Дата публикации: 08.04.2021
Убайдуллаева Н.А.
Қ.Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік университеті, х.ғ.к.,аға оқытушы
Ізасар А.И
Қ.Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік университеті, магистрант
Аңдатпа. Бұл мақалада ағынды сулардың табиғаты қарастырылып, олардың ластану деңгейі бағаланды, сонымен қатар қазіргі таңдағы жетекші және өзекті мәселелерінің біріне айналған суды тазартудың бірқатар әдістері ұсынылды. Қазіргі кезде қалыптасқан жағдайға байланысты: өнеркәсіптің әртүрлі салаларының (металлургия, мұнай өңдеу, химия), ауыл шаруашылығының, көлік инфрақұрылымының және антропогендік қызметтің басқа да түрлерінің қарқынды дамуы су көздерінің ластануына үлкен себеп болып отыр. Ағынды су көздерін тазарту қазіргі таңда өзекті проблемаларының бірі болып табылады. Егер зерттелген судың сапасы жалпы қабылданған реттелетін талаптарға сәйкес келмесе, ағынды суларды ластанудың барлық түрінен тазарту қажеттілігі туындайды.
Кілт сөздер: Ағынды су, механикалық әдіс, химиялық әдіс , термиялық әдіс, биологиялық әдіс, нейтралдау, тотықтандыру, мұнай.
Аннотация. В статье рассмотрена природа сточных вод, проведена оценка степени их загрязнения, а также предложен ряд методов по водоочистке, ставшей одной из лидирующих и наиболее актуальных проблем нашего времени. В связи с ситуацией, сложившейся в настоящее время: бурное развитие различных отраслей промышленности (металлургических, нефтеперерабатывающих, химических), сельского хозяйства, транспортной инфраструктуры и других видов антропогенной деятельности, водоочистка сточных вод является одной из лидирующих и актуальных проблем наших дней. Необходимость в очищении сточных вод от всевозможных типов загрязнений возникает, если качество исследуемой воды не соответствует общепринятым регламентированным требованиям.
Ключевые слова: Сточная вода, механический метод , химический метод, термический метод, биологический метод, нейтрализация, окисление, нефть.
Annotation. The article considers the nature of wastewater, assesses the degree of its pollution, and also offers a number of methods for water treatment, which has become one of the leading and most urgent problems of our time. Due to the current situation: the rapid development of various industries (metallurgical, oil refining, chemical), agriculture, transport infrastructure and other types of anthropogenic activities, wastewater treatment is one of the leading and urgent problems of our days. The need for wastewater treatment from all types of pollution occurs if the quality of the water under study does not meet the generally accepted regulated requirments.
Key words: Waste water, mechanical method , chemical method, thermal method, biological method, neutralization, oxidation, oil.
Өндірісте, тұрмыста немесе ауыл шаруашылығында пайдаланылған, сондай-ақ қандай да бір лас аймақ, оның ішінде елді мекен (өнеркәсіптік, ауылшаруашылықтық, коммуналдық-тұрмыстық, нөсер, тағы баска ағындылар) арқылы өткен суды ағынды су деп атайды. Әр түрлі өнімдерді пайдалану және оларды көп мөлшерде өндіру адамның әрекеті қатысында жүреді, бірақ нәтижесінде бұл әрекеттен түрлі органикалық және бейорганикалық, соның ішінде токсинді қосылыстармен ластанған ағынды сулар пайда болады.
Ағынды су гетерогенді күрделі жүйе болып саналады, оның құрамында болатын органикалық және минералды қоспалар ерімейтін, коллоидты және еритін түрде кездеседі. Қазіргі кезде суды пайдаланудың айтарлықтай үздіксіз артуы орын алды; өзен, көл, тіпті теңіз суларына ағынды (ақаба су) суларды ағызып жіберудің ұлғаюынан туындайтын ластанудың тез жоғарылап бара жатқаны байқалады.
Осы жағдайдан шығу үшін: 1) ағынды суларды қайтадан пайдалануды ұйымдастыру; 2) судың өнім бірлігіне кететін шығынын азайту және біртіндеп «құрғақ» технологияларға көшу қажет.
Ағынды сулар пайда болу түріне қарай бірнеше түрге жіктеледі:
-Өндірістік (өнеркәсіптік) ағынды сулар (өндірістің технологиялық процестерінде түзілетін) өнеркәсіптік немесе жалпы ағынды кәріз жүйесі арқылы ағызылады.
-Тұрмыстық (шаруашылық-тұрмыстық) ағынды сулар (адамның тұрмыстық тіршілік әрекеті нәтижесінде пайда болатын) шаруашылық-тұрмыстық немесе жалпы ағынды кәріз жүйесі арқылы ағызылады.
-Жер бетіндегі ағынды сулар (жаңбыр мен еріген болып бөлінеді-қар, мұз, бұршақ еріген кезде пайда болады), әдетте, нөсерлі кәріз жүйесі арқылы шығарылады.
Өндірістік ағынды сулар, атмосфералық және тұрмыстық сулардан айырмашылығы, тұрақты құрамға ие емес және оларды бөлуге болады. Ластаушы заттардың концентрациясы бойынша: әлсіз ластанған (құрамында 1-500 мг/л қоспалары бар); орташа ластанған (құрамында 500-5000 мг/л қоспалары бар); қатты ластанған (құрамында 5000-30000 мг/л қоспалары бар); қауіпті (құрамында 30000 мг/л астам қоспалары бар).Ластаушы заттардың құрамы бойынша: минералды қоспалармен ластанған, органикалық қоспалармен ластанған;минералды және органикалық ластанған .Қышқылдығы бойынша: агрессивті емес (рН 6,5-8); әлсіз агрессивті (сәл сілтілі — РН 8-9 және сәл қышқыл — рН 6-6,5) ; жоғары агрессивті (сілтілі — pH>9 және қышқыл — pH<6) деп жіктеледі. [1]
Жалпы су көздерін ластаушы заттарды мынадай үш түрге бөлуге болады: биологиялық (микроорганизмдер мен балдырлар, бактериялар), химиялық (мұнай өнімдері, ауыр металдар, беттік белсенді заттар), физикалық(радиоактивті заттар)ластаушы заттар.
Ағынды суларды тазарту үшін механикалық, химиялық, физика- химиялық, термиялық, биологиялық әдістер қолданылады.
Механикалық әдіс. Механикалық тазалау, әдетте, өндірістік ағынды суларды алдын-ала тазалаудың тәсілі болып табылады. Ерітілмейтін минерал және органикалық қоспалар жоғары шоғырланатын сулар үшін қолданылады. Механикалық тазалау үшін сүзгілеу, тұндыру және сүзу операцияларын пайдаланылады.
1-ағынды су; 2-тор; 3-құм тұтқыштар;4- тұндырғыштар; 5-араластырғыштар; 6-байланыс резервуары; 7-шығару; 8- ұсатқыштар; 9-құм алаңдары; 10-метантенктер; 11-хлораторлы; 12-тұнба алаңдары; 13-төгінділер; 14-қойыртпақ; 15-құм қойыртпағы; 16-шикі тұнба; 17- ашытылған тұнба; 18-дренаждық су; 19-хлорлы су;
1-сурет. Ағынды суларды механикалық әдіспен тазарту станциясының технологиялық схемас
Сүзгілеу ақаба сулардан 100-250 мкм мөлшерлі механикалық бөлшектерді,сондай-ақ құйылыстарды арықарай өңдеу барысында жабысып тұратын және тазалайтын жабдықтың қалыпты жұмыс істеуіне кедергі беретін аса майда талшықты ластануларды бөлуге арналған.
Тұндыру ақаба сулардан органикалық және минералдық текті ерітілмейтін, әрі жартылай-коллоидті механикалық ластануларды бөлуге арналған. Ол сұйықтағы қатты бөлшектерді тұндыру заңына негізделген. Сонымен тұндыру барысында түйірленетін және сол кезде өзінің формасы мен мөлшерін өзгертетін бөлшектерді еркін тұндыру іске асырылады. Еркін тұндыру 1 % немесе 8 кг/м3 дейін бөлшектерді шоғырлаған кезде байқалады. Тұндыру құмұстағыштарда және тұндырмаларда іске асырылады.
Сүзу – ақаба суларды қалықтаған бөлшектерден терең тазалауға арналған. Фазаларды бөлу сұйықты өткізетін және қатты бөлшектерді ұстап қалатын кеуекті қалқа арқылы жүргізіледі. Қалқаларды таңдау ақаба судың қасиетінен, температурасынан және басқа факторлардан байланысты болады. Әсіресе торлы элементтері (микрофильтрлері және дағыра торы) бар сүзгілерді жиі пайдаланады.
Химиялық әдіс. Химиялық әдісте ластағыштардың физикалық-химиялык қасиеттерін ескере, оларды химиялық агенттерді қолдану арқылы жояды. Химиялық тазалауда қолданылатын негізгі әдістерге: нейтралдау, тотықтыру және тотықсыздандыру жолдары жатады.
Нейтралдау процесін кұрамында қышқылы немесе сілтісі бар ақаба суының рН мәнін 6,5 - 8,5 аралыққа келтіру мақсатында қолданады.Нейтралдау үшін қышқылды ақаба суымен сілтілі ақаба суын араластыруға, реагенттер қосуға, ақаба суын нейтралдау қасиеті бар сүзгіш материалдар арқылы жіберуге болады. Сүзгіш материал ретінде әк, мрамор және доломит қолданылады. Бұл әдіспен, әдетте, құрамында әр түрлі минералды қышқылдары бар ақаба сулары тазаланады. Сілтілі суларды нейтралдау мақсатында құрамында СО2, SO2, NО2 оксидтері бар түтінді газдарды жіберу әдісі меңгерілуде, бұл жағдайдың қолайлылығы екінші жағынан газды тастандылардың құрамындағы зиянды заттардан құтылу мәселесі де шешіледі.
Тотықтандыру процесі ақаба суындағы улы қоспаларды (цианидтерді, мышьяктің еритін қосылыстарын және т. б.) басқа жолмен шығару қолайсыз немесе мүмкін емес болғанда ғана қолданылады. Ақаба суды тазалау үшін тотықтырғыш ретінде газ тәрізді немесе сұйылтылған хлор, ауа оттегі, озон,гипохлорит, сутек тотығы, калий перманганаты және басқа реагенттер пайдаланылады.
Озондау ақаба суын мұнай өнімдерінен, фенолдан, күкіртті сутектен, цианидтерден және басқа да қоспалардан тазалауға қолданылады. Күшті тотықтырғыш болғандықтан озонның сулы ерітінділердегі органикалық заттектерді және басқа қоспаларды ыдырататын қабілеті өте жоғары.Сонымен бірге суды озондағанда оның жағымсыз иісі, дәмі, бояуы жойылып, залалсызданады.[2]
Ағынды судағы ластағыштардан құтылу үшін іс жүзіңде пайдаланылатын физикалық-химиялық әдістерге - каогуляция, флотация, электролиттік ірілендіру, су буымен айдау, сорбция, экстракция, гиперфильтрация, эвапорация, десорбция, дезодорация, дегазация, электрохимиялық тәсілдер (электролиз, электро-каогуляция, электрофлотация, электродиализ), ультрадыбыспен суды өндеу, т. б. жатады. Бұл әдістер қатарымен жүретін физикалық және химиялық процестерге негізделген. Механикалық және физикалық-химиялық әдістер ақаба суларын тазалаудың алғашқы кезеңі, осыдан кейін олар биологиялық тазалауға жөнелтіледі.
Физика-химиялық әдіс. Ағынды сулардың физика-химиялық тазарту әдістеріне мыналарды жатқызуға болады: сорбция, экстракция, эвапарация, коагуляция, флотация, ион алмасу, электролиз, кристализациялау.
1-ағынды су; 2-тор; 3-құм тұтқыштар; 4- араластырғыштар; 5- үлпек түзетін камера; 6-көлденең тұндырғыштар; 7- барабан торлары; 8- сүзгіле; 9- байланыс резервуары; 10- су қоймасына шығару; 11- құм; 12-құм бункері; 13-Реагенттерді дайындау және мөлшерлеу; 14- тұнба; 15- тұнба тығыздағыштар; 16- центрифугалар; 17- хлораторлы; 18-шлам; 19- тұндырылған су.
2-сурет. Ағынды суларды физикалық-химиялық әдісімен тазарту станциясының технологиялық схемасы
Сорбциялық әдіс статикалық және динамикалық жағдайларда қолданылуы мүмкін. Сорбенттер ретінде ұсақ дисперсті қатты заттар (белсендірілген көмір,кокс ұнтақтары, шымтезек, жоңқалар, каолин, күл және т.б.) қолданылады. Статикалық жағдайда тазаланатын ағынды суға сорбент ұсақталған түрде жіберіліп, сумен араластырып, содан кейін тазаланған судан тұндыру арқылы шығарылып алынады. Динамикалық жағдайда – мұнда тазаланатын ағынды су сорбенттердің бөлшектерінен түратын сорбциялық сүзгіштер арқылы сүзіледі.[3]
Экстракция әдісін қолдануда ақаба су сұйықтығын еріткішпен араластырады, ол процесс ластағыштың түріне және қай еріткіште жақсы еритініне байланысты Еріткішті төменнен жібереді, өйткені еріткіштің меншікті салмағы төгінді су сұйықтығынан жеңіл болғандықтан судың бетіне шығады. Бұл әдіс көбінесе ақаба судан органикалық қоспаларды шығарып алу қажетінде қолданылады, себебі олар суға қарағанда экстрагенттерде жақсы ериді.
Эвапарация әдісі – ақаба суды ластайтын ұшқын заттарды су буымен шығару. Ол мерзімді түрде жұмыс жасайтын аппараттарда немесе дистилляциондық колонкаларда жүзеге асады. Жылу алмастырғыштарда құрамында фенол бар су ысығаннан кейін коллоннаға түседі және ақаба судың қозғалысына қарай қатты булар шығарады. Ағынды судың құрамындағы ластағыштар ұшқыш бумен шығарылады.
Электролиз әдісі – ол суға салынған электродтар арқылы электр тогын жіберу арқылы қолданылады. Электродтар материалдардың суда еруіне ықпал жасап, коагулянт үлпектерін құрастырады және ластағыштарды шөктіреді. Электролиз және электродиализ кезінде молекулалар ығысады, сондай-ақ электродтарда иондардың түзілуі жүреді.
Жоғары кернеулі ток разрядынан туындайтын электрогидравликалық күші күрделі молекулалық ластағыштарды ыдыратуға қолданады. Ағынды суларды механикалық тазалау процесінде өлшемі 10 мкм болатын бөлшектерді жою қиын емес, бірақ ұсақ дисперсті және коллоидты бөлшектерді жою тіптен мүмкін емес. Оларды тазалау үшін коагуляция әдісі қолданылады. Коагуляцияның кең тараған түрі - флокуляция, яғни мұнда арнайы қосылған заттардың әсерінен қалқымалы зат жағдайында тұрған ұсақ бөлшектер жапалақ тәрізді, борпылдақ шөгінді түзеді. Коагуляция мен флокуляция әдістері химиялық, мұнай-химиялық, тоқыма, қағаз өндірісінен шыққан ағынды суды тазалауда кеңінен қолданылады.
Коагуляция процесін жүзеге асыруға арналған қажетті коагулянт мөлшері ағынды суды тазалауға қажеттті коагулянттың құрамына, шығынына, коагулянт түріне байланысты эксперименттік тұрғыда анықталады. Коагуляция нәтижесінде түзілген тұнба бірнеше микрометр өлшемді жапалақ түрінде болады. Тұнба жапалағының борпылдақ құрылымы жоғары ылғалды (96% - 99,9%) болып келеді. Резервуардағы электрокоагуляция кезінде бір - бірінен 10 мм қашықтықта орналасқан жазық болат электродтар арқылы 0,6 А/дм2 , кернеуі 10 В -18 В-қа тең ток өтіп тұрады. [4]
Флотация – ерімеген қоспа бөлшектерінің ағынды судағы ауаның жұқасперленген көпіршіктеріне молекулалар жабысып, осы бөлшектердің ауа көпіршіктерімен бірге судың бетіне көтерілу процесі болып табылады. Бұл әдіс құрамында мұнай, майлар, қағаз және целлюлоз талшықтары және т.б. бар ақаба суларды тазалауда қолданылады.
Өндірістік ағынды суларды иондық алмасу әдісімен тазалау тұзсыздандыру, ағынды сулардан улы қоспаларды (цианид және роданид қоспаларынан, мышьяктан), металл иондарын (хромның, никельдің, цинктің) шығару, сирек кездесетін элементтерді бөліп алу үшін қолданылады. Ол үшін сульфакөмір, ионалмастырғыш смолалар қолданылады. Ионалмастырғыш синтетикалық смолалар екі негізгі топқа бөлінеді: катионидтер (КУ-1, КУ-2) және анионидтер (МВИ - 6ТЭ, АН - 2Ф).
Биологиялық әдіс. Биологиялық жолмен ағынды суды тазалау үшін ластағыштарды ыдырататын, өздерінің қоректенуіне, өсуіне және көбеюіне пайдаланатын микроорганизмдер немесе оларды өз бойына сіңіретін өсімдіктер (биосүзбелер ретінде қалың өскен қамыс, қоға, т. б.) қолданылады. Биологиялық тазалауға қатысатын организмдерге әр түрлі бактериялар, балдырлар, саңырауқұлақтар, ең төмен сатыдағы жәндіктер, құрттар және басқалар жатады. Микроорганизмдердің қатысуымен екі процес - тотығу (аэробты) және тотықсыздану (анаэробты) жүреді.
Аэробты процестерге активті лайда немесе биопленкада өсетін микроорганизмдер суда еріген оттекті пайдаланады. Олардың тіршілігіне оттектің тұрақты құйылуы мен 20 -30 0С шамасындағы температура қажет. Анаэробты тазалау процесі оттектің кіруінсіз өтеді, бұл жерде жүретін негізгі процесс - лайдың ашуы. Осы әдістер ақаба суларда көп мөлшерде органикалық заттектер болғанда және тұнбаларды залалсыздандыруға қолданылады. Ағынды судың биологиялық тазалануын табиғи жағдайда (суландырылатын жерде, биологиялық тоғандарда) және әртүрлі конструкциялық жасанды құрылыстарда - биосүзгіштерде, аэротенктер мен окситенктерде жүргізуге болады.
Өндірістік ағынды сулардың биологиялық тазалауын негізінде жылдамдығы жоғары болғанына байланысты жасанды жағдайда жүргізеді.
Ағынды суды биологиялық әдіспен тазалағанда ауру тудыратын бактериялардың 91-98 % ғана жойылады, сондықтан тазаланған ақаба суларды су қоймаларына жіберудің алдында залалсыздандыру қажет. Ағынды суды заласыздандыру үшін кеңінен қолданылатын әдістің бірі газ тәріздес хлормен немесе хлорлы әк ертіндісімен хлорлау. Бұл процесте екісатылы реакция жүреді:
Сl2 + Н2О = НСl + НОСl
НОСl = НСІ+О
Реакция нәтижесінде бос атом күйінде түзілген оттек бактерия клеткаларының протоплазмасына кіретін заттектерді тотықтырады, соның саладарынан бактериялар жойылады. Ағынды суларды хлорлы әкпен дизенфекциялағаyда жүретін реакциялар газ тәріздес хлормен дизенфекциялағандағы процесте.
2Ca(ClO)2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2НОСl + СаСl2
Хлорлау әдісін қолданғанда бактериялардың өніп-өсуінен басқа органикалық заттектердің қышқылдануы да тоқтатылады, каогуляция процесі жеделтетіледі және иіс азаяды. Механикалық тазалау жолын қолдану немесе өздігінен табиғи түрде тазалану арқылы ақаба судан бөлінген құрамында минералды және органикалық қатты заттектері бар тұнбалар жергілікті ауылшаруашылық және орман дақылдарының тыңайтқышы ретінде пайдаланылуымен қатар, биогаз алуға да жарамды. Ал ортақ канализациядан шыққан ағынды судың құрамында алуан түрлі улы заттектер кездесетініне байланысты олардан шыкқан тұнбалар тыңайтқыш ретінде қолдануға жатпайды. [4]
Биологиялық тазалау әдісі суды тұзсыздандыра алмайтынына байланысты, бұл тазалау әдісінен кейін судағы тұздардан құтылу үшін арнайы оларды бөліп шығаратын тазалау әдістері қолданылады. Бұларға дистилляция (булау), қатыру (мұздату), мембрандық, ионалмасу әдістері жатады.Дистилляция кеңінен қолданылатын және жақсы меңгерілген әдістің бірі. Буландыру қондырғылары арқылы тәулігіне 15-30 мың м3 суды тазалаудан өткізуге болады. Қазақстанда ең қуатты буландыру қондырғысы Ақтау қаласының атом энергетика кәсіпорынында (тез нейтронды реактор) болған.
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1. Поварова Л.В. Анализ методов очистки нефтесодержащих сточных вод // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). – 2018. - № 1. – С. 189–205.
2. Жусупова Л.А., Тимурлан А. Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов // Актуальные научные исследования в современном мире, 2017. - № 5–9 (25). – С. 123–129.
3. Зайцева И.С., Зайцева Н.А., Воронина А.С. Методы интенсификации биологической очистки сточных вод в аэротенках // Вестник Кузбасского государственного технического университета, 2010. – Т. 78., № 2. – С. 90–91.
4. Анализ химико-технологических водных систем нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий [Электронный ресурс] / Ю.Р. Абдрахимов, Г.М. Шарафутдинова, Р.И. Хангильдин, А.Р. Хангильдина // Нефтегазовое дело. – 2011. – № 6. – URL: http://ogbus.ru/article/analiz-ximiko-texnologicheskix-vodnyx-sistem-neftepererabatyvayushhix-i-nefteximicheskix