Procesy oczyszczania ścieków przemysłowych

Ścieki przemysłowe zawierają wiele różnych zanieczyszczeń. Mogą to być na przykład metale ciężkie z zakładu przetwórstwa metali, tłuszcze i oleje z czyszczenia części lub pozostałości farmaceutyczne z przemysłu farmaceutycznego - ścieki są tak różnorodne jak same procesy. Na rynku istnieje wiele różnych metod oczyszczania ścieków przemysłowych - wszystkie mają określone mocne i słabe strony. Oto przegląd najczęściej spotykanych na rynku metod.

Rodzaje oczyszczania ścieków przemysłowych

Ogólnie rzecz biorąc, oczyszczanie ścieków przemysłowych dzieli się na dwa różne rodzaje. W jednym z procesów substancje problematyczne są usuwane z wody, np. za pomocą filtrów/membran lub poprzez odparowanie ścieków przemysłowych. W drugim procesie substancje są dodawane selektywnie, aby poprawić jakość. Dzieje się tak np. w oczyszczaniu chemicznym, w którym wykorzystuje się kwas lub zasadę do regulacji wartości pH lub sole do poprawy przewodności.

Metody oczyszczania ścieków przemysłowych

Istnieją 4 różne metody w oczyszczaniu ścieków:

• Do metod fizycznych zalicza się oczyszczanie ścieków za pomocą odparowania, np. destylacji próżniowej.
  
  
• Procesy biologiczne są rzadko stosowane w przemyśle - najczęściej w połączeniu z innymi procesami. Ten rodzaj oczyszczania ma miejsce głównie w oczyszczaniu ścieków miejskich w oczyszczalniach ścieków - tutaj bakterie dbają o oczyszczenie ścieków.
  
  
• Procesy chemiczne działają poprzez wykorzystanie substancji chemicznych do ulepszenia ścieków. Należą do nich np. neutralizacja przepływowa lub flokulacja i strącanie z oddzielaniem osadu.
  
  
• W procesie membranowym stosuje się filtry, które zatrzymują zanieczyszczenia. Istnieją na przykład filtry taśmowe dla grubych zanieczyszczeń lub ultrafiltracja dla najmniejszych cząstek brudu.

Najczęściej stosowanymi w przemyśle procesami oczyszczania ścieków są oczyszczalnie z rozdziałem chemiczno-fizycznym, oczyszczalnie membranowe oraz systemy destylacji próżniowej.

Który proces oczyszczania ścieków jest odpowiedni dla jakiego rodzaju ścieków?

W niektórych przypadkach istnieje tylko jedna optymalna metoda oczyszczania wody technologicznej, która może być określona na podstawie ilości i stopnia zanieczyszczenia wody. Jeśli ładunek zanieczyszczeń jest prawie wyłącznie nieorganiczny, procesy filtracji membranowej mogą być wykluczone, ponieważ są zbyt kosztowne. Destylacja próżniowa nie jest odpowiednia, jeśli woda procesowa zawiera lateks, lakier, farbę lub białko. Poniższy rysunek pokazuje, że istnieje szeroki zakres, w którym wszystkie wymienione procesy mają zastosowanie. W tym zakresie procesy muszą być starannie wyważone względem siebie.

Dlaczego ważne jest oczyszczanie ścieków we własnej firmie?

Dlaczego warto oczyszczać ścieki we własnej firmie, a nie po prostu je wyrzucać lub zlecać oczyszczanie publicznym oczyszczalniom?

Uzdatnianie wody to skomplikowany i kosztowny proces. W trosce o środowisko ważne jest, aby do oczyszczalni przesyłać jak najmniejszą ilość ścieków. Ponadto ustawowo określone wartości graniczne oraz rozporządzenie w sprawie ścieków decydują o tym, czy ścieki mogą być odprowadzane do sieci publicznych. Dzięki zastosowaniu instalacji do destylacji próżniowej, takiej jak VACUDEST, nie tylko przestrzegane są limity dotyczące odprowadzania ścieków, ale również drastycznie zmniejsza się ilość ścieków, które muszą być usunięte, co pozwala zaoszczędzić dużą część kosztów związanych z usuwaniem.

Aby zrozumieć, dlaczego należy dążyć do niskiej objętości, nie tylko z punktu widzenia kosztów, ale również z punktu widzenia ochrony środowiska, ważne jest, aby uzyskać informacje o tym, co dzieje się ze ściekami po opuszczeniu przedsiębiorstwa.

Opis trzech etapów oczyszczania ścieków

Oczyszczanie ścieków odbywa się na ogół w trzech etapach. Proces ten skupia się na tym, aby najpierw odfiltrować z wody substancje gruboziarniste, a następnie stosować stopniowo coraz drobniejsze metody, dzięki czemu woda na każdym etapie zyskuje na czystości. Etapy te nazywane są więc pierwotnymi, wtórnymi i trzeciorzędnymi. W niektórych przypadkach po trzecim potrzebny jest jeszcze jeden etap, ale nie jest to tutaj opisane. Na każdym etapie z wody usuwane są różne zanieczyszczenia.

Pierwszy etap

W pierwszym etapie woda jest trzymana nieruchomo w niecce. Powoduje to, że ciała stałe grawitacyjnie osiadają na dnie zbiornika, natomiast ciała stałe lżejsze od wody zbierają się na powierzchni. Po pewnym czasie substancje te osiadają.

Urządzenia mechaniczne zapewniają, że jeszcze brudna woda pomiędzy ciałami stałymi może być odprowadzona ze zbiornika do innego zbiornika do drugiego etapu czyszczenia.

Drugi etap

W drugim etapie substancje biologiczne znajdujące się w wodzie są rozkładane przez procesy tlenowe. Z chemicznego punktu widzenia procesy te są utlenianiem, które zależy od tlenu. Utlenianie masowo zmniejsza zawartość biologiczną w wodzie. Drugi etap oczyszczania ścieków umożliwia wypuszczenie oczyszczonej wody z powrotem do środowiska naturalnego, ponieważ oznacza to, że ewentualne zanieczyszczenia biologiczne nie pozostają już w wodzie w szkodliwym stopniu

W zależności od zanieczyszczeń, którymi jest zanieczyszczona woda, stosuje się różne techniki:

• Biofiltr

  Aby zapewnić usunięcie wszystkich cząstek stałych z wody, stosuje się różne techniki, takie jak reaktory ze złożem tryskającym, filtry żwirowe lub filtry kontaktowe. Filtry kontaktowe wykorzystują chemikalia strącające, takie jak siarczan glinu lub żelaza, do usuwania fosforanów z wody. Oczyszczanie za pomocą reaktora podstępnego polega na natryskiwaniu wody na materiał stały, taki jak żużel lawowy. Bakterie żyjące na żużlu lawowym rozkładają biodegradowalne składniki w wodzie.

• Wtłaczanie powietrza
  
  

  Proces napowietrzania może trwać ponad cały dzień, więc jest to bardzo długi proces. Napowietrzanie zwiększa nasycenie tlenem w wodzie. Dzięki temu z wody usuwany jest dwutlenek węgla, metan, a nawet siarkowodór. Bakterie tlenowe zużywają również tlen podczas rozkładu materii organicznej.

• Zaawansowane utlenianie
  
  

  Za pomocą ozonu lub nadtlenku wodoru (czasami również poprzez połączenie tych procesów z dodatkowym naświetlaniem promieniami UV) z wody usuwane są substancje trudno degradowalne biologicznie, takie jak pestycydy, farmaceutyki czy biocydy. Zanieczyszczenia są przekształcane w stabilne substancje nieorganiczne, takie jak woda, dwutlenek węgla czy sól.

Trzeci etap

Ten trzeci etap oczyszczania ścieków zapewnia, że jakość wody jest na tyle wysoka, że można ją przywrócić do zastosowań przemysłowych i domowych. Trzeci etap oczyszczania ścieków obejmuje zwykle jeden lub więcej z następujących etapów:

• Filtracja
  
  Tutaj jakość wody jest poprawiana poprzez przepuszczenie jej przez złoże piasku lub węgla aktywnego. Cząstki stałe w wodzie przylegają do mediów filtracyjnych.
  
  
• Formacja lagunowa
  
  

  Woda jest magazynowana w sztucznie utworzonych stawach. W procesie tym woda jest ulepszana i oczyszczana przez naturalnie występujące rośliny i bezkręgowce poprzez pochłanianie np. drobnego pyłu. 

• Degradacja substancji odżywczych
  
  

  Fosfor i azot w wodzie to składniki odżywcze, które prowadzą do nadmiernego wzrostu glonów, co może zaburzyć równowagę ekosystemu. W tym procesie składniki odżywcze muszą zostać przekształcone przez bakterie w substancje, które następnie mogą zostać usunięte.

• Dezynfekcja
  
  W dezynfekcji do wody dodaje się pewną ilość chloru, aby zabić mikroorganizmy i patogeny. Dodawanie chloru jest popularną formą dezynfekcji ze względu na prostotę procesu. Chlor jest jednak toksycznym związkiem chemicznym, który również generuje koszty operacyjne. Dlatego do dezynfekcji wykorzystuje się również promieniowanie UV, które sterylizuje wodę z wirusów i bakterii. Ten wariant jest przyjazny dla środowiska, ale powoduje wyższe koszty energii.

Najważniejsze kryteria w oczyszczaniu ścieków przemysłowych we własnym przedsiębiorstwie

Aby dokonać całościowego porównania oczyszczania ścieków we własnym przedsiębiorstwie, należy najpierw określić kryteria.

• Jakość: Najważniejszym kryterium jest jakość oczyszczonej wody. Wymagania jakościowe są podstawą do rozpatrzenia wszystkich poniższych kryteriów.

• Koszty: Decydującym czynnikiem dla ekonomicznie uzasadnionej decyzji są oczywiście koszty. Oprócz kosztów inwestycyjnych należy wziąć pod uwagę również koszty eksploatacyjne. Co z tego, że cena jest niska, skoro wysokie koszty operacyjne szybko zjedzą tę przewagę?

• Elastyczność: Elastyczność procesu ma ogromne znaczenie. Jak reaguje system uzdatniania, gdy stopień zanieczyszczenia uzdatnianej wody ulega wahaniom, a nawet gdy w krótkim czasie całkowicie zmienia się jej skład?
  
  
• Niezawodność: Jak bardzo skomplikowane jest działanie systemu? W jakim stopniu operator może pomóc sobie w przypadku awarii?
  
  
• Zrównoważony rozwój: Wiele firm zwraca dziś uwagę na zrównoważone zarządzanie i ochronę zasobów. Samodzielnie narzucone, surowe normy środowiskowe często wykraczają poza granice wymagane przez władze. Oczywiście obejmuje to również ostrożne korzystanie z cennych zasobów słodkiej wody.

Procesy filtracyjne i chemiczno-fizyczne w oczyszczaniu ścieków przemysłowych

W przypadku koncepcji oczyszczania, takich jak procesy membranowe lub chemiczno-fizyczne, bardziej opłaca się oczyszczać ścieki tylko na tyle, aby nadawały się do zrzutu. W efekcie do sieci publicznych dostają się szczątkowe zanieczyszczenia. Oczyszczona woda miejska jest następnie wykorzystywana w produkcji, ponieważ koszty procesu są tu niższe niż w przypadku bardziej intensywnego oczyszczania już oczyszczonych ścieków. W dwóch punktach dotyczących jakości i trwałości, te dwa systemy nie wypadają tak dobrze.

Zakup zakładu chemiczno-fizycznego jest stosunkowo tani. Istnieją jednak wysokie koszty materiałów eksploatacyjnych. Jednocześnie obsługa różnorodnych chemikaliów, zwłaszcza o szerokiej gamie składników w ściekach, jest pracochłonna i trudna. Technologia ta ma słabe strony w przypadku zmiany składu wody procesowej. W razie potrzeby cały proces musiałby zostać dostosowany do zmienionych warunków. W odniesieniu do bezpiecznego oddzielania metali ciężkich, technologia ta wykazuje pewne zagrożenia. Na przykład, skompleksowane związki metali ciężkich mogą być trudne do rozdzielenia.

Instalacje membranowe mają umiarkowane wartości zużycia, ale ilości pozostałości do usunięcia, a tym samym pozostałe koszty utylizacji są wysokie. Proces oczyszczania w przypadku instalacji membranowych musi być uruchamiany ręcznie, a wyniki monitorowane. Zmiany w procesie mogą spowodować zablokowanie membrany, przez co konieczna może być wymiana modułów membranowych. Podobnie jak w przypadku procesów chemiczno-fizycznych, również tutaj złożone metale ciężkie mogą nie zostać wiarygodnie oddzielone i prowadzić do przekroczenia wartości granicznych.

Porównanie kosztów operacyjnych 3 procesów pokazuje wyraźnie, że technologia destylacji próżniowej amortyzuje wyższą cenę inwestycji już po około 2 latach poprzez niższe koszty operacyjne.

Procesy destylacji próżniowej w oczyszczaniu ścieków przemysłowych

Jeśli zakład ma stać się wolny od ścieków lub jeśli procesy produkcyjne wymagają bardzo czystej wody do płukania, destylacja próżniowa jest dobrym wyborem. Jakość destylatu jest tak wysoka, że nie ma potrzeby przeprowadzania żadnych lub kilku etapów obróbki końcowej. Powstałe destylaty są prawie pozbawione ropy naftowej i metali ciężkich. Tylko w przypadku, gdy wodzie procesowej stawiane są wyjątkowo wysokie wymagania jakościowe, konieczne jest wtórne uzdatnianie w wymiennikach jonowych. W przeciwnym razie woda może być ponownie wykorzystana we własnej produkcji: w ten sposób oszczędza się świeżą wodę, a do środowiska nie przedostają się resztki zanieczyszczeń.

Jeśli weźmie się pod uwagę koszty inwestycyjne i operacyjne zakładów destylacji próżniowej w zakresie od 100 do 30 000 m3/rok przy ładunku zanieczyszczeń poniżej 8 procent, korzyści ekonomiczne wynikające z zastosowania technologii destylacji próżniowej stają się oczywiste. Chociaż koszty inwestycyjne są wyższe niż w przypadku innych procesów, koszty operacyjne są bezkonkurencyjnie niskie, ponieważ system działa w 100 % automatycznie.

Destylacja próżniowa wyznacza również standardy w zakresie elastyczności i bezpieczeństwa. Nowoczesne systemy automatycznie dostosowują się do zmiennych jakości wody procesowej. Dzięki drobnym zmianom galwaniczna woda procesowa może być jutro uzdatniana w systemie, który w rzeczywistości został zaprojektowany do uzdatniania zużytych emulsji chłodząco-smarujących.

Więcej informacji na temat destylacji próżniowej można znaleźć tutaj.