Часть 1. Стоки красильных производств и их состав
Сточные воды, образующиеся во время красильных процессов в текстильной промышленности, обладают наибольшей загрязненностью
К красильным производствам можно отнести отбельные и красильно-отделочные фабрики, в том числе:
- отбельно-хлопчатобумажные фабрики;
- ситцепечатные;
- красильно-отделочные фабрики штапельных тканей;
- шелковые красильно-отделочные фабрики;
- камвольно-суконные фабрики.
Такие производства характеризуются высокой концентрацией загрязнений на единицу готовой продукции (табл. 1).
Окрашивание текстильных материалов, в основном, осуществляется синтетическими красителями:
- сернистыми;
- кислотно-хромовыми;
- прямыми;
- кубовыми.
В процессе окрашивания образуются сточные воды, имеющие многокомпонентный состав и включающие в себя минеральные и органические примеси. При этом, загрязнители присутствуют в стоках в разном виде:
- грубодисперсные и мелкодисперсные взвеси;
- коллоидные;
- молекулярные;
- ионные.
В составе таких сточных вод могут быть различные соединения и компоненты:
- соли хрома (III) и (VI);
- СПАВ;
- сульфаты;
- хлориды;
- ионы тяжелых металлов;
- ароматические углеводороды;
- минеральные и органические кислоты;
- красители.
К показателям качества сточных вод относится цветность, щелочная реакция, плотность, низкий процент биогенных элементов (табл. 2).
В самом процессе окрашивания текстильных материалов, можно выделить несколько стадий, при которых идет сильный расход воды. Например, вымачивание, промывку материалов и пр. Именно поэтому, на красильных производствах появляется значительный объем стоков (табл. 3).
Существует рекомендация, смешивать стоки после красильных процессов с хозяйственно-бытовыми стоками в расчете 15-50% последних. Делается это для снижения цветности воды и для улучшения последующей биологической очистки
Часть 2. Очистка стоков красильных производств
Присутствие в сточных водах красильных производств высокой концентрации красителей, а также щелочная реакция рН и содержание СПАВ, означает необходимость использовать такие способы очистки, как:
- механические (сорбция, обратный осмос, ультрафильтрация);
- физико-химические (реагентная обработка, электрофлотация, окислительно-восстановительные (электрохимическое окисление в электролизере);
- биохимические (метантенки, аэротенки, поля орошения).
Механические методы очистки стоков
Чаще всего, для очистки стоков красильных производств, применяется фильтрация. При использовании этого метода стоки проходят через слой фильтрующего материала. Для очистки сточных вод от растворенных в них соединений и ионов, используют такие виды фильтрации, как:
- сорбция;
- обратный осмос;
- ультрафильтрация.
При использовании сорбции, стоки пропускают сквозь слои адсорбирующих материалов, частицы которых имеют пористую поверхность. К таким материалам относятся активированные угли, шунгит, алюмосиликаты и прочие. Таким образом сточные воды очищаются от СПАВ, растворенной органики, аммонийного азота.
В основе обратного осмоса и ультрафильтрации лежат мембранные методы, при которых стоки пропускаются сквозь полупроницаемую мембрану. Ультрафильтрация работает согласно законам осмотического давления, то есть из раствора с низкой концентрацией в раствор с высокой концентрацией при высоком давлении. При этом сточные воды очищаются от органических соединений и коллоидных частиц.
Обратный осмос идет против градиента концентрации, то есть из области высокой концентрации в область низкой. Поры данной мембраны достаточно малы, чтобы пропускать только молекулы воды. Таким образом происходит очистка сточных вод от ионов металлов и аммонийного азота.
Физико-химические методы
Максимальную эффективность при очистке сточных вод красильных производств показывают следующие физико-химические методы:
- реагентная обработка;
- электрофлотация;
- электрокоагуляция.
Обработка реагентами стартует на этапе усреднения, когда необходимо сделать коррекцию рН. Для нормализации показателя рН, реагенты добавляются непосредственно в емкость, в которой и осуществляется выравнивание стоков по объему и концентрации
Электрофлотация — перенос загрязнителей из раствора на поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. Появление пузырьков происходит на электродах, в частности, на аноде выделяется кислород, на катоде - водород. Поднимаясь на поверхность, пузырьки захватывают частицы загрязнителей и увлекают их за собой. Отличительная характеристика электрофлотации - высокая дисперсность пузырьков, которая составляет 10-100 мкм, что дает возможность извлекать из раствора тонкие взвеси.
Электрокоагуляция — это процесс очистки сточных вод под действием электрического тока Процесс электрокоагуляции происходит в электролизере и состоит в пропускании стоков между электродами, на которых возникает разность потенциалов. В основном, в качестве анода используется железо или алюминий. Под воздействием электрического тока материал анода растворяется с образованием ионов металлов, которые образуют нерастворимые гидроксиды металлов и выпадают в осадок.
Для удаления солей хрома при очистке сточных вод красильных производств используют метод ионного обмена. Процесс идет на ионитах - синтетических ионообменных смолах. Принцип заключается в замещении подвижного иона ионита на ион водного раствора за счет разности химических потенциалов. В качестве ионита для очистки стоков эффективнее всего показывают себя сульфоугли, которые не только производят очистку сточных вод от солей металлов, но и понижают цветность раствора.
Биохимические методы очистки стоков
Биохимическое очищение сточных вод осуществляется в аэротенке-смесителе, при этом максимальный эффект показывает двухступенчатая схема. В первом биореакторе происходит окисление стоков в присутствии активного ила при аэрации и, после чего они отстаиваются и поступают на вторую ступень аэротенка. Таким образом сточные воды теряют цветность, снижается показатели химического и биологического потребления кислорода (ХПК и БПК).
Часть 3. Технологическая схема очистных сооружений
Механическая очистка
На данном, начальном этапе, стоки красильных производств очищаются от мусора и крупных взвешенных веществ с помощью механической решетки и пескоуловителя, где взвеси ловятся и выпадают в осадок.
Усреднитель
Далее, стоки попадают в усреднитель. В нем осуществляется коррекция показателя рН до оптимальных для следующей доочистки. Также, стоки нормализуются по объему и концентрации. В усреднителе, обычно, осуществляется смешение производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод.
Электрофлотатор
После усреднения в составе локальных очистных сооружений красильных предприятий устанавливается электролизер. В присутствии растворимых электродов происходит электрокоагуляция и электрофлотация. Одна часть загрязнений удаляется в виде флотопены, а другая часть, благодаря переходу материала анода в растворенное состояние, остается в виде взвеси.
Отстаивание и сорбция
Затем, стоки пропускаются сквозь тонкослойный отстойник, в котором, по наклонным пластинам стекают тяжелые примеси из раствора. Следующей стадией очистки будет сорбционный фильтр. Стоки самотеком пропускаются сквозь адсорбирующий материал под действием силы гравитации. Очищенный раствор накапливается внизу емкости и отводится на следующий этап очистки.
Биологическая очистка
Для понижения уровня цветности и доведения показателей качества сточных вод красильных производств до уровня, допускающего сброс в водоемы рыбохозяйственного назначения проводят биохимическую очистку в биологических очистных сооружениях. Максимальную эффективность при этом, показывает двухступенчатая очистка.
На первой стадии стоки пропускаются через загрузку с активным илом, далее поступают во вторичный отстойник. Из него, опять, подаются в биореактор и во вторичный отстойник. Далее, уже можно осуществить сброс очищенных вод как в городской коллектор, так и в водоем.