Промышленными сточными водами называются жидкие отходы, образующиеся при добыче и переработке органического и неорганического сырья в промышленную продукцию.
В технологических процессах образуются следующие основные виды сточных вод:
1. Реакционные воды – характерны для реакций, протекающих с образованием воды. Загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции.
2. Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах – свободная и связанная вода, содержащаяся во многих видах сырья (уголь, нефть, сланцы) и исходных продуктов, в процессе технологической переработки загрязняется всевозможными органическими веществами, получаемыми при переработке.
3. Промывная вода – широко используется для промывки сырья и продуктов, применяемых и получаемых в технологических процессах. Качество получаемых веществ часто определяется тщательностью промывки. Загрязнена теми продуктами, которые промывают.
4. Маточные водные растворы – образуются в результате проведения процессов получения или переработки продуктов в водных средах. Так, при эмульсионной полимеризации бутадиена со стиролом образуются сточные воды, загрязненные стиролом, частицами полимеров, эмульгаторами, стабилизатором, индикатором и другими компонентами эмульсионной полимеризации. В процессе кристаллизации из растворов образуются сточные воды, загрязненные минеральными веществами.
5. Водные экстракты и абсорбционные жидкости – образуются при использовании воды в качестве экстрагента или абсорбента. Содержат значительное количество химических веществ. Особенно большое количество абсорбционных жидкостей образуется при мокрой очистке отходящих газов.
6. Охлаждающие воды – используются для охлаждения продуктов и аппаратов. Вода, не соприкасающаяся с технологическими продуктами, используется в системах оборотного водоснабжения.
7. Другие виды сточных вод – образуются от вакуум-насосов, конденсаторов смешения или гидрозолоудаления, конденсации паров воды, от мойки оборудования, тары, помещений и др. Атмосферные осадки с территорий предприятий также могут быть загрязнены химическими веществами.
По количеству загрязнений промышленные сточные воды можно разделить на три основные группы:
- относительно чистые воды;
- малозагрязненные воды;
- грязные воды.
Производственные сточные воды отличаются большим разнообразием загрязнений, даже в условиях одного предприятия. Исходя из физических свойств примесей сточные воды могут содержать жидкие, твердые и газообразные вещества, находящиеся в растворенном, взвешенном и коллоидом состоянии. Сточные воды по химическому составу загрязнений рационально свести к трем категориям:
- стоки с загрязнениями преимущественно минерального состава;
- стоки с загрязнениями преимущественно органического состава;
- стоки с загрязнениями минерального и органического происхождения.
Под влиянием температуры, давления, кислорода и реагентов примеси могут подвергаться химическим и физико-химическим изменениям (окислению, восстановлению, сбраживанию, осаждению, нейтрализации и т.д.) в них возможны биологические процессы и процессы разложения в результате жизнедеятельности микроорганизмов.
Приведенные классификации не позволяют произвести систематизацию примесей сточных вод для последующей разработки принципов выбора эффективных схем очистки. С этой точки зрения наиболее приемлемой является классификация, предложенная Л.А. Кульским. Сущность этой классификации заключается в том, что все примеси воды по их отношению к дисперсионной среде разделены на четыре группы, из которых две относятся к гетерогенным системам и две другие к гомогенным:
1 группа – представляет собой нерастворимые в воде взвеси (суспензии, эмульсии, пены) с величиной частиц 10-3-10-5 см.
Основными силами, используемыми для удаления этой группы веществ, являются гравитационные силы и силы прилипания. Системы, образованные примесями первой группы кинетически неустойчивы. Нерастворимые вещества удерживаются во взвешенном состоянии динамическими силами потока воды. В состоянии покоя для таких систем характерна седиментация взвешенных частиц. Она может происходить без слипания частиц или с их агрегацией в процессе осаждения.
2 группа – объединяет гидрофобные коллоидные примеси, а также суспензоиды и молекулярные коллоиды с величиной частиц 10-5-10-6 см.
Высокодисперсные гетерогенные системы существуют в виде дисперсий, трех- или двухмерных кристаллических или аморфных структур; высокомолекулярные вещества могут быть представлены линейными (гибкими и жесткими) спиральными и разветвленными макромолекулами. Межатомные связи в молекулах этих веществ – полярные, координационные, ковалентные.
Кинетическая устойчивость гидрофобных примесей второй группы в воде характеризуется соотношением сил гравитационного поля и броунского движения, обуславливающих седиментационное равновесие в системе. Агрегативная устойчивость этих дисперсий создается силами отталкивания между частицами, возникающими вследствие электростатического состояния межфазовой поверхности и образования диффузных слоев.
Примеси, входящие во вторую группу, характеризуются особыми молекулярно-кинетическими свойствами: медленной диффузией, низким осмотическим давлением, неспособностью к диализу, аномалией вязкости при различных скоростях потока. Для гидрофобных веществ характерна коагуляция под действием электролитов.
3 группа – включает растворенные в воде газы и органические соединения. Вещества этой группы характеризуются размером частиц 10-6-10-7 см.
Обычно это соединения с ковалентной связью. Ионогенные группы, встречающиеся в них, мало диссоциированы. Представляя собой гомогенные растворы, эти примеси могут вступать во взаимодействие как друг с другом, так и с водой. Эти взаимодействия обусловлены вандерваальсовскими силами, а именно
· ориентационным притяжением между молекулами с постоянным диполем,
· индукционным притяжением между молекулами с постоянным диполем и молекулами с наведенным диполем,
· дисперсионным притяжением между молекулами с взаимно наведенными диполями.
Третью группу загрязнителей составляют полярные органические вещества – спирты, фенолы, альдегиды, кетоны, амины, органические кислоты и др.
4 группа – объединяет вещества, диссоциирующие в воде на ионы и имеющие размер частиц менее 10-7 см. Основными действующими силами между ионами являются электростатические, связь – электровалентная (ионная) или ковалентная (атомная). Примеси, относящиеся к четвертой группе, представляют собой электролиты. Количественными характеристиками их равновесного состояния в растворе является степень диссоциации и константа диссоциации.