Методы очистки сточных вод от взвешенных веществ

Взвешенные примеси, содержащиеся в сточных водах, подразделяются на твердые и жидкие, и образуют с водой дисперсную систему. В зависимости от размера частиц дисперсные системы делят на три группы:

1) грубодисперсные системы с частицами размером более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии);

2) коллоидные системы с частицами размером до 0,1 мкм (1 нм);

3) истинные растворы, содержащие частицы, размеры которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов.

Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют гидромеханические процессы (периодические или непрерывные) процеживания, отстаивания (гравитационное и центробежное), фильтрования. Выбор метода зависит от размера частиц, их физико-химических свойств и концентрации, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.

Процеживание – первичная стадия очистки сточных вод – предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до
25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процеживание сточных вод осуществляется пропусканием воды че­рез решетки и волокноуловители. Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками (комминуторы). Решетки, изготовленные из металлических стержней с зазором между ними 5–25 мм, устанавливают на пути движения сто­чных вод под углом 60–75⁰.

При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться, что осуществляется, как правило, механически, например с помощью вертикальных или поворотных граблей. Снятые с решеток загрязнения направляют на переработку. Для измельчения отхо­дов используют дробилки.

Решетки-дробилки представляет собой агрегат, совмещающий функции решетки и дробилки. Дробилки измельчают отходы, не извлекая их из воды.

Для удаления более мелких взвешенных веществ, а также ценных продуктов, применяют сита, которые могут быть двух ти­пов: барабанные или дисковые. Сито барабанного типа представляет собой сетчатый барабан с отверстиями
0,5–1,0 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от подвода воды снаружи или внутрь. Задерживаемые примеси смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от диамет­ра барабана и его длины, а также свойств примесей. Сита применяют в текстильной, целлюлозно-бумажной и кожевенной промышленностях.

Отстаивание применяет для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием си­лы тяжести. Для проведения процесса использует песколовки, отстойники и осветлители.

Песколовки применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений с размером частиц 1,2–0,25 мм из сточных вод. В зависимости от направления движе­ния сточной воды песколовки делят на горизонтальные с прямо­линейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые песколовки.

Отстойники используют для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 0,25 мм. По направлению движения сточной воды в отстойнике они делятся на горизонтальные, ве­ртикальные, радиальные и комбинированные.

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения (рис. 1.1. а.). Вода движется от одного конца отстойника к другому. Глубина отстойника составляет 1,5–4 м, а ширина коридора 3–6 м. Равномерное распреде­ление воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизо­нтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м³/сут. Эффективность отстаивания достигает 60 %.

Схема вертикального отстойника одной из конструкций показана на
рис. 1.1. б. Отстойник представляет собой цилиндриче­ский или квадратный в плане резервуар с коническим днищем. Сточную воду подводят по центральной трубе. После поступления внутрь отстойника вода движется снизу вверх по желобу. Для лучшего ее распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Таким об­разом, осаждение происходит в восходящем потоке, скорость ко­торого равна 0,5–0,6 м/с. Высота зоны осаждения 4–5 м. Каждая частица движется с водой вверх со скоростью v и под действием силы тяжести вниз со скоростью V_ос. Поэтому различные частицы будут занимать различное положение в отстойнике. Частицы, имеющие V_ос>V, будут быстро оседать, а частицы, имеющие V_ос<V, будут уноситься вверх. Эффективность отстаивания в вертикальных отстойниках на
10–20 % ниже, чем в горизонтальных. Вертикальные отстойники используют для выде­ления окалины из сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов.

Широкое применение для очистки производственных сточных вод на больших заводах находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью. Они представляют собой кру­глые в плане резервуары (рис. 1.1. в). Вода в них движется от центра к периферии. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20000 м³/сут. Глубина проточной части от­стойника 1,5–5 м, а отношение диаметра к глубине от 6 до 30. Обычно используют отстойники диаметром 16–60 м. Эффективность осаждения их составляет 60 %.

Повысить эффективность отстаивания можно путем увеличе­ния скорости осаждения частиц, увеличив размеры частиц коагуляцией и флокуляцией или уменьшив вязкость сточной воды путем нагревания. Кроме того, можно увеличить площадь отстаивания и проводить процесс осаждения в тонком слое жидкости. В последнем случае используют трубчатые и пластинчатые отстой­ники. При малой глубине отстаивания процесс протекает за ко­роткое время (4–10 минут), что позволяет уменьшить размеры отстойников.

Осветлители применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители со взвешенным слоем ос­адка, через который пропускают воду, предварительно обрабо­танную коагулянтом. Принципиальная схема осветлителя показана на рис. 1.2.

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

Различные виды отстойников

а)

б) в)

а) – горизонтальный: 1 – входной лоток, 2 – отстойная камера, 3 – выходной лоток, 4 – приямок;

б) – вертикальный: 1 – цилиндрическая часть, 2 – центральная труба, 3 – желоб,
4 – коническая часть;

в) – радиальный: 1 – корпус, 2 – желоб, 3 – распределительное устройство,
4 – успокоительная камера, 5 – скребковый меха­низм.

Рисунок 1.1.

Блок осветлителя

1 – осветлитель, 2 – желоб, 3 – осадкоуплотнитель

Рисунок 1.2.

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

Процесс отстаивания используют и для очистки производс­твенных сточных вод от нефти, масел, смол, жиров и др. Очис­тка от всплывающих примесей аналогична осаждению твердых ве­ществ. Различие заключается в том, что плотность всплывающих частиц меньше, чей плотность воды. Для улавливания частичек нефти используют нефтеловушки. Для улавливания жиров, кото­рые содержатся в сточных водах маслозаводов, фабрик первичной обработки шерсти, мясокомбинатов, столовых, применяют жироловушки.

Очистку сточных вод от маслопродуктов можно также осущ­ествлять в отстойниках одновременно с осаждением твердых ча­стиц. При этом расчет длины отстойника проводят по скорости осаждения твердых частиц и по скорости всплывания нефтепрод­уктов и принимают максимальное из двух значений. Процесс всплывания маслопримесей можно интенсифицировать путем подачи в сточную воду воздуха.

Очистку сточных вод от взвешенных частиц можно также производить в поле действия центробежных сил. Этот процесс осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах и цент­рифугах. Из напорных гидроциклонов наибольшее распространение получил аппарат конической формы (рис. 1.3.).

Напорный гидроциклон

Рисунок 1.3.

Сточную воду тангенциально подают внутрь гидроциклона. При вращении жидкости под действием, центробежной силы внутри гидроциклона образуется ряд потоков. Жидкость, войдя в цили­ндрическую часть, приобретает тангенциальное движение и двигается около стенок по винтовой спирали вниз к сливу. Часть ее с крупными частицами удаляется из гидроциклона в виде шлама. Другая часть осветленная поворачивает и движется вверх ок­оло оси гидроциклона, кроме того, возникают радиальные замкнутые потоки. В центре образуется воздушный столб, давление которого меньше атмосферного. Он оказывает влияние на эффективность гидроциклонов. Эффективность гидроциклонов нахо­дится на уровне 70 %.

Открытые безнапорные гидроциклоны применяют для очис­тки сточных вод от крупных примесей гидравлической крупнос­тью 5 мм/с. От напорных гидроциклонов они отличаются боль­шей производительностью и меньшим гидравлическим сопротивле­нием.

Для доочистки сточных вод в качестве финишной операции используется фильтрование. Если сточные воды содержат неболь­шое количество примесей, то фильтрование может быть основным процессом. По типу фильтровальной перегородки фильтры клас­сифицируются следующим образом:

1. Фильтры с плоской фильтровальной перегородкой;

2. Фильтры с объемной фильтровальной перегородкой с объемной загрузкой;

3. Фильтры с плавающей загрузкой;

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений, создаваемая над и под фильтровальной перегородкой. Она может создаваться под действием гидростатического давле­ния столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки. В качестве перегородки для фильтров первого типа исполь­зуют металлические перфорированные листы и сетки из нержаве­ющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни, а также разнооб­разные тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлопча­тобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического во­локна). Фильтровальные перегородки, задерживающие частицы, должны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, достаточной механической прочностью и гибкостью, химической стойкостью и не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования.

Широкое распространение для доочистки сточных вод маши­ностроительных предприятий, предприятий стройматериалов, при водоподготовке нашли зернистые фильтры с объемной загрузкой. В зернистых фильтрах широко используют в качестве фильтрующих материалов кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, ант­рацит, т.п. Зернистые фильтры изготавливают однослойными или многослойными. Сточную воду подают внутрь фильтра, где она проходит через фильтрующий материал и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят про­мывку подачей промывных вод в обратном направлении.