Oczyszczanie ścieków przemysłowych na wybranym przykładzie

Ścieki przemysłowe - to zużyte wody powstające w zakładach produkcyjnych i usługowych podczas różnych procesów technologicznych i przetwórczych, np. przy otrzymywaniu, uszlachetnianiu i przeróbce surowców pochodzenia mineralnego, roślinnego lub zwierzęcego. Ich ilość i rodzaj zależy przede wszystkim od wielkości przedsiębiorstwa, stosowanej technologii produkcji i gałęzi przemysłu. Są to wody, które zostały zanieczyszczone przez wprowadzenie substancji stałych, gazowych lub płynnych, a także energii. Mogą występować w postaci rozpuszczalnej i nierozpuszczalnej, roztworów koloidów, zawiesin, emulsji, jonów. Wg ustawy ścieki przemysłowe rozumie się: "ścieki, niebędące ściekami bytowymi albo wodami opadowymi lub roztopowymi powstałe w związku z prowadzoną przez zakład działalnością handlową, przemysłową, składową, transportową lub usługową, a także będące ich mieszaniną ze ściekami innego podmiotu, odprowadzane urządzeniami kanalizacyjnymi tego zakładu".

Działy przemysłu które wytwarzają najbardziej niebezpieczne ścieki to:

• petrochemie

• celulozownie

• garbarnie

• metalurgia

• chemia

• mleczarnie

• cukrownie

Charakterystyczne składniki ścieków pochodzących z ważniejszych gałęzi produkcyjnych:

• kopalniany - sole mineralne, metale nieżelazne, pył węglowy

• metalurgiczny - związki metali ciężkich (Pb, Hg, Cr), siarczki, cyjanki

• paliwowo - energetyczny - oleje i smoły, fenole, amoniak

• rafineryjno - petrochemiczny - produkty naftowe, węglowodory aromatyczne, substancje ropopochodne

• chemiczny - amoniak, fosforany, siarczany, chlorki, fenole

• celulozowo - papierniczy - azot, ługi posiarczynowe i posiarczanowe

• spożywczy - związki organiczne (węglowodany, tłuszcze, białka)

• tekstylny i grabarski - rozpuszczalniki, barwinki, wapno

• transportowy - oleje, smary, paliwa

Zanieczyszczenia występujące w ściekach:

• Fizyczne - właściwości tj. temperatura, pH, mętność, barwa, zawiesina

• Biologiczne - drobnoustroje, jaja pasożytów

• Chemiczne: organiczne (tłuszcze, węglowodory aromatyczne, białka, węglowodany, żywice, pestycydy) nieorganiczne (metale - w tym ciężkie (Pb, Cu, Hg), sole mineralne, kwasy, ługi

Chłodzenie - jeden z najbardziej wodochłonnych procesów. Wody pochłodnicze często są wolne od substancji szkodliwych , jedynym ich "zanieczyszczeniem" jest wysoka temperatura. Niekorzystne skutki odprowadzania ich do naturalnych lub sztucznych zbiorników wodnych to przyśpieszenie procesów biologicznych i rozwoju roślinności np. glonów w postaci zakwitów, które powodują zatykanie filtrów w sieci wodociągowej. Podwyższenie temperatury wody zwiększa toksyczność wielu substancji, np. metali ciężkich i pestycydów. Zbyt wysoka temperatura ścieków może uszkadzać urządzenia i instalacje które je pompują, gromadzą i odprowadzają.

Odczyn wody - zależy od jej temperatury, wartość pH ścieków powinna wynosić od 6,5 do 9,5.

Mętność - powodowana jest przez zawiesiny: nieorganiczne, które nie ulegają rozkładowi lub są trudno rozpuszczalne, organiczne - opadające wolniej i ulegające rozpadowi biochemicznemu.

Charakterystyczne zanieczyszczenia organiczne występujące w ściekach przemysłowych: WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne), białka, węglowodany, oleje, smary, żywice, barwniki, fenole, produkty naftowe, surfaktanty, pestycydy itd. Nieorganiczne: ługi, kwasy nieorganiczne, metale ciężkie (Pb, Cu, Hg, Zn, Cd, Cr), a także chlorki, siarczki, cyjanki, azotany i fosforany.

Wymogi prawne: gospodarka prowadzona na terenie zakładu przemysłowego nie powinna powodować pogorszenia funkcjonowania ekosystemów wodnych, do których doprowadza ścieki. Wszelkie wymagania są w dokumentach prawnych: stawa Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001r., rozporządzenie ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 r. Dostawca ścieków przemysłowych jest zobowiązany do instalowania niezbędnych urządzeń podczyszczających i prawidłowej ich eksploatacji, a także zainstalowania urządzeń pomiarowych określających ilość i jakość ścieków.

Przede wszystkim zabronione jest wprowadzanie do urządzeń kanalizacyjnych:

• odpadów stałych, które mogą powodować zmniejszenie przepustowości przewodów kanalizacyjnych, w szczególności: żwiru, piasku, popiołu, szkła, wytłoczyn, tekstyliów, włókien

• odpadów płynnych niemieszających sie z wodą, w szczególności sztucznych żywic, lakierów, smół, mieszanin cementowych

• substancji palnych i wybuchowych, których punkt zapalny znajduje sie poniżej 85^oC, w szczególności benzyn, nafty, karbidu

• substancji żrących i toksycznych, w szczególności mocnych kwasów i zasad, formaliny, siarczków

• odpadów i ścieków z hodowli zwierząt, w szczególności gnojówki, gnojowicy, obornika

• ścieków zawierających chorobotwórcze drobnoustroje pochodzące z : obiektów w których są leczeni chorzy na choroby zakaźne, stacji krwiodawstwa, zakładów leczniczych dla zwierząt gdzie są leczone na choroby zakaźne, laboratoriów prowadzących badania z materiałem zakaźnym pochodzącym od zwierząt

Ścieki przemysłowe mogą być wprowadzane do urządzeń kanalizacyjnych, jeżeli spełnione są następujące wymagania:

• brak zagrożenia dla bezpieczeństwa i zdrowia osób obsługujących urządzenia kanalizacyjne

• ważne pozwolenie wodno prawne

• temperatura ścieków nie przekracza 35^oC

• odczyn pH wynosi od 6,5 do 9,5 z wyłączeniem ścieków zawierających cyjanki i siarczki, dla których pH wynosi od 8 do 10

• podatność ścieków na mechaniczno - biologiczne metody oczyszczania

Wymogi Dyrektywy IPPC odnoszą sie do sześciu głównych kategorii działalności przemysłowej:

• przemysłu energetycznego

• przemysłu metalurgicznego

• przemysłu mineralnego

• przemysłu chemicznego

• gospodarki odpadami

• innych rodzajów działalności np. produkcji masy włóknistej, obróbki materiałów włókienniczych

Oczyszczanie chemiczne i fizykochemiczne - stosuje się je do oczyszczania ścieków przemysłowych zawierających np. chemiczne zanieczyszczenia organiczne czy metale ciężkie. Powodem częstszego stosowania tych metod w technologii oczyszczania jest występowanie w wodach zużytych coraz większej liczby trudno usuwalnych lub nierozkładalnych biologicznie zanieczyszczeń, tzw. substancji refrakcyjnych, oraz z drugiej strony, wzrost wymagań w zakresie oczyszczania ścieków.

Strącanie - polega na usuwaniu zawiesin trudno opadających oraz substancji koloidalnych i rozpuszczonych, drobne zawiesiny ze strącania mają charakter kłaczkowaty. W trakcie usuwania metali ciężkich najchętniej wykorzystuje się metodę strącania w postaci wodorotlenków, ograniczeniami wpływającymi na efektywność tego procesu może być: temperatura procesu, odczyn, nietypowe jony, związki organiczne.

Koagulacja - początkowo stosowane były w celu przyśpieszenia flokulacji. Zbudowane są z długich łańcuchów węglowych z elektrolitycznie czynnymi grupami jak: NH₂, COOH, NR₂, CH₂OH. Należą do nich np. kopolimery kwasu akrylowego i jego pochodnych, alginat, etylohydroksyceluloza. Koagulacja umożliwia usunięcie różnych domieszek, a także bardzo drobnych zawiesin oraz zanieczyszczeń występujących w stanie rozpuszczonym, o dużych cząsteczkach. Polega na łączeniu się cząstek koloidu w większe agregaty po dodaniu odpowiedniego koagulantu. Przykład koagulantu to siarczan żelazawy, siarczan glinu, chlorek żelazawy. W procesie koagulacji otrzymuje się dwa razy więcej osadu niż przy zwykłej sedymentacji ścieków, ponieważ wzrasta ilość strąconych zawiesin i dodatkowo wprowadzane są związki chemiczne.

Neutralizacja - przeprowadza się w przypadku ścieków zawierających np. wolne kwasy lub zasady. Mechanizm polega na zobojętnianiu przy użyciu reagentów, do momentu osiągnięcia wymaganego odczynu pH. Stosuje się go: na wstępie, przy wspomaganiu lub ostatecznie przed wprowadzeniem do odbiornika. Przeprowadza się go w komorach lub na złożach neutralizujących. Neutralizację można prowadzić poprzez: mieszanie ścieków kwaśnych z alkalicznymi, dodawanie odpowiednich odczynników, przepuszczanie ścieków kwaśnych przez złoża sporządzone np. z kamienia wapiennego i innych skał o podobnym odczynie (dolomity). Neutralizację ścieków kwaśnych prowadzi się najczęściej za pomocą roztworu NaOH i zawiesin Ca(OH)₂ czyli mleka wapiennego, także roztworu Na₂CO₃, CaCO₃, dolomitu i magnezytu w formie złoża ziarnistego. W procesie neutralizacji ścieków zasadowych jedną z korzystniejszych, choć nie tak rozpowszechnionych metod jest stosowanie CO₂, a także najczęściej kwas solny i siarkowy.

Neutralizacja CO2 - W pierwszym etapie wodorotlenek sodu przechodzi w węglan, a następnie wodorowęglan. Na końcu procesu powstaje CO2 w formie niezdysocjowanej. Za stosowaniem tego gazu przemawia wiele zalet: nie stwarza ryzyka nadmiernego zakwaszenia roztworu, sterowanie procesami staje się łatwiejsze dzięki łagodnemu przebiegowi krzywej neutralizacji.

Procesy sorpcji - wiązanie substancji na powierzchni ciała stałego lub cieczy (adsorpcja) lub w całej objętości fazy będącej sorbentem (absorpcja). Wykorzystywane są głównie do usuwania ze ścieków przemysłowych substancji uciążliwych (fenoli, związków chloru, metali ciężkich), ale także zawiesin oraz substancji organicznych. Najbardziej rozpowszechnionym sorbentem jest węgiel aktywny; nieselektywny, pochłaniający większość rozpuszczonych w roztworach wodnych substancji organicznych. Ma dużą powierzchnię właściwą, rozwiniętą strukturę porowatą oraz wysoką reaktywność powierzchni. Przewagę nad węglami aktywnymi mają sorbenty polimerowe, ponieważ są o wiele łatwiejsze w regeneracji i nie wymagają aktywacji przed następnym użyciem, znajdują zastosowanie w usuwaniu np. węglowodorów aromatycznych i ich chloro-, nitro- i chloronitropochodnych. Wykorzystywane w przemyśle sorbenty niespecyficzne (dyspersyjne) służą przede wszystkim do oczyszczania ścieków ze związków hydrofobowych np. pestycydów, fenoli, węglowodorów.

Wymieniacze jonowe (jonity) - stosowanie w przemyśle galwanizerskim, fotochemicznym, rafinacji miedzi, złota i srebra oraz wód dołowych zawierających Cu, Ni, Zn, Pb. Proces ten prowadzi się w zbiornikach ciśnieniowych w których znajduje sie jonit. Jonity polimerowe są nierozpuszczalnymi polielektrolitami, posiadającymi grupy funkcyjne mogące całkowicie dysocjować w wodzie; mają charakter silnych lub słabych kwasów i zasad, zdolnych do tworzenia soli.

---