Очистка сточных вод озонированием
Очистка промышленных сточных вод - одна из главных современных экологических проблем.
Загрязнение водной среды
Химическое загрязнение — наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным.
Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.
Промышленность - главный потребитель большинства природных ресурсов и главный загрязнитель окружающей среды.
Приоритетные загрязнители водных экосистем по отраслям промышленности
Для решения проблем очистки промышленных стоков была разработана технология на основе озонирования воды:
- Очистка сточных вод промышленных предприятий при помощи озонирования является одним из наиболее перспективных и современных методов.
- Обезвреживание вредных примесей производится путем их окисления озоном.
- Применение водоочистных комплексов на базе озонаторов позволяет свести к минимуму эксплуатационные затраты установки.
Свойства озона:
- Озон в отличие от кислорода является неустойчивым соединением. Он самопроизвольно разлагается при высоких концентрациях, при этом чем выше концентрация, тем выше скорость реакции разложения.
- Озон – сильный окислитель, он разрушает вещества на безвредные (вода, углекислый газ, кислород) и не пахнущие компоненты.
Преимущества озона:
- Озон уничтожает все известные микроорганизмы: вирусы, бактерии, грибки, водоросли, их споры, цисты и т.д.
- Озон действует очень быстро – в течение нескольких минут.
- Озон удаляет неприятные запахи.
- Озон не образует токсичных побочных продуктов.
- Остаточный озон быстро превращается в кислород.
- Озон вырабатывается на месте, не требуя хранения и перевозки.
- Озон уничтожает микроорганизмы в 300-3000 раз быстрее, чем любые другие дезинфекторы.
- Экологическая совместимость озона с окружающей средой.
Озонирование сточных вод позволяет добиться следующих целей:
- Окисление органических и неорганических соединений.
- Обесцвечивания воды.
- Дезодорация воды, содержащей вещества биологического происхождения и загрязнённую органическими веществами.
- Очистка стоков, содержащих нефть, нефтепродукты и фенолы.
- Очистка стоков, содержащих, нитросоединения, канцерогенные и другие вещества.
- Очистка сточных вод после биологической очистки.
- Очистка ацетонсодержащих и сероводородсодержащих вод.
Удаление нефтепродуктов
Основными компонентами нефтепродуктов чаще всего являются олефиновые, циклоолефиновые, ароматические и парафиновые углеводороды, которые могут находиться в стоках в виде пленки, эмульсии или в растворенном виде. Наиболее трудно удаляются растворенные и летучие фракции.
В результате многочисленных наблюдений за эффективностью очистки стоков традиционными методами (коагулированием и осветлением), установлено, что удаляется не более 50% нефтепродуктов.
На сегодняшний день озонирование является самым эффективным методом удаления нефтепродуктов.
При озонировании разрушаются ароматические кольца. Подвергая деструкции органические вещества, озон способствует образованию предельных и непредельных углеводородов, что влияет на концентрацию нефтепродуктов и приводит к увеличению эффективности очистки стоков.
Эффективность удаления зависит не только от дозы озона, но и от присутствия других загрязнителей, которые более активно реагируют с озоном.
Влияние дозы озона на эффективность очистки от нефтепродуктов.
На стадии озонирования удаляется от 26% до 82,7% нефтепродуктов. При фильтровании на песчаном фильтре происходит дальнейшая очистка стоков от загрязнений, оставшихся после озонирования, процент изъятия загрязнений составляет 94,1-97,65%. Оставшиеся загрязнения удаляются при адсорбции – от 34% до 50%.
В целом Эффективность очистки стоков от нефтепродуктов по всем стадиям обработки составила 99,3%.
Удаление фенола
Проблема полноценной очистки производственных стоков от растворенных в воде органических веществ, в частности удаление фенолов, является одной из наиболее важных и одновременно трудно решаемых.
Очистка сточных вод от фенола – технология водоподготовки, позволяющая уменьшить содержание в воде, представляющей собой отходы промышленных предприятий, содержание одного из самых токсичных веществ, которое делает её непригодной для дальнейшего использования в других отраслях.
Физические свойства фенолов.
Фенол (бензенол) – кристаллическое вещество, с температурой плавления 43°С.
- Он обладает характерным запахом.
- Фенол вызывает ожоги на коже.
- В медицине одним из первых был применен в качестве антисептика.
- Фенол содержится в моче человека и животных, так как белковые аминокислоты, содержащие бензольное кольцо, при расщеплении в организме дают фенол.
Схема превращений фенола в водном растворе
При окислении фенолов происходит разрыв ароматического кольца и образования диоксида углерода и воды.
Практически все фенолы имеют высокие скорости реакции с озоном. Скорость окисления фенолов зависит от концентрации фенолов и pH воды, и не всегда зависит от дозы озона. Установлено, что на одну молекулу фенола затрачивается 2-4 молекулы озона. Оптимальное значение рН для окисления фенолов концентрацией менее 50 мг/л – равно 11,4.
Реакция разложения фенола озоном протекает в несколько стадий и деструкции подвергаются промежуточные продукты окисления фенолов (муравьиная, глиоксалевая и др. кислоты).
Результаты окисления озоном фенолов в водном растворе
С помощью озонирования можно достичь очистки сточных вод до уровня 0.05 мг/л и ниже. При озонировании фенольных сточных вод содержащих другие примеси углеводородов образующихся при обессоливании - обезвоживании нефтепродуктов расход озона значительно возрастает по сравнению с расходом на озонирование чистых водных растворов.
Для производства 1 кг озона требуется 15кВт электроэнергии. Расход электроэнергии на 1 кг окисленного фенола составляет 50-100 кВт ч, в чистом водном растворе.
Высокий эффект удаления фенола наблюдается при совместном действии озонирования и окислительно – сорбиционного методов очистки.
Эффективность очистки сточных вод от фенолов.
Эффективная очистка сточных вод от фенолов зависит от дозы озона и исходной концентрации фенолов.
При концентрации фенола в воде 7,7 мг/л и дозе озона 5-7 мг/л на стадии озонирования удаляется 99,5% загрязнений.
Преимуществом озонирования можно считать то, что в воду не вносятся химические реагенты.
В качестве вспомогательных методов перед стадией озонирования могут применяться методы биологической очистки.
Биологическая очистка.
Суть биологической очистки заключается в биохимическом окислении органики и аммонийного азота в присутствии бактерий-минерализаторов. Для нормального процесса синтеза клеточного вещества, а, следовательно, и эффективной очистки сточной воды в водной среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов питания - углерода, содержание которого обычно характеризуется величиной биологически потребляемого кислорода (БПК), азота и фосфора.
Блок обесфеноливания с окислительно-сорбиционным фильтром
Удаление биологически стойких загрязнений
В настоящее время также остро стоит вопрос предотвращения загрязнения природных вод биологически стойкими органическими веществами, которые попадают в природные водоемы в основном с производственными сточными водами и оказывающими существенное негативное влияние на биохимический режим водной среды.
Эта категория загрязнений не удаляется из воды механическими и биологическими методами очистки, применяемыми на очистных сооружениях, т. к. они разлагаются бактериями активного ила на 10...20%.
Озонирование позволяет проводить очистку производственных сточных вод от биологически трудноокисляемых органических соединений и токсичных примесей.
Наибольший эффект достигается при совместном воздействии озонирования и УФ облучения, скорость снижения показателя ХПК в обработанной озоном воде увеличивается в 2 раза по сравнению с необработанной.
Зависимость изменения показателя ХПК
Процесс биологической очистки, предварительно обработанной озонированием промышленной сточной воды, протекает значительно интенсивнее и с более глубоким окислением органических загрязнений.
Эффективность технологии «KAUFMANN» в очистке сточных вод.
Первичное озонирование существенно уменьшает значения показателей цветности, перманганатной окисляемости, концентрации железа, нефтепродуктов, ионов металлов и других загрязнений.
При последующей очистке стоков происходит дальнейшее удаление органических и неорганических загрязнений (практически полностью или до требований стандарта).
Вторичная обработка озоном позволяет существенно улучшить качество воды по всем органическим соединениям.
По бактериологическим показателям качество воды уже после первичного озонирования соответствует требованиям стандарта.
Схема эффективной очистки нефтесодержащих сточных вод
Показатели качества воды по стадиям очистки
Преозонирование приводит к трансформации органических веществ природного происхождения в более биоразлагаемые формы и к уменьшению нагрузки на активный уголь адсорбированными соединениями.
При этом увеличивается продолжительность фильтроцикла на активном угле до момента выноса адсорбируемых загрязнений.
Установлено, что при использовании озона перед угольным фильтратом по суммарному изъятию органических соединений повышается примерно на 30-35%.
Эффективность удаления различных загрязнений по этапам очистки стоков
В большинстве случаев наиболее эффективными являются схемы с двухэтапным озонированием. Такая технология обеспечивает удаление органических загрязнений на 80-85% по окисляемости, на 90-95% по нефтепродуктам.
В настоящее время данная технология является самой перспективной, т.к. применение озона имеет ряд существенных преимуществ:
Минимальные эксплуатационные расходы. - Высокая степень промышленной безопасности.
- Отсутствие необходимости хранения и транспортировки опасных химических веществ.
- Сокращение численности сотрудников за счет непрерывного автоматического контроля функционирования системы.
Озонирование - экологически безопасный метод очистки воды и воздуха.