При очистке сточных вод используется широкий спектр химических веществ, которые в зависимости от их функций и механизмов действия можно условно разделить на следующие основные категории:
1. Коагулянты и флокулянты
Это наиболее важная и наиболее широко используемая категория химических веществ в области очистки сточных вод. Они в основном применяются для удаления из воды взвешенных твердых частиц (ВТЧ), коллоидных частиц и некоторых органических веществ.
- Механизм действия: путем нейтрализации заряда на поверхности частиц (коагуляция) и стимулирования агрегации дестабилизированных частиц в более крупные флокулы (флокуляция), что ускоряет процессы разделения твердой и жидкой фаз, такие как осаждение или флотация.
- Основные типы:
- Неорганические коагулянты:
- Соли алюминия: Например, сульфат алюминия и квасцы. Полиалюминийхлорид (PAC) в настоящее время является наиболее широко используемым неорганическим полимерным флокулянтом, обладающим такими преимуществами, как широкий диапазон применимых значений pH (5–9), быстрое образование флокул и низкая коррозионная активность.
- Соли железа: Например, хлорид железа(III), сульфат железа(II) и полисульфат железа (PFS). Флокулы, образующиеся при использовании солей железа, имеют плотную структуру и быстро оседают, что обеспечивает их высокую эффективность при очистке воды с низкой температурой и высокой степенью мутности, однако они обладают более высокой коррозионной активностью.
- Органические флокулянты:
- Полиакриламид (PAM) : Это наиболее широко используемый органический полимерный флокулянт, выпускаемый в анионной, катионной и неионогенной формах. Он особенно эффективен на этапе обезвоживания осадка. Что касается вашего предыдущего вопроса о сточных водах кофейных заводов, то в случае необходимости применения ПАМ обычно выбирают анионный тип.
- Флокулянты на основе природных полимеров:
- Источники: Например, хитозан, модифицированный крахмал и растительные смолы. Эти вещества нетоксичны, легко разлагаются в природе и образуют меньше осадка. Исследования показывают, что натуральные коагулянты, такие как семена моринги и алоэ вера, оказывают значительное влияние на очистку сточных вод от кофейных заводов.
- Неорганические коагулянты:
2. Регуляторы pH
- Механизм действия: С помощью реакций нейтрализации необходимо довести pH сточных вод до нейтрального уровня или до конкретного диапазона, требуемого для данного технологического процесса. Многие процессы биологической очистки (например, с использованием активного ила) и химические реакции (например, коагуляция) требуют определённых условий по pH для эффективного функционирования.
- Основные типы:
- Щелочные вещества: К наиболее распространенным относятся известь (гидроксид кальция), каустическая сода (гидроксид натрия) и кальцинированная сода (карбонат натрия).
- Кислотные вещества: К наиболее распространенным относятся серная и соляная кислоты.
3. Дезинфицирующие средства и биоциды
- Механизм действия: Уничтожение патогенных микроорганизмов (например, бактерий, вирусов) в сточных водах с целью предотвращения передачи заболеваний, а также сдерживание роста микроорганизмов в очистной системе для предотвращения образования биологического налёта.
- Основные типы:
- Окислительные дезинфицирующие средства: Например, газообразный хлор, гипохлорит натрия, диоксид хлора и озон. Это наиболее распространенный метод дезинфекции при очистке сточных вод, основанный на использовании сильного окислительного действия для разрушения клеточных структур микроорганизмов.
- Неокисляющие биоциды: Например, соли четвертичного аммония, глутаровый альдегид и дитиоцианатметан. Эти вещества уничтожают микроорганизмы за счет токсического действия и широко применяются для сдерживания роста бактерий и водорослей в системах рециркуляции охлаждающей воды.
4. Прочие функциональные химические вещества
| Категория | Основная функция | Типичные примеры |
|---|---|---|
| Ингибиторы коррозии | Образовывать защитную пленку на металлических поверхностях для предотвращения или замедления коррозии технологического оборудования, трубопроводов и систем рециркуляции воды. | Фосфаты, молибдаты, соли цинка, органические фосфонаты (например, HEDP, ATMP). |
| Ингибиторы образования накипи | Предотвращать образование накипи на трубах и поверхностях теплообменников под воздействием ионов кальция, магния и других ионов, определяющих жесткость воды, посредством хелатирования, диспергирования и других механизмов. | Органические фосфонаты, полиакриловая кислота и её сополимеры. |
| Комплексообразователи / Осадители тяжелых металлов | Вступают в реакцию с ионами тяжелых металлов (например, меди, свинца, ртути, кадмия) в сточных водах с образованием нерастворимых осадков, тем самым удаляя их. | Органические соединения серы (например, TMT-15), ксантаты и т. п. |
| Пеногасители / Антипенные добавки | Устранять или подавлять избыточную пену, образующуюся в ходе технологических процессов, таких как аэрация и перемешивание, предотвращая перелив пены, который может повлиять на работу оборудования и эффективность аэрации. | Полиэфиры, силиконы, полиэфирмодифицированные силиконы и т. д. |
| Окислители и восстановители | Используется для очистки от определенных загрязняющих веществ, таких как цианиды или сульфиды, путем их преобразования в нетоксичные или легко удаляемые вещества посредством реакций окисления или восстановления. | Окислители: окислители на основе хлора, перекись водорода, озон и т. д.; Восстановители: сульфат железа, бисульфит натрия и т. д. |
| Адсорбенты | Используют свою пористую структуру с большой площадью поверхности для физической или химической адсорбции растворенных органических веществ, ионов тяжелых металлов, окраски и т. п. из сточных вод. | Активированный уголь (в виде порошка или гранул), цеолит, смолы и т. д. Использование сельскохозяйственных отходов для получения адсорбентов является одним из приоритетных направлений научных исследований последних лет. |
| Вещества для обезвоживания осадка | Улучшить обезвоживаемость осадка, высвобождая связанную воду для облегчения механического обезвоживания, что позволяет уменьшить объем осадка. | В основном катионный полиакриламид (CPAM), иногда применяемый в сочетании с неорганическими коагулянтами. |
Резюме: Выбор химических реагентов для очистки сточных вод представляет собой системную инженерную задачу, решение которой должно основываться на конкретных характеристиках качества воды, целях очистки (например, соответствие нормам сброса, повторное использование), технологическом процессе и бюджетных ограничениях. На практике для достижения оптимальной эффективности очистки и экономической целесообразности часто применяется комбинация нескольких химических реагентов.
