Поверхностно-активные вещества обладают превосходными свойствами, такими как моющая способность, смачиваемость, эмульгирование и солюбилизация. Сточные воды, содержащие поверхностно-активные вещества, поступают из самых разных источников: например, сточные воды бытовых кухонь, сточные воды гостиниц и прачечных содержат анионные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Кроме того, такие отрасли, как производство моющих средств, химическое машиностроение и текстильная промышленность, также генерируют большое количество сточных вод, содержащих ПАВ.
Качество сточных вод
Поверхностно-активные вещества в сточных водах преимущественно анионные, среди которых преобладает линейный алкилбензолсульфонат (ЛАС). Помимо поверхностно-активных веществ и коллоидных загрязняющих веществ, эмульгированных и переносимых ими, сточные воды также содержат вспомогательные вещества, отбеливатели, масла и другие вещества. Сточные воды, как правило, имеют щелочную реакцию, при этом содержание поверхностно-активных веществ значительно варьируется — например, до 1000 мг/л в сточных водах от мойки шерсти и всего несколько десятков мг/л в сточных водах от купания. Значение ХПК также сильно варьируется, варьируясь от нескольких сотен до десятков тысяч мг/л и даже выше. Сточные воды, содержащие поверхностно-активные вещества, широко распространены, и их очистка имеет большое значение для охраны ресурсов, поддержания экологического равновесия и содействия экономическому развитию.
Сточные воды от производственных процессов предприятий тонкой химии, таких как производство бытовой химии, масел и жиров, вспомогательных веществ для печати и крашения, а также поверхностно-активных веществ, включают в себя сточные воды от мытья полов, очистки реакторов и производственные сточные воды, которые содержат большое количество поверхностно-активных веществ. Этот тип сточных вод обладает высокой биологической токсичностью, низким соотношением B/C и плохой биоразлагаемостью. Более того, из-за разнообразия производимой продукции состав загрязняющих веществ в производственных сточных водах сильно различается и часто включает особые тугоплавкие вещества. ХПК сточных вод обычно составляет от нескольких тысяч до десятков тысяч мг/л, а иногда превышает 100 000 мг/л. Для него характерно чрезмерное пенообразование, при этом загрязняющие вещества полностью растворяются в воде.
Опасности сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества
ЛАС является биологически устойчивым веществом и классифицируется как загрязнитель категории II в экологических стандартах Китая. После использования большинство поверхностно-активных веществ в конечном итоге образуют эмульгированные коллоидные вещества, которые сбрасываются в природную среду со сточными водами. ЛАС, как основной загрязнитель, после попадания в водоемы соединяется с другими загрязнителями, образуя коллоидные частицы с определенной степенью дисперсности. Анионные поверхностно-активные вещества могут ингибировать и убивать микроорганизмы, а также препятствовать разложению других токсичных веществ. Между тем, поверхностно-активные вещества вызывают пенообразование в воде, что снижает скорость реоксигенации и уровень оксигенации воды, ухудшая качество воды. Если сбрасывать их напрямую в водоемы без очистки, это приведет к эвтрофикации озер, рек и других водоемов. ЛАС также могут эмульгировать другие загрязнители в воде, увеличивая их концентрацию и токсичность, тем самым вызывая косвенное загрязнение. Сточные воды производства поверхностно-активных веществ, а также сточные воды, содержащие ЛАС, такие как кухонные сточные воды, сточные воды от купания и прачечных, представляют значительную хроническую опасность для животных, растений и людей.
Методы лечения
Коагуляционно-биохимический процесс очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ
После улавливания примесей решеткой сточные воды поступают в усреднительный резервуар и поднимаются в коагуляционный реактор погружным насосом. Неорганический коагулянт ПАЦ (полиалюминийхлорид) и органический флокулянт CG-A вводятся в подъемный трубопровод с помощью дозирующих насосов для достижения эффективного смешивания со сточными водами. Коагуляционный реактор имеет конструкцию поршневого потока с постепенно увеличивающейся площадью поперечного сечения реакционного канала для достижения уменьшающейся коагуляции. Затем сточные воды поступают в отстойник для разделения твердой и жидкой фаз. Перед поступлением в гидролитический подкислитель надосадочная жидкость доводится до рН 8–9 щелочью в зависимости от качества воды, а очищенная вода сбрасывается после гидролитического подкисления, контактного окисления и песчаной фильтрации.
В резервуаре биологического контактного окисления используется двухступенчатый процесс контактного окисления, оснащённый трёхмерной насадкой в форме цветка сливы. Два аэробных резервуара могут работать параллельно или последовательно, с возможностью переключения в зависимости от качества воды и требований к качеству сточных вод.
Метод отделения пены
Метод пенной сепарации представляет собой процесс, при котором в сточные воды вводится воздух для образования пузырьков, что позволяет ЛАС в сточных водах адсорбироваться на поверхности пузырьков, подниматься на поверхность воды для обогащения с образованием слоя пены, а затем слой пены удаляется для концентрирования и отделения ЛАС от сточных вод. Этот метод был промышленно освоен в Китае и работает стабильно. Отделенную пену можно удалить с помощью пеногасителей (например, силиконовых), вакуумных систем или механических пеногасителей, а концентрат можно использовать повторно или подвергнуть дальнейшей обработке. В настоящее время степень удаления ХПК при пенной сепарации относительно низкая (всего около 50%), поэтому ее необходимо комбинировать с другими методами.
Метод мембранного разделения
Метод мембранного разделения использует высокую селективность мембран для разделения растворителей и растворенных веществ в растворах. Технологии ультрафильтрации (УФ) и нанофильтрации (НФ) в мембранном разделении могут применяться для очистки сточных вод, содержащих ЛАС. Если ЛАС в сточных водах присутствуют преимущественно в молекулярной и ионной формах, технология нанофильтрации обеспечивает более высокую эффективность очистки.
Метод адсорбции
В качестве адсорбентов, используемых в адсорбционном методе, в основном используются активированный уголь, адсорбционные смолы, диатомит, каолин и др. При комнатной температуре метод с использованием активированного угля демонстрирует хорошие результаты очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества: адсорбционная емкость активированного угля по ЛАС может достигать 55,8 мг/г, а процесс адсорбции подчиняется уравнению Фрейндлиха. Однако регенерация активированного угля требует больших энергозатрат, а его адсорбционная емкость после регенерации снижается в различной степени, что ограничивает область его применения.
Оборудование для очистки сточных вод поверхностно-активными веществами