Розроблення технологій очищення стічних вод, зокрема, зі застосуванням сучасних та інноваційних процесів належить до одних з пріоритетних напрямків науково-дослідних робіт кафедри хімії і технології неорганічних речовин (ХТНР) Національного університету «Львівська політехніка».
Актуальність цих робіт зумовлена суттєвим збільшенням навантаження на комунальні очисні споруди, зокрема м. Львова, та суттєвим погіршенням якості вод у природних водоймах, що спричинено недостатнім ступенем очищення стічних вод, що утворюються на промислових та сільськогосподарських підприємствах і які скидаються на вказані об’єкти.
Усі роботи за тематикою очищення стічних вод, які виконують на кафедрі ХТНР, умовно можна розділити на дві групи:
Роботи, що стосуються першої групи, виконувались у співпраці з Корпорацією «Енергоресурс Інвест» (м. Львів), ЛКП «Зелене місто» (м. Львів) та іншими підприємствами та організаціями.
Суттєвою загрозою для нормального функціонування очисних біологічних споруд і природних екосистем річок та озер є стічні води підприємств з перероблення сільськогосподарської продукції, зокрема, молокопереробні, м’ясопереробні, цехи забою птиці та тварин тощо.
Труднощі з очищення таких вод спричинені різноманіттям їх складу, який часто змінюється залежно від асортименту продукції, ритму роботи підприємства.
Наприклад, стічні води м’ясопереробних підприємств містять емульговані жири, білки, кров, значну кількість дисперсних частинок різного походження. Вони також містять поверхнево активні та інші сполуки, які використовують для миття та дезінфекції технологічного обладнання та виробничих приміщень.
На підставі аналізу динаміки зміни складу стічних вод для низки м’ясопереробних підприємств та цехів забою птиці та тварин розроблено комплексну технологію їх очищення, очевидно, із врахуванням особливостей їх функціонування.
Загалом, розроблені технологічні процеси складається з таких головних стадій:
1) відділення грубо дисперсних частинок і малорозчинних сполук, наприклад, частинок жирів, під час відстоювання;
2) коагуляцію та флокуляцію високодисперсних і колоїдних частинок, що призводить до їх укрупнення;
3) відділення утворених на попередній стадії частинок від водного середовища методом напірної флотації, при цьому із води також видаляються розчинені органічні та поверхнево активні сполуки;
4) знезаражування очищеної води.
Головну увагу було зосереджено на другій та третій стадіях процесу. Так, наприклад, застосування таких реагентів, як гідратований кальцію оксид, сприяє утворенню малорозчинних кальцієвих солей жирних кислот (жирів), які перебували у розчиненому стані у воді. Це суттєво зменшує вміст цих сполук у воді та полегшує їх вилучення. На цій стадії дуже важливим було встановлення виду та дозування реагентів, коагулянтів і флокулянтів, послідовність та інтервал між їх введенням до стічної води. Вельми важливим виявилось встановлення гідродинамічних умов, за яких ці речовини вводили у стічні води: інтенсивне перемішування у турбулентному режимі чи перемішування у спокійному ламінарному.
«Родзинкою» процесу стала стадія чищення стічних вод напірною флотацією. Її суть полягає в тому, що стічну воду після введення реагентів, коагулянтів та флокулянтів, під тиском насичують повітрям, а наділі її подають у флотаційну камеру.
Тут розчинене повітря десорбується із води у вигляді дуже маленьких бульбашок, які захоплюють дисперсні частинки і піднімають їх на поверхню – флотують. Одночасно із води «віддувається» значна (понад 80 %) частина органічних сполук, а поверхнево активні сполуки видаляються практично повністю, утворюючи піну. Уся система зазначених процесів забезпечує вилучення до 90…95 % речовин-забруднювачів.
На цьому етапі важливо було встановити за яких умов здійснювати насичення води повітрям, а, головне, за яких умов утворюватимуться бульбашки повітря необхідних розмірів. Відтак, важливими виявились швидкість, з якою насичену стічну воду необхідно подавати у флотаційну камеру, та на якій віддалі від поверхні це потрібно робити. Після напірного флотатора, який працював у визначеному режимі, брудно-сіра, непрозора із неприємним запахом стічна вода ставала практично прозорою, а інтенсивність запаху різко зменшувалась.
Такі процеси у співпраці з Корпорацією «Енергоресурс Інвест» реалізовано на низці м’ясопереробних підприємств та цеху забою птиці (с. Конюшки Івано-Франківської обл.).
Вагомі результати досягнуто при очищенні фільтратів, які утворюються на полігонах твердих побутових відходів (ПТПВ), зокрема, на Грибовицькому ПТПВ поблизу Львова,
Складність очищення фільтратів полягала у тому, що його потрібно було здійснити з використанням діючого обладнання та наявних реагентів, що диктувалось економічною доцільністю.
Суттєвим недоліком діючої на той час технології очищення фільтратів було утворення великої кількості осаду, який осідаючи у трубопроводах та деяких апаратах технологічної схеми, забивав їх, що зумовлювало необхідність їх частого очищення. Відтак робота станції очищення фільтратів (СОФ) була періодичною, процес потребував здійснення ручних операцій, а продуктивність за очищеним фільтратом була порівняно низькою.
Для оптимізації технологічного процесу СОФ було вирішено синтезувати з використанням наявних реагентів (кальцію гідроксиду та залізного та алюмінієвого коагулянтів) більш ефективний коагулянт. Попередні комплексні дослідження, проведені на кафедрі ХТНР, дали змогу встановити умови синтезу коагулянту та його дозування до фільтрату, за яких він забезпечував дуже ефективне його освітлення: від абсолютно непрозорого темно коричневого (практично чорного) впродовж 3…4 хв фільтрат ставав прозорим із жовтавим відтінком. При цьому утворювався доволі щільний шар осаду або флотошламу, який спливав на поверхню, що залежало від початкового складу фільтрату. Наявність доволі чіткої межі між освітленим розчином і осадом (флотошламом) забезпечувала ефективне їх розділення. Лабораторні дослідження також дали змогу з’ясувати, за яких гідродинамічних умов необхідно здійснювати процес коагуляції. Окрім того, замість двох коагулянтів, які використовували у діючій технології, було використано лише один – менш дефіцитний, а витрату реагенту вдалось зменшити майже на два порядки – у сто разів.
Роботи, виконані на СОФ дали змогу уточнити режими приготування коагулянту та його дозування до фільтрату. При цьому було акцентовано увагу працівників СОФ на необхідності постійного аналітичного контролю за технологічним режимом вказаних двох процесів, які були передумовою успішного проведення головної технологічної операції – очищення фільтратів.
Для приготування нового коагулянту було використано наявне обладнання. Для реалізації процесу очищення у конструкцію відповідного обладнання, наприклад, контактних ємкостей, було внесено незначні конструктивні зміни, а саме, додано вузли змішування фільтратів з коагулянтом.
Оптимізація технологічного процесу очищення фільтратів дала змогу збільшити продуктивність СОФ у 4…5 разів – до 400…500 м3 на добу, підвищити ступінь очищення фільтрату (ступінь очищення – не менше 75 %), а також забезпечити безперервність роботи СОФ за рахунок практично повного усунення утворення осадів у комунікаціях та технологічному обладнанні.
Розроблення технологій очищення стічних вод на принципово нових технологічних засадах стало пріоритетом у науково-дослідних роботах, які проводяться на кафедрі ХТНР впродовж останніх років.
До одних із них належить кавітаційне очищення стічних вод від сполук (ароматичні (бензен, толуен, різноманітні барвники, антибіотики тощо), які практично не піддаються біологічній деградації, тобто вони є стійкими до дії мікроорганізмів. Тому у природних водоймах вони не перетворюються, а накопичуються під час потрапляння стічних вод – відтак якість вод дедалі погіршується. Застосування явища кавітації, зокрема, із використанням оригінальної конструкції гідродинамічного кавітатора, розробленого на кафедрі, дає змогу ефективно й швидко знешкоджувати сполуки ароматичного ряду. При цьому енерговитрати на реалізацію процесу є порівняно незначними, оскільки виявили, що завдяки радикальному механізму процес окиснення ароматичних сполук може відбуватись самовільно після певного часу дії кавітації, який забезпечує внесення у водне середовище певної кількості енергії, яке назвали «пороговим». З’ясували, що деструкція барвників та антибіотиків потребує, окрім збудження явища кавітації, застосування сполук з окисними або каталітичними властивостями.
Електрохімічне очищення стічних вод належить до так званих безреагентних методів, бо не потребує використання жодних реагентів. Наприклад, такий сильний окисник, як атомарний кисень, генерується під дією електричного струму, який спричиняє електроліз води. А за наявності у воді розчиненої кухонної солі під час електролізу утворюється ще й натрію гіпохлорит, якому також притаманні окисні властивості. Різні речовини-забруднювачі, зокрема, органічні, окиснюються як за участю генерованих окисників, так і на аноді електролізера. Низка досліджень з кавітаційного очищення водних середовищ від органічних забруднювачів проводилась з колегами з Інституту хімічної технології (м.Мумбаї, Індія).
Очищення стічних вод від нафтопродуктів (бензину, газу, дизпалива) з використанням сорбентів (природного цеоліту, пірокарбону, як продукту перероблення відпрацьованих шин), яке досліджується на кафедрі ХТНР, стає все більш актуальним, зокрема й стосовно природних вод. Це зумовлене різким погіршенням стану природних водойм в районах, де відбуваються бойові дії, внаслідок потрапляння у них нафтопродуктів. Нами з’ясовано, що зазначеним сорбентам притаманна висока сорбційна здатність щодо нафти та продуктів її перероблення. Тому їх необхідно використовувати у системах очищення не тільки стічних і технологічних вод (на нафтопереробних підприємствах, бурових, АЗС тощо), але й природних вод.
Варто наголосити, що розроблені на кафедрі ХТНР у співпраці з партнерами перспективні та впроваджені у промислових умовах розробки сприяють підвищенню рівня підготовки магістрів за спеціальністю «Хімічні технології неорганічних речовин та водоочищення».
Інформація про авторів
|
