методы и сооружения для очистки промышленных сточных вод

МЕТОДЫ И СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. Особенности канализования промышленных предприятий ……………………………………………
1.1. Состав и свойства производственных сточных вод ………………………………………………….
1.2. Системы водоотведения городов и промышленных предприятий …………………………………
1.3. Основные показатели качества сточных вод …………………………………………………………
2. Методы и сооружения для механической очистки сточных вод ……………………………………..
2.1. Усреднители ……………………………………………………………………………………………
2.2. Решетки для процеживания ……………………………………………………………………………
2.3. Сооружения и аппараты для осаждения примесей из сточных вод …………………………………
2.3.1. Устройства для выделения из сточных вод нерастворенных примесей по действием гравитационных сил. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1.1. Песколовки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1.2. Отстойники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1.3. Специальные устройства для механической очистки сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Устройства для выделения из сточных вод нерастворенных примесей под действием центробежных сил . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.1. Гидроциклоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2.2. Центрифуги и сепараторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3. Фильтрационные установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.1. Фильтрование через фильтрующие перегородки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.2. Процеживание на сетчатых барабанных фильтрах и микрофильтрах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.3. Фильтры с зернистой загрузкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Химическая очистка сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Нейтрализация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Окислительный метод очистки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Восстановительный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Физико-химическая очистка сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Коагуляция и флокуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Сорбция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Флотация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Экстракция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5. Ионный обмен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Установки для электрохимической очистки сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1. Электролизеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Установки для электрокоагуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3. Электрофлотационные установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4. Электродиализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. Биологическая очистка сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1. Очистка сточных вод в естественных условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2. Сооружения с очисткой сточных вод в искусственно созданных условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1. Биофильтры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2. Аэротенки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7. Обработка и утилизация осадков бытовых и производственных сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1. Общие сведения об осадках сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2. Методы обработки осадков сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.1. Уплотнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.2. Стабилизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.3. Кондиционирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.4. Обезвоживание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.5. Термическая сушка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.6. Сжигание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.7. Пиролиз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3. Утилизация осадков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Особенности канализования промышленных предприятий
1.1. Состав и свойства производственных сточных вод
Сточные воды, отводимые с территорий промышленных предприятий, по своему составу делятся на
три вида.
1) Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в различных технологических процессах. Их количество, состав и концентрации загрязняющих веществ определяются
следующими факторами: видом промышленного производства и характером технологического процесса, составом исходного сырья и выпускаемой продукции, составом исходной свежей воды, режимами
технологических процессов. Концентрации загрязняющих веществ в сточных водах различных предприятий неодинаковы, колеблются в широких пределах во времени в отдельных цехах или на предприятии в целом. Неравномерность притока сточных вод и их концентрации ухудшает работу очистных
сооружений и усложняет их эксплуатацию.
В зависимости от степени загрязнения производственные сточные воды можно разделить на три
основные категории:
- условно-чистые, которые не приводят к изменениям физико-химического состава воды водоема и
не требуют очистки. Эти воды обычно поступают от теплообменных аппаратов, а также образуются при
охлаждении оборудования и продуктов производства;
- нормативно очищенные – воды, прошедшие очистку до ПДК загрязняющих веществ, сброс которых не приводит к изменению качества воды в водоеме;
- загрязненные – воды, сбрасываемые без очистки или недостаточно очищенные, с концентрациями
загрязняющих веществ, превышающими ПДК, в расчете на процессы разбавления и самоочищения в
водном объекте. Загрязненные сточные воды обычно делят на три группы: загрязненные преимущественно органическими примесями, загрязненные преимущественно минеральными примесями и загрязненные смесью этих примесей. Большинство предприятий имеет как минеральные, так и органические загрязнения сточных вод в различных соотношениях.
Производственные сточные воды являются наиболее опасными для водных объектов. Они значительно труднее поддаются очистке, чем городские сточные воды, для этого требуются сложные и дорогие очистные сооружения. Разнообразие состава и характера загрязнений производственных сточных
вод обусловливает применение для их очистки различных методов, как физико-химических и химических, так и биологических. Промышленные сточные воды принимаются в городскую систему канализации с ограничениями.
2) Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются при эксплуатации на территории предприятия
санузлов, душевых, прачечных и столовых. В составе таких вод различают фекальные, загрязненные в
основном физиологическими выделениями людей, и хозяйственные, загрязненные различными хозяйственными отбросами, моющими средствами. Отличительной особенностью хозяйственно-бытовых
вод является относительное постоянство их состава и высокая степень загрязненности. Основную массу загрязнений составляют органические вещества растительного и животного происхождения. Хозяйственно-бытовые сточные воды всегда содержат большое количество микроорганизмов, которые
являются продуктами жизнедеятельности человека, среди которых могут быть и патогенные. Это наиболее опасная в эпидемиологическом отношении часть загрязнений. Для очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод, как правило, применяют биологические методы. Предприятия не отвечают за качество
данных вод и направляют их на городские очистные сооружения.
Загрязнения хозяйственно-бытовых и производственных стоков влияют на выбор технологической
схемы очистки воды и на экологическую ситуацию в данном районе.
3) Атмосферные (ливневые) сточные воды (поверхностный сток с территорий предприятий) образуются в результате смыва примесей, скапливающихся на территории, дождевой, талой и поливочной
водой. Отличительной особенностью ливневого стока является его эпизодичность и резко выраженная
неравномерность по расходу и концентрациям загрязнений. Поверхностный сток содержит в основном
минеральные загрязнения - твердые (взвешенные) частицы, а также нефтепродукты. Ливневые воды с
территорий промышленных предприятий могут содержать специфические примеси, характерные для
того или иного производства. На загрязненность поверхностного стока оказывают влияние многие
факторы: уровень благоустройства территории, плотность населения, интенсивность движения транспорта. Эти воды сбрасываются в наружную (дождевую) сеть города. Предприятия ведут учет объема
сточных вод данного типа.
Поверхностный сток с промышленных площадок имеет, как правило, более сложный состав, а концентрация загрязнений в нем выше, чем в городском стоке.
1.2. Системы водоотведения городов и промышленных предприятий
Система водоотведения и, соответственно, схема водоотводящей сети выбирается в зависимости от
гидрогеологических, топографических условий местности, характера производственных процессов в
данном регионе, расхода воды на хозяйственно-бытовые и производственные цели. В зависимости от
того, как отводятся отдельные виды сточных вод – совместно или раздельно, системы водоотведения
подразделяют на общесплавные, раздельные (полные или неполные) и полураздельные.
1) При общесплавной системе водоотведения все виды сточных вод отводят по единой водоотводящей сети. В период сильных ливней ввиду незначительной концентрации загрязнений предусматривается сброс части смеси сточных вод в водный объект без очистки через специальные устройства – ливнеспуски, размещаемые обычно на главном коллекторе вблизи водоема.
Применение общесплавных систем водоотведения целесообразно при наличии рядом с обслуживаемым объектом мощного водоема, в который допустим сброс значительных объемов неочищенных сточных вод.
В настоящее время общесплавные системы не проектируют, т.к. они не удовлетворяют современным
правилам охраны поверхностных вод, или устраивают общесплавные системы без ливнеспусков, то
есть все виды сточных вод отводят на очистку. Недостатком таких систем является то, что в сухую погоду гидравлические условия работы коллекторов хуже ввиду их малого наполнения.
2) При раздельной системе отдельные виды сточных вод отводятся по самостоятельным сетям.
Полная раздельная система имеет не менее двух сетей (обычно бытовая и дождевая), производственные сточные воды при этом очищаются вместе с бытовыми.
Неполная раздельная система имеет лишь одну водоотводящую сеть для отвода бытовых и производственных сточных вод. Отвод дождевых вод в водоем производится по открытым лоткам, кюветам и
канавам. Устройство неполной раздельной системы возможно лишь для небольших объектов. Обычно
эта система является промежуточным этапом строительства полной раздельной системы.
3) Полураздельная система имеет две водоотводящие сети – производственно-бытовую и дождевую. В местах пересечения этих сетей устраивают разделительные камеры. Принцип работы разделительной камеры основан на учете различной степени отлета струи воды с уступа при разных скоростях
движения воды в коллекторе при малом и большом наполнениях. При сравнительно малых расходах
воды в дождевой сети камеры перепускают весь расход дождевых вод в главный коллектор, при больших расходах они перепускают в него лишь часть воды, протекающей по трубам в донной части. Таким
образом, на очистку отводятся наиболее загрязненные дождевые воды, стекающие в начальный период
дождя, когда с поверхности водосборного бассейна смывается основная масса загрязнений, и донные
потоки воды, наиболее насыщенные загрязнениями. При больших расходах воды (в период сильных
ливней) менее загрязненные дождевые воды отводятся в водоем без очистки.
С санитарной точки зрения эта система наиболее прогрессивна, однако ввиду высокой строительной и эксплуатационной стоимости она не получила широкого распространения.
В специальной литературе часто фигурирует термин «городские сточные воды». Под городскими
сточными водами понимают смесь всех трех видов вод при общесплавной системе водоотведения или
бытовых и производственных при раздельной системе. В целом по стране из общего объема водоотведения городских систем канализации промышленные сточные воды составляют 40%. По химической
природе загрязнения городских сточных вод делятся на минеральные (песок, глина, растворенные минеральные соли, кислоты и щелочи) и органические, которые в свою очередь могут быть растительного
и животного происхождения. Городские сточные воды имеют чрезвычайно высокую микробную за-
грязненность. Для решения вопроса о сбросе городских сточных вод в водный объект нет необходимости исследовать их состав, так как он довольно постоянный, и различия могут быть лишь в концентрации, которая зависит от нормы водоотведения. Промышленные сточные воды принимаются в городскую систему канализации с ограничениями. Тем не менее присутствие в городском стоке промышленных сточных вод сообщает ему разнообразие состава, неравномерность объема и концентрации.
На городских очистных станциях вода последовательно проходит сооружения механической, биологической очистки и дезинфицируется. Для обеспечения нормальной работы этих сооружений к городским сточным водам предъявлен ряд требований, выполнение которых обеспечивается постоянным
контролем качества сточных вод промышленных предприятий, подключенных к водоотводящей сети
города.
Условия формирования сточных вод на разных предприятиях могут весьма различаться. Канализование промышленных предприятий, как правило, осуществляется по полной раздельной системе.
Производственные сточные воды в зависимости от вида загрязняющих веществ и их концентраций,
а также от количества сточных вод и мест их образования отводятся несколькими самостоятельными потоками. Для лучшей локальной очистки от различных видов загрязнений организуют несколько сетей
промышленной канализации, например, для сильно минерализованных вод, не содержащих высокотоксичных веществ, кислых и щелочных сточных вод, высокотоксичных сточных вод, сточных вод от охлаждающих агрегатов, обычно не несущих загрязнений. Разделение производственных сточных вод
может быть продиктовано санитарными причинами, пожаро- и взрывоопасностью, возможностью зарастания и разрушения канализационных трубопроводов и т.д. Для предварительной очистки сточных
вод в систему канализации промышленных предприятий включают локальные очистные сооружения,
которые размещаются, как правило, на территориях канализуемых предприятий. Незагрязненные сточные воды, как правило, объединяют в отдельный поток.
Бытовые сточные воды, образующиеся на промышленном предприятии, отводятся и очищаются отдельно, если производственные сточные воды по своему составу не требуют биологической очистки.
Возможно также совместное отведение бытовых и производственных сточных вод, если последние загрязнены органическими веществами, деструкция которых возможна биологическим путем, при этом
концентрации токсичных примесей не должны превышать предельно-допустимые.
Дождевые воды, стекающие с незагрязненных территорий предприятий, отводятся отдельной системой канализации или объединяются с незагрязненными производственными сточными водами и спускаются в водоем без очистки. Загрязненные дождевые воды отводятся вместе с загрязненными производственными сточными водами и подлежат совместной очистке перед выпуском в водоем.
Для некоторых предприятий при технико-экономическом обосновании может быть запроектирована
общесплавная канализация, собирающая хозяйственно-фекальные и промышленные воды (например,
при расположении предприятия в городе и наличии городской общесплавной канализации). На предприятиях, где производственные сточные воды по своему составу близки к бытовым, отвод сточных вод
можно осуществлять по двум сетям: производственно-бытовой и дождевой.
1.3. Основные показатели качества сточных вод
К основным санитарно-химическим показателям загрязнения сточных вод относятся:
- температура;
- окраска, запах, прозрачность;
- реакция среды;
- сухой и плотный остатки;
- взвешенные вещества;
- потери при прокаливании, зольность твердых примесей;
- химическая и биохимическая окисляемость;
- соединения азота и фосфора;
- сульфаты и хлориды, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ);
- растворенный кислород;
- токсичные вещества;
- биологические загрязнения.
Остановимся подробнее на одном из важнейших показателей качества сточных вод – окисляемости.
Под окисляемостью понимают общее содержание в воде восстановителей органической и неорганической природы. В городских сточных вод преобладают органические восстановители, поэтому всю величину окисляемости относят к органическим примесям воды. Окисляемость – групповой показатель.
В зависимости от природы используемого окислителя различают химическую и биохимическую окисляемость. Результаты определения окисляемости независимо от вида окислителя выражают в мг/л О2.
При определении химической окисляемости используют химический окислитель. Химическая окисляемость может быть перманганатной (окислитель КМnО4), бихроматной (окислитель бихромат калия
К2Cr2О7) и иодатной (окислитель иодат калия КIО3). Бихроматную и иодатную окисляемость иначе называют химической потребностью в кислороде (ХПК). При этом оценивается количество кислорода,
необходимое для окисления примесей воды. Определяя ХПК, можно достаточно полно оценить степень
загрязнения воды органическими веществами. Однако экспериментальная ХПК часто меньше теоретической, вычисляемой по стехиометрическому уравнению окисления, поскольку ряд органических веществ (красители, СПАВ, сложные углеводороды и др.) окисляются не до конца или вовсе не окисляются. Перманганатная окисляемость является кислородным эквивалентом легкоокисляемых примесей.
Данный показатель определяется быстро и легко с целью получения сравнительных данных.
Биохимической потребностью в кислороде (БПК) называют количество кислорода, необходимое
для окисления органических веществ аэробными микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности.
Обычно определяют биохимическую потребность в кислороде за 5 и 20 суток, обозначая ее соответственно БПК5 и БПК20. БПК не характеризует общее количество органических веществ в сточных водах,
т.к. она не учитывает органические вещества, идущие на прирост бактерий, а также стойкие органические вещества, не затрагиваемые биохимическим процессом. Величина БПК замечательная тем, что она
практически точно совпадает с истинным расходом кислорода на процесс очистки в действующих сооружениях.
Важным показателем, характеризующим способность загрязнений сточных вод к биохимическому
окислению, является отношение БПКполн/ХПК. Чем выше это отношение, тем большая часть органических примесей сточной воды может быть изъята в процессе биологической очистки. Считается, что
применение биологических методов целесообразно при БПКполн/ХПК  0,5. У городских сточных вод
БПК20 составляет примерно 86% ХПК, у производственных сточных вод – 25 – 80% ХПК.
2. Методы и сооружения для механической очистки
производственных сточных вод
Для очистки бытовых и производственных сточных вод используют следующие методы:
- механические;
- химические;
- физико-химические;
- биологические.
Метод очистки и состав очистных сооружений выбирают в зависимости от требуемой степени очистки, состава загрязнений, пропускной способности очистной станции, грунтовых условий и мощности
водного объекта с соответствующим технико-экономическим обоснованием.
В настоящее время требования к степени очистки сточных вод повышаются. В связи с этим их подвергают дополнительной более глубокой очистке (доочистке). В процессе очистки предусматривают
также обработку осадков сточных вод и обеззараживание сточных вод перед сбросом в водоем.
Механическая очистка сточных вод применяется, как правило, в качестве предварительной, то
есть предшествует другим методам очистки. Назначение механической очистки заключается в подготовке производственных сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Она способствует удалению из сточных вод нерастворенных и
частично коллоидных минеральных и органических примесей. Механическая очистка обеспечивает выделение из сточных вод до 90 – 95% взвешенных веществ и снижение органических загрязнений (по
БПКполн) на 20 – 25%. В ряде случаев механическая очистка является единственным и достаточным
способом для извлечения из производственных сточных вод механических загрязнений и подготовки их
к повторному использованию в системах оборотного водоснабжения.
Механическую очистку осуществляют способами процеживания, пескоулавливания, отстаивания,
центрифугирования, фильтрования.
2.1. Усреднители
Усреднители применяют для регулирования состава или расхода сточных вод, поступающих на
очистные сооружения. Иногда усреднение осуществляют по двум показателям одновременно. Это позволяет повысить эффективность и надежность работы устройств механической, биологической и физико-химической очистки. Усреднители выравнивают пиковые расходы и концентрации сточных вод,
что позволяет разработать более экономичные очистные сооружения, так как при этом для расчета принимаются усредненные данные. Изменение концентрации в сточной воде может произойти в результате
ее залпового сброса или вследствие циклических колебаний состава вод.
Усреднение проводят в контактных и проточных усреднителях. Контактные усреднители используют при небольших расходах сточной воды, в периодических процессах и для обеспечения высоких степеней выравнивания концентраций. В большинстве случаев применяют проточные усреднители, которые представляют собой многокоридорные (многоходовые) резервуары или емкости, снабженные перемешивающими устройствами. Многокоридорные усреднители представляют собой прямоугольные
или круглые резервуары, изготовленные из железобетона. Усреднение в них достигается смешением
струй сточной воды разной концентрации. В отечественной практике применяются усреднители двух
типов: с дифференцированием потока сточных вод и с перемешиванием поступающей сточной воды.
Схема прямоугольного усреднителя сточных вод представлена на рис. 1.
Рис. 1. Прямоугольный усреднитель сточных вод
1 – распределительный лоток; 2 – водоотводный канал; 3 – сборные лотки;
4 – глухая перегородка; 5 – вертикальные перегородки; 6 – подвод воды
Принцип работы данного усреднителя заключается в следующем. Сточная вода попадает в распределительный лоток 1, из которого по желобам направляется в коридоры усреднителя и собирается затем
в диагональные сборные лотки 3, из них сточная вода поступает в водоотводной канал 2. Эффективность
усреднения по концентрации достигается за счет разного времени добегания отдельных порций сточной
воды к сборному лотку. Типовой усреднитель состоит из 4 – 6 параллельно расположенных коридоров.
Эти усреднители рекомендуется применять при незначительном количестве взвешенных веществ в поступающих сточных водах и слабой их агрессивности по отношению к бетону.
На рис. 2 показана схема круглого усреднителя сточных вод.
Рис. 2. Круглый усреднитель сточных вод
1 – распределительный лоток; 2 – перегородка; 3 – сборный лоток; 4 – подвод воды
Усреднение расхода воды достигается также при перекачке ее насосами. В этом случае усреднитель
представляет собой простую емкость. Перемешивание жидкости может быть обеспечено и механическими мешалками или барботажем воздуха (рис. 3).
Рис. 3. Усреднитель с перемешивающим устройством
1 – выпускная камера; 2 – выпускное устройство; 3 – корпус;
4 – лоток; 5 – барботер
Наиболее удобными в эксплуатации являются усреднители барботажного типа. В них перемешивание производится с помощью сжатого воздуха, для этого устраиваются перфорированные трубчатые
барботеры из полиэтилена. При очистке производственных сточных вод также применяются радиальные отстойники-усреднители, в которых совмещены процессы отстаивания и усреднения сточной воды
по концентрации загрязнений.
2.2. Решетки для процеживания
Для процеживания сточных вод применяют решетки. Они задерживают грубые примеси размером
5 и более мм (крупные, нерастворенные, плавающие загрязнения). Попадание таких отходов в последующие очистные сооружения может привести к засорению труб и каналов, поломке движущихся частей оборудования, т. е. к нарушению нормальной работы. Решетки представляют собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных металлических стержней круглой или чаще
прямоугольной формы поперечного сечения (60*10 мм). Стержни устанавливают вертикально или наклонно к потоку под углом 60 – 70о к горизонту. Ширина прозоров решеток (расстояние между стержнями) составляет 16 мм. Схема решетки представлена на рис. 4.
Рис.4. Схема решетки
1 – решетка из металлических стержней; 2 – механизм для снятия задержанных решеткой загрязнений;
3 – транспортер для подачи задержанных загрязнений в дробилку
Решетки бывают различных типов:
- подвижные или неподвижные;
- устанавливаемые вертикально или наклонно;
- с ручной или механизированной очисткой от отбросов (механическая очистка производится движущимися граблями, зубцы которых входят в прозоры, снятые отбросы поступают на конвейер и направляются в дробилку для размельчения);
- решетки-дробилки (комбинированные механизмы), измельчают задерживаемые примеси без извлечения их из сточных вод.
Решетки, требующие ручной очистки, устанавливают в случае, если количество загрязнений не превышает 0,1 м3/сут. При большем количестве загрязнений устанавливают решетки с механическими
граблями. Уловленные на решетках загрязнения измельчают в специальных дробилках и возвращают в
поток воды перед решетками. Решетки размещают в отдельных помещениях, снабженных грузоподъемными приспособлениями. Решетка с ручным отделением крупных отходов показана на рис. 5.
Рис. 5. Решетка с ручным отделением крупных отходов
Для задержания и измельчения загрязнений непосредственно в потоке сточной воды без извлечения
их на поверхность применяют решетки-дробилки (типа РД). Решетка-дробилка состоит из щелевого
барабана с трепальными гребнями и приводного механизма. Сточная вода поступает на вращающийся
барабан. Мелкие фракции загрязнений вместе с потоком воды проходят через щели внутри барабана, а
крупные задерживаются в нем и измельчаются. Измельченные отбросы с водой также поступают внутрь
барабана и затем выходят из решетки-дробилки. Такая конструкция является компактной, а процесс
можно полностью автоматизировать.
Кроме комбинированных решеток-дробилок типа РД промышленность выпускает круглые решеткидробилки КРД; радиальные – РРД; вертикальные – ВРД.
2.3. Сооружения и аппараты для осаждения примесей из сточных вод
2.3.1. Устройства для выделения из сточных вод нерастворимых примесей
под действием гравитационных сил
Работа многочисленных аппаратов, предназначенных для выделения из сточных вод твердых и жидких примесей, основана на гидродинамических закономерностях процесса отстаивания. К таким аппаратам относятся песколовки, первичные и вторичные отстойники, илоуплотнители, нефтеловушки, смоложиромаслоуловители.
2.3.1.1. Песколовки
После решеток сточные воды поступают в песколовки. Они предназначены для задерживания минеральных взвесей, главным образом песка крупностью 0,2 – 0,25 мм и более. В результате задерживания
песка облегчается эксплуатация последующих сооружений. Легкие частицы органического происхождения должны выноситься из песколовок. Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Их устанавливают при пропускной способности станции очистки сточных вод более 100
м3/сут. Число отделений песколовок принимают не менее двух, при этом все отделения являются рабочими. Песколовки устраивают из сборных железобетонных унифицированных элементов.
В отечественной практике используются следующие типы песколовок.
А) Горизонтальные песколовки проектируют двух видов: с прямолинейным и круговым движением
воды. Схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением воды приведена на рис.6.
Песколовка имеет прямоугольную в плане форму. Для ориентировочных расчетов принимают глубину песколовки Н = 0,25 – 1 м, соотношение ширины и глубины В/Н = 1: 2. В расширенной части резервуара под действием силы тяжести происходит осаждение песка. Скорость движения воды в песколовке составляет 0,15 – 0,3 м/с. При скорости более 0,3 м/с песок не успевает осаждаться, а при скорости
менее 0,15 м/с начинают осаждаться органические примеси, что недопустимо. Время пребывания
сточных вод в песколовке составляет 0,5 – 2 мин.
Рис.6. Схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением воды
1 – входной патрубок; 2 – корпус песколовки; 3 – шламосборник (песковый приямок);
4 – выходной патрубок
Песколовки с круговым движением воды (рис. 7) являются разновидностью горизонтальных песколовок. Сточная вода подводится к ним и отводится из них по лоткам. Эти песколовки применяют при
расходах воды до 7000 м3/сут. Такая конструкция упрощает выгрузку осадка.
Рис. 7. Песколовки с круговым движением воды
1 – подача сточной воды; 2 – удаление пульпы; 3 – отвод воды
Б) Аэрируемые песколовки применяют в тех случаях, когда требуется наиболее полное разделение
примесей по крупности. Воздух способствует вращению воды в песколовке и тем самым повышению
эффекта осаждения. Они чаще проектируются в виде горизонтальных резервуаров. Бывают также аэрируемые песколовки с круговым движением воды. В горизонтальных аэрируемых песколовках (рис. 8)
вдоль одной из стенок на расстоянии 45 – 60 мм от дна по всей длине устраивают аэраторы в виде перфорированных труб с отверстиями 3 – 5 мм. За счет аэрации потока в песколовке создается вращательное движение, а в выпавшем песке почти не содержатся органические загрязнения.
Рис. 8. Схема горизонтальной аэрируемой песколовки
1 – входной патрубок; 2 – воздуховод; 3 – воздухораспределитель;
4 – выходной патрубок; 5 – шламосборник (песковой приямок); 6 – устройство для удаления шлама
В аэрируемых песколовках с круговым движением воды (рис. 9) объем аэрированной зоны изменяется от 25,8 до 169 м3, а интенсивность аэрации составляет 3,3 – 3,6 м3/(м2.ч). Ширина зоны аэрации песколовки равна 1,25 – 3 м, диаметр зоны отстаивания 4 или 6 м, диаметр песколовки 6,5 – 12 м.
Рис. 9. Аэрируемая песколовка с круговым движением воды
1 – аэрационная зона; 2 – аэратор; 3 – разделительная перегородка; 4 – гидроэлеватор;
5 – подводящий канал; 6 – впускное устройство; 7 – отводящий канал; 8 – перегородка
В) Тангенциальные песколовки (рис. 10) устраивают круглой в плане формы, с малой глубиной
проточной части и подводом воды, осуществляемым по касательной. Образующееся вращательное
движение способствует отмывке песка от органических веществ, исключая их выпадение в осадок. Диаметр песколовок составляет не более 6 м. Проточная часть песколовки имеет небольшую глубину. При
скорости движения воды в главном лотке 0,6 – 0,8 м/с в песколовке задерживается примерно 90% песка.
Осажденный песок удаляют шнеком, гидроэлеватором или смывают водой, подаваемой через трубопровод, расположенный в песковом лотке. Глубину песколовки принимают равной половине диаметра.
Рис. 10. Тангенциальная песколовка
1 – осадочная часть; 2 – подвижный водослив; 3 – телескопическая труба;
4 – рабочая часть; 5 – шнек; 6 – отвод песка; 7 – подающий лоток; 8 – отводящий лоток
Песок, задержанный в песколовках, обычно удаляют из них с помощью гидроэлеваторов (водоструйных насосов) и в виде песчаной пульпы подают на песковые площадки – земельные участки, разделенные на карты ограждающими валиками высотой 1 – 2 м. Профильтрованную воду собирают дренажной системой и направляют в резервуар, откуда перекачивают в канал перед песколовками. Песковые площадки устраивают на крупных очистных станциях.
Песок, обезвоженный на песковых площадках, содержит много органических веществ, способен загнивать. Для отмывки песка от органических загрязнений и его обезвоживания на станциях производительностью до 80 тыс м3/сут применяют песковые бункеры, гидроциклоны, горизонтальные шнековые
центрифуги, гидравлические и механические пескопромыватели. После такой обработки песок можно
использовать для подсыпки и планировки территории и как строительный материал.
2.3.1.2. Отстойники
Отстойник является основным сооружением механической очистки сточных вод. Отстойники применяются для задерживания нерастворенных органических загрязнений.
По назначению отстойники бывают:
- первичные (устраиваемые перед сооружениями биологической или физико-химической очистки);
- вторичные (устраиваемые после сооружений для биологической очистки для отделения очищенной
воды от активного ила или биопленки).
По характеру движения воды (по конструктивным признакам) отстойники делятся на три вида:
- горизонтальные;
- вертикальные;
- радиальные.
Разновидностью отстойников являются также:
- двухъярусные отстойники;
- осветлители-перегниватели.
В них происходит осветление сточной жидкости и одновременно перегнивание выпавшего осадка.
Первичные отстойники применяют для выделения из сточных вод нерастворимых веществ, которые
под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность. Достигаемый эффект осветления по взвешенным веществам составляет 40 – 60% при продолжительности
отстаивания 1 – 1,5 ч. Процесс также сопровождается одновременным снижением величины БПК в осветленной сточной воде на 20 – 40% от исходного значения. Выбор типа и конструкции отстойников
зависит от количества и состава производственных сточных вод, поступающих на очистку, характеристик образующегося осадка (уплотняемость, транспортируемость) и от местных условий строительной
площадки очистных сооружений. В каждом конкретном случае выбор типа отстойников должен определяться в результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов. Число отстойников
принимают не менее двух, но и не более четырех.
А) Горизонтальный отстойник (рис. 11) применяется для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Он представляет собой прямоугольный в плане железобетонный
резервуар, разделенный перегородками на несколько отсеков (не менее двух) для возможности чистки
и ремонта.
Ширина коридора составляет 3 – 6 м, глубина отстойника колеблется в пределах 1,5 – 4
м, длина отстойника должна в 8 – 12 раз превышать его глубину. В отстойнике происходит гравитационное осаждение взвешенных частиц за счет резкого (по сравнению с подводящим каналом) снижения
скорости движения жидкости. Максимальная скорость движения воды в горизонтальном отстойнике
составляет 0,7 мм/с. Их применяют на станциях производительностью более 15000 м3/сут. Продолжительность отстаивания составляет 0,5 – 1,5 ч. За это время основная масса взвешенных веществ выпадает в осадок. Эффективность очистки в горизонтальном отстойнике достигает 50 - 60%. Осадок сгребается в иловый приямок скребковым механизмом и удаляется насосами, гидроэлеваторами, грейферами
или под гидростатическим давлением. Угол наклона стенок приямка принимают равным 50 – 60о. Днище
отстойника имеет уклон к приямку не менее 0,005. Горизонтальный отстойник по сравнению с радиальным имеет более высокий расход железобетона на единицу строительного объема.
Рис. 11. Схема работы горизонтального отстойника
1 – входной лоток; 2 – полупогруженные перегородки; 3 – жировой лоток; 4 – жировая труба;
5 - приямки для сбора осадка; 6 – иловая труба; 7 – сборный лоток осветленной воды;
8 – днище отстойника; 9 – иловый колодец; 10 – задвижки; 11 – распределительная камера
Аксонометрическая схема работы горизонтального отстойника представлена на рис. 12.
Рис. 12. Аксонометрическая схема работы горизонтального отстойника
1 – приток сточной воды; 2, 4 – порог для образования ламинарного потока;
3 – труба для удаления жира и пены в жировой колодец; 5 – устройство для сгребания осевшего ила;
6 – выход осветленной воды; 7 – переливная труба; 8 – приямок для сбора ила
Б) Вертикальный отстойник (рис. 13) применяется для осветления производственных сточных вод,
а также их смесей с бытовыми сточными водами, содержащих грубодисперсные примеси. Он представляет собой круглый или квадратный в плане железобетонный резервуар с коническим или пирамидальным днищем соответственно. Отстойник имеет достаточно большую глубину (около 7 м), но меньшую
по сравнению с горизонтальным отстойником занимаемую площадь. Диаметр отстойника колеблется в
пределах 4 – 9 м. Отстойники просты по конструкции и удобны в эксплуатации, недостатком их является большая глубина сооружений, что ограничивает их максимальный диаметр.
Рис. 13. Схема вертикального отстойника
1 – центральная труба; 2 – водослив; 3 – отстойная часть; 4 – отражательный щит; 5 – илопровод
Наиболее распространены отстойники с впуском воды через центральную трубу с раструбом. Сточные воды поступают в центральную круглую трубу, оканчивающуюся раструбом и отражательным
щитом, движутся сверху вниз, затем поднимаются по кольцевому пространству между центральной
трубой и стенкой отстойника. Осаждение происходит в восходящем потоке, скорость которого составляет 0,5 – 0,6 м/с. Интенсивное разделение жидкой и твердой фаз происходит на повороте потока в нижней
части отстойника. Высота зоны осаждения – 4 – 5 м. Осветленные воды сливаются через кольцевой водослив в сборный лоток.
Вертикальный отстойник имеет самый низкий эффект осветления (на 10 – 20% ниже, чем в горизонтальных отстойниках). Его применяют на станциях небольшой производительности (менее 20000
м3/сут).
Рабочий чертеж вертикального отстойника представлен на рис. 14.
Рис. 14. Рабочий чертеж вертикального отстойника
1 – приток сточной воды; 2 – центральная труба; 3 – кольцевой сборный лоток;
4 – иловая труба; 5 – трубопровод осветленной воды; 6 – полупогруженные доски
для обеспечения ламинарности потока
В) Радиальный отстойник применяется для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Он представляет собой круглый в плане железобетонный резервуар большого
диаметра (18 – 60 м) и относительно малой глубины проточной части (1,5 – 5 м). Известны радиальные
отстойники трех конструктивных модификаций: с центральным впуском; с периферийным впуском и
с вращающимися сборно-распределительными устройствами. Наибольшее распространение получили
отстойники с центральным впуском жидкости (рис. 15).
Рис.15. Схема радиального отстойника
1 – труба для подачи воды; 2 – скребки; 3 – распределительная чаша; 4 – водослив; 5 – отвод осадка
Сточная жидкость подается по центральной трубе, расположенной под днищем отстойника. Труба
имеет небольшое расширение для погашения скорости движения жидкости. Сточная вода распределяется по всему объему отстойника с помощью распределительной чаши. Затем поток движется в радиальном направлении с убывающей скоростью от центра к периферии. При этом происходит выпадение
осадка, который сгребается к центру скребками, подвешенными к ферме. Из приямка осадок удаляется
насосом или под действием гидростатического давления. Осветленная вода отводится по кольцевому
сборному желобу. Продолжительность отстаивания составляет 1,5 ч. Радиальный отстойник обеспечивает самый высокий эффект осветления (60% и более). Он применяется на станциях большой производительности (более 20000 м3/сут).
Радиальные отстойники по сравнению с горизонтальными имеют некоторые преимущества: простота и надежность эксплуатации, экономичность, возможность строительства сооружений большой производительности. Недостаток – наличие подвижной фермы со скребками.
Недостатками всех рассматриваемых типов отстойников являются:
- большие габаритные размеры и значительный расход материалов для их изготовления, соответственно, стоимость их очень высока;
- большая продолжительность отстаивания;
- сравнительно низкая эффективность очистки;
- наличие в процессе осветления турбулентного режима движения воды, что тормозит осаждение
взвесей и уменьшает эффект осветления.
Перечисленные недостатки частично устраняются в тонкослойных и трубчатых отстойниках. Их
применяют для увеличения эффективности отстаивания. Они могут быть горизонтальными, вертикальными, радиальными. Ламинарное движение в них достигается в результате разделения отстойной зоны
на тонкие слои по высоте пластинами (полками) небольшой глубины (до 150 мм) или набором пакетов
трубок небольшого диаметра (25 – 50 мм). При этом процесс отстаивания протекает за 4 – 10 мин, что
позволяет уменьшить размеры отстойника.
Тонкослойные отстойники классифицируются по следующим признакам:
- по конструкции наклонных блоков – на трубчатые и полочные;
- по режиму работы – периодического (циклического) и непрерывного действия;
- по взаимному движению осветленной воды и вытесняемого осадка – с прямоточным, противоточным и смешанным (комбинированным) движением.
Недостатком тонкослойных отстойников является сложность удаления осадка из межполочного пространства. Накопившийся осадок удаляется промывкой обратным током осветленной воды. Наклон
элементов в отстойниках непрерывного действия составляет 45 - 60о. Эффективность трубчатых и полочных отстойников практически одинакова. Указанные отстойники наиболее эффективно использовать
для осветления высококонцентрированных сточных вод.
2.3.1.3. Специальные устройства для механической очистки сточных вод
Производственные сточные воды, содержащие примеси с плотностью меньше плотности воды, т. Е.
всплывающие примеси (нефть, смолы, масла, жиры и другие им подобные), очищают также отстаиванием в нефтеловушках, смоло- и маслоуловителях.
А) Нефтеловушки применяются для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные
нефть и нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л. Нефтеловушки сооружают трех типов: горизонтальные, многоярусные и радиальные. Горизонтальные сооружения представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары. В них происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, а содержащиеся в сточной воде
минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки. Всплывающая нефть скребковым механизмом передвигается к щелевым поворотным трубам и отводится из нефтеловушек. Осадок сгребается в приямок,
из которого удаляется гидроэлеватором.
В горизонтальной нефтеловушке (рис.16) нефть всплывает на поверхность очищаемой воды в отстойной камере, которая ограничена нефтеудерживающей перегородкой 5, и удаляется с помощью
скребкового транспортера 6 и нефтесборной трубы 4. Горизонтальные нефтеловушки имеют не менее
двух секций. Ширина секций составляет 2 – 3 м, глубина отстаиваемого слоя воды 1,2 – 1,5 м, продолжительность отстаивания не менее 2 ч. Скорость движения воды в нефтеловушке 5*10-3 – 10-2 м/с, степень очистки от нефтепродуктов – 96 – 98%.
Рис. 16. Схема горизонтальной нефтеловушки
1 – корпус; 2 – гидроэлеватор; 3 – слой нефти; 4 – нефтесборная труба; 5 – нефтеудерживающая перегородка; 6 – скребковый транспортер; 7 – приямок для осадка
Усовершенствованными разновидностями горизонтальных нефтеловушек являются радиальные и
полочные тонкослойные нефтеловушки. Они имеют меньшие габариты и более экономичны. Схема
многоярусной нефтеловушки приведена на рис. 17.
Рис. 17. Многоярусная нефтеловушка
1 – подвод воды; 2 – водораспределительная труба; 3 – нефтесборные трубы; 4 – полочный блок;
5 – скребковый транспортер; 6 – отвод воды; 7 – гидроэлеватор; 8 – отвод осадка
Б) Жироловушки устроены по аналогии с нефтеловушками. Они используются для улавливания жиров из сточных вод. Также для этой цели используются такие сооружения, как прямоугольные и радиальные отстойники-смолоуловители.
2.3.2. Устройства для выделения из сточных вод нерастворимых примесей
под действием центробежных сил
Интенсификацию процессов осаждения взвешенных частиц из сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных сил в специальных устройствах. К таким устройствам относятся гидроциклоны, центрифуги, сепараторы.
2.3.2.1.Гидроциклоны
Гидроциклоны – аппараты для осветления производственных сточных вод (для разделения суспензий). Принцип действия гидроциклона основан на осаждении твердых частиц под действием центробежных сил во вращающемся потоке жидкости. Центробежные силы примерно в сотни раз превышают
силы тяжести (гравитационные).
К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести:
- высокую производительность и высокое качество процессов разделения;
- компактность и простоту устройства;
- сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;
- отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы
(центробежное поле создается за счет тангенциального подвода сточной воды).
Гидроциклоны бывают двух типов: открытые и напорные.
Открытые гидроциклоны (рис. 18) работают при атмосферном давлении. Они используются для
выделения как оседающих грубодисперсных примесей (в основном минерального происхождения) гидравлической крупностью более 0,2 мм/с, таких как песок, уголь, окалина, компоненты керамики, стекла,
строительных материалов и т.п., так и всплывающих примесей. Их также можно применять для выделения скоагулированных взвешенных веществ. Подача воды в аппарат осуществляется из открытого
резервуара. В рабочей зоне аппарата образуется вращательное движение потока, которое обеспечивается тангенциальным подводом сточных вод к цилиндрическому корпусу. Число впускных патрубков
должно быть не менее двух для более равномерного распределения потока. Скорость впуска воды составляет 0,1 – 0,5 м/с. Диаметр цилиндрической части гидроциклона составляет 2 – 10 м.
Указанные устройства могут быть единичными и батарейными (мультициклоны). Существуют также многоярусные гидроциклоны, используемые для интенсификации процесса очистки. В них рабочий
объем разделен на отдельные ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами.
Рис. 18. Схема открытого гидроциклона
1 – кольцевой водослив; 2, 3 – соответственно плоская и коническая диафрагмы;
4 – отвод осветленной воды; 5 – отверстие для удаления шлама; 6 – подача сточной воды
Напорные гидроциклоны (рис. 19) представляют собой аппараты, состоящие из цилиндической и
конической частей. Они используются для выделения только оседающих примесей. Подача воды в них
осуществляется от насоса. Сточная вода подается тангенциально по трубе, расположенной в верхней
цилиндрической части резервуара и приобретает вращательное движение. Осадок отводится через отверстие, а осветленная вода – через сливной патрубок.
Движение воды происходит по винтовым пространственным спиралям. Под действием центробежных сил твердые частицы отбрасываются от центра к периферии, скапливаются у стенок, затем собираются в нижней конической части, сползают к шламовому отверстию, после чего удаляются. В напорном гидроциклоне формируются внешний и внутренний спиральные потоки воды, направление вращения которых совпадает (рис. 20). Внешний поток при вращении проходит цилиндрическую и коническую части гидроциклона и направляется к шламовому отверстию, а внутренний поток удаляется через
сливной патрубок. Напор определяет окружную скорость в гидроциклоне и влияет на эффект очистки.
Указанные гидроциклоны производятся с диаметрами цилиндрической части 100 – 500 мм.
Для более тонкой очистки необходимо уменьшение диаметра аппарата, но это ведет к снижению его
производительности. Поэтому гидроциклоны малых диаметров (25 – 100 мм) объединяют в батарейные (мультигидроциклоны), состоящие из большого числа циклонных элементов (24 – 48 шт.), устанавливаемых параллельно, и имеющих единую систему питания. Такие гидроциклоны служат для очистки от мелкодисперсных примесей. Напорные гидроциклоны можно соединять в 2 – 3 ступени и последовательно для улучшения эффекта очистки (вначале аппараты большого диаметра, а затем – малого).
К недостаткам напорных гидроциклонов относятся значительный расход электроэнергии и быстрый износ аппарата (при работе с грубодисперсными примесями).
Рис. 19. Схема напорного гидроциклона
1 – цилиндрическая часть; 2 – патрубок для отвода воды; 3 – патрубок для впуска сточной воды;
4 - коническая часть; 5 – патрубок для отвода шлама
Рис. 20. Принципиальная схема движения воды в гидроциклоне
1 – питающий патрубок; 2, 5 – соответственно нисходящий и восходящий потоки; 3, 6 – соответственно
коническая и цилиндрическая части; 4 – шламовое отверстие; 7 – сливной патрубок
Многоярусные гидроциклоны используют для интенсификации процесса очистки. В них рабочий
объем разделен на отдельные ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами. Вследствие
этого высота слоя отстаивания уменьшается. Вращательное движение позволяет полнее использовать
объем яруса и способствует агломерации взвешенных частиц. Каждый ярус гидроциклона работает самостоятельно.
На практике используются гидроциклоны с наклонными патрубками для отвода очищенной воды
(рис. 21) и с периферийным отбором осветленной воды. В первом из них впуск загрязненной воды
осуществляется тангенциально через общие для всех ярусов щели, расположенные через 120о. Распределение воды по высоте происходит в аванкамерах с распределительными лопатками. Рабочий поток движется в ярусе по сходящейся спирали и через шламовыводящую щель попадает в коническую часть аппарата, откуда удаляется под действием гидростатического напора. Гидроциклон имеет устройство для
удаления всплывающих примесей.
Рис. 21. Многоярусный гидроциклон с наклонными патрубками для отвода очищенной воды
1 –водосборный желоб; 2 – полупогруженная кольцевая стенка; 3 – аванкамера; 4 – ярусы;
5 – шламоотводные козырьки; 6 – водоподающие трубы; 7 – труба для удаления всплывающих веществ;
8 – труба для удаления шлама; 9 – шламоотводная шахта;10 – конические диафрагмы;
11 –выпуск осветленной воды; 12 – тангенциальные выпускные насадки; 13 – наклонные выпуски
В гидроциклонах с периферийным отбором осветленной воды выделившийся осадок сползает к
центру, проваливается в шламовую шихту, а затем в коническую часть.
2.3.2.2.Центрифуги и сепараторы
Центрифугирование для очистки сточных вод используется реже, чем методы осаждения и фильтрования. Это связано с тем, что центрифугирование является процессом энергоемким. Центрифуги бывают отстойные и фильтрующие. В процессах очистки сточных вод фильтрующие центрифуги используют для разделения грубодисперсных систем, отстойные – для разделения труднофильтрующихся тонкои грубодисперсных суспензий, а также для классификации суспензий по размерам и плотности частиц.
В центрифугах поле центробежных сил обеспечивается за счет вращения корпуса. Центрифуги используются для удаления мелкодисперсных осадков из сточных вод. Применение центрифуг наиболее
целесообразно и экономически оправдано в следующих случаях:
- для локальной очистки производственных сточных вод, когда выделенный осадок представляет собой ценный продукт, предназначенный для дальнейшего использования;
- при мелкодисперсном составе загрязнений в воде, когда для ее очистки не могут быть применены
реагенты;
- для сокращения площади, на которой размещают установку;
- для обработки (обезвоживания) осадков сточных вод.
Центрифуги периодического действия целесообразно использовать при концентрации нерастворимых примесей в сточных водах не более 2 - 3 г/л и если образующиеся осадки цементируются или характеризуются высокими абразивными свойствами. Из центрифуг непрерывного действия в системах очистки вод наибольшее распространение получили горизонтальные шнековые центрифуги типа ОГШ (рис.
22). Их используют для выделения веществ с гидравлической крупностью примерно 0,2 мм/с (противоточные) и 0,05 мм/с (прямоточные).
Рис. 22. Центрифуга типа ОГШ
1 – барабан; 2,3,5 – окна; 4 – кожух; 6 – разгрузочный шнек; 7 – подвод сточной воды;
8 – отвод осветленной воды; 9 – отвод осадка
Центрифуга представляет собой цилиндрический ротор со сплошными или перфорированными боковыми стенками. Ротор укрепляется на валу, который приводится во вращение электродвигателем, и
помещается в соосный цилиндрический неподвижный кожух. На внутренней поверхности ротора с перфорированными стенками закреплена фильтровальная ткань или тонкая металлическая сетка. Под действием центробежной силы суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу (фугат). Осадок остается в роторе, а жидкая фаза удаляется из него. Различают центрифуги непрерывного и периодического действия.
Сепараторами называют центрифуги для разделения эмульсий.
2.3.3. Фильтрационные установки
Фильтрационные установки применяются для глубокой очистки (доочистки) сточных вод после
физико-химической или биологической очистки для последующего извлечения тонкодиспергированных
веществ, пыли, масел, смол, нефтепродуктов и др. Фильтрованием называют процесс разделения суспензий и эмульсий с использованием пористых перегородок или зернистых слоев, которые задерживают
диспергированную фазу и пропускают жидкость. В практике очистки сточных вод используют следующие процессы фильтрования:
- фильтрование через фильтровальные перегородки;
- фильтрование через зернистые слои;
- микрофильтрация;
- фильтрование эмульгированных веществ (нефтепродуктов и масел, находящихся в виде нестойких
эмульсий).
Тип фильтрующего аппарата подбирают в зависимости от следующих факторов:
- количества воды, подлежащей фильтрованию;
- концентрации загрязнений, их природы и степени дисперсности;
- физико-химических свойств твердой и жидкой фаз;
- требуемой степени очистки;
- технологически, технико-экономических и других факторов.
2.3.3.1. Фильтрование через фильтрующие перегородки
Наиболее часто применяется фильтрование через фильтрующие (пористые) перегородки (рис. 23).
При этом различают процесс фильтрования суспензии с образованием осадка, при котором она разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок, а также фильтрование с закупориванием пор, при котором твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и задерживаются там, не образуя
осадка.
Фильтровальная перегородка представляет собой существенную часть фильтрата, и от правильного
выбора ее во многом зависят производительность фильтровального оборудования и чистота получаемого
фильтрата. Фильтровальные перегородки изготавливают из хлопчато-бумажных, шерстяных, стеклянных, керамических, углеродных и металлических материалов.
Рис. 23. Схема процесса фильтрования суспензии через фильтрующую перегородку
1 – фильтр; 2 – фильтровальная перегородка; 3 – суспензия; 4 – фильтрат; 5 – осадок
2.3.3.2. Процеживание на сетчатых барабанных фильтрах и микрофильтрах
В системах очистки сточных вод и обработки осадков используются различные фильтры периодического и непрерывного действия. Барабанные сетки и микрофильтры используют для задержания
грубодисперсных примесей в процессах процеживания сточных вод, содержащих не более 300 мг/л
взвешенных частиц.
Сетчатые барабанные фильтры относятся к фильтрам непрерывного действия. Основной частью
этих сооружений является вращающийся барабан сварной конструкции, обтянутый сеткой. На поверхности барабана смонтированы фильтрующие элементы. Барабан погружен в воду на глубину 0,6 – 0,85
диаметра и вращается в камере со скоростью 0,1 – 0,5 м/с. Барабан приводится во вращение электроприводом. Очищаемая вода поступает внутрь барабана через открытую торцевую стенку и выходит радиально, фильтруясь через сетку. Задерживаемые сеткой примеси смываются с нее промывной водой
под давлением 0,15 – 0,2 МПа и удаляются вместе с ней. Расход промывной воды составляет 1 – 2 % от
количества очищенной воды. В зависимости от требуемой степени очистки и условий применения их
можно оснащать сетчатым полотном с различной крупностью ячеек. В связи с этим сетчатые барабанные фильтры условно подразделяют на барабанные сетки и микрофильтры.
Сетчатые барабанные фильтры оснащены фильтрующей сеткой с крупными ячейками размером 0,3
– 0,5 мм. Фильтры предназначены для задерживания грубодисперсных примесей. В них происходит
снижение содержания взвешенных веществ на 25 – 40%. Исходная концентрация взвеси в сточной воде
должна быть не более 250 мг/л. При этом в очищаемых сточных водах должны отсутствовать вязкие
вещества (смолы, битумы, масла), затрудняющие промывку сетки. Барабанные сетки чаще всего устанавливают перед зернистыми фильтрами для глубокой очистки сточной воды. Применение барабанных сеток для механической очистки производственных сточных вод допускается только в схемах полной биологической очистки с установкой их перед аэротенками.
Микрофильтры (рис. 24) оснащены фильтрующей сеткой с мелкими ячейками размером 0,035 –
0,04 мм. Эффективность очистки воды на микрофильтрах составляет 40 – 60%, что позволяет в отдельных случаях заменить ими первичные отстойники. Содержание взвешенных веществ сточной воде,
направляемой на микрофильтры, не должно превышать 300 мг/л. БПКполн при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод снижается на 25 – 30%.
Рис. 24. Схема микрофильтра
1 – вращающийся барабан; 2 – лоток для сбора промывных вод; 3 – устройство для промывки
2.3.3.3. Фильтры с зернистой загрузкой
В промышленных условиях для очистки воды от механических примесей чаще всего используют зернистые материалы. К фильтрующим материалам предъявляют следующие требования: они должны
быть химически устойчивыми к обрабатываемой воде, механически прочными и не должны загрязнять
воду. Важной характеристикой таких материалов являются также их дешевизна и доступность. Чаще
всего используются такие фильтрующие материалы, как кварцевый песок, керамическая крошка,
опилки, керамзит, коксовая мелочь, дробленый антрацит, металлургический шлак, гранодиорит, шунгизит и т.п.
Фильтры классифицируют следующим образом:
- по рабочему давлению – открытые (самотечные) и закрытые (напорные);
- по скорости фильтрования – медленные (0,1 – 0,3 м/ч), скорые (7 – 16 м/ч) и сверхскоростные (25 –
100 м/ч);
- по направлению движения потока – с восходящим и нисходящим потоком;
- по крупности фильтрующего материала – мелко-, средне- и крупнозернистые;
- по числу фильтрующих слоев – одно-, двух- и многослойные.
Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой бетонный или кирпичный резервуар, в нижней
части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, а затем фильтрующий материал. Вода под давлением проходит через слой
фильтрующего материала, который необходимо периодически промывать от загрязнений. Регенерацию фильтров производят продувкой воздухом с последующей промывкой фильтра горячей водой (60 –
80оС). Промывочная вода обычно подается снизу вверх (метод обратной промывки фильтров).
Грязеемкостью фильтра называют количество загрязнений в кг, удаляемых с 1 м2 поверхности
фильтрующего слоя в единицу времени. Грязеемкость фильтров с восходящим потоком больше, чем с
нисходящим. В фильтрах с восходящим потоком наблюдаются заиливание дренажного устройства, коррозия труб и зарастание их карбонатами, поэтому чаще используются фильтры с нисходящим потоком.
При использовании медленных фильтров достигается высокая степень очистки сточных вод. К недостаткам медленных фильтров относятся: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от
осадка. Безнапорные фильтры обычно бывают с восходящим потоком жидкости.
Скоростные фильтры могут быть однослойными и многослойными. У однослойных фильтров
фильтрующий слой состоит из одного и того же материала, у многослойных – из различных материалов, например, из слоя антрацита и песка. Многослойные фильтры также загружают однородным материалом с разной крупностью частиц. Многослойные фильтры работают более эффективно, чем однослойные. К недостаткам фильтров относятся значительная материалоемкость и сложность системы
промывки. Сточные воды фильтруют через напорные фильтры сверху вниз. Продолжительность
фильтрования в зависимости от состава сточных вод составляет 12 – 48 ч. Фильтры промывают через
дренажную систему снизу вверх.
Напорные вертикальные фильтры с зернистой загрузкой (рис. 25) применяются для механической
очистки нефтесодержащих сточных вод после их гравитационного отстаивания. Фильтр представляет
собой стальной вертикальный резервуар обычно заводского изготовления. Резервуар рассчитывается на
давление 0,6 МПа. Загружается фильтр, как правило, кварцевым песком слоем 1 м. Скорость фильтрации в нем составляет 5 – 12 м/ч. Начальное содержание нефтепродуктов 4 - 80 мг/л, механических
примесей – 30 – 60 мг/л. Остаточное содержание в воде нефтепродуктов допускается 7 – 20 мг/л, механических примесей – 10 – 20 мг/л.
Рис. 25. Фильтр механический горизонтальный однокамерный ОГ-5,5
1 – подача воды на фильтрование; 2 – распределительное устройство; 3 – фильтрующий слой;
4 – дренаж; 5 – подача промывной воды; 6 – отвод воды
Конструкция двухслойного фильтра показана на рис. 26.
Рис. 26. Двухслойный фильтр
1 – подача сточной воды; 2 – карман; 3 – желоб; 4 – слой антрацита; 5 – слой песка; 6 – гравий;
7 - дренаж; 8 – отвод фильтрата; 9 – подача промывной воды; 10 – отвод промывной воды
3. Химическая очистка сточных вод
Химическую и физико-химическую очистку обычно применяют для производственных сточных
вод на локальных канализационных очистных сооружениях предприятий. Химическая очистка производственных сточных вод может применяться как самостоятельный метод перед их подачей в систему
оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или в городскую водоотводящую сеть.
Кроме того, химические методы применяются для предварительной очистки сточных вод перед биологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка также применяется в качестве метода глубокой очистки сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них
различных компонентов. При локальной очистке производственных сточных вод в большинстве случаев
предпочтение отдается химическим методам.
Химическую очистку применяют в случаях, когда выделение примесей возможно только в результате химической реакции между примесью и реагентом. К основным химическим способам очистки относятся нейтрализация, окисление, восстановление, реагентные методы выделения загрязняющих веществ в виде малорастворимых и нерастворимых соединений. К окислительным методам относится также электрохимическая обработка.
3.1. Нейтрализация
Нейтрализация применяется для обработки производственных сточных вод, содержащих кислоты и
щелочи. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые необходимо
выделять из этих вод. Нейтрализацию осуществляют в следующих целях:
- для предотвращения коррозии материалов канализационных сетей и очистных сооружений;
- во избежание нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и в водоемах;
- для осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов.
Практически нейтральными считаются смеси с рН = 6,5 – 8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации необходимо 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 сточных вод в водоем или в городскую канализацию следует, что большую опасность представляют кислые стоки, которые к тому же встречаются значительно чаще, чем щелочные.
Чаще всего сточные воды загрязнены минеральными кислотами: серной, соляной, азотной, а также их
смесями. Обычно концентрация кислот в сточных водах не превышает 3%, но встречаются и более концентрированные смеси.
Существует три способа нейтрализации
1) Взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод. Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в
канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную концентрацию. Щелочные воды сбрасываются периодически по мере того, как сбрасывается щелочной раствор. В связи с этим для щелочных вод часто необходимо устраивать регулирующий резервуар. Из резервуара эти воды равномерно
выпускают в камеру реакции, где в результате смешения их с кислыми сточными водами происходит
взаимная нейтрализация. Данный метод широко используют на предприятиях химической промышленности.
2) Нейтрализация реагентами (используется гашеная Са(ОН)2 и негашеная СаО известь, кальцинированная Nа2СО3 и каустическая NаОН сода). Известь для нейтрализации применяют в виде известкового молока 5%-й концентрации или в виде порошка. Если на промышленных предприятиях имеются
только кислые или только щелочные сточные воды, либо если невозможно обеспечить взаимную нейтрализацию, применяют реагентный метод. Этот метод наиболее широко используют для нейтрализации кислых вод. Поскольку в кислых и щелочных производственных сточных водах практически всегда
присутствуют ионы металлов, то дозу реагента определяют с учетом выделения в осадок солей тяжелых металлов. Процессы реагентной нейтрализации производственных сточных вод осуществляются на
нейтрализационных установках или станциях. Время контакта сточных вод и реагента должно быть не
менее 5 мин. Для кислых сточных вод, содержащих рстворенные ионы тяжелых металлов, это время
должно быть не менее 30 мин.
3) Нейтрализация кислых сточных вод путем фильтрования через нейтрализующие материалы
(известь, известняк, мел, магнезит, доломит). Нейтрализацию соляно-, азотно-, а также сернокислых
сточных вод при концентрации серной кислоты не более 1,5 г/л осуществляют на непрерывно действующих фильтрах с вертикальным движением нейтрализуемых вод. При концентрации кислоты более
1,5 г/л количество образующегося сульфата кальция превышает его растворимость (2 г/л), и он начинает
выпадать в осадок, в результате чего нейтрализация прекращается. Крупность фракций материала загрузки составляет 3 – 8 см; расчетная скорость фильтрования зависит от вида загрузочного материала,
но не более 5 м/ч; продолжительность контакта не менее 10 мин. Применение таких фильтров возможно при условии отсутствия в кислых сточных водах растворенных солей тяжелых металлов, поскольку
при рН >7 они будут выпадать в осадок в виде труднорастворимых соединений, которые полностью забивают поры фильтра.
4) Нейтрализация дымовыми газами. Применение для нейтрализации щелочных сточных вод отходящих газов, содержащих диоксиды углерода, серы и азота и другие кислые газы, позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно осуществлять высокоэффективную очистку самих
газов от вредных компонентов. Нейтрализация производится в колонной абсорбционной аппаратуре,
расчет которой основан на закономерностях хемосорбции. Процесс нейтрализации может быть проведен
в реакторах с мешалкой, в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах. Схема реактора с мешалкой для нейтрализации сточных вод дымовыми газами приведена на рис. 27.
Рис. 27. Нейтрализатор щелочных сточных вод дымовыми газами.
Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов:
- вида и концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды;
- расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию;
- наличия реагентов, местных условий и т.п.
3.2. Окислительный метод очистки сточных вод
Окислительный метод применяется при водоподготовке и для обезвреживания производственных
сточных вод, содержащих токсические примеси (цианиды, фенолы), а также для извлечения из сточных
вод веществ, которые нельзя или нецелесообразно извлекать другими методами.
Метод применяется в следующих отраслях промышленности:
- машиностроительной (в цехах гальванических покрытий);
- горнодобывающей (на обогатительных фабриках);
- нефтехимической (на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах);
- целлюлозно-бумажной и других.
Реагентами (окислителями) являются хлор и его производные (хлорная известь, гипохлорит кальция
и натрия, хлорная известь, диоксид хлора), озон, технический кислород и кислород воздуха. Хлорирование является наиболее распространенным методом обеззараживания. Хлорирование применяют для
удаления из сточных вод фенолов, цианидов, сероводорода и других соединений, а также для борьбы с
биологическими обрастаниями сооружений.
Озонирование применяется для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода,
соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. Для окисления этих веществ озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссоциирует. Растворимость озона в воде зависит от ее рН. В слабощелочной среде озон диссоциирует очень
быстро, а в кислотной проявляет большую стойкость. Озон получают в генераторах из кислорода воздуха под воздействием электрического разряда. Генераторы озона подразделяются на цилиндрические с
трубчатыми горизонтальными или вертикальными электродами; плоские с пластинчатыми электродамии
центральным коллектором или продольной циркуляцией. Принципиальная схема озонатора с горизонтальными трубчатыми электродами приведена на рис. 28.
Рис. 28. Озонатор с горизонтальными трубчатыми элементами
1 – корпус; 2 – трубчатый элемент
Озонирование является дорогим методом.
3.3. Восстановительный метод
Восстановительный метод применяют для очистки сточных вод от соединений металлов (ртути,
хрома, мышьяка, меди), нитритов, нитратов, сульфатов и др. Для каждого вещества используется свой
метод восстановления и соответствующие реагенты – восстановители. В настоящее время имеется
большое разнообразие методов восстановления.
4. Физико-химическая очистка сточных вод
Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных
вод. Физико-химическая очистка сточных вод включает множество различных способов, которые
могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и химическими методами очистки. Она обеспечивает удаление как твердых взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Рассмотрим основные методы физико-химической очистки.
4.1. Коагуляция и флокуляция
Коагуляция (реагентный метод) – дестабилизация коллоидных систем загрязнений (процесс укрупнения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты). Коагуляция сопровож-
дается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме жидкости.
Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспенизии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001 – 0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1 – 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более. В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более. Мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются.
Для осаждения мельчайших взвешенных и коллоидных частиц к воде добавляют реагенты – раствор
коагулянта (чаще всего применяют соли алюминия и железа - сернокислый алюминий Аl2(SО4)3 и хлорное железо FeCl3, а также соли магния, шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств). В результате реакции коагулянта с солями, содержащимися в воде, образуются хлопья, которые при осаждении увлекают за собой взвеси и коллоидные вещества. Хлопья затем удаляются отстаиванием из нижней части аппарата.
Приготовление и дозирование коагулянтов производят в виде растворов или суспензий. Растворение коагулянтов осуществляют в баках. Затем концентрированные расходы коагулянтов перемешивают
с водой в специальных смесителях различного типа. В камерах хлопьеобразования происходит образование хлопьев коагулянта.
Для интенсификации образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа и снижения расхода
коагулянтов используют флокулянты. Флокуляция – разновидность коагуляции, процесс агрегации
дисперсных частиц под действием высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В
процессе флокуляции мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием флокулянтов образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления. В качестве флокулянтов используют природные и синтетические органические полимеры, чаще всего полиакриламид, а также
крахмал, поливиниловый спирт, диоксид кремния.
Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий
химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и
других отраслей промышленности.
4.2. Сорбция
Сорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью.
Различают три вида сорбции:
- абсорбция – поглощение вещества всей массой жидкого сорбента;
- адсорбция – поглощение вещества поверхностным слоемтвердого или жидкого сорбента;
- хемосорбция – сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом.
Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться
самостоятельно и совместно с биологической очисткой. Преимуществами метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей, а также высокая эффективность очистки, особенно слабоконцентрированных сточных вод. Метод сорбции применяется для извлечения из сточных вод
ценных растворенных веществ (фенол, мышьяк, сероводород) с их последующей утилизацией и использованием очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения.
Сорбционная очистка рекомендуется для сточных вод, загрязненных ароматическими соединениями,
слабыми электролитами или неэлектролитами, красителями, непредельными соединениями, гидрофобными алифатичесикми соединениями. Метод сорбционной очистки сточных вод не рекомендуется применять для выделения из сточных вод только неорганических соединений, а также низших одноатомных
спиртов.
Адсорбцию осуществляют следующими способами:
- к сточной воде добавляют сорбент в размельченном виде, полученную смесь перемешивают, затем
отстаивают и фильтруют;
- сточные воды непрерывно пропускают через фильтр, загруженный сорбентом.
В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы:
активированные угли, цеолиты (алюмосиликаты), золу, шлак, коксовую мелочь, торф, опилки. Эффек-
тивными сорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость углей составляет
60 – 75%, а удельная площадь поверхности – 400 – 900 м2/г. Адсорбционные свойства активированных
углей в значительной мере зависят от структуры пор, их величины, распределения по размерам. Макропоры и переходные поры играют, как правило, роль транспортирующих каналов, а сорбционная способность активированных углей определяется в основном микропористой структурой (микропоры
имеют размер менее 0,004 мкм). Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).
Адсорбция используется для глубокой очистки вод замкнутого водопотребления и доочистки сточных вод от органических веществ, в том числе и от биологически жестких. Аппараты для сорбционной
очистки сточных вод классифицируются по разным признакам:
- по организации процесса – периодического и непрерывного действия;
- по гидродинамическому режиму – аппараты вытеснения, смешения и промежуточного типа;
- по состоянию слоя сорбента – с неподвижным, движущимся, пульсирующим, перемешиваемыми
циркулирующим слоем;
- по организации контакта взаимодействующих фаз – с непрерывным и ступенчатым контактом;
- по организации направления движения фаз – с прямоточным, противоточным и ступенчатым контактом;
- по конструкции – колонные и емкостные;
- по способу подвода энергии – без подвода энергии извне (гравитационное движение фаз) и с подводом энергии извне (принудительное движение твердой и жидкой фаз).
На рис. 29 представлен аппарат непрерывного действия со взвешенным слоем сорбента. Выполнение корпуса в виде расширяющихся кверху конуса или пирамиды позволяет дифференцировать дисперсный состав сорбента по высоте. При этом все фракции без значительного уноса мелочи находятся во
взвешенном состоянии.
Рис. 29. Схема устройства адсорбера непрерывного действия со взвешенным слоем сорбента.
1 – подвод воды на очистку; 2 – подвод сорбента; 3 – вывод очищенной воды;
4 – вывод угольной суспензии; 5 – сборник отработанного сорбента;
6 – решетка; 7 – корпус; 8 - отстойная зона
Наиболее простым адсорбером является насыпной фильтр, схема которого приведена на рис. 30.
Рис. 30. Схема насыпного сорбционного фильтра (типа ФСУ)
1 – вход обрабатываемой воды (конденсата); 2 – выход обрабатываемой воды (конденсата);
3 – подача промывочно-взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 5 – спуск первого фильтрата и
опорожнение фильтра; 6, 7 – штуцеры для гидрозагрузки и гидровыгрузки активированного угля;
8 – воздушник; А – корпус; Б – активированный уголь; В – нижнее днище; Г – нижний дренаж
(копирующий); ВРП – верхнее распределительное устройство; Е – лаз
Обычно сорбционная установка состоит из нескольких параллельно работающих секций, состоящих
из трех-пяти последовательно расположенных фильтров.
4.3. Флотация
Флотация – процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно воздуха и жидкости. Флотация основана на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. Метод применяется для очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефть и
нефтепродукты, жиры, масла, волокнистые частицы. Процесс очистки состоит в образовании комплексов «частицы – пузырьки воздуха», всплывании этих комплексов на поверхность жидкости с образованием пенного слоя, содержащего загрязнения, и последующего удаления этого слоя с поверхности.
Существуют различные способы флотационной обработки производственных сточных вод.
1) Флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационные
установки). Сущность метода состоит в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной воде, при
выделении которого образуются макропузырьки, позволяющие удалять сильнодиспергированные за-
грязнения. Количество воздуха, выделяющегося из раствора и необходимого для обеспечения эффективной флотации, составляет 1 – 5% от объема обрабатываемой воды.
Вакуумная флотация используется для очистки сточных вод, если концентрация загрязнений в них
не превышает 250 мг/л. Способ характеризуется достаточно низкими энергозатратами на проведение
процесса флотации, а также высокой стабильностью всплывающих агрегатов «чатица – пузырек воздуха» (вероятность их разрушения минимальна). Недостатками способа кроме указанного выше ограничения по концентрации загрязнений в сточных водах является достаточно высокая сложность создания и
эксплуатации вакуумных систем. Схема процесса вакуумной флотации представлена на рис. 31.
Рис. 31. Схема процесса вакуумной флотации
1 – подача сточной воды; 2 – аэратор; 3 – деаэратор; 4 – флотационная камера;
5 – механизм сгребания пены; 6 – пеносборник; 7 – отвод пены4 8 – отвод отработанной сточной воды
Принцип работы вакуумного флотатора заключается в следующем. Сточную воду в течение нескольких минут насыщают воздухом, потом ее направляют в деаэратор, где удаляется нерастворившийся воздух, и под действием разрежения (0,02 – 0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную
камеру. В ней под действием вакуума воздух выделяется в виде микропузырьков, которые взаимодействую с частицами загрязнений и переносят их на поверхность жидкости в пенный слой, откуда пена
вращающимися скребками удаляется в пеносборник.
2) Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений 4
– 5 г/л и более. Схема процесса напорной флотации представлена на рис. 32. Очищенная вода насыщается в сатураторе воздухом под избыточным давлением 0,3 – 0,5 МПа. Продолжительность насыщения – 1
– 3 мин. Количество растворяющегося в сатураторе воздуха составляет 3 – 5% от объема обрабатываемой воды. Насыщенная воздухом вода направляется во флотационную камеру, где из нее выделяются
пузырьки воздуха, которые взаимодействуют с загрязнителями и переводят их в слой пены на поверхности воды. Образующаяся пена удаляется в пеносборник. Продолжительность флотации составляет около
20 мин.
Рис. 32. Схема процесса напорной флотации
1 – подача сточной воды; 2 – подача воздуха; 3 – насос4 4 – сатуратор (напорный бак);
5 – флотационная камера; 6 – механизм для сгребания пены; 7 – пеносборник; 8 – отвод пены;
9 – отвод обработанной сточной воды
Напорная флотация позволяет регулировать степень пересыщения в соответствии с требуемой эффективностью очистки сточных вод. Флотаторы могут представлять собой отстойники радиального типа
со встроенной флотационной камерой, имеющей механизм для сгребания пены (рис. 33).
Рис. 33. Радиальный флотатор
1 – кольцевая перегородка; 2 – шламоприемник; 3 – скребок; 4 – отвод очищенной воды;
5 - флотационная камера; 6 – вращающийся водораспределитель; 7 – отвод осадка;
8 – подвод сточной воды
3) Флотация с механическим диспергированием воздуха создается в импеллерных установках. В
них интенсивное перемешивание сточной воды производится импеллером, расположенным на дне камеры, который диспергирует засасываемую струю воздуха на отдельные пузырьки определенного размера. Перемешанные в импеллере вода и воздух выбрасываются через статор. Решетки, расположенные
вокруг статора, способствуют более мелкому диспергированию воздуха в воде. Пена, содержащая
флотируемые частицы, удаляется лопастным пеноснимателем.
4) Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой аппаратурного
оформления и относительно малыми расходами энергии. Воздух во флотационную камеру подается через мелкопористые фильтросные пластины, трубы, насадки и другие барботажные устройства, уложенные на дне камеры. Величина отверстий находится в пределах 4 – 20 мкм, давление воздуха 0,1 – 0,2
МПа, продолжительность флотации 20 – 30 мин. Недостатком этого метода является возможность зарастания и засорения пор, а также трудность подбора мелкопористых материалов.
4.4. Экстракция
Экстракция – метод избирательного растворения. Это процесс разделения примесей в смеси двух
нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Метод применяется при высоком (не менее 3
г/л) содержании в сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую
ценность (фенолы, масла, жирные кислоты), а также для выделения тяжелых цветных металлов.
В качестве экстрагентов используют углеводороды, спирты, водные растворы неорганических кислот и щелочей и др. Например, для выделения фенола сточную воду смешивают с бензолом (растворителем).
Процесс протекает в такой последовательности:
- в сточную воду вводят экстрагент;
- после достижения равновесия концентрация вещества в экстрагенте значительно превышает остаточную концентрацию в сточной воде;
- производят отделение и утилизацию загрязняющего вещества.
Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе очистки. Для успешного
протекания процесса экстракции экстрагент должен иметь следующие свойства:
- хорошую экстрагирующую способность (высокий коэффициент распределения);
- селективность (способность экстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу);
- малую растворимость в воде;
- плотность, значительно отличающуюся от плотности воды;
- низкую степень токсичности, взрыво- и пожароопасности;
- низкую стоимость и др.
Для очистки сточных вод наиболее часто применяют противоточные многоступенчатые установки. В
этих установках практически полностью используется емкость экстрагента. Различают горизонтальные,
вертикальные и центробежные смесительно- отстойные экстракторы. Каждая ступень имеет смесительную и отстойную камеры. Смеситель представляет собой вертикальный цилиндр, имеющий сферическое
днище и гладкую внутреннюю поверхность или отражательные перегородки на стенках. Более компактны смесительно-отстойные экстракторы ящичного типа (рис. 34).
Рис. 34. Ступень ящичного экстрактора (конструкция НИИхиммаш)
1 – смесительная камера; 2 – статорная перегородка; 3 – вал с дисками; 4 – гидрозатвор;
5 – отвод тяжелой фазы; 6 – отстойная камера; 7 – перегородка между смесительной и отстойной
камерой; 8 - предкамера; 9 – смесительно-транспортирующее устройство;
10 – подвод тяжелой фазы; 11 – подвод легкой фазы
4.5. Ионный обмен
Ионный обмен является одним из основных способов умягчения, опреснения и обессоливания вод, а
также способом рекуперации растворенных ионных компонентов. Ионный обмен (ионообменная сорбция) – процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита). Это извлечение из сточных вод загрязнений с помощью ионитовых
фильтров. Иониты подразделяются на природные и искусственные (синтетические). Они заполняются
синтетической ионообменной смолой, цеолитами. Метод позволяет извлекать из сточных вод ценные
примеси, такие как соединения мышьяка, фосфора, хром, ПАВ, радиоактивные вещества, тяжелые
цветные металлы. Метод применяется для очистки сточных вод предприятий металлургической, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности.
Сточные воды, содержащие катионы металлов, проходят через фильтры, при этом происходит обмен ионами, находящимися в растворе и на поверхности твердой фазы. Металлы задерживаются в
фильтре.
Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность. Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т. е. возможность проведения реакции в обратном направлении,
что и лежит в основе их регенерации.
Различают ионообменные установки периодического и непрерывного действия. Установки периодического действия – это различные ионитные фильтры и колонны, а также устройства для перемещения жидкостей (насосы), емкости для хранения и контрольно-измерительная аппаратура.
По обмениваемому иону фильтры делят на катионитные, анионитные и фильтры смешанного действия, по технологическому применению – на фильтры различных ступеней. По способу проведения регенерации различают параллельно-точную, противоточную и ступенчатую регенерацию. Цикл работы периодических установок включает: ионный обмен, взрыхление слоя ионита, регенерацию ионита и его
отмывку от регенерирующего раствора.
Установки для непрерывного ионообмена обладают более высокой производительностью, они более
компактны и экономичны как по расходам реагентов, так и по энергозатратам.
На рис. 35 представлена схема ионитового фильтра (или адсорбера) с неподвижным слоем поглотителя. Основные узлы этих емкостных аппаратов – распределительные и дренажные устройства для воды и
регенерирующего раствора.
Рис. 35. Ионитовый вертикальный параллельно-проточный фильтр
1 – верхнее распределительное устройство для обрабатываемой воды и регенерирующего раствора;
2 – люки; 3 – нижнее дренажное устройство; 4 – отвод обработанной воды; 5 – спуск первого фильтрата;
6 – подвод промывной взрыхляющей сорбент воды; 7 – спуск промывной воды;
8 – подвод воды на обработку; 9 – подвод регенерирующего ионит (сорбент) раствора;
10 – слой сорбента
Метод эффективен, экологичен, но не нашел широкого применения из-за дефицита ионообменных
смол и необходимости регенерации ионитов.
5. Установки для электрохимической очистки сточных вод
Для очистки производственных сточных вод широко применяются также электрохимические методы: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ
и другие. Методы электрохимической очистки сточных вод используют для выделения из них различных растворимых и диспергированных органических и неорганических примесей. Методы характеризуются достаточной простотой технологической схемы, при очистке не используются химические реагенты. К недостаткам этих методов относятся большие затраты электроэнергии.
5.1. Электролизеры
Устройства, в которых происходят те или иные процессы электрохимического воздействия на водные растворы, называют электролизерами. Общая принципиальная схема таких устройств представлена на рис. 36.
Рис. 36. Схема электролизера
1 – внешняя цепь; 2 – емкость; 3 – анод; 4 – катод; 5 - источник питания
Вода поступает в емкость, в которую погружены два электрода, соединенные источником тока.
Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к отрицательному
электроду – катоду, а отрицательно заряженные ионы – к положительно заряженному электроду – аноду. На электродах происходит переход электронов. Катод отдает электроны в раствор, и на нем происходят процессы восстановления, а на аноде – процессы окисления.
В качестве анодов используют графит, магнетит, свинец и и его соединения, кремниевые сплавы и др.
Катоды изготавливают из графита, молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, нержавеющей
стали и ряда других веществ.
Иногда представленную схему усложняют, разделяя пористой полунепроницаемой перегородкой
(диафрагмой или ионообменной мембраной) катодное и анодное пространства. Назначение перегородки
– не допускать смешения растворов, препятствовать диффузии, переносу нерастворимых частиц, не затрудняя при этом переноса ионов. Тогда поступающая на обработку вода либо последовательно проходит каждую из двух образовавшихся камер, либо циркулирует в одной из них.
В зависимости от природы процессов, протекающих в таких аппаратах и обеспечивающих извлечение или обезвреживание загрязняющих компонентов, электролизеры разделяют на следующие типы:
электрофлотаторы, электрокоагуляторы, электролизеры для проведения реакций окисления и восстановления и электродиализаторы.
Такими методами сточные воды очищаются от цианидов, родианидов, нитросоединений, формальдегида, сульфидов, меркаптанов и ряда других веществ.
5.2. Установки для электрокоагуляции
Электрокоагуляционный метод очистки сточных вод получил наибольшее распространение из
всех известных электрохимических методов. Процесс аналогичен обработке воды соответствующими
реагентами, однако при электрокоагуляции вода не обогащается сульфатами или хлоридами, содержание которых лимитируется при сбросе очищенных сточных вод в водоемы или использовании в оборотных системах.
Электрокоагулятор обычно представляет собой корпус прямоугольной формы, в который помещают электродную систему – ряд (блок) электродов. Расстояние между электродами не более 20 мм. Обрабатываемая вода протекает между электродами. По форме и расположению электродов бывают аппараты с плоскими и цилиндрическими электродами, расположенными обычно вертикально. Аноды и катоды часто изготавливают из одного и того же материала, что позволяет повысить ресурс работы аппарата, периодически изменяя полярность электродов. Электроды чаще всего изготавливают из железа
или алюминия. Под действием постоянного электрического тока аноды растворяются с образованием
гидроксидов или солей металлов, способных к коагуляции.
Как правило, электрокоагулятор служит только для образования гидроксидов металлов и агрегации
частиц. Процесс разделения фаз производят в других аппаратах – отстойниках, гидроциклонах и др.
Есть конструкции, в которых эти процессы совмещены и протекают в одной камере.
Метод используется в системах локальной очистки сточных вод, загрязненных тонкодисперсными
и коллоидными примесями. Очистка производится от различных эмульсий, масел, жиров, нефтепродуктов, некоторых полимеров, соединений хрома и других тяжелых металлов. Метод используется преимущественно в гальваническом производстве. Эффективность очистки составляет: от нефтепродуктов и
масел 54 – 68%, от жиров – 92 – 99%. Электрокоагуляционные установки имеют производительность
50 м3/ч. Метод также находит применение в системах водоподготовки в процессах осветления, обесцвечивания, обеззараживания и умягчения воды.
Электрокоагуляция применима главным образом для очистки нейтральных и слабощелочных сточных вод. Применение электрохимических методов целесообразно при относительно высокой электропроводности сточных вод, обусловленной наличием в них неорганических кислот, щелочей или солей
(при минимальной концентрации солей, равной 0,5 г/л). При низких концентрациях солей к сточным водам добавляют электролиты (обычно NаСl), повышающие электропроводность сточных вод, в результате чего снижаются удельные затраты электроэнергии на их обработку.
К достоинствам метода относятся универсальность, компактность установки, простота управления.
Недостатки метода: существенный расход электроэнергии и металлов, пожаро- и взрывоопасность установки за счет выделения водорода (на катоде).
В качестве примера рассмотрим электрокоагуляционную установку непрерывного действия для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты и другие загрязнения в мелкодисперсном состоянии
(рис. 37). Обрабатываемая вода проходит сначала предварительную грубую очистку в механическом
фильтре и гидроциклоне. Электрокоагуляционный аппарат является флотатором-отстойником. Часть
скоагулированных примесей флотируется, другая осаждается в нижней части аппарата.
Рис. 37. Схема электрокоагуляционной установки для очистки воды от нефтепродуктов
I – поток воды, прошедшей очистку; II – линия удаления осадка из электрокоагулятора;
III – удаление осадка из гидроциклона
1 – механический фильтр для грубой очистки; 2 –гидроциклон; 3 – электрокоагулятор;
4 – источник тока; 5 – сборник; 6 - фильтр
5.3. Электрофлотационные установки
Сущность электрофлотационной очистки сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц
из жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе сточной воды. Устройства, в которых производится процесс, называют электрофлотаторами. В процессе электролиза сточной воды на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Основную роль в процессе
флотации играют пузырьки, выделяющиеся на катоде (основные флотационные процессы протекают с
участием водорода). Методами электрофлотации очищают сточные воды нефтеперерабатывающих заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов и других предприятий.
Одновременное воздействие на загрязнения коагулянтов (гидроксидов железа или алюминия) и пузырьков газа обеспечивает высокую эффективность очистки сточных вод. Такие установки называют
электрокоагуляционно-флотационными. При эксплуатации электрофлотационных установок следует
учитывать существенное количество водорода и кислорода, выделяющихся при протекании процесса, и
принимать соответствующие меры безопасности.
Существуют однокамерные и двухкамерные электрофлотационные установки, горизонтального или
вертикального типа. Схема горизонтального электрофлотатора приведена на рис. 38.
Рис. 38. Схема горизонтального электрофлотатора
1 – впускная камера; 2 – решетка-успокоитель; 3 – электродная система;
4 – механизм для сгребания пены; 5 – пеносборник; 6, 7 – отвод соответственно
обработанной сточной воды и пенного шлама; 8 – опорожнение электрофлотатора и выпуск осадка
Таким образом, суть электродных процессов при электрокоагуляции сводится к следующему:
- генерация в процессе анодного растворения металла коагулянта – гидроксида соответствующего металла;
- подщелачивание воды в процессе электролиза;
- получение на катоде газообразного водорода, который может быть использован для обеспечения
флотации скоагулированных примесей.
5.4. Электродиализ
Метод используют для опреснения высокоминерализованных вод, а также для очистки промышленных сточных вод и отработанных технологических растворов. Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для этого используются электрически активные ионитовые мембраны.
Ионитовая мембрана, помещенная в электролизную ванну, действует как ионитовый фильтр. Она
оказывается проницаемой только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и у подвижных ионов
ионообменной смолы. Различают два типа ионитовых мембран: катионитовые и анионитовые. Первые
пропускают лишь катионы, вторые – анионы.
Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие камеры. Процесс электродиализа осуществляется следующим образом. Катионы, двигаясь под действием электрического тока к отрицательно
заряженному катоду, проходят катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми мембранами.
Анионитовые мембраны пропускают ионы, направляющиеся к аноду, но являются преградами для катионов. В результате протекания этого процесса соли переносятся током из четных камер в нечетные,
вода в четных камерах опресняется, а в нечетных рассольных камерах накапливаются соли. Так происходит процесс очистки воды от присутствующих в ней солей. Мембраны для электродиализатора изготавливают в виде гибких листов прямоугольной формы или рулонов из термопластичного полимерного связующего и порошка ионообменных смол.
6. Биологическая очистка сточных вод
После механической обработки в воде остаются часть взвешенных веществ, растворенные органические вещества и большое количество микроорганизмов. Биологический метод основан на использовании жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, для которых органические вещества сточных вод (в растворенном и коллоидном состоянии) являются источником питания. При наличии свободного кислорода в сточных водах микроорганизмы окисляют (минерализуют) органические вещества.
Основной целью биологической очистки городских сточных вод являются разложение и минерализация органических веществ, находящихся в коллоидном и растворенном состоянии. Эти вещества нельзя
удалить из стоков механическим путем. Распад и минерализация органических веществ при биологической очистке сточных вод происходит так же, как и в естественных условиях. Освобождение сточных
вод от органических веществ происходит в две фазы. Первая – фаза сорбции. В основе ее лежат физико-химические процессы адсорбции органических веществ и коллоидов поверхностью микробной клетки. Вторая фаза – последовательное окисление растворенных и адсорбированных органических веществ, в основе которого лежит усвоение микроорганизмами органических веществ.
Условиями жизнедеятельности микроорганизмов являются:
- температура в пределах 20 – 30оС;
- рН в пределах 6,5 – 7,5;
- БПКполн : N : Р = 100 : 5 : 1;
- концентрация кислорода не менее 2 мг/л;
- БПКнач  5000 мг/л; БПКкон  10 мг/л;
- невысокое содержание токсичных веществ (в пределах ПДК), в противном случае гибнет микрофлора.
Очистка сточных вод биологическим методом производится в естественных условиях и в искусственно созданных сооружениях.
6.1. Очистка сточных вод в естественных условиях
Способ очистки сточных вод в естественных условиях известен с древних времен. Он используется
в основном для очистки бытовых и городских сточных вод, а не чисто производственных. Для очистки
сточных вод применяют поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды (биопруды).
А) Поля орошения – это специально подготовленные (спланированные) участки земли для приема
предварительно очищенных (прошедших механическую очистку) сточных вод с целью их доочистки.
При фильтрации сточных вод через почву в ее верхнем слое задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образующие на поверхности густонаселенную микроорганизмами пленку. Пленка адсорбирует на своей поверхности растворенные вещества, находящиеся в сточных водах. Микроорганизмы
минерализуют органические вещества с использованием растворенного кислорода. Затем эти участки
используют для сельскохозяйственных целей, На них выращивают сельскохозяйственные культуры, то
есть сточные воды используются как удобрение. При использовании метода достигается высокий (до
99%) эффект бактериальной очистки. Однако для полей орошения основной задачей является очистка
сточных вод.
Б) Поля фильтрации – это земельные участки, предназначенные только для очистки сточных вод.
Их устраивают на песках, супесях, суглинках. На них производится распределение и фильтрация через
почву сточных вод.
В) Биопруды – это искусственно созданные неглубокие водоемы глубиной 0,5 – 1 м. Их применяют
в случаях, когда при наличии достаточных площадей отсутствуют хорошо фильтрующие почвы. Иногда устраивают биопруды с искусственной аэрацией глубиной до 3 м.
К недостаткам метода очистки сточных вод в естественных условиях относятся:
- низкая окислительная способность;
- сезонность работы;
- потребность в больших территориях.
6.2. Сооружения с очисткой сточных вод в искусственно созданных условиях
Разработка искусственных методов очистки началась в начале прошлого века. Для очистки сточных
вод применяют биофильтры и аэротенки.
6.2.1. Биофильтры
Биофильтр (рис.39) представляет собой слой фильтрующего материала высотой 1,5 – 2 м (щебень,
гравий, шлак, керамзит, пластмасса), через который пропускается сточная вода. Через 2 – 3 недели (период адаптации микроорганизмов) на загрузочном материале образуется биопленка толщиной 1 – 3 мм
и более, способная сорбировать на своей поверхности органические вещества. По мере увеличения
толщины пленки ее нижние минерализованные слои отмирают и уносятся вместе с водой. Отличительной особенностью биофильтров является то, что фильтрующая загрузка (следовательно, и активная
биомасса) закреплена на неподвижном материале.
5
СВ
1
4
2
3
Рис. 39. Схема устройства биофильтра
1 – ограждающая стенка; 2 – горизонтальное дырчатое дно фильтра; 3 – сплошное непроницаемое днище; 4 – загрузка (слой фильтрующего материала); 5 – распределительное устройство для равномерного
распределения сточной воды по поверхности
Сточная вода проходит через толщу фильтрующего материала, дырчатое дно фильтра, а затем поступает через междудонное пространство на непроницаемое днище, откуда отводится по лоткам, расположенным за пределами биофильтра.
Биофильтры классифицируются по различным признакам:
- по типу вентиляции они бывают с естественной и искусственной вентиляцией. Естественная
вентиляция осуществляется при помощи окон в междудонном пространстве в ограждающей стене, при
искусственной вентиляции воздух в междудонное пространство подается при помощи вентиляторов;
- по производительности биофильтры делятся на капельные производительностью до 1000 м3/сут (с
естественной вентиляцией) и высоконагружаемые производительностью до 50000 м3/сут (с искусственной вентиляцией, с продувкой воздухом, с большей крупностью зерен загрузки);
- по типу загрузки биофильтры бывают с объемной загрузкой (гравий, керамзит, шлак с крупностью отдельных фракций 15 – 80 мм) и с плоскостной загрузкой (поастмасса, керамика, металл, ткани).
В биофильтрах насадкой могут служить блоки из листовой пластмассы с развитой удельной поверхностью (90 – 110 м2/м3) и высокой долей свободного объема (93 – 96%). Блоки могут быть выполнены
из поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена, полипропилена, полиамида и других материалов, компоненты которой не отравляют активную биопленку. Для насадки часто используют также щебень, гальку, керамзит, асбестоцемент. Эффект очистки сточных вод на биофильтрах по БПК20 свыше 90%.
6.2.2. Аэротенки
Аэротенк – это проточное сооружение со свободно плавающим активным илом. Аэротенки выполняют в виде длинных железобетонных прямоугольных резервуаров глубиной 3 – 6 м, шириной 6 – 10 м.
длиной до 100 м. Аэротенки состоят из нескольких секций (коридоров), разделенных перегородками.
В аэротенках происходит образование активного ила – совокупности микроорганизмов и твердых
частиц. Активный ил включает в себя бактерии, простейшие, грибы, водоросли, способные сорбировать на своей поверхности органические загрязнения и окислять их в присутствии кислорода. Принципиальная схема работы аэротенка показана на рис. 40.
Для обеспечения микроорганизмов кислородом, а также для поддержания ила во взвешенном состоянии применяют непрерывную искусственную аэрацию смеси сточных вод и активного ила. Таким образом, активная биомасса находится в аэротенке во взвешенном состоянии.
Система аэрации является важнейшим конструктивным элементом аэротенка. Различают три системы аэрации:
- пневматическая (воздух нагнетается в аэротенк под давлением);
- механическая (воздух поступает в аэротенк при вращении в нем жидкости мешалкой-аэратором);
- комбинированная (смешанная).
Наибольшее распространение получили пневматические системы аэрации.
Подача воздуха
из компрессорной
станции
7
1
Впуск
сточных
вод
На илоуплотнители
2
3
Смесь сточной воды
и активного ила
5
Циркулирующий
активный ил
4
Избыточный активный ил
Выпуск
сточной
воды
6
Рис. 40. Принципиальная схема работы аэротенка
1 – первичный отстойник; 2 – аэротенк; 3 – вторичный отстойник; 4 – насосная станция; 5 - циркулирующий активный ил; 6 – избыточный активный ил; 7 – подача воздуха в аэротенк
В зависимости от типа применяемых аэраторов и размеров образующихся пузырьков различают три
вида аэрации:
- мелкопузырчатая (с размером пузырьков 1 – 4 мм);
- среднепузырчатая (5 – 10 мм);
- крупнопузырчатая (более 10 мм).
К крупнопузырчатым аэраторам относятся открытые снизу вертикальные трубы, сопла. К мелкопузырчатым относят аэраторы из пористых материалов (керамических, тканевых и пластиковых).
В России наиболее распространенным типом мелкопузырчатого аэратора является фильтросная
пластина. Ее изготавливают из шамота (огнеупорная глина, каолин), который связан смесью жидкого
стекла с мелкой шамотной пылью. Также ее изготавливают из кварцевого песка и кокса, которые связаны бакелитовой смолой (феноло-формальдегидной). Размер пластин составляет 300х300 мм, толщина
пластин – 35 - 40 мм. Резервуар оборудован воздуховодами, из которых по стоякам воздух подается в
фильтросные каналы, закрытые фильтросами – пористыми шамотными или пластиковыми пластинами. Их заделывают цементным раствором в железобетонные каналы, устраиваемые в днище аэротенка
вдоль длинной его стороны (рис. 341). Через такие пластины происходит мелкопузырчатая аэрация смеси в аэротенке.
Рис. 41. Типовой четырехкоридорный аэротенк:
1 – воздуховоды; 2 – стояки; 3 – фильтросный канал
Пластины подвержены засорению и зарастанию бактериальной пленкой. Поэтому их периодически
очищают, и в среднем через каждые 7 лет заменяют новыми. В зарубежной практике вместо фильтросных пластин применяют диффузоры различной формы, устанавливаемые на подводящем трубопроводе.
Сточная жидкость после осветления в первичных отстойниках поступает в аэротенк и смешивается
с циркулирующим активным илом. Смесь сточных вод и активного ила по всей длине аэротенка продувается воздухом, поступающим из компрессорной станции. Аэробные микроорганизмы сорбируют
органические вещества из сточных вод и в присутствии кислорода окисляют их.
Из аэротенка смесь сточных вод с активным илом направляется во вторичный отстойник, где активный ил оседает. В результате роста микроорганизмов масса ила в аэротенке непрерывно возрастает.
Поэтому насосная станция перекачивает избыточный активный ил из вторичного отстойника в илоуплотнители, а циркулирующий активный ил – обратно в аэротенк. Вторичные отстойники служат для
отделения очищенной воды от активного ила. Их конструкция практически не отличается от конструкции первичных отстойников (они бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные).
Для обеспечения устойчивой работы аэротенков устраивают регенераторы – сооружения, в которых восстанавливается сорбирующая способность активного ила. Ил в регенераторах постоянно аэрируется. Под регенераторы обычно выделяют часть коридоров аэротенка.
Существуют различные классификации (схемы работы) аэротенков (рис. 42): аэротенкивытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным выпуском сточной жидкости (промежуточного типа).
В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его, то
есть поступающие стоки вместе с активным илом двигаются в аэротенке в поршневом вытеснительном
режиме. В аэротенках-смесителях сточная вода и ил подводятся и отводятся равномерно вдоль длинных сторон сооружения и перемешиваются почти со всем объемом воды сооружения. В аэротенках промежуточного типа можно рассредоточенно подать либо воду (обычно применяется на практике), либо
ил с отводом смеси сосредоточенно в конце аэротенка. Аэротенк-смеситель применяют обычно для
очистки производственных сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнений, а также
при резких колебаниях концентрации загрязняющих веществ в сточной воде.
Время пребывания сточных вод в аэротенках составляет 8 – 10 ч.
Рис.42. Схемы работы аэротенков
а – вытеснители; б – смесители; в – с рассредоточенным впуском воды;
I – сточная вода; II – активный ил; III – иловая смесь; 1 – аэротенк
Заключительным этапом обработки городских сточных вод является их обеззараживание. В качестве
обеззараживающего агента чаще всего используют хлор, как газообразный, так и в виде хлорной извести. Однако у метода хлорирования сточных вод есть серьезные гигиенические и экологические ограничения. При хлорировании в сточной воде образуются стойкие хлорорганические соединения в ток-
сичных для биоты водного объекта и человека концентрациях, поэтому необходимо большое разбавление при спуске в водный объект. Немаловажна и высокая взрывоопасность складов жидкого хлора. В
последние годы в практику обеззараживания сточных вод успешно внедряется метод ультрафиолетового облучения.
В регионах с высокой плотностью населения и при малой мощности водных объектов – приемников
сточных вод традиционные схемы очистки городских сточных вод не могут обеспечить должного гигиенического эффекта главным образом из-за того, что даже биологически очищенные воды содержат
большое количество биогенных элементов – фосфора, калия и азота. Традиционные методы очистки
городских сточных вод не освобождают их от синтетических органических веществ, порой вредных и
опасных с токсикологической точки зрения. Совокупность дополнительных методов обработки сточных вод получила название доочистки. Это комплекс методов и приемов, выходящих за пределы этапов механической и биологической очистки, направленный на достижение нормативного качества восстановленной воды.
7. Обработка и утилизация осадков бытовых
и производственных сточных вод
7.1. Общие сведения об осадках сточных вод
Осадки сточных вод – это суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической,
биологической и физико-химической (реагентной) очистки.
Обезвреживание осадков сточных вод является острой проблемой крупных городов. По сравнению с очисткой сточных вод обработка осадков представляет значительно большую технологическую и экологическую сложность. Операции по обработке и утилизации осадков сточных вод затруднены из-за их различного состава и высокой влажности.
Осадки сточных вод можно классифицировать следующим образом:
- грубые примеси (отбросы), задерживаемые решетками;
- тяжелые примеси (песок), задерживаемые песколовками;
- плавающие примеси (или жировые вещества), всплывающие в отстойниках;
- сырой осадок, задерживаемый первичными отстойниками;
- активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках (после сооружений биологической очистки);
- осадок, анаэробно сброженный в метантенках, осветлителях-перегнивателях или двухярусных
отстойниках.
Объем осадков обычно составляет 0,5 – 1% (в редких случаях до 40%) объема обрабатываемых
сточных вод в зависимости от схемы очистки и влажности осадка. Влажность осадков колеблется от
85% (предприятия стройиндустрии) до 99,5% (активный ил сооружений биологической очистки).
Химический состав сухого вещества осадков колеблется в широких пределах. Осадок городских
сточных вод содержит ценные компоненты: углерод, азот, фосфор, калий и другие элементы. Основную часть осадков из первичных отстойников представляют органические вещества. Они содержат большое количество микроорганизмов, в том числе патогенных. Осадки и шламы производственных сточных вод в основном состоят из минеральных веществ, они могут содержать канцерогенные и токсичные вещества, в том числе ионы тяжелых металлов.
В сыром виде осадок издает неприятный запах, опасен в санитарном отношении и непригоден
для перевозки. Перед утилизацией осадок подвергается предварительной обработке в целях:
- уменьшения влажности и объема осадка, неприятного запаха;
- уменьшения количества патогенных микроорганизмов и вредных веществ;
- снижения затрат на транспортировку.
В осадках сточных вод содержится свободная и связанная вода. Свободная вода (60 – 65%) сравнительно легко может быть удалена из осадка, связанная вода (30 – 35%) – коллоидно-связанная и
гигроскопическая – гораздо труднее.
7.2. Методы обработки осадков сточных вод
Для обработки осадков сточных вод применяют следующие методы.
7.2.1. Уплотнение
Уплотнение (сгущение) связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией
всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении удаляется в среднем 60% влаги, масса осадка при этом сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил. Для уплотнения применяют следующие методы.
а) Гравитационный метод является наиболее распространенным, применяется для избыточного
активного ила и сброженных осадков. Метод основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей применяются вертикальные и радиальные отстойники. Метод сам по себе
малоэффективен, поэтому для интенсификации процесса применяют:
- коагулирование (с помощью хлорного железа);
- перемешивание ( с помощью стержневых мешалок);
- совместное уплотнение различных видов осадков;
- термогравитационный метод (нагревание осадка до 80 – 90оС).
б) Флотационный метод основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и
всплывании вместе с ними на поверхность (осадки предварительно смешивают с водой). Всплывшие
частицы удаляются с помощью скребкового транспортера, на дне камеры устанавливается второй
транспортер для удаления выпавшего осадка.
в) Центробежный способ осуществляется в гидроциклонах, центрифугах, сепараторах различных
конструкций.
г) Вибрационный метод.
д) Фильтрационный метод.
7.2.2. Стабилизация
Стабилизация осадков проводится с использованием микроорганизмов двумя способами.
а) Анаэробное (метановое) сбраживание проводится в септиках, двухярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Наибольшее распространение получили метантенки (рис.
43). Метантенк конструктивно представляет собой железобетонный или стальной вертикальный резервуар цилиндрической формы, диаметром от 10 до 24 м, с герметичным перекрытием и коническим днищем. В метантенках обычно сбраживают сырой осадок из первичных отстойников. Для ускорения процесса брожения применяется подогрев ила при двух температурных режимах:
- мезофильном (до 30 – 35оС);
- термофильном (50 – 55оС).
Рис. 43. Схема метантенка
1 – трубопровод для подачи осадка в метантенк; 2 – трубопроводы для выпуска сброженного осадка;
3 - устройство для выпуска газа из метентенка; 4 – устройство с мешалкой для перемешивания бродящей массы осадка; 5 – трубопровод для подвода теплоносителя
Различают метантенки открытого и закрытого типов (последние – с жестким или плавающим перекрытием). В сооружении с неподвижным жестким перекрытием (рис. 44) уровень бродящей массы
поддерживается выше основания горловины, так как в этом случае зеркало массы мало, велика интенсивность отвода газов и не образуется корка. Для ускорения процесса массу перемешивают и подогревают до 30 – 40оС (при мезофильном сбраживании) острым паром низкого давления (0,2 – 0,46
МПа). Пар подают через инжектор, рабочей жидкостью в котором является сама сбраживаемая масса. Основная циркуляция в метантенке осуществляется пропеллерной мешалкой.
Рис. 44. Метантенк
1 – газовый колпак для сбора газа; 2 – газопровод от газового колпака; 3 – пропеллерная мешалка;
4 – трубопровод для загрузки (сырого осадка и активного ила); 5 – трубопроводы для удаления
иловой воды или выгрузки сброженного осадка с разных уровней; 6 – инжектор подачи острого пара
для подогрева содержимого метантенка и перемешивания; 7 – трубопровод выгрузки суспензии
твердофазных продуктов сбраживания (например, сброженного осадка); 8 – циркуляционная труба;
9 - трубопровод для опорожнения метентенка
Метантенки и газгольдеры для сбора выделяющихся газов (65% метана и 33% диоксида углерода)
– взрывоопасные сооружения, поэтому их располагают обычно на расстоянии не менее 40 м от других объектов.
Время обработки составляет 10 – 20 суток, однако путем изменения параметров процесса его
можно снизить до 4 – 7 суток.
В процессе анаэробного сбраживания осадков образуется биогаз, который отводится из метантенка через специальное устройство, накапливается в газгольдерах, а затем применяется для бытовых и
промышленных целей. Его можно направлять в котельные очистных сооружений для сжигания в качестве топлива.
б) Аэробная стабилизация осадков – это процесс окисления органических веществ аэробными
микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха. Метод применяется для активного ила или
смеси осадков из первичных отстойников и активного ила. Для аэробной стабилизации осадков могут применяться любые емкостные сооружения (переоборудованные отстойники, аэротенки). Осадки в течение нескольких суток аэрируют воздухом.
7.2.3. Кондиционирование
Кондиционирование осадков – это предварительная подготовка их перед обезвоживанием. Целью кондиционирования является улучшение водоотталкивающих свойств осадков путем изменения
их структуры и форм связи воды. Кондиционирование осуществляется следующими способами.
а) Реагентная обработка коагулянтами (сернокислым алюминием, хлорным железом, известью) и
флокулянтами (используется ПАА – полиакриламид). К недостаткам метода относятся:
- высокая стоимость;
- повышенная коррозия материалов;
- сложность транспортирования, хранения и дозирования реагентов.
б) Тепловая обработка применяется для осадков городских и промышленных сточных вод с
зольностью 30 – 40%. Осадки нагревают в автоклавах острым паром до температуры 170 – 200оС
при давлении 2 – 2,5 МПа в течение 1 ч. При этом происходит резкое изменение структуры осадка,
около 40% сухого вещества переходит в раствор, а остальная часть приобретает хорошие водоотталкивающие свойства. Осадок интенсивно уплотняется до влажности 92 – 94%, его объем составляет
20 – 3-% первоначального. Недостаток метода – сложность эксплуатации установки.
в) Замораживание и оттаивание проводится при температуре от -5 до -10оС в течение 50 – 120
минут. В резервуары с осадком подают жидкий аммиак, который, испаряясь в трубах, замораживает
осадок. При замораживании часть связанной влаги переходит в свободную, при последующем оттаивании осадки образуют зернистую структуру, их влагоотдача повышается. В отечественной практике метод не получил широкого распространения из-за высокой стоимости.
г) Жидкофазное окисление органической части осадков кислородом воздуха при температуре
200 – 300оС и давлении в несколько десятков мегапаскалей. Процесс осуществляется в специальных
реакторах. При этом ХПК осадков снижается на 50 – 70%.
7.2.4. Обезвоживание
Обезвоживание осадков – процесс снижения влаги до 70 – 80%. Различают два вида обезвоживания.
а) Обезвоживание на иловых площадках, которые представляют собой участки земли (карты)
глубиной 0,7 – 1 м, окруженные со всех сторон земляными валиками и оборудованные системой
дренажа. Их устраивают на естественном или искусственном основании. Часто используют песчаное основание, при этом слой песка является первичным дренирующим материалом. Ил напускается
слоями толщиной 0,2 – 0,25 м. Осадок теряет влагу за счет испарения, большая часть влаги фильтруется через грунт. Дренажная система иловых площадок обычно включает:
- верхний слой песка высотой 15 – 23 см;
- нижний слой гравия высотой 20 – 46 см.
Дренажные трубы используют керамические или пластмассовые. Иловую воду после уплотнения
направляют на очистные сооружения. К недостаткам способа относятся:
- необходимость отторжения значительных площадей;
- вредные выделения в атмосферу;
- возможность загрязнения подземных вод вследствие миграции вредных веществ;
- антисанитарные условия труда, т.к. осадки небезопасны в санитарном отношении.
б) Механическое обезвоживание осадков является более совершенным методом. Оно осуществляется с использованием специальных установок:
- вакуум-фильтров;
- фильтр-прессов;
- центрифуг и сепараторов.
Метод применяется на станциях большой производительности. В результате обезвоженный осадок уменьшается в объеме в 7 – 15 раз и имеет влажность 50 - 80%.
На рис. 35 приведена схема работы барабанного вакуум-фильтра. Данный фильтр представляет
собой установку непрерывного действия. Барабанный вакуум-фильтр состоит из горизонтального
цилиндрического перфорированного барабана, обтянутого снаружи фильтровальной тканью. Барабан
вращается вокруг своей оси и приблизительно на 0,3 – 0,4 своей поверхности погружен в суспензию
(обрабатываемый осадок), находящуюся в резервуаре. Поверхность фильтрования барабана разделена по его образующим на ряд прямоугольных ячеек (обычно 16 – 32), изолированных одна от другой. Ячейки при движении по окружности присоединяются в определенной последовательности к
источникам вакуума и сжатого воздуха.
Каждая ячейка соединяется трубкой с различными полостями неподвижной части распределительного устройства и при вращении барабана проходит последовательно зоны фильтрования (I),
просушки (II), промывки и просушки (III), отдувки (удаления осадка) (IV) и регенерации ткани (V).
В зоне фильтрования осадок фильтруется под действием вакуума, а фильтрат отводится в специальный сборник. На поверхности ячейки образуется осадок. В следующих зонах происходит промывка и просушка осадка, а в зоне отдувки осадок под действием сжатого воздуха разрыхляется и
отделяется от фильтровальной ткани, после чего он скользит по поверхности ножа и поступает на
дальнейшую обработку. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом в направлении,
противоположном направлению движения фильтрата сквозь ткань.
Рис. 45. Конструктивная схема и циклограмма работы барабанного вакуум-фильтра
непрерывного действия
Для обработки осадков сточных вод металлургических предприятий, а также предприятий угольной промышленности используют дисковые вакуум-фильтры, которые состоят из нескольких вертикальных дисков, насаженных по центру на полый горизонтальный вращающийся вал на некотором
расстоянии один от другого. Каждый диск имеет с обеих сторон рифленую поверхность и с обеих
сторон покрыт фильтровльной тканью. Под дисками находится резервуар с разделяемой суспензией,
в которую погружены диски. Фильтрат отводят через полый вал. Дисковые вакуум-фильтры занимают меньшую площадь, чем барабанные.
Для обезвоживания быстрорасслаивающихся осадков, преимущественно минерального происхождения, используют ленточный вакуум-фильтр, схема которого представлена на рис. 46. Опорная
резиновая лента 1 с прорезями и бортами перемещается по замкнутому пути при помощи приводного
2 и натяжного 3 барабанов. Фильтровальная ткань в виде бесконечной ленты 4 прижимается к опорной резиновой ленте при натяжении роликами 5. Суспензия (обезвоживаемый осадок) поступает на
фильтровальную ткань из лотка 6. В конструкции фильтра предусмотрена возможность промывки
образовавшегося осадка, для чего используют форсунки 7, из которых подается промывная жидкость. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры 8 и через коллектор 9 отводится в сборник.
Промывная жидкость также под вакуумом отсасывается в камеры 10 и через коллектор 11 поступает
в другой сборник. На приводном барабане фильтровальная ткань отходит от резиновой ленты и огибает ролик 12, при этом осадок отделяется от ткани и попадает в бункер 13.
Рис. 46. Ленточный вакуум-фильтр
1 – опорная резиновая лента; 2 – приводной барабан; 3 – натяжной барабан; 4 – фильтровальная
ткань; 5 – натяжные ролики; 6 – лоток для подачи суспензии; 7 – форсунки для подачи промывной
жидкости; 8 – вакуум-камеры для фильтрата; 9 – коллектор для фильтрата; 10 – вакуум-камеры для
промывной жидкости; 11 – коллектор для промывной жидкости; 12 – направляющий ролик;
13 - бункер для осадка
Для обезвоживания осадков производственных сточных вод достаточно часто применяют
фильтр-прессы. Различают рамные, с горизонтальными камерами, автоматизированные (типа
ФПАКМ), ленточные, барабанные, шнековые фильтр-прессы. Широко используются в практике
очистки сточных вод фильтры типа ФПАКМ (фильтр-пресс автоматический камерный модернизированный). Схема работы фильтра приведена на рис.47. Он состоит из горизонтально расположенных одна над другой фильтровальных плит I и фильтровальной ткани 3, протянутой между ними с
помощью направляющих роликов 2. Поддерживающие плиты 4 связаны между собой четырьмя вертикальными стержнями, воспринимающими нагрузку от давления внутри фильтровальных плит.
Фильтровальная ткань поддерживается в натянутом состоянии гидравлическими устройствами.
Рис. 47. Схема действия фильтр-пресса ФПАКМ с горизонтальными камерами
7.2.5. Термическая сушка
Термическая сушка осадков – это процесс снижения влаги до 5 – 40%. Он является заключительным этапом для подготовки осадков к утилизации или ликвидации путем сжигания. В процессе
термической сушки происходит обеззараживание и уменьшение массы осадков. Осадки должны быть
предварительно обезвожены механическим способом.
Процесс осуществляется в сушилках барабанного типа или со встречными струями осадка и сушильного агента (теплоносителя). В качестве сушильного агента обычно используются топочные
газы, горячий воздух, перегретый пар. Влажность осадков после сушки составляет 30 – 35%. Этот
метод позволяет отказаться от строительства громоздких метантенков и иловых площадок. Однако
он является экономически оправданным в том случае, если осадок затем используется в качестве
удобрения, поскольку при этом сохраняются все органические вещества.
На рис. 48 схема сушилки со встречными струями.
Рис. 48. Принципиальная схема установки со встречными струями
для сушки механически обезвоженных осадков
1 – разгонная труба; 2 – сопло; 3 – камеры сгорания; 4 – подача сжатого воздуха; 5 – подача воздуха;
6 – питатели-смеситель; 7 – соединительная пневмотруба; 8 – течка; 9 – сепаратор воздушнопроходного типа; 10 – система отсоса и очистки отходящих газов; 11 – бункер готового продукта;
12- приемная камера; 13 – транспортер обезвоженного осадка
7.2.6. Сжигание
Сжигание осадков производят в тех случаях, когда их утилизация технически невозможна или
экономически нецелесообразна, или при отсутствии условий для складирования. Сжигание производят в печах различных конструкций. Первый в России завод по сжиганию осадков сточных вод был
построен в С.-Петербурге (в 1997 г. была введена в эксплуатацию первая очередь завода).
К преимуществам метода сжигания осадков относятся следующие:
- происходит глубокое обезвреживание осадка и сокращение его объема в 80 – 100 раз;
- прекращается вывоз необеззараженного осадка, поэтому не требуется новых площадей для его
складирования;
- в печах в качестве топлива используются осадки сточных вод (природный газ необходим лишь
для розжига печей);
- тепловая энергия, образующаяся при сжигании осадков, рекуперируется в котлах-утилизаторах и
используется для производственных нужд (отопления, производства электроэнергии), а также для
нагревания и высушивания сырого осадка;
- образующаяся зола используется в качестве добавок при изготовлении кирпича, легких бетонов,
облицовочных материалов, дорожных покрытий;
- годовые эксплуатационные расходы на сжигание осадка в 1,9 раза ниже, чем на обработку осадка на полигонах.
Вместе с тем метод сжигания осадков сточных вод обладает существенными недостатками:
- полное уничтожение полезных компонентов отходов;
- загрязнение воздушного бассейна дымовыми газами (для предотвращения загрязнения должна
использоваться многоступенчатая система очистки газов);
- проблемы вывоза в отвал продуктов сгорания (золы).
7.2.7. Пиролиз
Пиролиз осадков – процесс термического разложения без доступа воздуха. За рубежом (в США,
Германии, Японии) действуют промышленные установки для пиролиза осадков вместе с мусором и
различными промышленными отходами. На С.-Петербургском МПЗ некомпостируемая часть мусора
и отходов подвергается пиролизу.
7.3. Утилизация осадков
К основным направлениям утилизации осадков сточных вод относятся следующие.
1) Осадки сточных вод содержат биогенные элементы: азот, фосфор, калий, их соединения, микроэлементы для растений, поэтому могут быть использованы в качестве удобрения. В СССР осадки
коммунальных сточных вод с успехом применялись в сельском хозяйстве вплоть до 90-х годов 20
века. Затем в России было законодательно запрещено использование осадков городских сточных
вод в качестве удобрения в сельском хозяйстве, поскольку через систему водоотведения в осадок попадают вредные вещества от промышленных предприятий, в том числе тяжелые металлы и их соединения. Поэтому более целесообразно осуществлять биокомпостирование твердой фазы станций
аэрации городских сточных вод.
2) Активный ил может быть применен в качестве кормового продукта в составе комбикорма.
3) Осадок может быть использован в качестве заполнителя при производстве строительных материалов и конструкций, при строительстве дорог, для оснований, засыпки пазух фундаментов и
т.д., зола после сжигания осадков может использоваться в производстве кирпича и строительных материалов.
4) Осадок может быть использован для производства сорбентов (реагентов для очистки сточных
вод).
5) Выделяющийся при сбраживании осадков в метантенках биогаз может быть использован в качестве источника энергии, например, для получения пара в котлах.
6) Осадок может быть использован в качестве материала для рекультивации полигонов.
7) Осадок может быть использован в химической промышленности. Различными методами из
него можно получить ценные продукты, однако это требует больших затрат.
В России, по разным оценкам, образуется около 2 млрд. м3 в год осадков с влажностью 96 – 97%.
Уровень их использования оценивается в 1 – 1,5 %.
СПИСОК ИCПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: Учеб. пособие/Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 344 с.
2. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод/Учебник для вузов: - М.: АСВ,
2004. – 704 с.
3. Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Соловьев Г.С. Защита биосферы от промышленных выбросов.
Основы проектирования технологических процессов. – М.: Химия, КолосС, 2005. – 392 с.
4. Очистка производственных сточных вод: Учеб. пособие для вузов/С.В. Яковлев, Я.А. Карелин,
Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов; Под ред. С.В. Яковлева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат,
1985. – 335 с.
5. Яковлев С.В., Волков Л.С., Воронов Ю.В., Волков В.Л. Обработка и утилизация осадков производственных сточных вод. – М.: Химия, 1999. – 448 с.
6. Евилевич А.М., Евилевич В.А. Утилизация осадков сточных вод. – Л.: Стройиздат, 1988. – 248 с.
7. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. – М.: Стройиздат, 1988. – 256 с.
8. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: ЦИТП, 1986. – 72 с.
9. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика/Н.И.
Лихачев, И.И. Ларин, С.А. Хаскин и др..; Под общ. ред. В.Н. Самохина. – 2-е изд., перераб. и доп.
– М.: Стройиздат, 1981. – 639 с.
10. Хенце М. Очистка сточных вод: Пер. с англ./ Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э.М.: Мир,2006. – 480 с.
11. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии (для данного курса представляют
интерес разделы «Экосистемы природных сред и сооружений биологической очистки», «Антропогенные факторы загрязнения», «Биотрансформация соединений азота и серы»). Учеб пособ. – М.:
Мир, 2006. – 504 с.