Основы процессов и принципы механической очистки стоков

Механическая очистка сточных вод – технологический процесс очистки сточных вод механическими и физическими методами. Она применяется с целью выделения из стоков грубодисперсных минеральных и органических загрязнителей и в большинстве случаев является предварительным этапом перед последующими, более тонкими методами очистки. Очистка сточных вод от твёрдых частиц грубодисперсных веществ в зависимости от их свойств, концентрации, фракционного состава осуществляется методами процеживания, отстаивания, отделения в поле инерционных сил и фильтрования.

Процеживание – первичная очистка посредством пропускания стоков через решётки и волокноуловители – для выделения крупных примесей размером 25 мм и более, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе оборудования. Металлические решётки с зазором 5…25 мм устанавливаются в коллекторах сточных вод, размеры поперечного сечения решёток выбираются по минимуму потерь давления потока на решётке. Скорость потока в зазоре между стержнями не должна превышать 0, 8…1, 0 м/с при максимальном расходе сточных вод. Расчёт решёток сводится к определению числа зазоров n, ширины решётки В и потерь напора Dр сточной воды.

Решётки периодически очищаются от задерживаемых примесей механически с помощью вертикальных и поворотных граблей, примеси измельчают на специальных дробилках и направляют в поток за решётку или на переработку, что усложняет технологию очистки. Поэтому применяют решётки-дробилки, измельчающие примеси без извлечения их из воды. Средний размер измельчения не превышает 10 мм.

Отстаивание основано на особенностях процесса осаждения твёрдых частиц в жидкости. Осаждение может быть свободным, без слипания частиц, и при параллельно протекающем коагулировании осаждающихся частиц. Механизм свободного осаждения сохраняется при объёмной концентрации частиц до 1% (до массовой концентрации ~ 2, 6 кг/м³).

На основе принципа отстаивания построены песколовки и отстойники.

Существует несколько типов песколовок. В горизонтальной песколовке (рисунок 2.2) сточная вода движется горизонтально с оптимальной скоростью w = 0, 15... 0, 30 м/с. За время движения в песколовке частица, осаждаясь со скоростью w_о, должна достичь дна (шламосборника).

Схема горизонтальной песколовки

В вертикальных песколовках сточная вода получает вертикаль-ную (вниз, к шламосборнику) составляющую скорости движения, что облегчает осаждение частиц.

В аэрируемых песколовках крупные частицы осаждаются, как и в горизонтальных песколовках, а мелкие обволакиваются пузырьками воздуха, нагнетаемого в сточную воду, всплывают на поверхность и удаляются с неё с помощью скребковых механизмов.

С помощью отстойников из сточных вод выделяются частицы с размером менее 0, 25 мм. По направлению движения воды в отстойниках их делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные, комбинированные. Особенности отстойников: меньшие по сравнению с песколовками скорости движения стоков в связи с меньшими значениями w_о данных частиц и наличием элементов конструкции, способствующих увеличению вертикальной составляющей скорости сточной воды по направлению к шламосборнику.

Отделение твёрдых частиц в поле действия инерционных сил производится в гидроциклонах, открытых и напорных, и центрифугах. Гидроциклоны по принципу действия, а напорные – и по конструкции аналогичны циклонам для очистки газов от твёрдых частиц.

Фильтрованием обеспечивается очистка сточных вод от тонкодисперсных твёрдых примесей с небольшой концентрацией, в том числе после физико-химических, химических, биологических методов очистки. Известны два основных класса фильтров: зернистые, представляющие собой однослойные или многослойные насадки пористых несвязанных материалов (кварцевый песок, дроблёный шлак, гравий, антрацит), и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовлены из связанных пористых материалов.

На рисунке представлен многослойный зернистый каркасно-насыпной фильтр. Сточная вода поступает по коллектору 1, через отверс-тия в нём равномерно распределяется по сечению фильтра. Она проходит через слои гравия 2 и песка 3, через перфорированное днище 4, установ-ленное на слое гравия 5 и через трубопровод 6 отводится из фильтра. Реге-нерация (очистка) фильт-ра производится продув-кой сжатого газа через трубопровод 8 с после-дующей обратной про-мывкой водой через вентиль 7. Скорость фильтрования составляет 0, 0014…0, 0028 м/с.

Рисунок – Схема многослойного зернистого каркасно-насыпного фильтра

Известны электромагнитные фильтры для очистки стоков от ферромагнитных примесей. В них используются пондермоторные силы взаимодействия между намагниченной фильтровальной загрузкой из ферромагнитных частиц и ферромагнитными примесями сточной воды.

Очистка сточных вод от флотацией заключается в интенсификации процесса всплывания примесей (например нефтепродуктов) при обволакивании их частиц пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. Образование агрегатов «частица - пузырьки воздуха» зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия находящихся в стоках веществ, давления воздуха и т.д.

По способу образования пузырьков различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологическую, электрофлотацию и др.

При пневматической флотации сточные воды очищаются от нефтепродуктов, поверхностно-активных и органических веществ и от взвешенных частиц малых размеров. Сжатый воздух в виде мельчайших пузырьков поступает в сточную воду через насадки из пористого материала. При всплывании пузырьки воздуха обволакивают частицы нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и мелких твёрдых частиц, увеличивая скорость их всплывания. Образующаяся на поверхности очищаемой воды пена отсасывается центробежным насосом в пеносборник для последующего извлечения из неё нефтепродуктов. Одновременно кислородом, содержащимся в пузырьках воздуха, окисляются органические примеси. Происходит также насыщение очищаемой воды кислородом.

При электрофлотации происходящие в сточной воде электрохимические процессы обеспечивают дополнительное обеззараживание сточных вод. При использовании электродов из алюминия или железа происходит коагулирование и осаждение мельчайших коллоидных частиц (электро-коагуляция).

Очистка стоков от примесей нефтепродуктов фильтрованием - необходимый заключительный этап очистки: концентрация нефтепродуктов на выходе отстойников или гидроциклонов достигает 0, 01…0, 2 кг/м³, что значительно превышает ПДК нефтепродуктов в водоёмах (0, 0005 кг/м³ – для водоёмов первой категории и 0, 00005 кг/м – для водоёмов второй категории). Очень низкого содержания нефтепродуктов в воде требуют и условия многократного использования сточных вод при оборотном водоснабжении предприятий.

Структура аппаратов очистки сточных вод от нефтепродуктов аналогична структуре аппаратов очистки от твёрдых частиц: зернистые насыпные фильтры. Наиболее распространённые фильтроматериалы: кварцевый песок, доломит, керамзит, глауконит; эффективность очистки повышается при добавлении волокнистых материалов (асбест и отходы его производства). В настоящее время в качестве фильтроматериала всё шире применяются частицы пенополиуретана. Главное достоинство фильтров из пенополиуретана – простая регенерация путём механического отжимания нефтепродуктов.