До теперішнього часу розроблена достатня кількість способів переробки відходів. Методи очищення (знезараження, знешкодження) відходів застосовуються з давніх-давен.
1. За допомогою різних дотепних рішень обложений мул видаляється з відстійників і складується на спеціальних полігонах або звалищах.
2. Очищення за допомогою полів зрошування, тобто спуск стічних вод на спеціально підготовлені поля, де вони просочуються через піщаний грунт, фільтруються і освітлюються.
3. Хімічне очищення стічних вод за допомогою різного роду освітлювачів (вапняк, солі заліза і алюмінію).
4. Після відкриття можливості ефективного використання біологічного ( «живого») мулу почалася розробка сучасних технологій, заснованих на повернення біологічного мулу в нову порцію стічних вод, а не повне видалення його з процесу.
5. Застосування фізико-хімічних методів очищення промислових стічних вод від конкретних видаляються речовин:
5.1. Нейтралізація небезпечних компонентів.
5.2. Їх флоккуляции і осадження.
5.3. Пом'якшення стічних вод.
5.4. Механічне очищення (скребками) і перегонка.
5.5. Адсорбція, іонний обмін, екстракція.
5.6. Зворотний осмос та ультрафільтрація.
5.7. Видалення аміаку:
а) біологічними методами (нітрифікація);
б) фізико-хімічними методами (очищення, іонний обмін, зворотний осмос, отгонка з парою).
5.8. Окислювальна очищення стічних вод: а) спалюванням;
б) при вологому окисленні:
- H2 О2 / Fe 2+ (реагент Фентона);
- О3 (озонування).
Основними напрямками переробки осадів стічних вод, донних мулів і забруднених ґрунтів до теперішнього часу є:
1. Біологічна обробка опадів і обробка окисленням:
1.1. Зброджування опадів у метантенках.
1.2. Аеробна стабілізація опадів.
2. Зневоднення, сушка і згущення опадів; використання хімічних реагентів і додаткових присадних матеріалів в цьому виді обробки:
2.1. Зневоднення, сушка і згущення опадів.
2.2. Використання хімічних реагентів.
2.3. Використання додаткових присадних матеріалів.
3. Спеціальні способи обробки осадів:
3.1. Термічна обробка опадів.
3.2. Заморожування опадів.
3.3. Піроліз опадів.
Технологічні схеми очищення стічних вод забезпечують прискорення розкладання стійких органічних сполук під впливом мікроорганізмів. Оскільки відкриті басейни з біологічним мулом (до того ж це джерело неприємних запахів) займають величезні площі, то часто їх замінюють вертикальними конструкціями типу веж (різке зменшення займаної площі, можливість ізоляції неприємних запахів, ефективніше використовується кисень). Замкнута система забезпечує більш високу робочу температуру, що підвищує швидкість протікання реакцій. Біологічне очищення стічних вод можлива тільки після їхнього розведення до певної концентрації (токсичності). На підставі модельних досліджень виявлено, що ряд органічних сполук, а також токсичні сполуки важких металів не розкладаються біологічними методами очищення стічних вод, тобто вони накопичуються в біологічному мулі.
Фізико-хімічні методи очищення промислових стічних вод від конкретних речовин дорожче і ефективніше методів комунальної очищення.
Способами видалення мулу можуть бути закладка в відвали, термічна обробка (спалювання, піроліз), внесення в грунти сільськогосподарського призначення (після знезараження мулу) або його невикористання.
Для згущення і ущільнення суспензії в стоках найбільш простим способом є відстоювання.
Варіант схеми очищення промислових стічних вод (попередня фізико-хімічне очищення на об'єкті економіки і біологічна на очисних спорудах).
Для прискорення процесів осадження застосовуються високомолекулярні флокулянти. Колоїдні частинки суспензії осаду мають негативний заряд, тобто сили електростатичного відштовхування перешкоджають коагуляції (згортання, затвердіння, поділу колоїдного розчину на дві фази). Як приклад високомолекулярних флоккулянтов найбільш широко застосовують поліакрідамід (ПАА), який здатний збільшити швидкість осадження в 20-40 разів.
У ряді випадків доцільно застосовувати магнітну або електричну обробку суспензії з метою концентрування в розчині твердих суспензій для забезпечення поліпшення ефективності дії освітлювачів.
Ефективним методом доочистки води може стати озонування. Метод дозволяє ефективно впливати на велику кількість забруднювачів природного і штучного походження з одночасним знезараженням води.
До властивостей озону можна віднести:- високу реакційну здатність;
- зменшує молекулярну масу складних органічних речовин і збільшує їх здатність до біологічного розкладання;
- видаляє органічні сполуки, що володіють запахом і смаком;
- покращує кольоровість води;
- окисляє миючі засоби, пестициди, феноли;
- окисляє залізо, марганець, важкі метали, ціаніди, сульфіди;
- знищує бактерії, віруси, спори мікроорганізмів, цисти.
Варіант технологічної схеми очищення комунальних стічних вод
Отримання озону можна забезпечити на місці впровадження озонной технології, що істотно полегшує питання доставки традиційно використовуваних окислювачів (хлору і його похідних). У європейських країнах, США, Японії цей метод досить широко використовується (в Швейцарії на мільйон жителів працює 24 озонаторного установки, а в Росії - лише 0,02).
Озонування являє собою процес абсорбції, супроводжуваний хімічною реакцією в рідкій фазі (хемосорбция). Ефективність процесу визначається величиною питомої поверхні контакту фаз і значенням коефіцієнта масопередачі, що змушує застосовувати високоінтенсивні контактні апарати, що забезпечують створення великої і безперервно оновлюється межфазовой поверхні.
Для перемішування озону з водою перспективно використовувати явище кавітації (утворення пустот в рідині, що рухається) як найбільш економічного і ефективного способу змішування при використанні 95-99% озону. У зоні кавітації створюється глибокий вакуум і сюди за рахунок самовсмоктування підводиться озоно-повітряна суміш. Оскільки при цьому частина рідини переходить в пароподібний стан, то поверхня контакту фаз при кавітації збільшується в тисячі разів, так як перемішування відбувається на рівні «газ з газом». Кавітаційні аератори прості за конструкцією, компактні, не вимагають глибоких контактних камер.
Прикладом може стати дослідження руйнування фенолів озоном. Перетворення фенолу в процесі озонування протікає в послідовності:
Феноли -> багатоатомні феноли -> хінони -> гумінові речовини -> карболової кислоти -> оксалати або карбонати кальцію.
При цьому продукти глибокого окислення фенолів озоном нетоксичні і некумулятивні. Наскільки повно йде процес перетворення фенолів при озонування, залежить від початкової концентрації фенолів і озону, реакції рН середовища, наявності домішок. У процесі розкладання фенолу озоном спочатку відбувається розпад бензольного кільця при витраті 3 молей озону на 1 моль фенолу. Потім починається пряме окислення з утворенням гліоксалевой, оцтової, малеиновой і щавлевої, кислот при витраті до 5 молей кисню (утворюється при розпаді озону) на 1 моль фенолу. Спрощена технологічна схема процесу представлена на малюнку.
Стічні води насосом подаються з басейну в кавітаційний змішувач, де відбувається їх змішання з озоно-кисневої сумішшю, що надходить з озонатора. Потім двофазний потік через змійовик, що забезпечує взаємодію озону зі стічними водами, надходить в дегазатор. У ньому відбувається поділ рідкої і газової фаз. Після цього стоки проходять відстійник і біофільтр.
Технологічна схема доочищення стічних вод озонуванням
Дослідження з доочищення стічних вод, забруднених нафтопродуктами, озонуванням, показали, що при утриманні нафти (40 мг / л), фенолів та інших з'єднань в стічній воді знижувався по нафті до 4 мг / л.
Перспективними вважаються розробки технологій очисних споруд із застосуванням лазерної техніки.
Найбільш поширеним способом «безпечного» видалення відходів є їх складування в спеціальних місцях (склади, смітники, полігони). Всі вони займають величезні площі, є джерелами пилу, запахів і шуму, при цьому можна виділити три види таких сховищ:- відвали будівельного сміття і фунта;
- звалища (сховища) побутового сміття;
- сховища виробничих (спеціальних) відходів:
Через що протікають процесів і реакцій у відвалах з органічними компонентами побутових відходів відбувається утворення газів (метан, діоксид вуглецю, азот, сірководень). Газовий склад залежить від тривалості зберігання і фази бродіння. У сховищах промислових відходів мікробіологічні процеси зазвичай не спостерігаються через значної концентрації отруйних речовин (мікроорганізми просто знищуються). У сховищах можуть утворитися отруйні або вибухонебезпечні гази, що вимагає прийняття відповідних заходів забезпечення безпеки. Якщо склад (звалище) не забезпечений захистом від опадів, повеней, грунтових вод, то з зберігаються речовин вимиваються в першу чергу продукти бродіння і гниття. Велика небезпека забруднення підземних вод.
Але більш привабливим є спалювання (термоліз) відходів (в розвинених регіонах Західної Європи спалюється до 50% всіх відходів), що істотно знижує обсяг відходів, руйнує горючі матеріали і органічні сполуки (шлаки та зола складають менше 10% початкового об'єму відходів, а по масі - не більше 30%). Але навіть при спалюванні відходів в спеціально для цього обладнаних печах не можна виключити проникнення в ОС шкідливих речовин, в тому числі і новоутворених. Продукти спалювання сміття (шлаки, зола, димові гази) містять неорганічні і органічні речовини і тому вимагають особливої переробки, щоб виключити небезпеку для ОС.
У димових газах при спалюванні відходів в спеціальних печах містяться пил і шкідливі газоподібні речовини, вид і кількість яких в неочищених газах залежить від складу відходів, що спалюються, конструкції топки, умов роботи всього спалює комплексу. Пристрої для очищення димів (електрофільтри, тканинні фільтри, промивні установки) повинні ефективно видаляти шкідливі речовини, що пов'язане зі значними труднощами.