Пречистване на отпадъчни води от химическата, фармацевтичната и козметичната промишленост

В и КСп. Инженеринг ревю - брой 2/2017 • 03.04.2017

Пречистване на отпадъчни води от химическата, фармацевтичната и козметичната промишленост
Пречистване на отпадъчни води от химическата, фармацевтичната и козметичната промишленост

През последните десетилетия бе поставено началото на широкомащабни инициативи за опазване на околната среда. В резултат бяха създадени и приети нормативни документи със строги изисквания по отношение на емисиите от промишлеността, налагащи необходимостта да се инвестира в по-чисти технологии и в по-ефективни съоръжения за пречистване.

Източници
От количествена гледна точка по-голямата част от отпадъчните води в химическата промишленост не се отделят пряко от процесите. Макар че има отпадъчни води, които се генерират по време на химичните реакции (напр. кондензат), водните количества, изпускани по време на последващата физикохимична обработка на съединенията за синтез, обикновено са по-големи.

Крайните и/или междинните продукти на всеки етап на синтез се изолират и пречистват чрез процеси като филтриране и центрофугиране от водни разтвори или чрез обработка на реакционните смеси чрез екстракция или дестилация.

Подобни потоци отпадъчни води, отделящи се по време на химичния синтез (процесни води), могат да включват матерни разтвори, води от пречистването на продуктите, кондензна вода, охлаждащи води, води от пречистването на отпадъчни газове, отпадъчни води от почистването на оборудването.

Такива отпадъчни води обикновено съдържат всички възможни замърсители, произлизащи от химичните реакции като нереагирали суровини, остатъци от производствените процеси, добавки, междинни и нежелани странични продукти.

Ако синтезите се извършват с помощта на органични разтворители и други добавки, те обикновено представляват по-голямата част от органичния товар, подаван към пречиствателните съоръжения. Също така, страничните продукти и суровините често пъти са отговорни за трудно биоразградимата фракция в отпадъчните води.

По-голямата част от процесните отпадъчни води (70-90%) се състоят от потоци с ниска степен на замърсяване, докато останалите 10-30% (матерни разтвори, кондензати и др.) са с по-високо съдържание на замърсители.

Химическа промишленост
Първото стъпало на пречистване на отпадъчните води от химическата промишленост е сепарацията на суспендираните вещества и несмесващите се с водата течности от общия поток отпадъчни води. Използват се следните технологии на сепарация и избистряне: гравитачна сепарация; утаяване; маслено-водна сепарация; флотация и филтрация. Тези технологии обикновено се прилагат в комбинация с други или като начален, или като последен етап на избистряне.

Водите, съдържащи биологично неразградими замърсители, могат да бъдат отделени преди следващите стъпки на пречистване. Технологиите за третиране на бионеразградими замърсители в отпадъчни води са базирани на физични или химични процеси като утаяване/филтрация, кристализация, мембранна филтрация, адсорбция, йонообмен, екстракция, дестилация/ректификация, изпарение.

След подходящо пречистване потокът отпадъчни води може или да бъде заустен в приемно водно тяло, или да бъде насочен за последващо биологично третиране в промишлена или градска пречиствателна станция за отпадъчни води (ПСОВ).

По време на биологичното пречистване на отпадъчните води в химичните заводи трудно се отстраняват следните химични съединения: хелатообразуващи вещества като EDTA и DTPA; циклични етери, най-вече диоксани; олигомери от производството на полиакрилонитрил и метилцелулоза; диметилов етер на диетиленгликол; междинни продукти от производството на оптични избелители, например динитросалицилова киселина; йодирани контрастни вещества като диатризолова киселина, йопамидол, някои органични пигменти; перфлуороктансулфонова киселина и други перфлуорни съединения; метил-терт-бутил-етер.

Замърсените с биоразградими вещества отпадъчни води обикновено се подлагат на процеси на биологично пречистване. Тези технологии са на базата на биологични процеси като: анаеробно разлагане (анаеробен контактен процес, процес с активна утайка, с неподвижен пълнеж); аеробно пречистване (с мембранен биореактор, капещ биофилтър, биофилтър с подвижен или неподвижен пълнеж), нитрификация/денитрификация.

Пречистената вода напуска стъпалото за биологично пречистване и се препомпва към вторични утаители.

Фармацевтична промишленост
Дебитът и съставът на отпадъчните води от фармацевтичната промишленост варират в широки граници в зависимост от фактори като производителност, специфичните прилагани процеси и др. Всички тези променливи обуславят различната и изменяща се във времето степен на замърсяване на отпадъчните води.

В най-общия случай отпадъчните води от фармацевтичната промишленост са с високо съдържание на:
• органични вещества, по-голямата част от които са биологично разградими (алкохоли, ацетон и др.);
• бавно биоразградими органични съединения и трудно топими вещества (ароматни съединения, хлорирани въглеводороди и т. н.);
• инхибитори и токсични съединения (антибиотици);
• сапуни и детергенти с повърхностно активни вещества.

Най-добрите технологии за пречистване на отпадъчни води от фармацевтичната промишленост зависят от конкретния случай, като се има предвид значителното разнообразие на производствени процеси и всевъзможните химични съединения, използвани в тях.

Те включват процеси на биологично пречистване с активна утайка, с биореактор с подвижен слой, вакуумни изпарители, процеси на анаеробно разлагане и усъвършенстван процес на окисление.

Когато отпадъчните води са подходящи за биологично третиране и съдържанието на органични вещества в тях е високо, биореакторите с подвижен пълнеж са най-ефективният вариант. При тази технология микроорганизмите образуват биофилм по повърхността на пластмасови топчета, които постоянно се движат в реактора.

Топчетата имат голяма специфична повърхност, което позволява растеж на по-голямо количество микроорганизми на единица обем, отколкото при конвенционалните реактори. При тези съоръжения не може да се стигне до запушване заради прекомерен растеж на организмите, както се случва при биореакторите с неподвижен пълнеж.

Поради голямата специфична повърхност на топчетата биореакторите с подвижен пълнеж са много по-малки от тези, в които се използва активна утайка. Друго тяхно предимство е, че процесът при тях може да бъде разделен на няколко стъпала със специфичен вид микроорганизми на всяко от тях. Тази гъвкавост позволява разграждане и на по-устойчивите замърсители.

Когато замърсяването на отпадъчните води е комплексно и биологичните процеси са неефективни (заради наличие на устойчиви, токсични компоненти или инхибитори, ниска биоразградимост и др.) или естеството му се изменя значително с времето, много ефективна е технологията на вакуумно изпарение на водата с механично компресиране на пара.

Парата се компресира механично с цел да се повиши температурата й. Така се получава прегрята пара, която отдава топлинната си енергия в топлообменник за подгряване на водата, която трябва да бъде изпарена, докато самата пара кондензира. Тъй като процесът протича в условията на вакуум, температурите на кипене и на парообразуване са от 60°C до 90°C.

Когато отпадъчните води са с висока концентрация на устойчиви съединения, токсични или трудно биоразградими вещества, има нужда от процеси на пречистване, осигуряващи по-интензивна деструкция на замърсителите.

Терминът “усъвършенстван процес на окисление” се отнася до широка гама технологии, базирани на образуване на хидроксилни радикали или на подаване на енергия, необходима за разрушаване на молекулите на замърсителите.

Тези технологии са особено конкурентни при отстраняване на халогенирани въглеводороди, детергенти, пигменти и др. Най-често използваните технологии са електрохимичното окисление, каталитичното озониране, анодното окисление, комбинацията от UV облъчване и водороден пероксид, реагентът на Фентън и фотокатализата.

Поради неселективния си характер тези методи могат да се използват за пречистване на води с голямо натоварване от всякакви замърсители. Прилагането им обаче е скъпо, така че те трябва да се използват само в случаи, когато химичното разграждане на замърсителите е единственото решение.

Козметична промишленост
Наличните познания по отношение третирането на отпадъчни води от козметичната промишленост са ограничени. Причината за това може би е погрешното предположение, че компонентите на отпадъчните води от козметичната промишленост, поради естеството на продуктите, не са токсични и са лесно биоразградими.

Веществата, които се срещат в отпадъчните води от козметичните производства, попадат в групата на т. нар. фармацевтични средства и продукти за лична хигиена. Тя включва съставки на козметични и лекарствени препарати, хранителни добавки и техните метаболитни продукти.

Тези вещества до голяма степен биха могли да са токсични за хората и околната среда, и могат да се акумулират в компонентите на екосистемите. Отпадъчните води от козметичната промишленост съдържат разнообразни съединения както органични, така и неорганични.

Органичните могат да бъдат въглеводороди, протеини, етери, естери, алдехиди и кетони, алкохоли, карбоксилни киселини, а също и по-сложни деривати на същите и продукти на различни биохимични реакции. Неорганичните включват киселини, основи, соли, оксиди и съединения на тежки метали.

Тези вещества играят различни роли в козметиката – те може да служат като база (носител) на козметичния препарат или да бъдат активни съставки в него. Сред активните съставки са овлажнители, аромати, повърхностно активни вещества, антисептици, оцветители, витамини, UV филтри и др. Козметичните отпадъчни води се характеризират с много високи стойности на ХПК (>100 000 mg/l), БПК5, както и съдържание на общ органичен въглерод, етери, органични азот и фосфор.

Най-евтиният и най-широко използван метод за пречистване на отпадъчни води от козметичната промишленост е биологичният. Резултатите от него обаче не винаги са задоволителни, особено когато концентрацията на мазнини и масла е висока.

Причината за ниската ефективност на биологичното пречистване е високата степен на променливост на състава на замърсителите, в резултат на което химичните им свойства се изменят. Тъй като много вещества, съдържащи се в отпадъчните води от козметичната промишленост, са малко податливи на биологично разграждане, е препоръчително те да бъдат подлагани на предварително пречистване.

То може да включва физикохимични методи като коагулация, флотация и електрокоагулация, окисление и мембранни процеси. В някои случаи се постигат добри резултати чрез прилагане на усъвършенствани процеси на окисление.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top