Основные методы очистки вод от загрязнения.

Такая практика нерациональна, так как зачастую не определяются типичные загрязнители, привносимые  в грунтовые воды золоотвалами, и неоправданно завышается объем и смета работ на анализы воды по компонентам, наличие которых принципиально невозможно в водах данного геохимического типа.

Выбор компонентов, подлежащих обязательному контролю в составе  грунтовых вод прилегающей к  золоотвалу территории, определяется, прежде всего, составом осветленной воды золоотвала, и его установление является исходной задачей.

Состав осветленной воды зависит от химико-минералогического  состава золы и эксплуатационных показателей ТЭС.

Выбор компонентов, подлежащих обязательному определению в  составе осветленной воды, производится на основе информации о вещественном составе золы; составе водных вытяжек, получаемых в условиях лабораторного  моделирования систем гидрозолоудаления (ГЗУ) ТЭС; составе воды систем ГЗУ станций-аналогов, сжигающих то же топливо и имеющих сходные эксплуатационные условия.

В золах ТЭС регистрируется широкий спектр микропримесей, отнесенных к различным классам опасности  для водных объектов.

Из чрезвычайно опасных (1-й класс опасности) в золах  регистрируется ртуть (Hg), бериллий (Be); из высокоопасных (2-й класс опасности) - алюминий (А1), бор (В), молибден (Мо), мышьяк (As), свинец (Рb), селен (Se), стронций (Sr), фтор (F); из опасных (3-й класс опасности) - ванадий (V), железо (Fe), марганец (Мn), медь (Сu), никель (Ni), титан (Ti), хром (Сr), цинк (Zn)[7].

Возможность перехода микропримеси из золы в воду определяется, прежде всего, кислотно-основным состоянием воды (рН) и ионным составом основных минерализаторов воды (прежде всего ионами кальция-, гидроксид-, карбонат-, сульфат- и хлорид-ионами).

Наличие этих ионов обусловливает  перевод большинства микропримесей  в состав чрезвычайно малорастворимых  соединений, выпадающих в осадок.

Возможность перехода из золы в осветленную воду и стабильность существования в ней ряда элементов  микропримесей с переменной валентностью для большинства вод ограничивается низким положительным значением  Eh зольных вод.

 Расчетные методы  прогноза микрокомпонентного состава осветленной воды на основе состава зол практически исключены из-за чрезвычайной сложности и динамичности процессов в системе зола - вода и отсутствия надежного математического аппарата, описывающего эти процессы.

Такой прогноз может  быть сделан только путем обобщения  и анализа литературных материалов, а также результатов лабораторных исследований и натурных наблюдений.

Суммарное содержание ионов  калия, натрия, магния может быть найдено  расчетным путем методом баланса.

В водах, рН которых ниже 5, в составе основных минерализаторов следует определять ионы алюминия и железа.

В качестве интегральной характеристики, оценивающей качество осветленной  воды, следует принять общую минерализацию (сухой остаток);  
микропримеси определяются в соответствии с величиной рН осветленной воды:  
 
при рН ≥ 11,5 - алюминий, ванадий, селен, фтор, хром;  
при 7,0 ≤ рН ≤ 11,5 - алюминий, ванадий, мышьяк, селен, фтор, хром;  
 
при рН ≤ 7,0 спектр компонентов наиболее широк и представлен алюминием, ванадием, железом, марганцем, мышьяком, селеном, фтором, хромом[8].

Выбор компонентов, подлежащих обязательному контролю в составе  грунтовых и поверхностных вод, производится в соответствии с общими требованиями, предъявляемыми к оценке их загрязнения.

В качестве общих гидрохимических  показателей в обязательном порядке  необходимо определять те показатели, значения которых могут изменяться под воздействием фильтрационного  потока, проникающего из золоотвала.

Такими показателями являются общие характеристики воды - рН и общая минерализация (сухой остаток), ХПК, а также показатели, общие для всех природных вод и воды золоотвалов (общая жесткость, кальций-, сульфат-, хлорид-, карбонат- и гидрокарбонат-ионы).

Сульфат-ионы в силу своей высокой миграционной способности практически в любых гидрохимических ситуациях являются хорошими трассерами, позволяющими выявлять направление и интенсивность действия фильтрационного потока, движущегося из золоотвала.

Все названные показатели нормированы (на них установлены  ПДК), для их определения имеются  апробированные, надежные, аналитические  методики, определение этих показателей  доступно практически любой аналитической  лаборатории.

При возможности  отбора проб грунтовых вод без  соприкосновения с воздухом обязательным является определение Eh (Окислительно-восстановительный потенциал  — мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться ).

 Эта характеристика  позволяет диагностировать геохимический  тип воды, а, следовательно, прогнозировать  наличие возможных загрязнителей.

При отборе проб желонкой или  с помощью эрлифта определение  этого показателя лишено смысла, так  как при таком отборе проб значение Eh существенно меняется.

 Выбор специальных (репрезентативных) показателей, подлежащих обязательному определению в составе грунтовых вод и характеризующих возможное загрязнение, поступающее из золоотвала, должен основываться на следующих принципах:  
 
-определяемый компонент должен регистрироваться в составе осветленной воды в концентрациях, превышающих предельно допустимые, установленные для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения и для питьевой воды, или близких к значениям ПДК;  
 
-определяемый компонент должен обладать хорошими миграционными способностями в различных средах, практически не сорбироваться на грунтах;  
 
-определяемый компонент соответствует геохимическому типу грунтовых вод, обусловленному рН- и Eh- задающими системами.  

В соответствии с этими  требованиями из списка компонентов, подлежащих обязательному определению в  составе грунтовых вод, исключаются  компоненты, регистрируемые в осветленной  воде в следовых концентрациях (на порядок  и ниже установленных ПДК) и обладающие высокой способностью сорбироваться  на грунтах: бериллий, молибден, ртуть, свинец, стронций, цинк.  
        Обязательному определению во всех грунтовых водах в районе размещения золошлакоотвалов подлежат следующие компоненты: алюминий, ванадий, марганец, мышьяк, селен, фтор, хром.

4. Методы очистки воды

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно- бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Очистка сточных вод - обработка  сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как  и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и  готовая продукция (очищенная вода). Очистка сточных вод - вынужденное и дорогостоящее мероприятие, представляющее собой довольно сложную задачу, связанную с большим разнообразием загрязняющих веществ и появлением в их составе новых соединений.

Методы очистки вод  можно разделить на 2 большие группы: деструктивные и регенеративные.

В основе деструктивных методов лежат процессы разрушения загрязняющих веществ. Образующиеся продукты распада удаляются из воды в виде газов, осадков или остаются в воде, но уже в обезвреженном виде.

Регенеративные  методы - это не только очистка сточных вод, но и утилизация ценных веществ, образующихся в отходах.

Методы очистки вод  можно разделить на: механические, химические, гидрохимические, электрохимические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примеси.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

Гидромеханические методы применяют для извлечения из сточных вод нерастворимых грубодисперсных примесей органических и неорганических веществ путем отстаивания, процеживания, фильтрования, центрифугирования. С этой целью используют различные конструктивные модификации сит, решеток, песколовок, отстойников, центрифуг и гидроциклонов.

Электрохимические методы очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей включают анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляцию, электродиализ. Процессы, лежащие в основе этих методов, протекают при пропускании через сточную воду электрического тока. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к катоду, а заряженные отрицательно - к аноду. В прикатодном пространстве происходят процессы восстановления, а в прианодном - процессы окисления.

Физико-химические методы очистки сточных вод многообразны. Это коагуляция, флотация, адсорбционная очистка, ионный обмен, экстракция, обратный осмос и ультрафикация. При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества.

Биохимические методы очистки сточных вод. Применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания, превращения их в воду, диоксид углерода, сульфат-фосфат-ион и др. и увеличивая свою биомассу.

Также к основным методам  очистки воды относятся нижеперечисленные  методы:

Осветление – удаление из воды взвешенных веществ. Реализуется фильтрацией воды через пористые фильтроэлементы (картриджи) или через слой фильтроматериала. Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях и отстойниках вода движется с замедленной скоростью, вследствие чего происходит выпадение в осадок взвешенных частиц. В целях осаждения мельчайших коллоидных частиц, которые могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время, к воде прибавляют раствор коагулянта (обычно сернокислый алюминий, железный купорос или хлорное железо). В результате реакции коагулянта с солями многовалентных металлов, содержащимися в воде, образуются хлопья, увлекающие при осаждении взвеси и коллоидные вещества.

Коагуляция – обработка воды специальными химическими реагентами для укрупнения частиц загрязнений. Делает возможными или интенсифицирует осветление, обесцвечивание, обезжелезивание. Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

Окисление – обработка воды кислородом воздуха, гипохлоритом натрия, марганцевокислым калием или озоном. Обработка воды окислителем (или их комбинацией) делает возможными или интенсифицирует обесцвечивание, дезодорацию, обеззараживание, обезжелезивание, деманганацию.

Обесцвечивание – удаление или видоизменение веществ, придающих воде цвет. Реализуется различными методами, в зависимости от причины цветности. Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание – обработка воды окислителями и/или УФ-излучением для уничтожения микроорганизмов. Обеззараживание воды (удаление бактерий, спор, микробов и вирусов) является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной и поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания. Обычными методами при очистке воды являются:

Хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита  натрия или кальция.

Озонирование. При применении озона  для подготовки питьевой воды используются окислительные и дезинфицирующие  свойства озона.

Ультрафиолетовое облучение. Используется энергия ультрафиолетового  излучения для уничтожения микробиологических загрязнений. Кишечная палочка, бацилла  дизентерии, возбудители холеры и  тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла  погибают при дозе облучения менее 10 мДж/см2, а ультрафиолетовые стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см2.    

Обезжелезивание– превращение растворённых соединений железа и марганца в нерастворимые и удаление тех и других путем фильтрования, как правило, через специальные фильтроматериалы. Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей. К наиболее часто используемым методам можно отнести:

1.Аэрирование – окисление  кислородом воздуха с последующим  осаждением и фильтрацией. Расход  воздуха для насыщения воды  кислородом составляет около  30 л/м3. Это традиционный метод,  применяемый уже много десятилетий.  Реакция окисления железа требует  довольно длительного времени  и больших резервуаров, поэтому  этот способ используется только  на крупных муниципальных системах.