Контрол и обработка на водата
Практикуват се три основни метода за пречистване на отпадъчни води. Първият съществува отдавна и е най-икономичен: изхвърлянето на отпадъчните води в големи водни течения, където се разреждат с прясна течаща вода, аерират се и се неутрализират по естествен начин. Очевидно този метод не отговаря на съвременните условия. Вторият метод до голяма степен се основава на същите естествени процеси като първия и се състои в отстраняване и намаляване на твърди вещества и органични вещества чрез механични, биологични и химични средства. Използва се главно в общински пречиствателни станции за отпадъчни води, които рядко разполагат с оборудване за пречистване на промишлени и селскостопански отпадъчни води. Третият метод е широко известен и доста разпространен, който се състои в намаляване на обема на отпадъчните води чрез промяна на технологичните процеси; например чрез рециклиране на материали или използване на естествени методи за борба с вредителите вместо пестициди и др.
Почистване на канали
Въпреки че сега много промишлени предприятия се опитват да пречистят отпадъчните си води или да затворят производствения цикъл, а производството на пестициди и други токсични вещества е забранено, най-радикалното и бързо решение на проблема със замърсяването на водата ще бъде изграждането на допълнителни и по-модерни пречиствателни съоръжения.
Първично (механично) почистване
Обикновено по пътя на потока отпадъчни води се монтират решетки или екрани, които улавят плаващи предмети и суспендирани частици. След това пясъкът и другите груби неорганични частици се отлагат в пясъчни уловители с наклонено дъно или се улавят в сита. Маслата и мазнините се отстраняват от повърхността на водата със специални устройства (маслоуловители, мазниноуловители и др.). За известно време отпадъчните води се прехвърлят в утаителни резервоари за утаяване на финитечастици. Свободно плаващите флокулентни частици се утаяват чрез добавяне на химически коагуланти. Получената по този начин утайка, състояща се от 70% органични вещества, преминава през специален стоманобетонен резервоар – метантенк, в който се обработва от анаеробни бактерии. В резултат на това се образуват течен и газообразен метан, въглероден диоксид, както и твърди минерални вещества. При липса на метанетанк твърдите отпадъци се заравят, изхвърлят на сметища, изгарят (което води до замърсяване на въздуха) или се изсушават и се използват като хумус или тор.
Вторично почистване
Вторичното почистване се извършва главно чрез биологични методи. Тъй като органичната материя не се отстранява на първия етап, аеробните бактерии се използват на следващия етап за разграждане на суспендирана и разтворена органична материя. Основното предизвикателство тук е да се доведе отпадъчните води в контакт с възможно най-много бактерии при условия на добра аерация, тъй като бактериите трябва да могат да консумират достатъчно количество разтворен кислород. Отпадъчните води преминават през различни филтри - пясък, трошен камък, чакъл, експандирана глина или синтетични полимери (в този случай се постига същият ефект, както при процеса на естествено пречистване в канален поток, който е изминал разстояние от няколко километра).
Бактериите образуват филм върху повърхността на филтърния материал и разлагат органичните вещества в отпадъчните води, докато преминават през филтъра, като по този начин намаляват БПК с повече от 90%. Това е т.нар. бактериални филтри. 98% намаление на БПК се постига в аерационни резервоари, в които поради принудителното аериране на отпадъчните води и смесването им с активна утайка се ускоряват естествените окислителни процеси. Активната утайка се образува в утаителни резервоари от суспендирани в канализациятатечни частици, незадържани при предварителното пречистване и адсорбирани от колоидни вещества с размножаващи се в тях микроорганизми.
Друг метод за вторично пречистване е дълготрайното утаяване на водата в специални езера или лагуни (напоителни полета или филтрационни полета), където водораслите консумират въглероден диоксид и отделят кислород, необходим за разграждането на органичната материя. В този случай БПК се намалява с 40-70%, но са необходими определени температурни условия и слънчева светлина.
Третично лечение
Отпадъчните води, преминали през първично и вторично пречистване, все още съдържат разтворени вещества, което ги прави практически неподходящи за други цели, освен за напояване. Поради това са разработени и тествани подобрени методи за почистване за отстраняване на останалите замърсители. Някои от тези методи се използват в инсталации за пречистване на питейната вода от резервоари. Бавно разлагащите се органични съединения като пестициди и фосфати се отстраняват чрез филтриране на вторично пречистените отпадъчни води през активен (на прах) въглен, или чрез добавяне на коагуланти за насърчаване на агломерацията на фини частици и утаяване на получените флокули, или чрез третиране с такива реагенти, които осигуряват окисление.
Разтворените неорганични вещества се отстраняват чрез йонообмен (разтворени йони на соли и метали); химическо утаяване (калциеви и магнезиеви соли, които образуват отлагания по вътрешните стени на котли, резервоари и тръби), омекотяване на водата; промяна на осмотичното налягане за засилено филтриране на водата през мембраната, която задържа концентрирани разтвори на хранителни вещества - нитрати, фосфати и др.; отстраняване на азот чрез въздушен поток по време на преминаването на отпадъчни води през десорбция на амонякколона; и други методи. Има само няколко предприятия в света, които могат да извършват пълно пречистване на отпадъчни води.
Общи принципи на обработка на водата
Дезинфекция
Основната цел на пречистването на водата е производството на бактериално чиста вода. Най-често срещаният начин за дезинфекция на водата е въвеждането в нея на хлор - силен окислител, който се добавя към водата под формата на газ или концентриран воден разтвор. Ефективността на обработката с хлор зависи от редица фактори, включително рН (мярка за киселинността или алкалността на водата), време за обработка, температура и наличието на реактивни с хлор органични вещества. Малко количество свободен хлор остава във водата, в случай че замърсяване попадне във водоснабдяването на потребителите. Тъй като много колиформени бактерии се изхвърлят в канализацията по време на битова употреба на вода, откриването на тези бактерии служи като индикатор за битово замърсяване (коли индекс).
Мътността и цвета се елиминират чрез добавяне на химически активно вещество към водата и след това утаяване. Добавеното вещество подпомага растежа на малките частици и превръщането им в по-големи, докато под въздействието на собственото си тегло започнат да се утаяват. Този процес на принудително утаяване отнема 1-2 часа.Този процес на утаяване се нарича химична коагулация. Като химически активни вещества се използват главно съединения, които образуват алуминиеви и железни йони във воден разтвор (алуминиев сулфат и железен хлорид или сулфат).
вода и мирис
Типични източници на вкус и мирис в природни, битови и промишлени води са микроорганизми, като водорасли, в повърхностни води и сулфиди в бедни на кислород подземни води. Обикновено са съединения, които имат неприятен вкус и мириссе отстраняват чрез добавяне на активен въглен към водата и последващо утаяване. Също така е възможно такива съединения да бъдат подложени на окисляване, например с хлор или озон.
Филтриране
В пречиствателна станция, където към водата се добавят химикали и тя се утаява, за да се отстранят примесите, водата също преминава през пясък, за да бъде филтрирана. Водата и коагулантните химикали се смесват старателно и интензивно. След около 30 минути вода с груби частици примеси се пуска в утаителната инсталация, където повечето от примесите се отлагат и отстраняват от водата; този процес отнема около 2 ч. Избистрената вода се изпраща в утаителни резервоари, където се филтрира през слоеве пясък и чакъл и преминава през дънната основа. Долната основа не само служи като опора за слоевете чакъл и пясък, но също така позволява преминаването на водата, която периодично се използва за промиване на филтърните слоеве от утайки, оставени от пречистената вода. Филтрираната вода се съхранява в резервоари или се изпомпва в мрежата след окончателното хлориране.
Проблемът с намаляването на твърдостта на водата може да бъде частично решен чрез използване на синтетични почистващи препарати. Чрез химическа коагулация или йонен обмен се отстраняват частично или напълно втвърдяващите примеси (главно калциеви и магнезиеви бикарбонати). Този процес се нарича омекотяване на водата.
В системите за химическа коагулация във водата се добавя вар, за да се омекоти, която реагира с бикарбонати, превръщайки ги в карбонати, които се утаяват. Утайката се отстранява чрез утаяване и последващо филтриране през пясък.
Йонният (по-точно катионният) обмен за омекотяване се състои в замяна на йони на твърдост, калций и магнезий, с йон без твърдост, натрий. Домашните системи са базирани на този принцип.омекотяване на водата. С помощта на йонообмен е възможно по принцип всички катиони във водата да бъдат заменени с водород и всички аниони с кислород. Резултатът ще бъде H2O, т.е. чиста вода. Този процес се нарича обезсоляване.
Други химични елементи или съединения, които влияят на нейното качество, могат да бъдат разтворени или суспендирани във вода. Желязото се възстановява чрез окисляване с атмосферен кислород и отстраняване на неразтворимото съединение чрез утаяване или филтриране. За магнезия, заедно с аерацията, е необходим контакт с адсорбента. Ако желязото или магнезият присъстват във водата под формата на органични комплекси, трябва да се използва окисление и химическа коагулация.
Флуориране
Флуоридът често се добавя към чешмяна вода по причини, които не са свързани с основните стандарти за безопасност и чистота на питейната вода. Наличието на флуор във водата в много ниска концентрация забавя образуването на зъбен кариес, особено при децата.