Найти путь к чистой воде: очистка промышленных стоков
На фоне роста городских агломераций, промышленных комплексов, аграрных хозяйств доступность воды, пригодной для хозяйственно-питьевого потребления, стремительно снижается. В этих условиях значительной экономии водных ресурсов можно добиться благодаря их повторному использованию. Это дорогой процесс, однако его стоимость может быть существенно снижена вследствие применения современных технологий.
Сохранение водных ресурсов
Значительное сокращение водных ресурсов обусловлено не только экспоненциальным ростом населения и потребления воды. К числу основных причин сокращения запасов чистой воды относится её загрязнение. Эта проблема волнует уже не только учёных, но и потребителей, особенно в тех государствах, где запасы воды ограничены, — в Индии, Пакистане, Израиле, Иордании, странах Африки. В 2040–2050 годах резкое снижение объёмов питьевой воды может привести, по оценкам Международного комитета Красного Креста, к структурным изменениям мировой экономики.
Практически вся промышленная деятельность связана с выбросом сточных вод в окружающую среду. Список соединений, которые в них содержатся, весьма велик и настолько же разнообразен. Городские хозяйства сливают в канализацию всевозможные органические вещества, поверхностно-активные компоненты, горюче-смазочные материалы, соединения серы, азота, фосфора, углеводороды; медицинские учреждения — антибиотики и дезинфектанты; промышленные производства — тяжёлые металлы, кислоты и щёлочи. Сельскохозяйственные предприятия загрязняют почву пестицидами и гербицидами, которые затем просачиваются в водоносные слои.
В 2015 году ООН были выработаны цели устойчивого развития, которые должны обеспечить нашим потомкам достойное качество жизни, в том числе путём сохранения водных ресурсов. Такая задача может быть выполнена лишь при внедрении во все сферы деятельности человека наиболее прогрессивных технологий очистки сточных вод. На долю промышленных предприятий приходится около 75% от общего объёма загрязнителей.
Основные методы очистки
Государства законодательно регламентируют процессы рекультивации сточных вод, однако соответствия целевым показателям качества воды можно добиться лишь с учётом множества факторов — объёма и состава стоков, применяемых технологий очистки, энергоёмкости процесса, стоимости реагентов. Производителям в России необходимо учитывать и нормативы состава и свойств сточных вод, утверждённые Постановлением Правительства РФ от 22.05.2020 № 729, и возможность доступа к рынку реагентов, используемых для очистки воды.
Выбор метода очистки зависит от особенностей и вида содержащихся в воде загрязнений, а также предполагаемого качества восстановленной воды. На очистных сооружениях обычно используется комбинация физических, химических и биологических методов. Физические необходимы для удаления твёрдых отходов жизнедеятельности. Они предусматривают осаждение, фильтрацию или центрифугирование и флотацию для удаления взвешенных неколлоидных частиц (нерастворимые и не набухаемые в воде).
Если вещества не оседают под действием силы тяжести, то для их отделения применяют коагуляцию, где в качестве реагентов используют квасцы, железосодержащие минералы, соли алюминия и железа, а также активированный кремнезём, и флокуляцию с применением полимерных флокулянтов.
За два последних десятилетия физические методы очистки сточных вод обогатились мембранными технологиями. Чем меньше размер пор в мембранах, тем чище будет вода на выходе. Микрофильтрация позволяет задержать частицы размером 100–1 000 нм, ультрафильтрация — 1–100 нм, нанофильтрация — 0,5–5 нм, тогда как при обратном осмосе улавливаются частицы менее микрона. Сейчас очистку методом фильтрации предлагают многие компании — АО «РМ Нанотех», НПК «Медиана-фильтр» и др.
Промышленные стоки содержат не только твёрдые частицы, но и ионы металлов, горюче-смазочные вещества и другие химические соединения. Избавиться от них можно только после химической очистки. Она предполагает использование нескольких технологий — в зависимости от состава сточных вод.
Металлосодержащие кислые сточные воды можно очищать путём добавления к ним щелочного реагента, который приводит к образованию легко удаляемого осадка. Подобные технологии применяют, например, такие компании, как «Агростройсервис», «Номитек», на гальванических производствах. Наоборот, стоки металлургических предприятий характеризуются щелочной средой. После нейтрализации загрязняющие вещества также выпадают в осадок, который затем удаляют из воды.
Ионный обмен используется для очистки вод, содержащих ионы меди, никеля, цинка, кадмия, при этом ионы металлов, которые необходимо извлечь, заменяются теми, содержание коих в сточных водах допустимо. Наиболее часто для этого используются метакриловые смолы, цеолиты, акрилаты и силикаты натрия. Такой способ очистки широко реализует компания «Ионообменные технологии».
В дополнение к химическим методам могут предусматриваться и биологические. Они основаны на использовании различных микроорганизмов и простейших — бактерий, микроскопических грибов и водорослей. Спектр применяемых технологий достаточно широк — в их основе могут лежать аэробные процессы (биологические пруды, система активного ила) и анаэробные (иловые, фильтрующие реакторы).
К биологическим методам можно отнести и биоремедиацию, где для очистки воды используется метаболический потенциал микроорганизмов. Их реализуют чаще при переработке сельскохозяйственных отходов.
В основе — универсальность и экономичность
Каждый из способов очистки имеет свои ограничения с точки зрения стоимости, сложности, эффективности и образования потенциально токсичных побочных продуктов на выходе. Чем шире спектр загрязняющих веществ, тем сложнее выбор способа, поэтому чаще всего производители прибегают к их комбинации либо применяют технологии, позволяющие работать одновременно с разными по составу примесями. Все они основаны на использовании неорганических или органических соединений, которые могут способствовать разделению воды и загрязняющих её примесей.
Одна из технологий, которую в последние годы часто применяют в очистке сточных вод, основана на использовании методов коагуляции и флокуляции. Коагуляция нейтрализует заряды мелких частиц, что позволяет им слипаться, а флокуляция объединяет их с помощью полимерных мостиков в более крупные хлопья, тем самым облегчая удаление из воды.
Благодаря своей универсальности неорганические коагулянты и полимерные флокулянты нашли широкое применение не только в промышленности, но и в городских, коммунальных службах, поскольку способны связывать и удалять из воды как твёрдые частицы, так и органические отходы.
Флокулянты применяются совместно с коагулянтами, и обычно в этих случаях формируемый осадок характеризуется большей плотностью, а вода — прозрачностью. Но в ряде случаев флокуляция может проводиться без предварительной коагуляции, что существенно сокращает расход реагентов. В качестве основных флокулянтов используются синтетические полимеры на основе полиакриламида. До недавнего времени на отечественный рынок их поставляли зарубежные производители, такие как Ashland, Arkema, BASF SE, CP Kelco US Inc., Dow и другие, однако после их ухода из России ассортимент реагентов сократился, а цена на них существенно выросла.
В этих условиях заметно увеличился интерес к флокулянтам на основе полимеров растительного происхождения. Они экономически эффективны, биоразлагаемы и не образуют вторичных продуктов загрязнения, при этом их эффективность сопоставима с синтетическими полимерами. В России начали производить флокулянты на основе органических полимеров для очистки промышленных стоков от сложных загрязнений, обезвоживания осадков на водоканалах, а также при утилизации отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей. Например, одним из таких производителей является НПО «БиоМикроГели».
Продукты на основе биополимеров сокращают стоимость обработки воды, снижают общее количество образующихся отходов и повышают эффективность работы промышленных предприятий в целом. Не менее важный аспект заключается в том, что они сравнительно дёшевы, поскольку вырабатываются из широко доступного и возобновляемого сырья.
Безопасность в сочетании с выгодой
Флокулянты на основе полимеров растительного происхождения снижают концентрацию нежелательных продуктов в обрабатываемой воде более чем в 100 раз. Они не уступают, а в некоторых областях и превосходят импортные синтетические флокулянты по качеству очистки воды и скорости образования осадка, причём эффективная очистка сточных вод обеспечивается за один цикл при низкой концентрации реагента. К наиболее сильным сторонам продукции относится экономическая составляющая.
Крупные и возобновляемые запасы растительного сырья в мире и России обеспечивают производство доступных органических флокулянтов. Они с успехом могут заменить дорогие и не всегда доступные импортные синтетические полимеры. Кроме того, применяя природные биополимеры, производители способствуют внедрению чистых технологий, что важно не только для городской среды, но и для крупных промышленных и сельскохозяйственных районов России.
Сохранение водных ресурсов — это глобальная задача человечества, однако её решение сейчас возможно лишь с вовлечением промышленных предприятий. Их выбор методов очистки будет диктоваться эффективностью, стоимостью и доступностью реагентов.
На основании вышесказанного можно прийти к выводу, что в целом российские производители готовы не только предложить компаниям современные и экономичные водоочистные технологии, но и поставить на рынок все необходимые для этого продукты.
Источник: пресс-служба НПО «БиоМикроГели».
