Методы удаления ПАВ

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — соединения, состоящие из гидрофильной и гидрофобной частей. Благодаря специфической структуре, они вступают в активное взаимодействие с водой и жирными загрязнениями. Это свойство поверхностно-активных веществ привело к их широкому применению в бытовой химии, промышленности и при выпуске косметической продукции. Однако их присутствие в сточных водах, попадающих в канализационные сети, представляет серьезную экологическую угрозу. ПАВ способны образовывать пену, снижать качество воды и негативно влиять на водные экосистемы, нарушая кислородный баланс и угрожая живым организмам. Эффективное удаление поверхностно-активных веществ из стоков является важной задачей для защиты экологии и обеспечения соответствия стоков строгим санитарным нормам. В данной статье рассмотрены основные методы очистки сточных вод (МОСВ) от ПАВ, включая механические, химические, физико-химические, биохимические и другие подходы. Представлены их принципы, преимущества и области применения.

Попадая в больших количествах в реки, озера, пруды и другие водоемы, ПАВ наносят значительный ущерб экосистемам:

• Их присутствие ухудшает кислородный режим воды.
• Эти вещества способствуют образованию пены. Оказываясь на поверхности, она препятствует проникновению солнечного света, что нарушает фотосинтез водорослей.
• Из-за замедленных процессов окисления они оказывают длительное отрицательное воздействие на экосистему, а небиоразлагаемые ПАВ обладают способностью накапливаться в водных организмах и почве.
• ПАВ снижают содержание растворенного кислорода, необходимого для жизнедеятельности водных организмов.

Очистка промышленных и хозяйственно-бытовых стоков позволяет минимизировать экологический ущерб и обеспечивает их соответствие санитарным нормам, предотвращая загрязнение водоемов и почвы. Чтобы она была эффективной, требуется подбор наиболее подходящих методов с учетом физико-химических особенностей конкретных веществ и разделения на группы по способности к биохимическому разложению.

Такие методы очистки от ПАВ хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод в основном нацелены на удаление крупных и мелких механических примесей, в которых они могут присутствовать. К их числу относятся:

• Отстаивание (седиментация). В ходе этого процесса крупные взвешенные частицы, в том числе содержащие ПАВ, под действием силы тяжести естественным путем оседают на дно отстойника.
• Центрифугирование. Метод ускоряет процесс отделения посторонних частиц от воды, в том числе содержащих ПАВ. К ним прикрепляются пузырьки воздуха, и образовавшаяся пена удаляется с поверхности воды.
• Фильтрация. Метод позволяет удалять из воды мелкие частицы, включающие частицы с ПАВ, во время прохождения ее потока через фильтрующий материал (песок, гравий, текстильные мембраны или пр.).

Существенный недостаток использования механических методов на производстве — низкое качество очистки, так как после их применения в стоках продолжают оставаться ПАВ.

Физические МОСВ от ПАВ включают технологии, использующие физическое воздействие без химических реагентов. К ним относятся:

• Ультразвуковая обработка. Ультразвуковые волны вызывают кавитацию, разрушая молекулы ПАВ. Метод эффективен для стоков с низкой концентрацией ПАВ и позволяет получить воду, очищенную до 80%. Часто применяется в комбинации с другими технологиями.
• Электростатическое воздействие. Электростатическое поле способствует агрегации ПАВ, облегчая их удаление. Подходит для стоков с низким содержанием загрязнителей. Требует использования специализированного оборудования.
• Радиационная обработка. Ионизирующее излучение разрушает связи в молекулах ПАВ. Метод эффективен, но ограничен высокой стоимостью. Требует строгого контроля безопасности.
• Воздействие УФ-облучением. Этот процесс, известный как фотолиз, основан на том, что ультрафиолетовое излучение высокой энергии разрывает химические связи в молекулах ПАВ, приводя к их деградации.

Широкое распространение получила мембранная очистка сточных вод от поверхностно-активных веществ. Она основана на использовании полупроницаемых мембран, которые разделяют загрязнители от воды за счет фильтрации под давлением.
Основные технологии включают в себя:

• Ультрафильтрацию. Метод эффективно задерживает ПАВ с крупными молекулами, обеспечивая степень очистки до 90%.
• Нанофильтрацию. Удаляет ПАВ с меньшими молекулами и ионы.
• Обратный осмос. Использует полупроницаемую мембрану, через которую под давлением проходит вода, позволяя получить воду высокого качества (до 99%).

Мембранная очистка особенно подходит для доочистки стоков с низкой концентрацией ПАВ. Требуется предварительная обработка поступающей жидкости для предотвращения засорения мембран.
Несмотря на высокую эффективность, применение мембран ограничено из-за их высокой стоимости и требует значительных энергозатрат. Тем не менее мембранный метод получил широкое распространение на предприятиях, где требуется повторное использование очищенной воды.

Химические МОСВ основаны на использовании химических реагентов для нейтрализации и удаления ПАВ и других загрязнителей. К их числу относятся:

• Нейтрализация. Метод включает обработку стоков кислотами или щелочами для достижения оптимального pH для последующей очистки.
• Окисление. Для разрушения ПАВ и прочих органических соединений применяются такие окислители, как озон, хлор, перманганат калия. Окисление эффективно для удаления не только ПАВ, но и других загрязнений.
• Ионный обмен. Это процесс, включающий химическое взаимодействие между ионами в воде и ионами, связанными с ионообменной смолой. В результате происходит замена одних ионов на другие, что приводит к удалению из воды нежелательных примесей. Для получения очищенной воды необходимого качества для последующего использования после извлечения из нее ПАВ, в составе очистных сооружений используют фильтры с ионообменными смолами.

Химические методы подходят для стоков с высокой концентрацией ПАВ, обеспечивая достаточно неплохую степень очистки до 90%. Химическая очистка часто комбинируется с другими методами, такими как адсорбция, с целью повышения их эффективности. Применение реагентов требует точного дозирования и контроля pH, чтобы избежать вторичного загрязнения и обеспечить соответствие экологическим нормам.

Эти методы основаны на различных физических и химических принципах, позволяющих эффективно удалять ПАВ из сточных вод.

В основе этих методов МОСВ — изменение свойств частиц для облегчения их удаления из жидкости.
Коагуляция происходит под действием коагулянтов, которые нейтрализуют электрический заряд коллоидных частиц, предотвращая их взаимное отталкивание. К коагулянтам относятся соли алюминия и железа, способствующие образованию микрохлопьев. Микрохлопья объединяются в более крупные и стабильные агрегаты в процессе флокуляции с использованием флокулянтов, таких как такие, как полиакриламидные флокулянты. Удаление хлопьев может осуществляться путем осаждения или фильтрации.

Популярный способ МОСВ — адсорбционный. Этот метод очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ основан на использовании твердых сорбентов, способных эффективно улавливать молекулы загрязнителей на своей поверхности. Один из наиболее востребованных адсорбентов — активированный уголь. Он применяется для разделения органических смесей, в качестве катализатора, для очистки стоков и воздуха, в таких областях, как пищевая промышленность и фармакология.
Адсорбция сточной воды с использованием активированного угля наиболее эффективна на стадиях доочистки сточных вод, когда концентрация ПАВ составляет не более 100–200 мг/л. В таких условиях с помощью этого метода достигается высокая степень очистки — до 95%. Это делает адсорбцию углем оптимальным решением для удаления остаточных количеств ПАВ, обеспечивая соответствие стоков строгим экологическим стандартам. Применение гранулированного угля в адсорбционных установках способствует не только эффективной очистке, но и снижению эксплуатационных затрат за счет возможности многократной регенерации сорбента.
На данный момент наряду с порошкообразным применяется гранулированный активированный уголь. Он обладает рядом преимуществ. Гранулированный уголь характеризуется меньшими потерями материала при регенерации. Это делает процесс восстановления его свойств более экономичным. Кроме того, стоимость регенерации гранулированного угля существенно ниже, чем у порошкообразного, что повышает его привлекательность для промышленного применения.

Метод эффективен для удаления взвешенных веществ, жиров, нефтепродуктов и других гидрофобных загрязнений.
Он основан на способности ПАВ образовывать пену при контакте с пузырьками воздуха. Пузырьки, поднимаясь на поверхность, увлекают за собой ПАВ и другие загрязнения, которые затем удаляются в виде пены.
Принцип работы флотации для удаления ПАВ:

• Насыщение сточных вод воздухом. Сточные воды подаются во флотатор, где происходит их аэрация. Это может быть достигнуто разными способами, например, через напорную флотацию или механическое диспергирование воздуха.
• Образование флотационных комплексов. В процессе флотации ПАВ адсорбируются на поверхности пузырьков воздуха, образуя флотационные комплексы.
• Всплывание и удаление пены. Эти комплексы всплывают на поверхность, образуя слой пены, который затем удаляется механическими скребками или другими приспособлениями.
• Вывод очищенной воды. Очищенная вода выводится из флоатора с помощью трубопровода.

Эффективность очистки флотацией пенообразования зависит от ряда факторов: ph и температура среды, размеры пузырьков газа, высота слоя раствора, наличие в нем других ионов.

Такие МОСВ основаны на способности микроорганизмов (как правило, аэробных бактерий Pseudomonas, Rhodococcus и Acinetobacter) разлагать органику, в том числе ПАВ. Основными установками для их реализации этих методов являются аэротенки и биофильтры.
При поступлении вод с содержанием ПАВ и других загрязняющих веществ в аэротенки или биофильтры происходит их интенсивная адсорбция на поверхности активного ила или биопленки. В аэротенках активный ил, состоящий из микроорганизмов, взаимодействует с ПАВ, адсорбируя их и частично разлагая в процессе окисления. В биофильтрах загрязненная вода проходит через слой материала, покрытый биопленкой, где ПАВ удерживаются и подвергаются биодеградации.
Следует учитывать, что из-за высокой концентрации ПАВ или низкой активности микроорганизмов активного ила биохимическое окисление ПАВ может протекать недостаточно интенсивно. В результате часть этих веществ не будет разлагаться. Их накапливание в активном иле может привести к его деградации, снижая эффективность биологической очистки и нарушая работу системы.
В связи с этим биохимические МОСВ часто используются совместно с другими способами очистки. Например, предварительная коагуляция или механическая фильтрация позволяют обеспечить высокую степень очистки воды.

К электрохимическим МОСВ от ПАВ относятся электрокоагуляция и электрофлотация с использованием растворимых анодов.
Электрокоагуляция основана на разрушении загрязнений, присутствующих в водном растворе, под действием электрического поля с последующим осаждением или флотацией образовавшихся частиц. При этом растворимые аноды, например, из железа или алюминия, обеспечивают образование коагулянтов (гидроксидов металлов), которые адсорбируют примеси, включая ПАВ.
Электрофлотация работает по такому же принципу, что и электрокоагуляция. Однако в данном случае образующиеся газы (например, водород и кислород) «поднимают» загрязнения на поверхность в виде пены, облегчая их удаление.
К плюсам электрохимических методов относят:

• Высокую эффективность очистки от загрязнений, включая ПАВ, тяжелые металлы и органические соединения.
• Возможность применения в случае разной концентрации загрязнений.
• Сравнительно невысокие расходы из-за отсутствия необходимости в использовании больших количеств реагентов.
• Возможность использования с другими методами удаления ПАВ, содержащихся в водной среде, такими как фильтрация или осаждение.

Правильный выбор оборудования – залог его долгой и эффективной работы. Учитывайте производительность, качество исходной воды и требования к степени очистки. Чтобы система работала безотказно, доверьте подбор, монтаж и сервисное обслуживание очистных сооружений профессионалам.
Компания «Водополис» предлагает профессиональные услуги проектирования, производства, монтажа и обслуживания систем водоочистки. Высокое качество нашей продукции подтверждается многочисленными положительными отзывами и данными независимых исследований.
Вы можете заказать консультацию специалиста для получения полной информации по интересующему вас товару и услугам. Мы поможем подобрать оптимальное решение для ваших нужд.

ПАВ оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Попадая в водоемы, эти вещества нарушают их санитарный режим, истощая запас кислорода, растворенного в воде, отравляя животных и обитателей водоемов и пр. Эффективное удаление их остатков из сточных вод является важной задачей. С целью ее решения в ряде стран реализуются инновационные проекты, направленные на минимизацию экологического ущерба: строятся очистные сооружения с высокотехнологичным оборудованием.
Очистка воды выполняется с применением различных методов, каждый из которых обладает определенными преимуществами. Для извлечения ПАВ из воды наиболее подходящими являются физико-химические МОСВ. Среди них поглощение активированными углями, гидроксидами алюминия и железа, ионообменными смолами, а также пенное фракционирование. Для полного разрушения поверхностно-активных веществ применяют озонирование. Крайне редко используется радиационно-химическое окисление.
Для производственных предприятий, стремящихся к созданию непрерывного производственного процесса, важно учитывать состав стоков и особенности трубопроводов, чтобы выбрать наиболее подходящий метод. Специфические реакции, происходящие в процессе очистки, могут затруднять достижение стабильных показателей эффективности. Это указывает на необходимость дальнейшего совершенствования технологий очистки и разработки новых методов, направленных на улучшение экологических показателей.