Очистка промышленных сточных вод описывает процессы, используемые для очистки сточных вод , которые производятся промышленностью как нежелательный побочный продукт. После очистки очищенные промышленные сточные воды (или стоки) могут быть повторно использованы или сброшены в санитарную канализацию или в поверхностные воды окружающей среды. Некоторые промышленные предприятия производят сточные воды, которые могут быть очищены на очистных сооружениях . Большинство промышленных предприятий, таких как нефтеперерабатывающие заводы , химические и нефтехимические заводы, имеют свои собственные специализированные установки для очистки своих сточных вод, чтобы концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах соответствовали правилам, касающимся сброса сточных вод в канализацию или в реки, озера или океаны . [1] : 1412 Это относится к отраслям, которые производят сточные воды с высокой концентрацией органических веществ (например, масла и смазки), токсичных загрязняющих веществ (например, тяжелых металлов, летучих органических соединений ) или питательных веществ, таких как аммиак . [2] : 180 Некоторые предприятия устанавливают систему предварительной очистки для удаления некоторых загрязняющих веществ (например, токсичных соединений), а затем сбрасывают частично очищенные сточные воды в городскую канализационную систему. [3] : 60
Большинство отраслей промышленности производят некоторое количество сточных вод . Последние тенденции заключаются в минимизации такого производства или переработке очищенных сточных вод в рамках производственного процесса. Некоторые отрасли успешно перепроектировали свои производственные процессы для сокращения или устранения загрязняющих веществ. [4] Источниками промышленных сточных вод являются производство аккумуляторов, химическое производство, электростанции, пищевая промышленность , металлургическая промышленность, металлообработка, шахты и карьеры, атомная промышленность, добыча нефти и газа , нефтепереработка и нефтехимия , фармацевтическое производство, целлюлозно-бумажная промышленность , металлургические заводы, текстильные фабрики , промышленное загрязнение нефтью , очистка воды и консервирование древесины . Процессы очистки включают обработку рассолом, удаление твердых веществ (например, химическое осаждение, фильтрация), удаление масел и жиров, удаление биоразлагаемых органических веществ, удаление других органических веществ, удаление кислот и щелочей и удаление токсичных материалов.
Промышленные объекты могут генерировать следующие потоки промышленных сточных вод: [ необходима ссылка ]
Промышленные сточные воды могут поставлять в водоемы следующие загрязняющие вещества, если сточные воды не очищаются и не утилизируются должным образом:
Конкретные образующиеся загрязняющие вещества и результирующие концентрации сточных вод могут значительно различаться в разных промышленных секторах. [ необходима цитата ]
Производители аккумуляторов специализируются на изготовлении небольших устройств для электроники и портативного оборудования (например, электроинструментов) или более крупных, мощных устройств для автомобилей, грузовиков и других моторизованных транспортных средств. Загрязнители, образующиеся на производственных предприятиях, включают кадмий, хром, кобальт, медь, цианид, железо, свинец, марганец, ртуть, никель, серебро, цинк, масло и смазку. [13]
Централизованное предприятие по переработке отходов (ЦПО) обрабатывает жидкие или твердые промышленные отходы, образующиеся на сторонних производственных предприятиях. Производитель может отправлять свои отходы на предприятие ЦПО, а не выполнять обработку на месте, из-за таких ограничений, как ограниченная доступность земли, сложность проектирования и эксплуатации локальной системы или ограничения, налагаемые экологическими нормами и разрешениями. Производитель может решить, что использование ЦПО более рентабельно, чем обработка самих отходов; это часто бывает, когда производитель является малым предприятием. [14]
Заводы CWT часто получают отходы от самых разных производителей, включая химические заводы, металлообработку и отделку; а также отработанное масло и нефтепродукты из различных производственных секторов. Отходы могут быть классифицированы как опасные , иметь высокую концентрацию загрязняющих веществ или иным образом быть трудно поддающимися обработке. В 2000 году Агентство по охране окружающей среды США опубликовало правила очистки сточных вод для предприятий CWT в США. [15]
Конкретные загрязняющие вещества, сбрасываемые производителями органических химикатов, сильно различаются от завода к заводу в зависимости от типов производимой продукции, такой как сыпучие органические химикаты, смолы, пестициды, пластмассы или синтетические волокна. Некоторые из органических соединений, которые могут сбрасываться, - это бензол , хлороформ , нафталин , фенолы , толуол и винилхлорид . Биохимическая потребность в кислороде (БПК), которая является валовым измерением ряда органических загрязняющих веществ, может использоваться для оценки эффективности биологической системы очистки сточных вод и используется в качестве нормативного параметра в некоторых разрешениях на сброс. Сбросы металлических загрязняющих веществ могут включать хром , медь , свинец , никель и цинк . [16]
Сектор неорганических химикатов охватывает широкий спектр продуктов и процессов, хотя отдельный завод может производить узкий спектр продуктов и загрязняющих веществ. Продукты включают соединения алюминия; карбид кальция и хлорид кальция; плавиковую кислоту; соединения калия; буру; соединения на основе хрома и фтора; соединения на основе кадмия и цинка. Выбрасываемые загрязняющие вещества различаются в зависимости от сектора продукции и отдельного завода и могут включать мышьяк, хлор, цианид, фторид; и тяжелые металлы, такие как хром, медь, железо, свинец, ртуть, никель и цинк. [17]
Электростанции на ископаемом топливе , особенно угольные , являются основным источником промышленных сточных вод. Многие из этих заводов сбрасывают сточные воды со значительным содержанием металлов, таких как свинец , ртуть , кадмий и хром , а также мышьяк , селен и соединения азота ( нитраты и нитриты ). Потоки сточных вод включают десульфуризацию дымовых газов , летучую золу , зольный остаток и контроль ртути в дымовых газах . Заводы с контролем загрязнения воздуха, такими как мокрые скрубберы, обычно переносят уловленные загрязняющие вещества в поток сточных вод. [18]
Золоотстойники , тип поверхностного водохранилища, являются широко используемой технологией очистки на угольных электростанциях. Эти пруды используют гравитацию для осаждения крупных частиц (измеренных как общее количество взвешенных твердых частиц ) из сточных вод электростанций. Эта технология не очищает растворенные загрязняющие вещества. Электростанции используют дополнительные технологии для контроля загрязняющих веществ в зависимости от конкретного потока отходов на заводе. К ним относятся сухая обработка золы, замкнутая переработка золы, химическое осаждение , биологическая очистка (например, процесс с использованием активированного ила ), мембранные системы и системы испарения-кристаллизации. [18] Технологические достижения в области ионообменных мембран и систем электродиализа позволили обеспечить высокоэффективную очистку сточных вод десульфуризации дымовых газов для соответствия недавним ограничениям по сбросу Агентства по охране окружающей среды. [19] Подход к очистке аналогичен для других промышленных сточных вод с высоким содержанием накипи. [ необходима ссылка ]
Сточные воды, образующиеся в результате сельскохозяйственных и пищевых операций, имеют отличительные характеристики, которые отличают их от обычных городских сточных вод, которые обрабатываются государственными или частными очистными сооружениями по всему миру: они биоразлагаемы и нетоксичны, но имеют высокую биологическую потребность в кислороде (БПК) и содержат взвешенные твердые частицы (ВТЧ). [20] Состав сточных вод, образующихся в результате пищевых и сельскохозяйственных операций, часто сложно предсказать из-за различий в БПК и pH в стоках от овощей, фруктов и мясных продуктов, а также из-за сезонного характера обработки пищевых продуктов и сбора урожая. [ необходима ссылка ]
Обработка пищевых продуктов из сырья требует больших объемов высококачественной воды. При мытье овощей образуется вода с высоким содержанием твердых частиц и некоторого количества растворенных органических веществ . Она также может содержать поверхностно-активные вещества и пестициды.
Аквакультурные объекты (рыбные фермы) часто сбрасывают большие объемы азота и фосфора, а также взвешенных веществ. Некоторые объекты используют лекарства и пестициды, которые могут присутствовать в сточных водах. [21]
Молочные заводы вырабатывают обычные загрязняющие вещества (БПК, ВВ). [22]
Убой и переработка животных производят органические отходы из жидкостей организма, таких как кровь и содержимое кишечника . Образующиеся загрязняющие вещества включают БПК, СС, колиформные бактерии , масло и жир, органический азот и аммиак . [23]
Обработка продуктов питания для продажи приводит к образованию отходов, образующихся в процессе приготовления пищи, которые часто богаты растительным органическим материалом и могут также содержать соль , ароматизаторы , красители и кислоты или щелочь . Также могут присутствовать большие количества жиров, масел и смазок («FOG»), которые в достаточных концентрациях могут засорить канализационные линии. Некоторые муниципалитеты требуют, чтобы рестораны и предприятия по переработке пищевых продуктов использовали жироуловители и регулировали утилизацию FOG в канализационной системе. [24]
Деятельность по переработке пищевых продуктов, такая как очистка растений, транспортировка материалов, розлив в бутылки и мойка продукции, создает сточные воды. Многие предприятия по переработке пищевых продуктов требуют очистки на месте, прежде чем эксплуатационные сточные воды могут быть применены в почве или сброшены в водный путь или канализацию. Высокие уровни взвешенных твердых частиц органических частиц увеличивают БПК и могут привести к значительным дополнительным сборам за канализацию. Седиментация, клиновидное сито или вращающаяся ленточная фильтрация (микроскрининг) являются широко используемыми методами для снижения нагрузки взвешенных органических твердых частиц перед сбросом. [ необходима ссылка ]
Отходы производства стекла различаются в зависимости от типа производимого стекла, которое включает в себя стекловолокно , листовое стекло , прокатное стекло и стеклянную тару, среди прочего. Сточные воды, сбрасываемые стекольными заводами, могут содержать аммиак, БПК, химическое потребление кислорода (ХПК), фторид , свинец, масло, фенол и/или фосфор. Сбросы также могут быть очень кислыми (низкий pH) или щелочными (высокий pH). [25]
Производство железа из руд включает мощные восстановительные реакции в доменных печах. Охлаждающие воды неизбежно загрязнены продуктами, особенно аммиаком и цианидом . Производство кокса из угля на коксовых заводах также требует водяного охлаждения и использования воды при разделении побочных продуктов. Загрязнение потоков отходов включает продукты газификации, такие как бензол , нафталин , антрацен , цианид, аммиак, фенолы , крезолы вместе с рядом более сложных органических соединений, известных под общим названием полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). [26]
Превращение железа или стали в лист, проволоку или прутки требует горячих и холодных стадий механической трансформации, часто использующих воду в качестве смазки и охлаждающей жидкости. Загрязняющие вещества включают гидравлические масла , жир и твердые частицы. Окончательная обработка изделий из железа и стали перед дальнейшей продажей в производство включает травление в сильной минеральной кислоте для удаления ржавчины и подготовки поверхности к лужению или хромированию или для других видов обработки поверхности, таких как гальванизация или покраска . Две обычно используемые кислоты - соляная кислота и серная кислота . Сточные воды включают кислотные промывочные воды вместе с отработанной кислотой. Хотя на многих заводах работают установки по восстановлению кислоты (особенно те, которые используют соляную кислоту), где минеральная кислота выпаривается из солей железа, остается большой объем высококислотного сульфата железа или хлорида железа , который необходимо утилизировать. Многие сточные воды сталелитейной промышленности загрязнены гидравлическим маслом, также известным как растворимое масло. [ необходима цитата ]
Многие отрасли промышленности выполняют работу с металлическим сырьем (например, листовым металлом, слитками ), поскольку они изготавливают свою конечную продукцию. Отрасли промышленности включают производство автомобилей, грузовиков и самолетов; производство инструментов и оборудования; электронное оборудование и офисные машины; корабли и лодки; приборы и другие бытовые изделия; и стационарное промышленное оборудование (например, компрессоры, насосы, котлы). Типичные процессы, проводимые на этих заводах, включают шлифовку , механическую обработку , нанесение покрытий и покраску, химическое травление и фрезерование , обезжиривание растворителем , гальванопокрытие и анодирование . Сточные воды, образующиеся в этих отраслях, могут содержать тяжелые металлы (распространенные загрязнители тяжелыми металлами в этих отраслях включают кадмий, хром, медь, свинец, никель, серебро и цинк), цианид и различные химические растворители, масло и смазку. [27] [28]
Основные сточные воды, связанные с шахтами и карьерами, представляют собой пульпы частиц горных пород в воде. Они возникают из-за того, что дожди смывают открытые поверхности и подъездные пути, а также из-за процессов промывки и сортировки горных пород. Объемы воды могут быть очень большими, особенно связанные с дождями на больших участках. [29] Некоторые специализированные операции по разделению, такие как промывка угля для отделения угля от коренной породы с использованием градиентов плотности , могут производить сточные воды, загрязненные мелкодисперсным гематитом и поверхностно-активными веществами . Масла и гидравлические масла также являются распространенными загрязнителями. [30]
Сточные воды из металлических рудников и заводов по извлечению руды неизбежно загрязняются минералами, присутствующими в местных горных породах. После дробления и извлечения желаемых материалов нежелательные материалы могут попасть в поток сточных вод. Для металлических рудников это могут быть нежелательные металлы, такие как цинк и другие материалы, такие как мышьяк . Извлечение высокоценных металлов, таких как золото и серебро, может привести к образованию шламов, содержащих очень мелкие частицы, в которых физическое удаление загрязняющих веществ становится особенно затруднительным. [31]
Кроме того, геологические формации, которые содержат экономически ценные металлы, такие как медь и золото, очень часто состоят из руд сульфидного типа. Обработка включает измельчение породы на мелкие частицы и последующее извлечение желаемого металла(ов), при этом оставшаяся порода известна как хвосты. Эти хвосты содержат комбинацию не только нежелательных остаточных металлов, но и сульфидных компонентов, которые в конечном итоге образуют серную кислоту при воздействии воздуха и воды, что неизбежно происходит, когда хвосты утилизируются в больших водохранилищах. Полученный в результате кислотный шахтный дренаж , который часто богат тяжелыми металлами (потому что кислоты растворяют металлы), является одним из многих экологических последствий добычи . [31]
Отходы производства ядерной и радиохимической промышленности рассматриваются как радиоактивные отходы . [ необходима ссылка ]
Исследователи изучили биоаккумуляцию стронция водорослями Scenedesmus spinosus в имитированных сточных водах. Исследование утверждает, что S. spinosus обладает высокоселективной биосорбционной способностью к стронцию, что предполагает, что он может быть подходящим для использования в ядерных сточных водах. [32]
Нефтяные и газовые скважины производят пластовую воду , которая может содержать масла, токсичные металлы (например, мышьяк , кадмий , хром , ртуть, свинец), соли, органические химикаты и твердые частицы. Некоторая пластовая вода содержит следы естественного радиоактивного материала . Морские нефтегазовые платформы также производят палубный дренаж, бытовые отходы и санитарные отходы. В процессе бурения скважины обычно сбрасывают буровой шлам и буровой раствор (буровой раствор). [33]
Загрязняющие вещества, сбрасываемые на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах, включают обычные загрязняющие вещества (БПК, нефть и жир, взвешенные твердые частицы ), аммиак, хром, фенолы и сульфиды. [34]
Фармацевтические заводы обычно генерируют различные технологические сточные воды, включая растворители, отработанные кислотные и каустические растворы, воду от химических реакций, промывочную воду продукта, конденсированный пар, продувку из скрубберов контроля загрязнения воздуха и промывочную воду оборудования. Непроизводственные сточные воды обычно включают охлаждающую воду и стоки с площадки. Загрязняющие вещества, образующиеся в промышленности, включают ацетон , аммиак, бензол, БПК, хлороформ, цианид, этанол , этилацетат , изопропанол , метиленхлорид , метанол , фенол и толуол. Используемые технологии очистки включают современную биологическую очистку (например, активированный ил с нитрификацией), мультимедийную фильтрацию , разрушение цианида (например, гидролиз ), паровую очистку и переработку сточных вод. [35]
Сточные воды целлюлозно -бумажной промышленности, как правило, содержат большое количество взвешенных твердых частиц и БПК. Заводы, которые отбеливают древесную массу для производства бумаги, могут генерировать хлороформ , диоксины (включая 2,3,7,8-TCDD ), фураны , фенолы и химическую потребность в кислороде (ХПК). [36] Автономные бумажные фабрики, использующие импортную целлюлозу, могут потребовать только простую первичную очистку, такую как седиментация или флотация растворенным воздухом . Повышенные нагрузки БПК или ХПК, а также органические загрязнители могут потребовать биологической очистки, такой как активированный ил или реакторы с восходящим анаэробным иловым слоем . Для заводов с высокой неорганической нагрузкой, такой как соль, могут потребоваться третичные очистки, либо общие мембранные обработки, такие как ультрафильтрация или обратный осмос , либо обработки для удаления определенных загрязняющих веществ, таких как питательные вещества.
Загрязняющие вещества, сбрасываемые плавильными заводами цветных металлов , различаются в зависимости от руды основного металла. Плавильные заводы по производству бокситов вырабатывают фенолы [37] : 131, но обычно используют отстойники и испарение для обработки этих отходов, без необходимости регулярного сброса сточных вод. [37] : 395 Плавильные заводы по производству алюминия обычно сбрасывают фторид , бензо(а)пирен , сурьму и никель , а также алюминий. Плавильные заводы по производству меди обычно выбрасывают в сточные воды кадмий , свинец, цинк, мышьяк и никель, в дополнение к меди. Плавильные заводы по производству свинца сбрасывают свинец и цинк. Плавильные заводы по производству никеля и кобальта сбрасывают аммиак и медь в дополнение к основным металлам. Плавильные заводы по производству цинка сбрасывают мышьяк, кадмий, медь, свинец, селен и цинк. [38]
Типичные процессы очистки, используемые в промышленности, — это химическое осаждение, седиментация и фильтрация. [37] : 145
Текстильные фабрики , включая производителей ковров , генерируют сточные воды из самых разных процессов, включая очистку и отделку, производство пряжи и отделку тканей (например , отбеливание , крашение , обработка смолой , гидроизоляция и огнезащита ). Загрязняющие вещества, образующиеся на текстильных фабриках, включают БПК, СС, масло и жир, сульфид, фенолы и хром. [39] Остатки инсектицидов в шерсти представляют особую проблему при очистке вод, образующихся при обработке шерсти. В сточных водах могут присутствовать животные жиры, которые, если они не загрязнены, могут быть восстановлены для производства жира или дальнейшей переработки. [ требуется ссылка ]
На текстильных красильных заводах образуются сточные воды, содержащие синтетические (например, реактивные красители, кислотные красители, основные красители, дисперсные красители, кубовые красители, сернистые красители, протравные красители, прямые красители, вкрапленные красители, растворимые красители, пигментные красители) [40] и натуральные красители, загуститель камеди (гуар) и различные смачивающие агенты, буферы pH и замедлители или ускорители окрашивания. После обработки флокулянтами на основе полимеров и осадителями типичные параметры мониторинга включают БПК, ХПК, цвет (ADMI), сульфид, масло и жир, фенол, TSS и тяжелые металлы (хром, цинк , свинец, медь).
Промышленные применения, где нефть попадает в поток сточных вод, могут включать мойки транспортных средств, мастерские, топливные склады, транспортные узлы и электростанции. Часто сточные воды сбрасываются в местную канализацию или торговые системы отходов и должны соответствовать местным экологическим нормам. Типичные загрязнители могут включать растворители, моющие средства, песок, смазочные материалы и углеводороды.
Во многих отраслях промышленности необходимо очищать воду, чтобы получать очень качественную воду для своих процессов. Это может включать в себя чистый химический синтез или питательную воду для котлов. Кроме того, некоторые процессы очистки воды производят органические и минеральные шламы от фильтрации и осаждения , которые требуют очистки. Ионный обмен с использованием природных или синтетических смол удаляет ионы кальция , магния и карбоната из воды, обычно заменяя их натрием , хлоридом , гидроксилом и/или другими ионами. Регенерация ионообменных колонн сильными кислотами и щелочами дает сточные воды, богатые ионами жесткости, которые легко выпадают в осадок, особенно в смеси с другими компонентами сточных вод.
Растения , консервирующие древесину, вырабатывают обычные и токсичные загрязняющие вещества, включая мышьяк, ХПК, медь, хром, аномально высокий или низкий pH, фенолы, взвешенные твердые частицы, масло и жир. [41]
Различные типы загрязнения сточных вод требуют различных стратегий для удаления загрязнения. [1] Большинство промышленных процессов, таких как нефтеперерабатывающие заводы , химические и нефтехимические заводы, имеют локальные установки для очистки своих сточных вод, чтобы концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах соответствовали правилам, касающимся сброса сточных вод в канализацию или в реки, озера или океаны. [1] : 1412 Искусственные водно-болотные угодья используются все чаще, поскольку они обеспечивают высококачественную и продуктивную очистку на месте. Другие промышленные процессы, которые производят много сточных вод, такие как производство бумаги и целлюлозы, создали экологическую проблему, что привело к разработке процессов для повторного использования воды на заводах до того, как ее придется очищать и утилизировать. [42]
Промышленные очистные сооружения сточных вод могут включать один или несколько из следующих этапов, а не традиционную последовательность очистки на очистных сооружениях:
Обработка рассола включает удаление растворенных солевых ионов из потока отходов. Хотя существуют сходства с опреснением морской или солоноватой воды , промышленная обработка рассола может содержать уникальные комбинации растворенных ионов, таких как ионы жесткости или других металлов, что требует специальных процессов и оборудования.
Системы обработки рассола обычно оптимизируются либо для уменьшения объема окончательного сброса для более экономичной утилизации (поскольку затраты на утилизацию часто основаны на объеме), либо для максимального извлечения пресной воды или солей. Системы обработки рассола также могут быть оптимизированы для снижения потребления электроэнергии, использования химикатов или физического следа.
Обработка рассола обычно применяется при очистке продувочных вод градирен, пластовой воды, образующейся при гравитационном дренаже с помощью пара (SAGD), пластовой воды, образующейся при добыче природного газа, например, газа угольных пластов , обратной воды гидроразрыва пласта, дренажа кислых шахт или кислых пород , отходов обратного осмоса, хлорно-щелочных сточных вод, стоков целлюлозно-бумажных комбинатов и потоков отходов от переработки продуктов питания и напитков.
Технологии обработки рассола могут включать: процессы мембранной фильтрации, такие как обратный осмос ; процессы ионного обмена , такие как электродиализ или слабокислотный катионный обмен ; или процессы испарения, такие как концентраторы и кристаллизаторы рассола , использующие механическую рекомпрессию пара и пар. Из-за постоянно растущих стандартов сброса, появилось использование передовых окислительных процессов для обработки рассола. Некоторые известные примеры, такие как окисление Фентона [45] [46] и озонирование [47], использовались для разложения неподатливых соединений в рассоле с промышленных предприятий.
Обратный осмос может оказаться непригодным для очистки рассола из-за возможности загрязнения солями жесткости или органическими загрязнителями, а также повреждения мембран обратного осмоса углеводородами .
Процессы испарения являются наиболее распространенными для обработки рассола, поскольку они обеспечивают самую высокую степень концентрации, вплоть до твердой соли. Они также производят стоки самой высокой чистоты, даже качества дистиллята. Процессы испарения также более устойчивы к органике, углеводородам или солям жесткости. Однако потребление энергии высокое, и коррозия может быть проблемой, поскольку первичным двигателем является концентрированная соленая вода. В результате в системах испарения обычно используются титановые или дуплексные материалы из нержавеющей стали.
Управление рассолом рассматривает более широкий контекст обработки рассола и может включать рассмотрение государственной политики и правил, корпоративной устойчивости , воздействия на окружающую среду, переработки, обработки и транспортировки, локализации, централизованной по сравнению с обработкой на месте, избегания и сокращения, технологий и экономики. Управление рассолом разделяет некоторые проблемы с управлением фильтратом и более общим управлением отходами . В последние годы наблюдается большая распространенность в управлении рассолом из-за глобального стремления к нулевому сбросу жидкости (ZLD)/минимальному сбросу жидкости (MLD). [48] В методах ZLD/MLD замкнутый водный цикл используется для минимизации сбросов воды из системы для повторного использования воды . Эта концепция набирает обороты в последние годы из-за увеличения сбросов воды и недавнего прогресса в области мембранной технологии. Все больше усилий также прилагаются для увеличения извлечения материалов из рассолов, особенно из горнодобывающих, геотермальных сточных вод или рассолов опреснения. [49] [50] [51] [52] [53] [54] Различные литературные источники демонстрируют возможность извлечения ценных материалов, таких как бикарбонаты натрия, хлориды натрия и драгоценные металлы (такие как рубидий, цезий и литий). Концепция ZLD/MLD охватывает последующее управление рассолами сточных вод, чтобы сократить сбросы, а также извлечь из них ценные продукты.
Большинство твердых веществ можно удалить с помощью простых методов седиментации, при этом твердые вещества извлекаются в виде пульпы или шлама. Очень мелкие твердые вещества и твердые вещества с плотностью, близкой к плотности воды, представляют особые проблемы. В таком случае может потребоваться фильтрация или ультрафильтрация . Хотя может использоваться флокуляция , с использованием солей алюминия или добавлением полиэлектролитов . Сточные воды от промышленной переработки пищевых продуктов часто требуют очистки на месте, прежде чем их можно будет сбросить, чтобы предотвратить или снизить плату за канализацию. Тип отрасли и конкретные методы эксплуатации определяют, какие типы сточных вод образуются и какой тип очистки требуется. Уменьшение количества твердых веществ, таких как отходы, органические материалы и песок, часто является целью очистки промышленных сточных вод. Некоторые распространенные способы уменьшения количества твердых веществ включают первичное осаждение (осветление), флотацию растворенным воздухом (DAF), ленточное фильтрование (микропросеивание) и барабанное просеивание.
Эффективное удаление масел и смазок зависит от характеристик масла с точки зрения его состояния суспензии и размера капель, что, в свою очередь, повлияет на выбор технологии сепаратора. Масло в промышленных сточных водах может быть свободным легким маслом, тяжелым маслом, которое имеет тенденцию тонуть, и эмульгированным маслом, часто называемым растворимым маслом. Эмульгированные или растворимые масла обычно требуют «крекинга» для освобождения масла из его эмульсии. В большинстве случаев это достигается путем снижения pH водной матрицы.
Большинство технологий сепаратора будут иметь оптимальный диапазон размеров капель масла, которые могут быть эффективно обработаны. Каждая технология сепаратора будет иметь свою собственную кривую производительности, описывающую оптимальную производительность на основе размера капель масла. Наиболее распространенными сепараторами являются гравитационные резервуары или ямы, сепараторы API для отделения нефти от воды или пластинчатые пакеты, химическая очистка посредством флотации растворенным воздухом, центрифуги, фильтры-носители и гидроциклоны.
Анализ маслянистой воды для определения размера капель можно выполнить с помощью видеоанализатора частиц.
Гидроциклонные сепараторы работают по принципу, при котором сточные воды поступают в камеру циклона и вращаются под действием экстремальных центробежных сил, превышающих силу тяжести более чем в 1000 раз. Эта сила заставляет капли воды и масла (или твердые частицы) разделяться. Отделенные материалы выгружаются с одного конца циклона, а очищенная вода выгружается через противоположный конец для дальнейшей обработки, фильтрации или сброса. Гидроциклоны также могут использоваться в различных контекстах от разделения твердого вещества и жидкости до разделения масла и воды. [56] [57] [58] [59]
Биоразлагаемый органический материал растительного или животного происхождения обычно можно обрабатывать с использованием расширенных обычных процессов очистки сточных вод, таких как активированный ил или капельный фильтр . [1] [60] Проблемы могут возникнуть, если сточные воды чрезмерно разбавлены промывочной водой или имеют высокую концентрацию, например, неразбавленную кровь или молоко. Наличие чистящих средств, дезинфицирующих средств, пестицидов или антибиотиков может иметь пагубные последствия для процессов очистки. [ необходима цитата ]
Процесс с использованием активированного ила — это тип биологического процесса очистки сточных вод для очистки канализационных или промышленных сточных вод с использованием аэрации и биологического хлопка , состоящего из бактерий и простейших . Это один из нескольких вариантов биологической очистки сточных вод во вторичной очистке , который занимается удалением биоразлагаемых органических веществ и взвешенных твердых частиц. Он использует воздух (или кислород ) и микроорганизмы для биологического окисления органических загрязнителей, производя отработанный шлам (или хлопья ), содержащий окисленный материал.
Процесс активированного ила для удаления углеродистых загрязнений начинается с аэротенка, где воздух (или кислород) впрыскивается в сточные воды. Затем следует отстойник, в котором биологические хлопья (слой ила) осаждались, тем самым отделяя биологический ил от чистой очищенной воды. Часть отработанного ила возвращается в аэротенк, а оставшийся отработанный ил удаляется для дальнейшей обработки и окончательной утилизации.Капельный фильтр состоит из слоя камней , гравия , шлака , торфяного мха или пластиковой среды, по которой сточные воды стекают вниз и контактируют со слоем (или пленкой) микробной слизи, покрывающей слой. Аэробные условия поддерживаются с помощью принудительного потока воздуха через слой или естественной конвекции воздуха. Процесс включает адсорбцию органических соединений в сточных водах слоем микробной слизи, диффузию воздуха в слой слизи для обеспечения кислорода, необходимого для биохимического окисления органических соединений. Конечные продукты включают углекислый газ, воду и другие продукты окисления. По мере того, как слой слизи уплотняется, воздуху становится трудно проникать в слой, и образуется внутренний анаэробный слой. [ необходима цитата ]
Синтетические органические материалы, включая растворители, краски, фармацевтические препараты, пестициды, продукты производства кокса и т. д., могут быть очень трудно поддаются обработке. Методы обработки часто специфичны для обрабатываемого материала. Методы включают в себя расширенную окислительную обработку , дистилляцию , адсорбцию, озонирование, витрификацию , сжигание , химическую иммобилизацию или захоронение на свалке. Некоторые материалы, такие как некоторые моющие средства, могут быть способны к биологическому разложению, и в таких случаях можно использовать модифицированную форму очистки сточных вод.
Кислоты и щелочи обычно можно нейтрализовать в контролируемых условиях. Нейтрализация часто приводит к образованию осадка , который требует обработки как твердый остаток, который также может быть токсичным. В некоторых случаях могут выделяться газы, требующие обработки газового потока. После нейтрализации обычно требуются некоторые другие формы обработки.
Потоки отходов, богатые ионами жесткости , как в результате процессов деионизации, могут легко терять ионы жесткости в результате накопления осажденных солей кальция и магния. Этот процесс осаждения может вызвать сильное засорение труб и, в крайних случаях, может привести к засорению канализационных труб. Промышленная морская сливная труба диаметром 1 метр, обслуживающая крупный химический комплекс, была забита такими солями в 1970-х годах. Обработка осуществляется путем концентрации деионизированных сточных вод и утилизации на свалке или путем тщательного управления pH сбрасываемых сточных вод.
Токсичные материалы, включая многие органические материалы, металлы (такие как цинк, серебро, кадмий , таллий и т. д.), кислоты, щелочи, неметаллические элементы (такие как мышьяк или селен ), как правило, устойчивы к биологическим процессам, если только они не очень разбавлены. Металлы часто можно осадить, изменив pH или обработав другими химикатами. Многие, однако, устойчивы к обработке или смягчению и могут потребовать концентрации с последующим захоронением или переработкой. Растворенные органические вещества можно сжигать в сточных водах с помощью передового процесса окисления.
Молекулярная инкапсуляция — это технология, которая может обеспечить систему для вторичного удаления свинца и других ионов из загрязненных источников. Нано-, микро- и милли-капсулы с размерами в диапазонах 10 нм–1 мкм, 1 мкм–1 мм и >1 мм соответственно представляют собой частицы, которые имеют активный реагент (ядро), окруженный носителем (оболочкой). Исследуются три типа капсул: капсулы на основе альгината , углеродные нанотрубки , полимерные набухающие капсулы. Эти капсулы предоставляют возможные средства для очистки загрязненной воды. [61]
Для отвода тепла из сточных вод, образующихся на электростанциях или производственных предприятиях , и, таким образом, снижения теплового загрязнения , используются следующие технологии:
Некоторым объектам, таким как нефтяные и газовые скважины, может быть разрешено закачивать свои сточные воды под землю через нагнетательные скважины . Однако закачка сточных вод была связана с индуцированной сейсмичностью . [63]
Экономия масштаба может благоприятствовать ситуации, когда промышленные сточные воды (с предварительной очисткой или без очистки) сбрасываются в канализацию, а затем очищаются на крупной муниципальной очистной станции. Обычно в этом случае применяются торговые сборы за отходы. Или может быть более экономичным иметь полную очистку промышленных сточных вод на том же месте, где они образуются, а затем сбрасывать эти очищенные промышленные сточные воды в подходящий поверхностный водоем. Это эффективно снижает сборы за очистку сточных вод, взимаемые муниципальными очистными станциями, путем предварительной очистки сточных вод для снижения концентраций загрязняющих веществ, измеряемых для определения платы за пользование. [64] : 300–302
Очистные сооружения промышленных сточных вод также могут снизить затраты на сырую воду за счет преобразования определенных сточных вод в очищенную воду, используемую для различных целей.
Международное сообщество определило очистку промышленных сточных вод как важную часть устойчивого развития , включив ее в Цель устойчивого развития 6. Задача 6.3 этой цели заключается в том, чтобы «К 2030 году улучшить качество воды путем сокращения загрязнения , ликвидации сброса отходов и сведения к минимуму выбросов опасных химических веществ и материалов, сокращения вдвое доли неочищенных сточных вод и существенного увеличения переработки и безопасного повторного использования во всем мире». [65] Одним из показателей для этой цели является «доля безопасно очищенных бытовых и промышленных сточных вод». [66]