Технологии химической очистки сточных вод должны обеспечить на выходе жидкость пригодную к повторному использованию.  Стоки образуются преимущественно из-за использования воды жилыми, коммерческими и промышленными предприятиями, а также в результате образования грунтовых, поверхностных и ливневых осадков.

Существует множество процессов и химических растворов, которые можно применять для очистки загрязнений из сточных потоков в зависимости от типа и степени загрязнения. Большинство стоков обрабатываются в промышленных очистных сооружениях (КОС), которые могут включать в себя процессы физической, химической и биологической очистки.

Технологии очистки

Относительно простые технологии очистки могут быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить низкую стоимость санитарии и защиту окружающей среды, обеспечивая при этом дополнительные преимущества от повторного использования воды. Эти технологии используют природные и наземные системы.

Стоки состоят из 99,9% воды по массе, где остальные 0,1% вещества, которые суспендируются или растворяются. Этот твердый материал представляет собой смесь экскрементов, детергентов, остатков пищи, жиров, масел, солей, пластмасс, тяжелых металлов, песков и гранул.

Типы сточных вод включают: муниципальные, промышленные смеси, промышленных/бытовых и сельскохозяйственных стоков.

Целями очистки стоков являются:

• Преобразование материалов в надежные конечные продукты, которые могут быть безопасно удалены в бытовые воды, лишенные каких-либо негативных экологических последствий
• Защита здоровья населения
• Обеспечение эффективного использования стоков
• Переработка и восстановление ценных компонентов
• Предоставление возможных процессов обработки и методов удаления

Большинство технологий очистки стоков обычно имеют три различных этапа работы. Химическая или третичная очистка с использованием химических материалов будут реагировать с частью нежелательных химикатов и тяжелых металлов, но масса загрязняющего материала останется неизменной. Кроме того, стоимость химических добавок и экологическая проблема утилизации большого количества химического ила делают этот процесс очистки недостаточным.

Основными недостатками, связанными с текущими методами очистки сточных потоков, являются:

• Многие процессы очистки генерируют большое количество осадка, которое должно быть отправлено за пределы площадки для утилизации. Обработка и удаление этого шлама является самым крупным компонентом с одной стоимостью при эксплуатации установки по очистке.
• Большинство процессов очистки не могут эффективно реагировать на суточные, сезонные или долгосрочные изменения состава стоков. Процесс обработки, который может быть эффективным при очистке стоков в течение одного времени года, может быть не столь производительным, как в другой период.
• Высокие требования к энергии, эксплуатации и техническому обслуживанию систем очистки, включая производство больших объемов твердых отходов, делают их экономически нежизнеспособными для некоторых регионов.

В области технологии химической очистки сточных отходов проводятся многочисленные исследования для разработки более эффективных и недорогих растворов.

Обзор новых технологий химической очистки сточных вод

В ранних технологиях обработки стоков химическая очистка предшествовала биологической. В последнее время биологическая обработка предшествует в процессе очистки поступающей жидкости. Технология химической очистки в настоящее время рассматривается как третичная обработка. Реализуемые процессы химической обработки включают:

• химическое осаждение
• нейтрализация
• адсорбция
• дезинфекция (хлор, озон, ультрафиолетовый свет)
• ионный обмен

Доступные процессы очистки для любой сточной воды химической промышленности включают в себя процесс осаждения активного ила, фильтрацию стекания и анаэробные реакторы.

Ракетные экраны применяются для отделения твердых веществ от жидкости, которая далее обрабатываются для удаления жирных кислот путем обезжиривания. Предварительная очистка стоков нейтрализуется добавлением KOH для разделения твердой и жидкой фаз, чему способствует осаждение.

Затем сточные воды подвергают процессу активного ила, в течение которого избыточный смешанный раствор выгружается в отстойники, а обработанный компонент отводится для дальнейшей обработки перед сбросом. Процесс также включает осаждение, которое получает взвешенные твердые вещества в жидкости под действием силы тяжести. Часть осажденного материала, шлама, возвращается для повторного забора новых стоков, поступающих в резервуар.

Новые технологии абсорбции

Последние разработки заключаются в материалах на основе полисахарида, используемых в качестве адсорбентов в очистке стоковой жидкости.

Среди всех предлагаемых способов адсорбция является одним из наиболее популярных методов удаления загрязняющих веществ из стоков. Адсорбция — это полезный инструмент для защиты окружающей среды. Известно, что адсорбция на природных полимерах и их производных удаляет загрязнители из воды. Возрастающее число публикаций по адсорбции токсичных соединений модифицированными полисахаридами показывает, что в последнее время наблюдается повышенный интерес к синтезу новых недорогих адсорбентов, используемых в очистке.

Факторы, влияющие на адсорбцию:

• Диаметр частиц: адсорбция обратно пропорциональна размеру частиц адсорбента и прямо пропорциональна площади поверхности.
• Концентрация: прямо пропорциональна концентрации адсорбата.
• Температура: прямо пропорциональна.
• Молекулярный вес: обычно адсорбция обратно пропорциональна молекулярному весу в зависимости от массы соединения и конфигурации контроля диффузии пор.
• pH: обратно пропорциональна рН из-за поверхностного заряда.
• Индивидуальные свойства адсорбата и адсорбента трудно сравнить.

Широкий спектр органических материалов из вод может быть удален адсорбцией, включая детергенты и токсичные соединения. Наиболее широко используемым адсорбентом является активированный уголь, который получают путем пиролитической карбонизации биомассы. Активированный уголь является наиболее внедренным адсорбентом и своего рода обработанным углеродом, который пронизан небольшими порами малого объема, которые увеличивают площадь поверхности, доступную для адсорбции.

Химическая обработка

Растворенные неорганические вещества могут быть удалены путем добавления кислоты или щелочи, изменением температуры. Осадок — осаждением, флотацией или другими процессами очистки твердых частиц. Хотя химическое осаждение (коагуляция, флокуляция) все еще осуществляется, настоятельно рекомендуется заменить технологию очистки химических осаждений фиторемедиацией, где тенденция заключается в активизации биоремедиации для сокращения используемых химических веществ, что соответствует «зеленому развитию».

Нейтрализация контролирует рН сточных вод. Отсутствие достаточной щелочности потребует добавления основания или кислоты для регулирования рН до приемлемого диапазона. Известь (CaO), гидроксид кальция, серная кислота (H2SO4) и углекислота (H2CO3), гидроксид натрия (NaOH) и карбонат натрия являются наиболее распространенными химическими веществами, применяемыми для регулирования рН.

Дезинфекция является последней стадией технологии третичной очистки. Дезинфекция представляет собой процесс химической очистки, осуществляемый обработкой эффлюента, выбранным дезинфицирующим средством для истребления патогенов. Обоснованием дезинфекции сточных вод являются защита здоровья населения путем истребления патогенов, таких как микробы, вирусы и простейшие, а также для соблюдения стандартов сброса сточных вод.

Идеальное дезинфицирующее средство должно обладать бактериальной токсичностью, являться недорогим, не опасным для обработки веществом и должно иметь надежные реагенты для обнаружения наличия остаточного вещества.

Химические дезинфицирующие вещества очистки включают:

• Хлор — эффективность зависит от его химической формы в стоках. Факторами воздействия являются pH, температура и органическое содержание в сточных водах.
• Озон является сильным окислителем, используемым при очистке жидкости. Способен окислять множество органических и неорганических соединений в загрязненных водах.
• Ультрафиолетовое излучение — это дезинфицирующее средство очистки, которое не оставляет отходов. Для его реализации требуется чистая, не мутная и неокрашенная вода. В коммерческих системах дезинфекции используются ультрафиолетовые лампы с низким и средним уровнем мощности с длиной волны 354 нм

Тенденция развития технологии химической очистки стоков заключается в активизации внедрения использования новых химических веществ. Микробные топливные вещества, фиторемедиация и микоремедиация остаются в центре внимания будущего развития в этой области.