Алюминий в сточных водах

Алюминий и его соединения широко используются в различных отраслях промышленности. Без этого металла и сплавов на его основе невозможно представить развитие
 

• строительной промышленности,
• машиностроения,
• ракетной техники
• и самолетостроения.

 
Благодаря своей прочной оксидной пленке, алюминий имеет высокую коррозионную стойкость. Кроме того, он используется в алюмотермии, при получении тяжелых и редких металлов, как хром, титан, ванадий, ниобий, цирконий и другие. Соединения алюминия, в первую очередь его соли, так же являются незаменимыми составляющими многих технологических процессов в строительной промышленности и широко применяются для очистки сточной воды.

Ионы алюминия, содержащиеся в воде, не относятся к явно веществам с явно выраженным токсическим воздействием, но так как растворы солей алюминия отличаются высокой стабильностью, то они оказывают вредное влияние на организмы человека и животных, при постепенном в них накоплении, особенно при дисфункции выводящих систем. ПДК алюминия в питьевой воде составляет 0,2 мг/л, в отдельных случаях достигая 0,5 мг/л. При использовании очищенной воды в системе оборотного водоснабжения в ней так же необходимо сократить количество растворенных алюминиевых солей, во избежание образования осадка гидрооксида, что особенно актуально при ее использовании в беспродувочных системах охлаждения.
 
Загрязненными ионами алюминия являются сточные воды, образующиеся при его получении, а также образующиеся в тех процессах, где соединения на основе алюминия используются в качестве катализатора, например в технологии производства этилбензола, и изопропилбензола, где используется комплексное соединение на основе хлорида алюминия. Кроме того, содержание остаточного алюминия наблюдается и в очищенной реагентными физико-химическими методами сточной воде, с использованием коагулянтов на его основе, таких как сульфат алюминия, хлорид полиалюмпиния и полиоксихлорид алюминия, а так же алюминат натрия.

При направлении оборотной воды в беспродувочные системы охлаждения, где в качестве ингибитора коррозии используется содержащий фосфат-ионы реактив, алюминий, находящийся в воде, вступает с ними во взаимодействие, образуя сложные нерастворимые комплексные соединения, забивающие трубы теплообменников и ухудшающие их работу.

Выделение алюминия из концентрированных стоков, образующихся в результате технологических процессов с использованием его соединений, производится методами его осаждения. Например, при продувании диоксидом углерода сточной воды с добавлением гидрооксида натрия с повышением рН среды до 10-11. Удаление алюминия из стоков можно провести также добавлением кальция, что приводит к образованию труднорастворимого алюмината, который затем может быть выделен из воды. Совместная очистка сточной воды от железа и алюминия может быть проведена с помощью электролиза, при этом достигается такой уровень ее очистки, который позволяет ее использовать в системах водоснабжения технологических процессов.

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЗОНИРОВАНИЯ 
Использование озонирования воды используется, как правило, на стадии доочистки сточной воды, при ее третичной обработке. То есть, является дополнительным к традиционным методикам ее очищения от загрязняющих веществ. На основании экспериментальных данных установлено, что при озонировании сточной воды после ее обработки физико-химическими методами, а также методами адсорбционной фильтрации удаляются остаточные количества растворенных в воде органических веществ.

Кроме этого используются и процессы предварительного озонирования воды перед ее фильтрацией через загрузку из активированного угля, служащую в качестве носителя биопленки из бактерий и микроорганизмов аэробного типа, повышающие ее эффективность. Это связано с тем, что при окислении озоном органические вещества переходят в более простую и легко разлагаемую биологическим путем форму. Поэтому, при предварительном озонировании сточной воды перед ее обработкой на угольном фильтре, суммарный эффект очистки сточной воды от загрязняющих веществ органического характера возрастает примерно на тридцать процентов, что связано с более интенсивным протеканием процессов биохимического окисления при фильтрации через фильтр с загрузкой из активированного угля.
В некоторых технологиях очистки используется первичное озонирование, после которого следуют другие способы очистки воды. После обработки озоном снижается цветность и значение показателя ХПК, а также содержание железа, нефтепродуктов и ионов металлов, содержащихся в воде. Постоянными в этом случае остаются значения рН водной среды, а также концентрации солей жесткости, сульфатов, хлоридов и общая щелочность воды. При этом также наблюдается полная дезинфекция обрабатываемых стоков, соответствующая требованиях санитарных правил по охране поверхностных вод

Однако, в отношении органической фазы, за счет деструктивных изменений и реакций разложения, более сложных по составу веществ, количество одних соединений уменьшается, а других увеличивается. Поэтому их удаление производится с помощью поэтапной очистки сточной воды и обработкой озоном на стадии ее доочистки. Поэтому обработка сточной воды озоном, проводимая в два этапа, позволяет обеспечить максимальное удаление органических веществ и нефтепродуктов.

Способы очистки сточных вод от примесей алюминия.
 
После удаления из сточной воды основных примесей она должна пройти стадию дезинфекции, так как при сбросе в природные водоемы исключается присутствие

• гельминтов
• и патогенных микроорганизмов.

 
Одной из самых часто используемых установок является установка ультрафиолетового излучения, под воздействием которого происходит разрушение клеточного ДНК, что ведет к стопроцентной гибели микроорганизмов и бактерий. Обрабатываемая таким образом вода не должна содержать взвешенной фазы, так как это нарушает процесс воздействия УФ-излучения, поэтому стадия дезинфекции проводится на заключающем этапе третичной очистки сточной воды.

Преимущества подобной обработки сточной воды заключается в том, что все ее органолептические показатели, включающие вкус, запах, цветность и уровень рН воды, остаются без изменений.

Кроме того, подобный способ обработки, в отличие дезинфекции хлором и его соединениями, не требует добавления реактивов и не образует токсичных продуктов реакции в водную среду. Также, эти установки отличаются высокой компактностью и производительностью. Озонирование сточной воды также служит для дезинфекции после ее обработки методами фильтрации.

Под действием озона, обладающего высокой окислительной способностью, происходит не только окисление клеточных структур биофазы, приводящее к удалению вирусов, кишечной палочки и прочих патогенных микроорганизмов, но так же и химическое воздействие на растворенные органические неорганические вещества.

1. Взаимодействие аммония с озоном приводит образованию монооксида азота и воды, сульфиды окисляются до диоксид серы. Диоксиды азота, серы переходят в азотную и серную кислоту.
2. Органические вещества, находящиеся в остаточных концентрациях, разлагаются под действием озона на более простые соединения. При этом происходит дополнительное снижение показателя ХПК.
3. Кроме того, при такой обработке происходит умягчение воды, за счет разложения гидрокарбонатных солей.

Технологические схемы очистки шахтной воды, применяемые в зависимости от ее свойств
 
В зависимости от качественных свойств шахтной воды применяются различные методы ее очистки. Например, для очистки шахтной воды, характеризующейся высокой мутностью, для последующего ее использования при обеспыливании прежде всего применяются установки гравитационного разделения, применяемые для удаления грубодисперсных частиц с высокой плотностью.

На следующей стадии очистки используются физико-химические метод обработки, где шахтная вода обрабатывается с помощью методов электрокоагуляции, или же с помощью и обработки коагулянтами и флокулянтами, с последующим отделением сформировавшегося хлопьевидного осадка на установках напорной флотации с использованием методов тонкослойного разделения. При необходимости она может быть подвергнута фильтрации, для удаления остаточного содержания взвешенной фазы. На заключительной стадии очистки очищенная шахтная вода подвергается обеззараживанию, которое может быть проведено с помощью обработки воды ультрафиолетом, на установках озонирования, а так же хлорированием.

Шахтные воды с невысокой мутностью, составляющей до 50 мг/л по грубодисперсной фазе, подвергаются гравитационному осаждению с последующей обработкой методами фильтрации, проходящей с использованием коагулянтов, или флокулянтов, применяемых для дестабилизации коллоидной фазы. Далее следует стадия обеззараживания, после которой очищенная шахтная вода может быть использована для технических нужд.

Минерализованные шахтные воды, после стадий механической очистки и реагентной обработки, которые подбираются в зависимости от дисперсности взвешенной фазы, подвергаются дальнейшей обработке, проводимой в целях уменьшения ее солесодержания и умягчения. Для этих целей, после реагентной обработки шахтной воды и отделения скоагулированной фазы, которое может быть проведено методами отстаивания и напорной флотации, а также фильтрации, при которой удаляются остаточные концентрации взвешенных веществ, проводится ее обессоливание. В этих целях могут быть использованы методы мембранной фильтрации, в том числе обратного осмоса. Кроме того, уменьшению минерализации очищенной от взвешенной фазы шахтной воды способствуют способы селективного ионного обмена, с использованием катионитов и анионитов.

Таким образом, использование очищенной шахтной воды в различных технологических целях, позволяет значительно экономить объемы потребляемой чистой воды, а также способствует сокращению сбросов в природные водоемы.