Технологични тенденции в областта на пречистването на води

Операторите на пречиствателни станции за отпадъчни води се изправят пред все по-големи предизвикателства с идентифицирането на все повече замърсители, бързото разрастване на населението, увеличаващия се брой индустриални дейности и непрекъснато намаляващите запаси от прясна вода. Конвенционалните процеси вече са се доказали по отношение отстраняването на химични и микробиални замърсители от отпадъчните потоци.

Въпреки това ефективността на тези технологии постоянно се ограничава през последните две десетилетия.

По-обширните познания за последствията от замърсяването на водите и търсенето на вода с по-високо качество от страна на обществеността доведоха до внедряването на много по-строги нормативни изисквания, включващи разширяване на обхвата на регулираните замърсители, понижаване на максимално допустимите им концентрации в предвидените за изпускане в приемни водни тела потоци и отстраняване на хранителните елементи (азот и фосфор) и синтетичните органични съединения, заради техните значими въздействия върху човешкото здраве и околната среда.

Вторият фактор обхваща изчерпването на водните ресурси, увеличаващия се брой население и индустриалния растеж. Повторната употреба на битови и производствени отпадъчни води и възстановяването на замърсителите от промишлените процеси придобива все по-голямо значение. Това важи най-вече за засушени региони, където транспортирането на питейна вода изисква съществени разходи. Повторната употреба стана по-важна заради загрижеността от заразяване на водните ресурси с токсичните съединения, изпускани от промишлените предприятия. За осъществяването й обаче са необходими усъвършенствани технологии за пречистване, чрез които да се отстранят потенциално вредните компоненти, които не могат да бъдат елиминирани ефективно чрез някой от конвенционалните процеси.

Третият фактор е напредъкът на индустрията и разрастващият се пазар за модерни пречиствателни процеси, които доведоха до реализиране на значителни подобрения в технологиите.

За да се отговори на всички тези предизвикателства, се разработват, тестват и прилагат редица нови технологии за третиране на отпадъчни води, които позволяват да се постигне съответствие както с настоящите, така и с очакваните бъдещи изисквания.

Отпадъчните води като ресурс
Иновациите в областта на пречистването на отпадъчни води се основават предимно да принципа, че те могат да бъдат ресурс. Възможността за повторна употреба и за възстановяване на суровини от тях обаче зависи от много фактори – оперативни разходи, потенциални приходи, стойността на ресурсите, инженерните решения, необходими за реализирането на този процес и др. По-голямата част от непитейната вода за битови и търговски цели може да бъде осигурена от рециклирана вода и събирана дъждовна вода. За целта обаче, за да бъдат тези системи устойчиви и в бъдеще е необходимо да се разработят и внедрят нови методи за пречистване на отпадъчните води и управление на ресурсите.

Физикохимични процеси
С цел подобряване ефективността на отстраняването на твърди частици от отпадъчните води е разработена система с плаваща филтърна среда. Отпадъчните води преминават като възходящ поток в утаителя, преминавайки през филтриращия слой, изграден от материал с мрежеста структура и по-малко специфично тегло, отколкото това на водата. Плаващата филтърна среда се почиства с въздушни струи, създаващи цикличен поток, който спомага за отделяне на полепналите по филтъра твърди компоненти.

Друга скорошна разработка е утаител за течности, съдържащи суспендирани частици. Утаителят разделя суспендираните частици на два етапа – с естествена флотация (ако плътността им е по-ниска от тази на течността) или в комбинация с флотация с разтворен въздух, и след това с филтрация с пясък, антрацит или друг промиващ се материал.

От някои индустриални процеси, като производството на полупроводникови компоненти например, се отделят отпадъчни води с висока концентрация на разтворени твърди вещества За сепариране на суспендирани и разтворени частици, например метални соли, е проектирана система, използваща електрическо поле. Процесът включва филтриране на водата през мембрана при наличието на електрическо поле, което отблъсква частиците от повърхността на мембраната.

При пенната флотация отпадъчните води се третират с газ (обикновено въздух) за разделяне на съдържащите се в тях твърди частици или течности (масло). Една от новите разработки е многостъпална флотационна колона, която освен за пречистване, може да се прилага и за обезмастиляване на рециклирана хартия, обогатяване на минерали и др. Серия от смукателни тръби, подредени аксиално и разделени с прегради, осигуряват индивидуално разбъркване във флотационната колона, а специален разпределител за газ генерира фините мехурчета. Благодарение на конфигурацията на тръбите, се създава затворен воден поток във всяко флотационно стъпало. Това гарантира равномерно разпределение на газовите мехурчета в цялата колона и значително подобрява разбъркването и съответно контакта на мехурчетата със замърсителите.

Мокрото окисление е метод за третиране на отпадъчни води в присъствието на кислород при високи температура и налягане. Когато процесът протича в течна фаза без катализатор, скоростта му е ниска. Японски учени са разработили специален катализатор, с помощта на който чрез мокро окисление могат да се отстранят органични и неорганични вещества, независимо от концентрацията им. Също така използването на катализатора ускорява реакциите и позволява управление на процесните параметри.

Провеждат се и няколко проучвания в направление производство на мембрани от наноматериали, които ще осигурят ефективно разделяне на метални и биметални наночастици, смесени оксиди, зеолити и въглеродни съединения от отпадъчните води, в резултат на което се очаква да се повиши ефективността на изпомпване на отпадъчните води.

Биологични методи
Биологичните методи се използват за пречистване на битови и производствени води чрез превръщането на разтворените и суспендираните субстрати в биомаса, която впоследствие се отделя от водата. Методите за обезвреждане/повторна употреба на остатъчната биомаса (утайка) изискват предварително третиране, което обикновено включва разлагане, вплътняване и обезводняване до увеличаване на концентрацията на твърди вещества до 20-40%. Икономическите ползи от по-ниското водно съдържание в утайката могат да бъдат значителни.

Конвенционалните капещи филтри използват биологичен филм, прикрепен към филтърен материал, за отстраняване и преобразуване на органичната материя до въглероден диоксид и вода и на амоняка до нитрати. Филтърният слой обикновено е изграден от чакъл, дървесина или гофрирана пластмаса, което увеличава максимално активната биологична повърхност. В новите конструкции капещи биофилтри се използват предимно пластмасови модули при дълбочина от най-малко 1,5 м до над 12 м, като не се изисква рециклиране на прикрепената към субстрата биомаса.

Наскоро бе разработен и метод, при който като субстрат за аерираща камера се използват мидени черупки. След отстраняване на седефения им слой, повърхността им става грапава и много подходяща за развитието на микроорганизми. Отпадъчните води се третират в аериращата камера, след което се подават към адсорбционна камера с активен въглен. Накрая пречистваният воден поток преминава и през денитрификационна камера.