ОЧИ́ЩЕ­Н­НЯ СТІЧНИ́Х ВОД — обробле­н­ня з метою руйнува­н­ня або видале­н­ня з них певних речовин та доведе­н­ня якості стічної води до нормативних вимог для від­веде­н­ня у водні обʼєкти або викори­ста­н­ня у виробничих процесах замість свіжої води. Стічні води (С. в.) поділяють на виробничі, побутові, атмо­сферні. Вироб. С. в. уміщують усі ті речовини, що використовують на конкрет. виробництві, побутові — утворюються внаслідок жит­тєдіяльності людства й містять пере­важно за­брудне­н­ня біо­ген. складу та супутні для побут. діяльності (фармацевт. препарати, поверх­нево-активні речовини тощо), атмо­сферні — під час дощу, тане­н­ня снігу, льоду, граду. Від­веде­н­ня С. в. здійснюють через пром., загально­сплавну та ливневу ка­налізацію. Пром. С. в. залежно від типу й ступеня за­брудне­н­ня поділяють на 3 осн. групи: за­бруднені пере­важно мінерал. домішками, орган. речовинами та такі, що містять і мінерал., і орган. за­брудне­н­ня. Побут., пром. та ливневі С. в. направляють для біол. очище­н­ня (див. Біо­логічне очище­н­ня води) у загально­сплавну ка­налізацію за таких умов: витримується оптимал. спів­від­ноше­н­ня орган. вуглецю, азоту та фосфору, мікро­елементів, не пере­вищуються нормат. вимоги до мінералізації, вмісту за­бруднювал. речовин, від­сутні сполуки, токсичні для мікроорганізмів. У разі недотрима­н­ня вищенаведених умов С. в. спрямовують у пром. або ливневу ка­налізацію та під­дають поперед. очищен­ню для їх досягне­н­ня. Якщо попереднє обробле­н­ня таких С. в. забезпечує необхід. рівень очище­н­ня для по­втор. викори­ста­н­ня або скиду у водо­йму, біол. очище­н­ня є недоцільним. Вибір конкрет. методу очище­н­ня води при ски­дан­ні в пром. чи ливневу ка­налізацію або водо­йму засн. на єдиному принципі, що до­зволяє ви­значати метод очище­н­ня за її найбільш заг. властивістю — фазово-дис­перс. станом. Фазово-дис­персна характеристика речовин з урахува­н­ням їх хім. особливостей зумовлює поведінку цих сполук у водному середовищі та їхнє ставле­н­ня до ре­агентів, що вводяться. Роз­глянуті уявле­н­ня лягли в основу класифікації, за­пропонованої академік Л. Кульським: усі речовини, що за­бруднюють воду, можуть бути обʼ­єд­нані в 4 групи із загальною для кожної з них фіз.-хім. характеристикою: дві групи від­несені до гетероген. систем, а дві — до гомоген­них. Гетероген­ні системи — зважені речовини, колоїди, емульсії, піни, а гомоген­ні — речовини, що утворюють у воді молекулярні або іонні роз­чини. Кожна група цих за­бруднювал. речовин може бути вилучена під час за­стосува­н­ня окремих або комбінованих фіз., хім., фіз.-хім. методів, що враховують фазово-дис­перс. склад за­бруднювачів та специфіку їхньої поведінки у воді. До фіз. методів очище­н­ня належать проціджува­н­ня, від­стоюва­н­ня, фільтрува­н­ня. Фіз.-хім. методи охоплюють коагуляцію, флотацію, сорбцію, екс­тракцію, від­гонку з водяною парою, іон­ний обмін, мем­бран­ні процеси (мікрофільтрацію, ультрафільтрацію, зворот. осмос, нанофільтрацію, первапорацію, мем­­бран­ну дис­тиляцію, електродіаліз). Хім. методи використовують процеси нейтралізації, окисне­н­ня, від­новле­н­ня.

Під час вибору методу О. с. в. потрібно зважати на те, що очище­н­ня є комплекс. зав­да­н­ням, що потребує для свого виріше­н­ня комбінації різних способів для досягне­н­ня макс. ефективності. Для вилуче­н­ня зі С. в. гетероген. грубодис­перс. домішок використовують пере­важно фіз. методи: процеси проціджува­н­ня, від­стоюва­н­ня, фільтрува­н­ня та гідроциклони. Для поперед. видале­н­ня грубодис­перс. за­бруднень (0,20…0,25 мм) за­стосовують піско­вловлювачі, а подальше освітле­н­ня води від­бувається у від­стійниках, освітлювачах, гідроциклонах. В освітлювачах одночасно з від­стоюва­н­ням від­бувається фільтрува­н­ня води через шар завислих частинок. Вилуче­н­ня зі С. в. домішок колоїд. ступеня дис­персності роз­міром 10-8–10-9 м здійснюють за допомогою фіз. та фіз.-хім. методів. Домішками колоїд. ступеня дис­персності можуть бути високомолекулярні сполуки, поверх­нево-активні речовини, емульсії, піни, віруси та ін. мікроорганізми. Суть коагуляції полягає в злипан­ні колоїдно-дис­перс. частинок та про­гресуючого укрупне­н­ня частинок із зменше­н­ням їхнього заг. числа в обʼємі води при додаван­ні коагулянту. Як коагулянти найчастіше використовують сульфат алюмінію, сульфат і хлорид та гідроксихлориди заліза. Під час роз­чине­н­ня коагулянтів у воді від­бувається їх гідроліз і утворюються малорозчин­ні гідроксиди. Вони виділяються із води, утворюючи колоїдні частинки, що під впливом електролітів води коагулюють і випадають в осад разом із колоїдами, що за­бруднюють воду. Осад від­стоюють й освітлену стічну воду фільтрують. Суть процесу флотації полягає у специф. взаємодії зважених речовин і нерозчин. домішок із пухирцями тонко диспергованого у воді повітря. На поверх­ні води утворюється шар шламу з речовиною, яку видаляють. Флотацію використовують для О. с. в. від твердих завислих частинок, нафто­продуктів, мастил, жирів, поверх­нево-актив. речовин. Для під­вище­н­ня видале­н­ня колоїд. або роз­чинених за­бруднень води за­стосовують ре­агентну флотацію з додава­н­ням роз­чинів коагулянтів. Ефективність видале­н­ня за­бруднень у процесі флотації досягає 90–98 % при часі пере­бува­н­ня води у флотац. установках 20–30 хв. Заг. пере­вага флотації перед від­стоюва­н­ням полягає в отриман­ні шламу з вологістю в 2–10 разів меншою, ніж при від­стоюван­ні.

Для О. с. в., що належать до гомоген. систем і містять домішки молекуляр. або іон­ного ступеня дис­персності (гази, неіонізовані та іонізовані мінерал. та орган. речовини), за­стосовують десорбцію газів, адсорбцію на активов. вугіл­лі та ін. матеріалах, екс­трак­цію орган. роз­чин­никами, хім. окисне­н­ня. Адсорбц. процеси — найбільш універсал. метод видале­н­ня роз­чинених орган. речовин із води і суть їх полягає в сут­тєвому збільшен­ні концентрації речовини, що вилучається, на межі роз­поділу фаз у порівнян­ні з обʼє­мом. Активов. вугі­л­ля використовували ще в Давній Індії, від кін. 18 ст. його почали за­стосовувати в пром. цілях, а вже у 20 ст. його стали широко вживати для очище­н­ня природних і С. в. Сорбц. процеси забезпечують найвищу якість очище­н­ня і їхнє викори­ста­н­ня доцільне при невеликих концентраціях орган. речовин у воді (~0,01–0,02 %), тому їх за­стосовують на завершал. стадії в інтегров. технол. схемах О. с. в. Екс­тракцію та від­гонку з водяною парою використовують частіше для очище­н­ня концентров. пром. стіч. вод для одержа­н­ня концентратів для подальшого викори­ста­н­ня. Окиснювал. хім. методи за­стосовують для О. с. в., що містять токсичні орган. домішки, які під впливом окислювачів утворюють більш прості сполуки, що легко засвоюються мікроорганізмами при біол. очищен­ні або в процесах само­очище­н­ня водойм. До окислювал. процесів належать як окиснювал. методи із за­стосува­н­ням хім. ре­агентів різної природи, так і термо­окислювал., електрохім., радіац.-окиснювал. методи. Як хім. ре­агенти за­стосовують хлор та його сполуки, перо­ксид водню, озон, повітря, сполуки мангану. Широкого за­стосува­н­ня для О. с. в. набули т. зв. окислювал. процеси під­вищеної ефективності — AOP (Advanced Oxidation Processes). Їх ви­значають як окисні методи, що базуються на викори­стан­ні високо­актив. гідроксил. радикалів ОН- та ін. До найбільш ефективних та екологічно прийнятних АОР належать: фотохімічні — спільна дія ультрафіолет. опроміне­н­ня та окисників (перо­ксид водню, озон, персульфат тощо); каталітичні — по­єд­на­н­ня Fe2+/H2O (Фентон); О3/каталізатор, О2/Н2О2; гетероген­ні та гомоген­ні фотокаталіт. процеси — TiO2/ультрафіолет, ZnO/ультрафіолет, Fe2+(Fe3+)/Н2О2/ультрафіолет (фото-Фентон), О3/TiO2/ультрафіолет та їх комбінації. Пере­ваги АОР полягають у швидкості протіка­н­ня реакцій окисне­н­ня та неселективності, тобто одночас. окиснен­ні різноманіт. за­бруднень. Різні варіанти складу процесів АОР до­зволяють у всіх випадках досягти необхід. глибини очище­н­ня від усіх орган. сполук. Термо­окислювал. методи очище­н­ня за­стосовують при невеликих обʼємах вод із високою концентрацією орган. за­бруднень. Парофазне окисне­н­ня (вогневий метод) здійснюють при т-рі 700–1000 °С, рідкофазне знезараже­н­ня (мокре спалюва­н­ня) — 100–350 °С та тиску 2–28 МПа, каталіт. окисне­н­ня — 350–400 °С у присутності каталізаторів Pt, Pd, Cu, Zn, Mn. Процеси електрохім. окисне­н­ня і від­новле­н­ня компонентів С. в. роз­роблені для очище­н­ня від токсич. неорган. домішок (ціаніди, ро­даніди, аміни, сульфіди), а також для зне­шкодже­н­ня важко окиснювал. орган. сполук. У процесах електрохім. окисне­н­ня вони роз­кладаються з утворе­н­ням СО2, NH3 та води чи утворюють більш прості й нетоксичні речовини, що можна видалити ін. методами. Обробле­н­ня здійснюють в електролізерах, де проходить декілька процесів: окисне­н­ня на аноді, електрокоагуляція, електрофорез колоїд. частинок, електрофлотація. Для вилуче­н­ня іонів металів, зокрема важких, залежно від їхньої концентрації й компонент. складу стіч. води використовують ре­агентні, сорбц., іонооб­мін­ні, електрохім., мем­бран­ні методи. При ре­агент. методі за­стосовують пере­творе­н­ня високо токсич. іонів у нетоксичні сполуки шляхом їх осадже­н­ня із викори­ста­н­ням гідроксидів натрію чи калію, карбонату натрію, сульфіду натрію, вапняного молока, коагулянтів. Для обробле­н­ня великих обʼємів С. в. із від­носно невеликим вмістом іонів металів варто використовувати іон­ний обмін, що засн. на явищі вибірк. оборот. обміну іонами між двома фазами — фазою іоніту та електролітом. Іоніти мають у своєму складі здатні до іонізації (дисоціації) функціонал. групи, що звʼязані із жорстким каркасом з орган. або неорган. компонентів. Функціонал. група складається із закріпленого на матриці (каркасі) анкер. іона та протиіона. Як протиіони можуть ви­ступати будь-які катіони (для катіонітів) або аніони (для аніонітів). Процес обміну іонами між фазою йоніта та електроліта можна роз­глядати як оборотну хім. реакцію. При сорбц. вилучен­ні йонів кольор. і важких металів варто використовувати сучасні сорбенти, що одержують із природ. матеріалів і від­ходів, а також біо­сорбенти. Пер­спективним є викори­ста­н­ня сорбентів із природ. алюмосилікатів, хелатних волокнистих або гранульов. сорбентів, що містять хімічно активні групи, що взаємодіють з іонами металів з утворе­н­ням хелатних комплексів. В основі біо­сорбції металів лежать процеси взаємодії іонів металів із поверхн. групами мікроорганізмів або їх метаболітів чи екзополісахаридів (ЕПС). До біо­сорбентів належать різні біо­активні клітини (живі чи мертві) — бактерії, водорості, гриби, дріжджі, що здатні селективно акумулювати на своїй поверх­ні йони металів.

Для знесоле­н­ня С. в. та їх очище­н­ня від орган. і неорган. за­бруднень окрім іон­ного обміну використовують мем­бран­ні технології та термічну демінералізацію. Іонооб­мін­ні процеси доцільно використовувати для С. в. із мінералізацією до 3 кг/м3, мем­бран­ні технології за­стосовують при мінералізації від 3 до 10–15 кг/м3, а при мінералізації понад 15 кг/м3 — термічні методи (зокрема виморожува­н­ня). Процеси мем­бран. роз­діле­н­ня від­буваються за допомогою напів­проникливих мем­бран, що мають пере­важну проникливість для одного чи кількох компонентів рідкої суміші. Явище самовіл. проникне­н­ня молекул води у більш насичений роз­чин крізь тонку пористу пластину орган. походже­н­ня (мем­брану) від­крито ще 1748 і лише 1927 нім. фірма «Сарторіус» уперше одержала зразки штуч. мем­бран. Дещо згодом амер. вчені запатентували структуру штуч. мем­брани з полімер. матеріалів. Від серед. 1980-х рр. зʼявилися мем­брани з неорган. матеріалів — кераміки, металокераміки. Мем­бран­ні процеси можуть бути об­умовлені градієнтами: тиску (баромем­бран­ні процеси — зворот. осмос, нано-, ультра- та мікрофільтрація); електр. потенціалу (електродіаліз), а також градієнтом фактору, що ви­значає швидкість даного процесу (первапорація, мем­бран­на дис­тиляція). При зворот. осмосі напів­прониклива мем­брана пропускає воду й повністю або частково затримує іони чи молекули роз­чинених речовин. Реалізується при тисках 7–10 МПа. Ультрафільтрація — процес роз­діле­н­ня роз­чинів високо- та низькомолекуляр. сполук, видале­н­ня високомолекуляр. та колоїд. домішок, бактерій при робочому тиску 0,05–5 МПа. У процесі нанофільтрації частково утримуються низькомолекулярні електроліти (NaCl на 40–60 %), орган. сполуки на 99 %, різниця тисків складає 1–2 МПа. Мікрофільтрацію за­стосовують для видале­н­ня зі С. в. завислих речовин роз­міром 0,1–100 мкм, різниця тисків — 0,01–0,05 МПа. Первапорацію використовують для вилуче­н­ня з води невеликих кількостей органіки, а мем­бран­ну дис­тиляцію — для опрісне­н­ня та знесоле­н­ня води. Електродіаліз — процес пере­носу іонів через селективні іонооб­мін­ні мем­брани під дією по­стій. електр. струму, що може здійснюватися проти градієнта концентрації іонів. Електродіаліз використовують для сепарації не­електролітів та електролітів, концентрува­н­ня електролітів, знесоле­н­ня й опрісне­н­ня води.

В Україні принципово новий напрям — хімія і технологія очище­н­ня води — зародився у 1930-і рр. Його засн. був Л. Кульський, який водночас із роз­витком теор. питань досяг успіхів у вирішен­ні багатьох інж. про­блем охорони водних обʼєктів. Знач. внесок у роз­виток наук. дослідж. у галузі хімії і технології води зробили його соратники й послідовники О. Когановський, М. Шевченко, І. Гороновський, М. Ротмістров, А. Запольський, Н. Мєшкова-Клименко. Продовже­н­ням цієї науки стали роботи академік В. Гончарука, який створив і роз­винув новий напрям у галузі хімії й технології водо­очище­н­ня — каталіт. і фотокаталіт. зне­шкодже­н­ня токсич. домішок у воді.