Очистка воды предназначена для доведения всех параметров, характеризующих ее качество, до нормативных показателей. Существенно отличается очистка воды для питьевых нужд, в технологических целях (как из поверхностных водоемов, так и подземных вод) и очистка сточных вод. Причем даже для промышленных стоков, сбрасываемых в водоемы или на грунт и сливаемых в систему канализации, нормативы и требования к очистке различные. И они постоянно ужесточаются.
Методы очистки воды при всем их многообразии можно подразделить на три группы: механические, физико-химические и биологические.
Механическаяочистка применяется прежде всего для отделения твердых и взвешенных веществ. Наиболее типичными в этой группе являются способы процеживания, отстаивания, инерционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания (как разновидность отстаивания), - все они используются для обработки сточных вод. Для водоподготовки из этой группы наиболее широко применяются отстаивание и фильтрование.
Процеживание - первичная стадия очистки сточных вод - вода пропускается через специальные металлические решетки с шагом 5 - 25 мм, установленные наклонно. Периодически они очищаются от осадка с помощью специальных поворотных приспособлений.
Отстаиваниепроисходит в специальных емкостях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные. Общими для них являются выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаждения частиц, которые собираются внизу. Разновидностью отстойника являются песколовки, применяющиеся для выделения частиц песка в стоках литейных цехов, окалины - в стоках кузнечно-прессовых и прокатных цехов и т. д. Как правило, время нахождения воды в песколовках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).
Инерционноеразделение осуществляется в гидроциклонах, принцип действия которых аналогичен циклонам для очистки газов. Различают открытые и напорные гидроциклоны, причем первые имеют большую производительность и малые потери напора, но проигрывают в эффективности очистки (особенно от мелких частиц).
Фильтрование осуществляется чаще всего через пористые связанные или несвязанные материалы. Как правило, фильтры очищают воду от тонкодисперсных примесей даже при небольших концентрациях. Фильтроматериалы достаточно разнообразны: кварцевый песок, гравий, антрацит, частички металлов и др. Песчаные фильтры - основные очистители при водоподготовке.
Нефтеловушкив самом простом исполнении представляют собой отстойники, в которых выход очищенной воды происходит снизу, а нефтяная пленка собирается сверху.
Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Она включает множество разных способов, важнейшими из которых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция, ионообменные методы и др.
Экстракция- процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Например, в специальных колонках (пустотелых или заполненных насадками) стоки смешиваются с экстрагентом, отбирающим вредные вещества: так бензолом удаляется фенол.
Флотация - процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В некоторых случаях между пузырьками и примесями происходит реакция. Разновидность метода - электрофлотация, при которой вода дополнительно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов.
Нейтрализация - обработка воды щелочами или кислотами, известью, содой, аммиаком и т. п. с целью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Самый простой способ нейтрализации сточных вод - смешение кислых и щелочных стоков, если они имеются на предприятии.
Окисление- применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обеззараживания воды и уничтожения токсичных биологических примесей. Наиболее распространенный способ - хлорирование - чреват, как указывалось ранее, появлением диоксинов (особенно при вынужденном повышении дозы хлора летом или в период паводка, так называемом гиперхлорировании). Необходимо постепенно переходить на другие способы, например, на комбинацию - озонирование и хлорирование.
Озонирование- дорого и имеет более кратковременное действие, но оно перспективнее. В настоящее время отрабатываются комбинации реагентов с ультрафиолетовой обработкой воды. Во всяком случае вода, применяемая для питья и содержащая характерный запах хлора, перед употреблением должна отстаиваться и кипятиться, как минимум.
Сорбция, как и при обработке газовых выбросов, способна обеспечивать эффективную очистку воды от солей тяжелых металлов, непредельных углеводородов, частичек красящих веществ и т. п. Лучшим сорбентом и здесь является активированный уголь, это относится и к различным минералам (шунгиту, цеолиту и др.), специально обработанным опилкам, саже, частичкам титана и др.
Коагуляция - обработка воды специальными реагентами с целью удаления нежелательных растворенных примесей. Широко распространена при водоподготовке. Обработка ведется соединениями алюминия или железа, при этом образуются твердые нерастворимые примеси, отделяемые обычными способами. Для сточных вод широко применяется электрокоагуляция, при которой вблизи электродов образуются ионы (результат анодного растворения материала электродов), реагирующие с примесями. Так отделяют тяжелые металлы, цианы и др.
Ионообменные методы достаточно эффективны для очистки от многих растворов и даже от тяжелых металлов. Очистка производится синтетической ионообменной смолой и, если ей предшествует механическая очистка, позволяет получить выделенные из воды металлы в виде сравнительно чистых концентрированных солей.
Биологическая очистка возможна в естественных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае органические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями, простейшими, водорослями и т. п.) и превращаются в минеральные вещества. В естественных условиях очистка производится на полях фильтрации или орошения (через почву) или в биологических прудах-отстойниках, в которых концентрация загрязнителей снижается до требуемых норм за счет процессов самоочищения, осуществляемых микроорганизмами, водорослями, беспозвоночными, пруды могут быть с поддувом воздуха (с искусственной аэрацией).
Большой интерес представляют высшие водные растения (ВВР) для очиетки воды (тростник, камыш, ряска и др.) Способность ВВР к накоплению, утилизации, трансформации многих загрязняющих веществ делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоемов. В последнее время на территории РФ получило широкое применение тропическое цветковое растение - эйхорния, или водный гиацинт. Эйхорния может применяться там, где в течение не менее двух месяцев температура стоков находится не ниже 16 °С. Эйхорния способна поглощать все лишнее, что загрязняет воду: нефтепродукты, фенолы, сульфаты, фосфаты, хлориды, нитраты, СПАВы, щелочи, тяжелые металлы.
Улучшает ВПК и ХПК. Уничтожает патогенные микроорганизмы гнилостного ряда, нормализует общее микробное число и Колииндекс. Эйхорнию можно использовать для доочистки сточной воды на городских очистных сооружениях, а также на сельскохозяйственных и промышленных стоках.
В качестве искусственных сооружений могут применяться аэротенки, окситенки, метатенки и биофильтры. В тенках (аэро- с подачей воздуха; окси- с подачей кислорода; мета- без доступа воздуха) сточные воды обрабатываются микроорганизмами. Но для их нормального функционирования необходимы определенные условия по температуре, рН и отсутствию многих солей. Поэтому разновидности этих сооружений чаще всего применяются на тех очистных сооружениях канализации, куда не поступают промстоки. На промышленных очистных сооружениях чаще применяются биофильтры, в которых активная биологическая среда образуется на специальной загрузке (шлак, керамзит, гравий и т. п.). Эта биологическая среда (пленка) менее чувствительна к колебаниям параметров среды и сточных вод. Активность биопленки увеличивается при поддуве воздуха, подаваемого обычно противотоком.
Выбор способов очистки и обеззараживания воды зависит от многих параметров и требований, важнейшие из которых: необходимая степень очистки и исходная загрязненность воды, потребные расходы и время очистки, наличие очистителей и энергии и, конечно, экономические возможности. Но при всех методах очистки следует обращать внимание на вопрос утилизации осадка, образующегося при обработке воды (особенно токсичных промстоков). Как правило, осадок обезвоживают и производят захоронение на специальных полигонах или обрабатывают в биологических сооружениях. Существуют специальные печи для сжигания токсичных отходов с очень высокой полнотой сгорания (за счет создания взвешенного слоя сгорающего вещества, тангенциальной подачи топлива и др.) и четырехступенчатой очисткой газовых выбросов. Есть и отечественные разработки по сжиганию этого осадка в металлургических, специально оборудованных печах с получением сравнительно безвредного строительного материала. Однако эти предложения пока еще недостаточно изучены.