Гидромеханические методы очистки сточных вод

Для очистки сточных вод от твердых примесей используются гидромеханические методы: процеживание, отстаивание, осветление, центрифугирование, фильтрование.

Процеживание – начальная стадия очистки сточных вод от нерастворимых примесей размером до 25 мм и волокнистых загрязнений. При этом используются решетки для крупных отходов (обломки древесины, бумага, тряпье, мусор, камни) и сита для более мелких примесей. Решетки изготовляют из металлических стержней с зазором 15–20 мм. Их устанавливают в клетках сточных вод вертикально или под углом 60–70°. Скорость движения сточных вод 0,8–1 м/с. Специальными граблями решетки очищают от накоплений, которые измельчают в специальных дробилках и сно-ва возвращают в поток. Сита могут быть барабанными, дисковыми, ленточными. Их изготовляют из латунной или нержавеющей проволоки диаметром от 0,3 мм до 1–1,5 мм, размер ячеек от 0,3´0,3 до 5´5 мм. Скорость движения воды для плоских сит 0,2–0,4 м/с, для вращающихся – 0,8–1,2 м/с. Эффективность очистки 40–45%.

Отстаивание – удаление твердых частиц размером 0,15–0,25 мм под действием сил гравитации. Аппаратура для отстаивания: песколовки, отстойники, нефтеловушки, осветители, илоуплотнители и др. Нефтеловушки соответствуют отстойникам: горизонтальным, вертикальным, радиальным, но отходы всплывают вверх. Эффективность очистки – до 60%.

Пропускная способность песколовок (рис. 19а) 70–280 тыс. м³/сут. Скорость движения воды 0,15–0,3 м/с. Из приямка песок удаляют гидроэлеваторами или песковыми насосами.

Рис. 19. Горизонтальная песколовка (а) и вертикальный отстойник (б): 1 – ввод сточной воды; 2 – цилиндрическая перегородка; 3 – корпус отстойника; 4 – отражательное кольцо; 5 – сборник шлама; 6 – кольцевой водосборник; 7 – трубопровод для вывода очищенной воды; 8 – трубопровод для вывода шлама

В отстойнике (рис. 19б) цилиндрическая перегородка 2 и отражательное кольцо 4 обеспечивают криволинейное движение сточной воды сначала вниз, а затем вверх к кольцевому водосборнику 6. Центробежные силы на повороте потока способствуют оседанию твердых частиц в сборнике шлама 5. Шлам отсасывается через трубопровод 8. Эффективность очистки 50–70%.

В радиальных отстойниках сточная вода поступает снизу через патрубок с расширяющимся диаметром и движется из него в радиальном направлении. Значительное уменьшение скорости движения потока приводит к осаждению твердых частиц. Осевший шлам направляется вращающимся скребком в сборник шлама и затем периодически удаляется из аппарата. Очищенная вода выводится из отстойника через верхний трубопровод.

Всплывающие примеси – нефть, масла, жиры, смолы и т.п. – удаляются из сточной воды в нефтеловушках. Их глубина 1,5–3 м, высота слоя всплывающих примесей около 0,1 м, скорость всплывания 0,15–0,6 мм/с. Эффективность очистки 60–70%.

Фильтрование. Это часто заключительный процесс для удаления тонкодисперсных примесей. Обычно применяются зернистые фильтры: песок, керамзит, шлак. Их классификация: по размеру зерен: мелко- (до 0,4 мм), средне- (0,4–0,8 мм) и грубозернистые фильтры (более 0,8 мм); по производительности – медленные (0,1–0,3 м/ч), скорые (5–12 м/ч), сверхскоростные (более 25 м/с); по напору – гравитационные (открытые), напорные (с внешним давлением); по числу слоев – одно-, двух-, трех- и многослойные фильтры.

Каркасно-насыпной фильтр. Это аппарат высотой до 5 м. Он состоит: из нижнего слоя гравия, в слое которого помещен коллектор для сбора и отвода профильтрованной воды; днища-перегородки с мелкими отверстиями, опирающегося на этот слой гравия; фильтрующего слоя песка на днище с диаметром зерен 0,5–2 мм, слоя мелкого и затем более крупного гравия. Сточная вода подается сверху через кольцевой трубопровод с отверстиями. Высота фильтрующего слоя 0,4–2 м, слоя воды над ним – более 2 м. Скорость фильтрования 5–12 м/ч. Регенерацию фильтра осуществляют через 8–12 ч продувкой сжатого воздуха, подаваемого через трубопровод с отверстиями, размещенный под слоем песка. Затем – обратная промывка водой через коллектор отвода воды.

Для отделения твердых примесей в поле действия центробежных сил также используются открытые или напорные гидроциклоны и центрифуги. Эффективность очистки до 70%.

Ультрафильтрация. Она используется для концентрирования и выделения относительно ценных компонентов и очистки воды от весьма токсичных веществ: цианидов, ионов хрома, никеля, меди, свинца и т.п. Установка включает два элемента: насос, для создания давления жидкости в 1–10 МПа, камеру с полупроницаемыми мембранами. Мембраны изготавливают из различных полимерных материалов (полиамиды, полиуретаны, полиакрилонитрилы, эфиры целлюлозы), пористого стекла, металлической фольги.

По способу расположения мембран различают фильтр-прессы с плоскокамерным фильтрующим элементом, с трубчатым и рулонным фильтрующим элементом, с мембранами в виде полых волокон. Фильтр-прессы могут быть непрерывные, периодические, прямоточные, циркуляционные.

Химические методы

В химических методах очистки сточных вод используются реакции нейтрализации, окисления и восстановления.

Нейтрализация щелочных и особенно кислых сточных вод до pH 6,5–8,5 – наиболее распространенная и обязательная операция перед сбросом этих вод в водоемы. Используются следующие виды очистки стоков нейтрализацией.

1. Смешение между собой кислых и щелочных сточных вод.

2. Добавление к кислым растворам сточных вод щелочных реагентов: известкового молока, раствора соды:

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ (5% СаО) = CaSО₄ (осадок) + 2Н₂О.

3. Фильтрация кислых сточных вод через крупнозернистые
фильтры из известняка, доломита.

4. Нейтрализация щелочей кислыми дымами (CO₂, SO₂, NO_x). Образующиеся осадки выделяются отстаиванием в шламовых болотах или аппаратах.

Окисление токсичных примесей хлором, хлорной известью Са(ОСl)₂, озоном, кислородом:

СN^– + OCl^– = CNO^– + Cl^–; CNO^– + H⁺ + H₂O = CO₂ (газ) + NН₃ (газ),

2CNO– + 4OH– + 3Cl₂ = 2CO₂ (газ) + N₂ (газ) + 6Cl– + 2H₂O.

Для обеззараживания воды от бактерий используют хлор и хлорсодержащие окислители. Озонирование более эффективно.

Озон убивает не только бактерии, но и вирусы. Он окисляет фенолы (хлор их не окисляет), нефтепродукты, сероводород, ПАВ, цианиды, пестициды. Получают его из кислорода воздуха в озонаторах – трубчатых или пластинчатых конденсаторах – в условиях коронного электрического разряда.

Восстановление применяется для очистки от соединений хрома (VI), мышьяка, ртути и других металлов. В качестве восстановителей используют активированный уголь, SO₂, сульфиты, соли Fe²⁺. Пример: восстановление примесей хрома (VI) гидросульфитом натрия при рН 3–4:

2Cr₂O₇^2– + 5H₂SO₄ + 6NaHSO₃ = 4Cr³⁺ + 3Na₂SO₄ + 8SO₄^2– + 8H₂O.

Далее Cr³⁺ может быть осажден щелочным раствором и отделен.

Для восстановления ртути растворы ее соединений обрабатывают сероводородом, гидросульфитом натрия, сульфидом железа (II), железным порошком.