Очистка сточных вод от железа

Общеизвестными токсичными компонентами являются соединения железа и другие тяжелые металлы. При выветривании и эрозии почвы этот металл попадает в пресную воду, содержание в ней не должно превышать 0,3 мг/л. В противном случае возможно обнаружение по запаху, привкусу металла, а при окислении жидкость из-за него приобретет коричневый оттенок, бурый осадок.

В виде связанных соединений, а именно гидрооксидов и солей, примеси поступают в стоки в результате производственной деятельности человека. Допустимые нормы могут быть превышены, и это опасно для здоровья человека.

Особым токсичным эффектом обладают их растворенные формы.

Биологические очистные сооружения соединения металлов (Ме) практически не удаляют. Имеет место лишь частичная их сорбция на биомассе активного ила.

При длительном их накоплении происходит образование прочных связей с белком биоценоза. В результате окислительная способность его ухудшается.

Поэтому организация процесса изъятия металлов из производственных сливов требует серьезной проработки метода очистки сточных вод.

На заключительном этапе обработки жидких отходов достаточно высокую степень изъятия солей металлов дает установка специальных сорбционных фильтров с применением угольных материалов.

Более подробно об очистке сточных вод от тяжелых металлов читайте в статье «Очистка сточных вод от металлов».

Черный металл

Металлы с неметаллами образуют соли, а с кислородом — окислы. Железо встречается в стоках гальванических цехов, шахтном производстве, и т.д. Оно постоянно находится в водах городских очистных сооружений.

Степень удаления зависит от природы металла, начальной концентрации в загрязненных жидкостях, химических свойств дозы ила, времени взаимосвязи сточных вод с илом.

Устранение Fe в первичных отстойниках 0-25 %, а в аэротанках 75%.

Ответьте на 5 вопросов и получите ТКП

Ответьте на 5 вопросов и получите ТКП на очистные сооружения и гарантированную скидку

Соотношение нерастворимых и растворимых форм Fe разное для различных типов сточных вод и это необходимо определять экспериментально. Делать это нужно периодически на таких сооружениях биоочистки, где возникает токсическое «стрессирование» активного ила, которое вызывается соединениями растворенного железа и других металлов.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) существуют только для растворимых форм, если указан ПДК общего содержания металла, например, общее железо, то в это понятие входит суммарное содержание в воде всех его растворимых валентных форм.

В процессе механической и биологической очистки нерастворимые соединения железа за счет осаждения и биосорбции хорошо выводятся из стоков, а растворимые удаляются меньшей долей.

Главными физико-химическими факторами , влияющими на интенсивность шокового воздействия металлов на активный ил, являются: температура, растворенный кислород, рН, жесткость и щелочность воды, присутствие загрязняющих агентов в воде, недостаток или дисбалансированный состав питательных веществ.

Главными биологическими факторами — рабочая доза активного ила (количество биомассы, на которую будет распространено действие токсических веществ); количество биополимерного геля, служащего детоксикатором; возраст и адаптационные свойства активного ила.

Чистим воду от железа

Удалить его возможно, превратив в нерастворимый элемент, сначала привести в Fe 3 , после пропустить через фильтр. К воде на производстве требования еще жёстче.

В жидкости железо представляет собой: двухвалентное Fe 2+ ,трехвалентное Fe 3 органическое, бактериальное.

1. Биологическая очистка

Представляет собой использование микроорганизмов – железобактерий. Благодаря этим бактериям закисное железо окисляется. Этот способ безопасный. После использования необходимо освободить воду от продуктов жизнедеятельности бактерий процессом адсорбции.

Минус — процесс долгий. Также требуются большие очистные емкости.

2. Окисление

Применяются окислители: хлор, кислород, перманганат калия. Этот метод используется на крупных водоочистных сооружениях.

3. Ионный обмен

Он более известен чем те, которые представлены выше и раньше использовался, чтоб умягчить жидкость. В современном мире используют высокомолекулярные соединения, образующиеся в результате реакции полимеризации, или концентрации химических веществ (стирола, этилена и т.д) — синтетические смолы, результативность улучшилась. Здесь применяются катионы, которые убирают Fe из воды в растворенном виде.

Минус — этот метод довольно сложный, потому что катионы уменьшают жёсткость воды.
Именно этот способ более эффективен. Но при подборе оптимальной комбинации ионообменных смол возникает сложность. Это необходимо для того, чтобы можно было работать с различными параметрами воды.

Простой способ избавится от Fe — это отстаивание жидкости на воздухе в течение времени, за которое оно станет осадком.

После жидкость нужно направить на лабораторный анализ. И из этих данных можно будет сделать вывод, какое водоочистное оборудование необходимо использовать для большей эффективности.

Тяжелые металлы в воде: проблемы в водопользовании и очистка

Жидкость занимает больший объем в организме человека. Выполнение физиологических функций в человеческом теле, зависит от степени загрязнения воды тяжелыми металлами. Для поддержания обменных процессов в организме, требуется не менее 2 литров жидкости в день. И, на первое место в потреблении питьевых ресурсов, выходит очистка воды от тяжелых металлов.

Компания «СИГНАЛ-ПАК» предлагает качесвенные дозаторы для пищевой промышленности https://www.signal-pack.com/oborudovanie/dozatory-dlya-pishevoy-promishlennosti/, у которых отсутствуют какие-либо вредные вещества в составе.

Определение содержания тяжелых металлов в воде

Понятие «тяжелый металл» относится к сфере охраны природы и здравоохранения. В эту группу относят полуметаллы и металлы, имеющие токсичные свойства и поражающую биологическую активность. Немало металлов входит в перечень необходимого микроэлементного уровня для нормального протекания биологических процессов и функционирования систем живого организма.

Токсичные химические элементы, попадая в организм человека с водой, имеют свойство аккумулироваться. Но, большую опасность представляет их способность к биомагнификации. Когда по пищевой цепочке: загрязненная вода – растения или почва – рыба или животное – человек, тяжелые металлы увеличивают свое вредоносное действие в сотни раз. Понимание, к чему приводит загрязнение воды тяжелыми металлами, подвигло человечество на внимательное отношение к природным ресурсам.

ГОСТ по питьевой воде на содержание тяжелых металлов

Таблица 1. ПДК тяжелых металлов в воде

Примечания:

с.-т – санитарно-токсикологический показатель;

орг. – органолептический показатель;

значения в скобках, могут приниматься в отдельных районах по указанию санитарного врача.

Как видно из таблицы, многие химические элементы находятся в виде различных лиганд, гидролизных или полимеризованных комплексов. Кроме прямого удаления загрязнений, немалое значение придается очистке воды от ионов тяжелых металлов и их соединений. Если присутствует значительное количество ионов тяжелых металлов в воде, увеличивается токсичность элемента из-за проявления кумулятивного эффекта.

Насыщенность токсичными химическими элементами питьевых ресурсов оценивается не только по их общему содержанию, но и по связанным и свободным формам, учитываются и соли тяжелых металлов в воде.

Распознавание нежелательных примесей сложной формы, проводят спектрометрическим или электрохимическим способом. Важное место в точном определении концентрации тяжелых металлов в воде занимает атомно-абсорбционная спектрометрия. Она подразделяется:

• на FAAS – плазменная атомизация;
• на GF AAS – электротермическая атомизация в графитовой ванночке.

Для выделения спектров нескольких металлов одновременно применяют эмиссионную или масс-спектрометрию, с плазмой связанной индукцией. Электрохимический способ распознавания основан на анализе вольт-амперных характеристик. Это сложные лабораторные методы определения уровня загрязнения воды тяжелыми металлами, на фото показаны:

• химическая лаборатория городской водозаборной станции;
• спектрометрический прибор для измерения тяжелых металлов в воде.

Методы очистки воды от тяжелых металлов

В зависимости от результатов проведенного анализа воды на тяжелые металлы, выбирается метод очистки, иногда их приходится комбинировать. Это может быть:

• использование сорбентов для поглощения
• перевод в нерастворимые соединения через ионный обмен;
• мембранный фильтр воды для тяжелых металлов;
• гальваническая очистка;
• применение магнитного поля;
• дистилляция с последующим конденсированием.

Абсорбенты и мембранные фильтры, самые простые и недорогие способы очистки, и нашли широкое применение в бытовых очистных устройствах. Выпаривание, слишком энергозатратный метод и редко применяется, несмотря на высокий уровень очищения жидкости.

Ионно-обменный метод очистки дает высокие результаты по удалению примесей. Технология реализуется с помощью ионообменных смол, собирающих на своей поверхности ионы тяжелых металлов. Регенерацию смолы проводят кислотой. Металлы в ионной форме могут осаждаться с помощью изменения pH до значения 9,0÷10,5. И затем, отделяют осадок от жидкости.

При высоком насыщении жидкости ионами меди, хорошие результаты дает гальванический процесс. В загрязненную воду опускают электроды с пористой структурой и большой активной поверхностью. При подаче электричества, ионы меди восстанавливают атомарное состояние и осаждаются на электроде.

На водоочистных станциях, куда попадают и городские и производственные стоки, применяют цикличные процессы обработки воды, куда последовательно включают несколько операций.

Удаление и нейтрализация тяжелых металлов в сточных водах

Словосочетания «удаление тяжелых металлов» и «нейтрализация тяжелых металлов» знакомы каждому экологу и ответственному за очистку сточных вод на промышленных предприятиях сотруднику. В этой статье мы рассмотрим существующие способы удаления и нейтрализации тяжелых металлов, проанализируем их преимущества и недостатки, а также предложим пути повышения эффективности процессов очистки сточных вод.

Какие металлы принято называть тяжелыми

Сначала дадим определение. Итак, под тяжелыми металлами обычно понимают химические элементы периодической системы Д.И. Менделеева, молекулярная масса которых превышает 40 единиц. Другое определение к тяжелым металлам относит химические элементы, имеющие свойства металлов, а также большой атомный вес или плотность. Под данное описание подходят такие химические элементы, как свинец, ртуть, кадмий, медь, мышьяк, никель, цинк, хром, олово, железо, никель, алюминий и др.

Польза и вред тяжелых металлов

Часть тяжелых металлов в небольших концентрациях необходима для нормального функционирования представителей растительного и животного мира. Железо и цинк в определенном количестве полезно для организма человека. Но другие тяжелые металлы, накапливаясь в тканях, со временем создают концентрации, которых достаточно для возникновения тяжелых заболеваний.

Существует отдельный подкласс тяжелых металлов – токсичные металлы. Они не выполняют полезных функций в биологических процессах (например, ртуть и свинец). Есть также химические элементы, влияние которых на одни виды животных носит токсичный характер, а на другие виды оценивается положительно (кадмий, ванадий).

Попадание тяжелых металлов в окружающую среду в основном связано с деятельностью человека: работа автотранспорта, объекты энергетики и промышленные предприятия. Рассмотрим, как осуществляется удаление и нейтрализация тяжелых металлов для случая попадания в почву и водоемы вместе со сточными водами.

Удаление тяжелых металлов из сточных вод

Удаление тяжелых металлов из сточных вод осуществляется за счет их перевода в нерастворимые соединения, с которыми можно работать дальше путем фильтрации, отстаивания или другого способа разделения твердой и жидкой фаз. Есть следующие процессы, находящие применение при очистке стоков от тяжелых металлов:

• нейтрализация;
• окисление и восстановление;
• осаждение;
• обезвоживание осадка.

Соли тяжелых металлов в большинстве случаев содержатся в кислых сточных водах. Их предварительно необходимо нейтрализовать, т.е. осуществить реакцию между кислотой и щелочью, в результате которой теряются нежелательные свойства обоих соединений. Нейтрализация может проводиться несколькими методами:

• смешиванием потока кислотных и потока щелочных сточных вод;
• добавлением реагентов;
• пропусканием кислотносодержащих стоков через нейтрализующую перегородку и др.

Под окислением в случае очистки сточных вод понимают химическую реакцию, в результате которой происходит отделение электронов от атомов (ионов). Практически имеет место взаимодействие окислителя с загрязнениями. Загрязнения становятся менее токсичными и могут удаляться из воды. Сам по себе данный метод связан с большим расходом реагентов, поэтому используется тогда, когда другие методы по каким-либо причинам не подходят.

Осаждение и обезвоживание осадка применяются на завершающем этапе процесса удаления и нейтрализации тяжелых металлов в сточных водах.

Несмотря на свою распространенность и востребованность, реагентные методы имеют ряд недостатков, которые требуют совершенствования действующих систем очистки. Это большое количество реагентов, которые необходимо затратить для доведения концентрации тяжелых металлов до норм ПДК, энергозатратнрость, большие объемы занимаемых производственных площадей.

Аппарат вихревого слоя в системах удаления и нейтрализации тяжелых металлов в сточных водах

Аппарат вихревого слоя в системе очистки сточных вод гальванического производства от тяжелых металлов

Проблема совершенствования действующих реагентных систем очистки и нейтрализации сточных вод от тяжелых металлов не нова. Еще в 60-хх годах прошлого века советским ученым Д.Д, Логвиненко было предложено решение, которое и спустя почти 70 лет может принести немало пользы любому промышленному предприятию, для которого актуален вопрос очистки стоков.

Основная идея данного решения заключается в том, что удаление тяжелых металлов осуществляется на основании немного видоизмененной традиционной схемы, в которую включают дополнительное устройство – аппарат вихревого слоя.

По-простому конструкцию аппарата вихревого слоя можно описать следующим образом. Это асинхронный двигатель с извлеченным ротором, у которого на месте ротора располагается рабочая камера, изготовленная из немагнитного материала. В рабочую камеру помещаются ферромагнитные цилиндрические частицы (иголки). При подаче напряжения на обмотку статора эти частицы начинают движение по сложным траекториям, сталкиваясь как между собой, так и со стенками камеры. При этом на вещества, находящиеся в рабочей камере, оказывают влияние многие факторы: вращающееся магнитное поле, контактное взаимодействие с частицами, кавитация, магнитострикция и др. Их комплексное воздействие обеспечивает очень быстрое протекание процессов в рабочей камере (длятся секунды и доли секунд). При этом энергопотребление аппарата существенно меньше, чем у традиционных механических мешалок. Если говорить в цифрах, то это снижение расхода реагентов в 1,5-2 раза и электроэнергии в 2-2,5 раза на 1 м 3 сточных вод.

Таким образом, удаление и нейтрализация тяжелых металлов в сточных водах могут стать более эффективными, если в существующую систему очистки внедрить аппараты вихревого слоя.

Источник https://acs-nnov.ru/ochistka_stochnyh_vod_ot_zheleza.html

Источник https://oskada.ru/obrabotka-i-ochistka-vody/tyazhelye-metally-v-vode-problemy-v-vodopolzovanii-i-ochistka.html

Источник https://globecore.ru/udalenie-i-nejtralizatsiya-tyazhelyh-metallov-v-stochnyh-vodah/