Очистка сточной воды красильных цехов
В современной текстильной промышленности крашение тканей производится чаще всего синтетическими органическими красителями:
- сернистыми;
- кислотно-хромовыми;
- прямыми;
- кубовыми.
Красильно-отделочные производства являются одними из самых водоемких. Данные сточные воды характеризуются интенсивной окраской (преимущественно за счет применения синтетических красителей) и многокомпонентным составом (органической и неорганической природы). Данные вещества находятся в растворенном состоянии и являются трудно окисляемыми.
Сточные воды красильных цехов обладают рядом специфических особенностей и характеристик. Вот некоторые из них:
- Высокое загрязнение органическими веществами: основным компонентом загрязнения являются остаточные красители и органические соединения, использующиеся в процессе окрашивания тканей.
- Токсичность: воды могут содержать токсичные химические вещества, включая тяжелые металлы, фенолы, формальдегиды и другие компоненты, вредные для окружающей среды и живых организмов.
- Высокий уровень ХПК и БПК: химическая потребность в кислороде (ХПК) и биологическая потребность в кислороде (БПК) в таких сточных водах обычно высоки, что говорит о большом количестве органических веществ.
- Цветность: наличие необработанных или частично обработанных красителей придает сточным водам интенсивную окраску, что затрудняет их очистку и может влиять на эстетическое восприятие водоемов.
- pH: сточные воды могут иметь сильно кислый или щелочной pH в зависимости от используемых химикатов, что может оказать негативное воздействие на водные экосистемы.
Стоки красильных производств имеют многокомпонентный состав и включают в себя как минеральные, так и органические примеси. Также загрязнители присутствуют в сточных водах в разных дисперсных формах:
- грубодисперсные и мелкодисперсные взвеси;
- коллоидные;
- молекулярные;
- ионные.
В составе стоков красильных производств присутствуют следующие загрязнители:
- соли хрома (III) и (VI);
- СПАВ;
- сульфаты;
- хлориды;
- ионы тяжелых металлов;
- ароматические углеводороды;
- минеральные и органические кислоты;
- красители.
Основными «трудными» для очистки показателями являются хлориды, сульфаты и цветность.
| Показатели, мг/л | Хлопчато-бумажные и ситцепечатные | Красильно-отделочные ф-ки штапельных тканей | Льняные комбинаты | Шелковые красильно-отделочные | Камвольные |
|---|---|---|---|---|---|
| Разведение до исчезновения окраски | 1 : 50 – 1 : 250 | 1 : 50 – 1 : 150 | 1 : 40 – 1 : 80 | 1 : 50 – 1 : 100 | 1 : 80 |
| pH | 9 – 11 | 8,5 – 11 | 8,3 – 10,6 | 7,7 – 10,6 | 7,7 – 7,9 |
| Взвешенные вещества | 200 – 400 | 200 – 260 | 227 | 155 – 315 | 110 – 160 |
| Сухой остаток | 1200 – 3000 | 1000 – 1200 | 2100 | 1000 – 2100 | 1800 – 2100 |
| ХПК | 600 – 800 | 1700 – 1800 | 1000 – 2100 | – | – |
| БПК (полн) | 350 – 600 | 300 – 500 | 410 – 810 | 255 – 710 | 410 – 690 |
| NH4+ | 6 – 12 | 4 – 11 | 8 – 16 | 4 – 27 | 11 – 22 |
| Соли Cr | 3,5 | – | – | 0,6 – 1,1 | 6 – 11 |
| СПАВ | 8 – 10 | 40 – 80 | 30 – 81 | 44 – 82 | 105 – 159 |
Наличие в стоках красильных производств большого количества красящих веществ, а также СПАВ и тяжелых металлов, предусматривает использование следующих методов очистки сточных вод:
- механические (процеживание на барабанных ситах, фильтрование);
- физико-химические (реагентная обработка с последующим отстаиванием или флотацией, электрофлотация);
- биохимические (метантенки, аэротенки, биомембраны, биопруды);
- сорбционные;
- мембранные (обратный осмос, ультрафильтрация).
Для обесцвечивания красителей и минерализации других органических загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах данных производств, требуется достаточно глубокая деструкция их молекул.
Наиболее эффективными физико-химическими методами очистки стоков красильных производств следует считать:
- реагентную обработку;
- электрофлотацию;
- электрокоагуляцию.
Реагентная обработка с флотацией
Реагентная обработка начинается на стадии усреднения, когда после взаимной нейтрализации кислотных и щелочных стоков необходимо произвести коррекцию pH. Реагенты, которые нормализуют показатель pH, добавляются непосредственно в емкость усреднителя, где происходит выравнивание стоков по объему и концентрации. Затем в стоки добавляются коагулянты и флокулянты для разрушения эмульсий. Следующим этапом идет отстаивание или флотация.
Принцип напорной флотации состоит во введении воздуха в воду под давлением (растворение воздуха в воде с образованием водо-воздушной эмульсии), который затем, попадая в камеру флотатора при атмосферном давлении, освобождается из воды в виде мельчайших пузырьков 30–50 мкм, которые соединяются с нерастворимыми частицами содержащихся в воде загрязнений — взвешенных веществ, масел, жиров, нефтепродуктов и т. п., всплывают (флотируются) и образуют на поверхности воды флотошлам в виде пены, откуда загрязнения удаляются скребковым устройством.
Электрофлотация представляет собой перенос загрязняющих веществ из раствора на поверхность с помощью пузырьков газа, образованных при электролизе воды. Процесс образования пузырьков происходит на электродах: в частности, на аноде выделяется кислород, на катоде — водород. Поднимаясь на поверхность, пузырьки захватывают частицы загрязнений и увлекают их за собой. Отличительной особенностью электрофлотации является высокая дисперсность пузырьков, которая составляет 10–100 мкм, что позволяет извлекать из раствора тонкие взвеси.
Процесс электрокоагуляции осуществляется в электролизере и заключается в пропускании сточной жидкости между электродами, на которых возникает разность потенциалов. Чаще всего используют в качестве анода железо или алюминий. Под действием тока материал анода растворяется с образованием ионов металлов, которые образуют нерастворимые гидроксиды металлов и выпадают в осадок.
Удаление тяжёлых металлов из стоков красильных производств
Еще одной важной задачей при очистке стоков от красильных производств и предприятий по изготовлению пигментов и красок является удаление тяжелых металлов. Присутствие таких элементов, как кадмий, хром и свинец, требует дополнительных мер и технологий.
Удаление из загрязненных стоков хрома (VI) происходит в два этапа:
- восстановление соединений Cr(VI) до соединений Cr(III);
- последующее осаждение последних в виде нерастворимого гидроксида Cr(III).
Реагентами выступают натрия сульфит, натрия гидросульфит, натрия тиосульфат. Восстановление Cr(VI) до Cr(III) происходит в кислой среде при pH 1–3 по реакции восстановления с гидросульфитом натрия:
Cr2O72− + HSO3− + 5H+ = 2Cr3+ + 3SO42− + 4H2O
По стехиометрии, на 1 мг хрома (VI) требуется 3 мг гидросульфита натрия, но практическая доза зависит от pH среды стоков и превышает теоретическую в 1,5–2 раза.
Гидросульфит натрия вводят в сточную воду в виде 10 % водных растворов. Доза восстановителя зависит от исходной концентрации Cr6+ в сточной воде и величины pH. Оптимальная скорость реакций восстановления достигается в кислой среде при pH = 2–2,5, для чего сточную воду дополнительно подкисляют 10–15 % раствором серной кислоты (возможно использование растворов других минеральных кислот).
Неорганические коагулянты способствуют осаждению металлов в виде гидроксидов или нерастворимых солей, что делает процесс последующего удаления их из системы более легким.
Органические коагулянты, такие как PolyDADMAC и полиамин, могут быть более эффективной альтернативой, чем неорганические коагулянты, и могут значительно улучшить удаление примесей и загрязняющих веществ при очистке сточных вод.
Для доочистки от солей хрома применяют также 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. Наиболее эффективными в качестве ионита для доочистки стоков красильных производств являются сульфоугли, которые не только очищают стоки от солей металлов, но и хорошо снижают цветность воды.
Рекомендуется сточные воды красильных производств смешивать с хозяйственно-бытовыми стоками в соотношении 15–50 % последних, что способствует снижению цветности воды и улучшению последующей биологической очистки.
При необходимости для дополнительного обесцвечивания воды на финальной стадии применяют обработку окислителями (гипохлоритом натрия) или ультрафиолетом. Наиболее эффективным для доочистки цветной сточной воды является метод озонирования, который в 16 раз эффективнее ультрафиолета.