертають в усреднітель і підмішують до нових порцій очищується стічної води.
При оптимальному режимі роботи розрахункова ефективність очисної установки становить 95% по СПАР і 72% по зважених речовинах.
Стічні води та оборотне водопостачання автомийок
Законодавство встановлює, що стоки, що утворилися на автомийці, забороняється скидати без очищення в навколишнє середовище (в тому числі на грунт), а система водопостачання автомийки повинна включати очистку і систему рециркуляції стічних вод.
Методи очищення і конкретні технології для стоків автомийок підбираються з урахуванням специфіки забруднюючих речовин.
- зважені речовини: 400-4000 мг / л; # 13;
- нафтопродукти: 20-150 мг / л; # 13;
- тетраетилсвинець: 0,01-0,1 мг / л; # 13;
- СПАР: 100 мг / л. # 13;
Основні забруднювачі в стоках автомийок - змиви з корпусів автомобілів, що містять велику кількість зважених речовин, нафтопродуктів і токсичних сполук свинцю. СПАР в стоках автомийок з'являються в тому випадку, якщо в процесі миття застосовуються спеціальні миючі склади.
Готові рішення
Готова схема водоочищення автомийки [8] включає в себе кілька етапів: # 13;
- груба механічна очистка; # 13;
- гравітаційне осадження; # 13;
- реагентному обробка; # 13;
- напірна флотація; # 13;
- фільтрація. # 13;
На попередньому етапі стоки очищаються від грубих механічних домішок і зважених речовин в пісковловлювача і нефтеловушках. Подальша очищення стоків відбувається в гравітаційних відстійниках. В описаній схемі очищення використовуються тонкошарові відстійники. в яких осадження зважених домішок відбувається більш ефективно.
Основні методи очищення стічних вод автомоек- реагентний і метод напірної флотації.
Ці методи дозволяють очистити стічні води до показників, що допускають їх повторне використання в оборотній системі водопостачання. Недоліки реагентних і флотаціоннних методів - високі витрати на витратні матеріали та реагенти.
На практиці високі рекомендації отримав комплексний метод очищення стоків автомийок з використанням водообігового системи «Скат» [8]. Установка складається з трьох блоків: # 13;
- Блок БПО - для видалення грубих домішок. # 13;
- Блок ОТБ - флотаційна очищення від дрібнодисперсних суспензій. # 13;
- Блок ДСБ - доочищення води на вугільному фільтрі. # 13;
Підбір обладнання для очисної системи ведеться в залежності від обсягів води, що циркулює в системі оборотного водопостачання, і підживлення свіжою водою (15% від обсягу оборотної).
Подібні системи очищення і оборотного водопостачання автомийок не тільки ефективні в плані уловлювання викидів, але і вигідні, оскільки значно скорочують водоспоживання. Очищена вода повторно використовуються в процесі миття машин, а свіжа вода застосовується лише для кінцевого ополіскування.
Порівняння методів очистки і технологій видалення СПАР
Кожен з перерахованих методів має свої недоліки і обмеження по використанню. Поєднання декількох технічних прийомів при очищенні стічних вод дозволяє отримати найбільш високий ступінь вилучення СПАР [4].
Повсюдна поширеність синтетичних поверхнево-активних речовин гостро ставить питання знаходження найбільш прийнятних і економічно вигідних методів очищення стічних вод від них. Фізико-хімічні особливості СПАР і поділ цих речовин на групи по здатності до біохімічному розкладу істотно ускладнюють підбір найбільш оптимального методу очищення.
Вибір актуального способу очищення стічних вод повинен вестися в залежності від концентрації поверхнево-активних речовин у воді, його здатності до розкладання ( «жорстке» або «м'яке» СПАР), наявності в стічній воді інших забруднюючих домішок (нафтопродуктів, суспензій), а також необхідного якості води на виході.
При однорідному складі стічних вод і низьких концентраціях ПАР можливо реалізувати схему одноступінчастої очищення з використанням методів сорбції, флотації, коагуляції, біологічного окислення або мембранного фільтрування.