Очистка сточных вод является критически важным процессом для защиты окружающей среды и здоровья населения. В ходе этого процесса различные химикаты используются для удаления загрязняющих веществ, очистки воды и улучшения ее качества. В этой всеобъемлющей статье мы рассмотрим наиболее важные химикаты, используемые при очистке сточных вод, механизм их действия и области применения.
Введение: важность использования химикатов при очистке сточных вод
Очистка сточных вод без использования химикатов практически невозможна. Эти химикаты используются на различных этапах очистки сточных вод по разным причинам:
-
Нейтрализация кислот и оснований
-
Коагуляция и агломерация взвешенных частиц
-
удаление тяжелых металлов
-
Контроль запаха и пены
-
дезинфекция и уничтожение возбудителей болезней
-
Удаление органических веществ и питательных веществ, таких как азот и фосфор.
Выбор подходящих химикатов зависит от множества факторов, включая состав сточных вод, параметры сброса и эксплуатационные расходы.
Классификация распространенных химикатов для очистки сточных вод
1. Химикаты для регулирования pH
Контроль pH является важным этапом очистки сточных вод, поскольку многие последующие процессы требуют соответствующего значения pH.
Щелочные материалы:
-
Известь (Ca(OH)₂) : наиболее часто используемое вещество, которое повышает pH и способствует коагуляции.
-
Гидроксид натрия (NaOH) : сильное основание, способное точно регулировать pH.
-
Карбонат натрия (Na₂CO₃) : обладает более мягким действием и лучшими разрыхляющими свойствами.
Кислотные материалы:
-
Серная кислота (H₂SO₄) : наиболее часто используемая кислота для снижения pH.
-
Соляная кислота (HCl) : используется в особых случаях.
-
Углекислый газ (CO₂) : оказывает небольшое действие, снижающее pH.
2. Коагуляционное вещество
Эти материалы нейтрализуют заряд коллоидных частиц и образуют более крупные частицы.
Минеральные коагулянты:
-
Квасцы (сульфат алюминия – Al₂(SO₄)₃) : наиболее широко используемый коагулянт.
-
Хлорид железа (FeCl₃) : эффективен для некоторых сточных вод.
-
Полиалюминийхлорид (ПАХ) : высокая эффективность и низкое образование шлама
Органические коагулянты:
-
полиамин
-
Поли-Дадмак
-
катионный полиакриламид
3. Хелатирующие материалы
Эти вещества заставляют мелкие частицы слипаться и образовывать более крупные и тяжелые сгустки крови.
Полимерный коагулянт:
-
полиакриламид (ПАМ)
-
анионный полимер
-
Катионные полимеры
-
неионный полимер
4. Дезинфицирующие средства
Хлор и его соединения:
-
Хлор (Cl₂) : эффективен, но опасен
-
Гипохлорит натрия (NaOCl) : безопаснее хлора
-
Гипохлорит кальция (Ca(OCl)₂) : специальные применения
Другие дезинфицирующие средства:
-
Озон (O₃) : очень мощный, но дорогой и сложный.
-
Диоксид хлора (ClO₂) : используется для некоторых видов сточных вод.
-
Перуксусная кислота : новая альтернатива
-
УФ : Химикаты не нужны, но необходима чистая вода.
5. Вещества, удаляющие питательные вещества (азот и фосфор)
Удаление фосфора:
-
Алюминиевая соль (квасцы)
-
Соль железа (хлорид железа)
-
Кальций (калории)
Для удаления азота:
-
Метанол : как источник углерода в процессе денитрификации
-
Мочевина : в некоторых биологических процессах
6. Дезодорант
-
Перманганат калия (KMnO₄)
-
перекись водорода (H₂O₂)
-
активированный уголь
7. Материалы для удаления тяжелых металлов
-
Гидроксид натрия : используется для осаждения металлов.
-
Сульфид натрия : используется для осаждения некоторых металлов.
-
Активированный уголь : поглощает некоторые металлы.
Механизм действия химикатов при очистке сточных вод
а) Механизм коагуляции и агрегации
-
Нейтрализация заряда: положительно заряженный коагулированный минерал нейтрализует отрицательный заряд коллоидных частиц.
-
Поверхностная адсорбция : ионы металлов адсорбируются на поверхности частиц.
-
Образование мостиков : конгломерированные полимеры создают мостики между молекулами, связывая их вместе.
-
Осаждение : более крупные сгустки крови оседают под действием силы тяжести.
б) Механизм очистки
-
Окисление : Дезинфицирующие средства окисляют клеточные стенки микроорганизмов.
-
Разрушение ферментов : активность важных ферментов нарушается.
-
Повреждение ДНК : Под воздействием ультрафиолетовых лучей ДНК микроорганизмов будет напрямую повреждаться.
Факторы, влияющие на химический выбор
-
Состав сточных вод : типы и концентрации загрязняющих веществ
-
pH сточных вод : некоторые материалы работают лучше всего при определенных уровнях pH.
-
Стоимость материалов : включает стоимость материалов, а также расходы на транспортировку и хранение.
-
Безопасность и простота использования : Для некоторых опасных материалов требуется специальное оборудование.
-
Количество образующегося шлама : некоторые материалы производят большее количество шлама.
-
Воздействие на окружающую среду : отходы в сточных водах
-
Совместимость с последующими процессами : Влияние на другие этапы очистки.
Преимущества и недостатки различных химикатов.
а) Преимущества
-
Эффективно удаляет загрязнения
-
Действует быстрее, чем биологические методы
-
Возможность точного контроля параметров очистки
-
Гибкое реагирование на изменения качества сточных вод
б) Дефекты
-
Высокие эксплуатационные расходы для некоторых материалов
-
Образование химического шлама , требующего управления
-
Риски безопасности при транспортировке и хранении
-
Воздействие остаточных веществ в сточных водах на окружающую среду
Новые инновации и альтернативы
-
Использование экологически чистых полимеров : полимеры природного происхождения, поддающиеся биологическому разложению.
-
Наноматериалы : такие как наночастицы железа, для удаления определенных загрязнений.
-
Экологически чистые транспортные средства : менее токсичные альтернативы
-
Гибридные системы : сочетание химикатов с мембранами или биологическими методами.
-
Химическая рекуперация : например, рекуперация алюма из осадка сточных вод
Меры безопасности при использовании химикатов для очистки сточных вод
-
Обучение персонала : знание опасностей каждого вещества.
-
Средства индивидуальной защиты : перчатки, очки, маски.
-
Условия хранения : При подходящей температуре, вдали от света и влаги.
-
Система вентиляции : Особенно подходит для летучих материалов.
-
Инструкции по чрезвычайным ситуациям : утечка или попадание на кожу
-
Химическое управление шламом : безопасная утилизация образующегося шлама
Окончательно
Химикаты играют ключевую роль в очистке сточных вод, и их правильный выбор напрямую влияет на эффективность и стоимость очистки. По мере развития технологий разрабатываются новые материалы с более высокой эффективностью и меньшим воздействием на окружающую среду. Умное управление этими материалами не только улучшает качество сточных вод, но и снижает эксплуатационные расходы и обеспечивает экологическую устойчивость.
В конечном итоге проектирование системы очистки сточных вод должно основываться на детальном анализе поступающих сточных вод, параметрах сброса, а также на комплексной технико-экономической оценке для выбора оптимального сочетания химических, физических и биологических процессов.