Методы очистки сточных вод

Такие отстойники используют для осветления сточных  вод с небольшим содержанием взвешенных частиц при расходах 100-10000 м³/сут. Гидравлическая нагрузка у отстойников 6-10 м³/ч на 1 м² входного сечения трубок. Эффективность очистки 80-85%.

В трубчатых  отстойниках с большим наклоном вода проходит снизу вверх, а осадок непрерывно сползает по дну трубок в шламовое пространство. Непрерывное удаление осадка исключает необходимость промывки трубок. Отстойники этого типа могут быть изготовлены из пластмассовых блоков, которые устанавливают в корпусах обычных отстойников. Гидравлическая нагрузка отстойников с большим наклоном труб от 2,4 до 7,2 м³/ч на 1 м² входного сечения труб.

Пластинчатые  отстойники. Они имеют в корпусе ряд параллельно установленных наклонных пластин (рис.1, д). Вода движется между пластинами, а осадок сползает вниз, в шламоприемник. Отстойники могут быть прямоточными, в которых направление движения воды и осадка совпадают; противоточными - вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестными, в которых вода движется перпендикулярно движению осадка. Наиболее распространены противоточные отстойники.

Осветлители. Их применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.

Принципиальная  схема осветлителя показана на рис. 2. Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока - сечение 1-1. Выше этого сечения образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. При этом наблюдается процесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.

Для интенсификации процесса первичного отстаивания труднооседающих  веществ на станциях биологической очистки применяют отстойники-осветлители с естественной аэрацией, которые представляют собой вертикальные отстойники с внутренней камерой флокуляции (рис. 2).

Рис. 2. Блок осветлителя: 1 - осветлитель; 2 - желоб; 3 – осадко-уплотнитель

Сточная вода через центральную трубу поступает  в камеру флокуляции, где происходит частичное окисление органических веществ аэрируемым воздухом, хлопьеобразование и сорбция загрязнений. Затем сточная вода поступает в отстойную зону. При прохождении через слой взвешенного осадка из нее удаляют мелкодисперсные взвешенные частицы. Объем камеры флокуляции обеспечивает 20-минутное пребывание в ней воды. Степень очистки от взвешенных частиц достигает 70%

Очистка сточных вод фильтрованием. Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

Фильтрование  через фильтрующие перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра. Фильтровальные перегородки, задерживающие частицы, должны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, достаточной механической прочностью и гибкостью, химической стойкостью и не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования. Для фильтрования используют различные по конструкции фильтры. Основные требования к ним: высокая эффективность выделения примесей и максимальная скорость фильтрования.

Процесс фильтрования состоит из трех стадий: 1) перенос  частиц на поверхность вещества, образующего слой; 2) прикрепление к поверхности и 3) отрыв от поверхности.

По характеру  механизма задерживания взвешенных частиц различают два вида фильтрования: 1) фильтрование через пленку (осадок) загрязнений, образующуюся на поверхности зерен загрузки; 2) фильтрование без образования пленки загрязнений. В первом случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем образуется слой загрязнений, который является также фильтрующим материалом. Во втором случае фильтрование происходит в толще слоя загрузки, где частицы загрязнений удерживаются на зернах фильтрующего материала адгезионными силами.

Фильтры с  зернистым слоем подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1 -2 м, в закрытых - 0,5-1,0 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами.

Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Они представляют собой бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25 мг/дм" принимают скорость фильтрования 0,2-0.3 м/ч; при 25-30 мг/дм - 0,1-0,2 м/ч. Достоинством фильтров является высокая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка.

Скоростные фильтры могут быть двух типов: однослойные и многослойные (рис. 3, а). У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из одного и того же материала, у многослойных - из различных материалов.

Сточную воду в фильтр подают внутрь фильтра, где она проходит через фильтрующий материал и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят промывку подачей промывных вод снизу вверх. Дренажное устройство выполняют из пористо-бетонных сборных плит. На нем размещают фильтрующий материал (в 2-4 слоя) одного гранулометрического состава. Общая высота слоя загрузки равняется 1,5-2 м. Скорость фильтрования принимается равной 12-20 м/ч.

В многослойных скоростных фильтрах фильтрующий слой состоит из зерен разных материалов, например, из слоя антрацита и песка. Верхние слои имеют зерна большего размера, чем нижние. Конструкция этих фильтров мало отличается от конструкции однослойных. Они имеют более высокую производительность и большую продолжительность фильтрования.

Выбор тина фильтра для очистки сточных вод зависит от количества фильтруемых вод, концентрации загрязнений и степени их дисперсности, физико-химических свойств твердой и жидкой фаз и от требуемой степени очистки.

Промывку  фильтров, как правило, производят очищенной  водой (фильтратом), подавая ее снизу вверх. При этом зерна загрузки переходят во взвешенное состояние и освобождаются от прилипших частиц загрязнений. Может быть произведена водо-воздушная промывка, при которой сначала зернистый слой продувают воздухом для разрыхления, а затем подают воду. Интенсивность подачи воздуха изменяется в пределах 18-22 дм³ /(м²с), а воды - 6-7 дм³(м²с). Возможна и трехэтапная промывка. Сначала слой продувают воздухом, а затем смесью воздух-вода; на последнем этапе - водой. Продолжительность промывки 5-7 мин.

Рис.3. Фильтры:

а – скоростной: 1 - корпус: 2 - система удаления промывных вод: 3 - система подачи сточных вод: 4 - система подачи промывных вод: J - пористый дренаж, б - фильтрующий материал: б - с подвижной загрузкой: 1 - корпус. 2 - дренажная камера: 3 - средняя камера: 4 - каналы. 5 щелевые трубы: 6 - ввод сточной воды; 7 - классификатор: 8 -промывное устройство: 9 - труба для подачи промывной воды: 10 - отвод промывной воды: ' - коллектор; 12, 13 - трубы; 14 - кольцевой коллектор; 15 - гидроэлеватор; в - микро-фильтр; 1 - вращающий барабан: 2 - устройство для промывки, 3 - лоток для сбора промывных вод 4 - труба для отвода промывных вод: 5 - камера для удаления осветленной воды; г - с пенополиуретановой загрузкой: 1 - слой пенополиуретана; 2 -камера: 3 - элеватор; 4 - направляющие ролики; 5 - лента; б - ороситель; 7 - отжимные ролики: 5 - емкость для регенерата; 9 - решетчатая перегородка

Особенностью фильтра с подвижной загрузкой является вертикальное расположение фильтрующей загрузки и горизонтальное движение фильтруемой воды (рис. 3, б). Фильтрующим материалом служит кварцевый песок (1,5-3 мм) или гранитный щебень (3-10 мм). Схема фильтра показана на рис. 4.6, б.

Сточная вода поступает в коллектор, откуда через  каналы и отверстия поступает в фильтрующий слой. Очищенную воду отводят из фильтра через дренажную камеру. Загрязненный материал перекачивают гидроэлеватором по трубе в промывное устройство. Расчетная •скорость фильтрации 15 м/ч: расход промывной воды 1-2% от производительности фильтра; необходимый напор перед фильтром 2-2,5 м. Эффективность очистки составляет 50-55%.

Среди достоинств этих фильтров можно назвать большую  скорость фильтрации, высокое качество отмывки нагрузки от загрязнений, небольшую производственную площадь, занимаемую фильтром. К недостаткам можно отнести большую металлоемкость, истирание стенок трубопроводов, измельчение и унос песка, сложность эксплуатации.

Микрофильтры (рис. 3, в). Процесс микрофильтрации заключается в процеживании сточной воды через сетки с отверстиями размером от 40 до 70 мкм. Барабанные сетки имеют ячейки размером от 0,3x0,3 до 0,5x0,5 мм. Микрофильтры применяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых материалов. Схема одного из микрофильтров показана на рис.4в.

Сточная вода поступает внутрь барабана и через отверстия проходит в камеру. Взвешенные вещества задерживаются на внутренней поверхности барабана и при промывке с промывной водой поступают в лоток, барабан вращается с частотой 6-20 мин^-1. Скорость фильтрации достигает 25-45 м³/м²ч.

При концентрации взвешенных частиц 15-20 мг/дм³ эффективность очистки составляет 50-60% в зависимости от состава и свойств сточных вод, размера ячеек и режима работы микрофильтров (гидравлической нагрузки, потерь напора, интенсивности промывки и др.).

Магнитные фильтры. Они нашли широкое распространение, обеспечивают степень очистки 80%. Такие фильтры применяют для удаления мелких ферромагнитных частиц (0,5-5 мкм) из жидкостей. Помимо магнитных частиц фильтры улавливают абразивные частицы, песок и другие загрязнения. Этому способствует эффект электризации немагнитных частиц. Магнитные фильтры могут быть снабжены постоянным магнитом или электромагнитом, их производительность до 60 м /ч.

При прохождении  сточных вод ламинарным потоком  через магнитное поле ферромагнитные частицы размером 0,5-1 мкм намагничиваются и образуют агломераты размером до 50 мкм, которые удаляются фильтрованием, либо осаждаются под действием гравитационного поля. Направление потока жидкости должно совпадать с направлением магнитного поля, так как при этом создаются наиболее благоприятные условия осаждения.

Степень очистки  фильтрованием зависит от напряженности  магнитного поля, скорости течения жидкости, ее вязкости, расположения силовых полей относительно направления потока жидкости.

1.2. Химические методы  

Основными методами химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация, окисление, восстановление и осаждение примесей.

Химическая  очистка может применяться как  самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или в городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно (в качестве предварительной) перед биологической или, физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод доочистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов. При локальной очистке производственных стоков в большинстве случаев предпочтение отдается химическим методам.

Производственные  сточные воды от технологических  процессов многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо выделять из сточных вод.

С целью предупреждения коррозии материалов канализационных  очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации.

Реакция нейтрализации - это химическая реакция между  веществом, имеющим свойства кислоты, и основания, которая приводит потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типична реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксила, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях. В результате концентрация каждого из этих ионов становится равно той, которая свойственна самой воде, т. е. активная peaкция водной среды приближается к рН=7.

При спуске производственных сточных вод в водоем или в  городскую канализационную сеть практически нейтральными следу е считать смеси с рН = 6,5-8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с рН менее 6,5 и более 8,5, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Из условий сброса производственных стоков в водоем или городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые ветре чаются к тому же значительно чаще, чем щелочные (количество производственных сточных вод с рН более 8,5 невелико).

Если отработанные производственные сточные воды подаются систему оборотного водоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики технологических процессов.