униконсы

ГК "Униконс"

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

Перейти на сайт
септоцилы

"Антисептики Септоцил"

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

Перейти на сайт
петритесты

"Петритест"

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

Перейти на сайт
закваски стартовые культуры

"АльтерСтарт"

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

Перейти на сайт

 В соответствии с видами процессов, реализуемых при очистке, целесообразно существующие методы классифицировать на механические, химические, физико-химические и биологические (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1

Рис. 2.1. Классификация методов очистки сточных вод

 

Выбор того или иного метода зависит от санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству очищенной воды, количества сточных вод, необходимой площади для сооружения локальных очистных сооружений (ЛОС), эффективности процесса очистки. Необходимая степень очистки сточных вод определяется по условию

р.с./ПДКi< 1,

где Ср.с – содержание /-го вещества в расчетном створе при условии одновременного присутствия веществ, относящихся к одному и тому же лимитирующему показателю вредности (ЛПВ), мг/дм3; ПДК.– предельно допустимая концентрация i-го вредного вещества, мг/дм3.

С другой стороны, методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очищенных сточных водах. Требуемые эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточных вод. С этой целью применяют усреднение концентрации примесей или расхода сточных вод, а в отдельных случаях и по обоим показателям одновременно. Для этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и расчет которых зависит от параметров изменяющихся по времени сбросов сточных вод. Выбор объема усреднителя концентрации загрязнений сточной воды зависит от коэффициента подавления кn = (Сmax – Сср)(СД- С – Сср), где Сmах – максимальная концентрация примесей в сточной воде, мг/м3; Сср – средняя концентрация примесей в сточной воде на входе в очистные сооружения, кг/м3; Сд – допустимая концентрация примесей в сточной воде, при которой обеспечивается нормальная эксплуатация очистных сооружений, мг/м3.

При кn > 5 объем усреднителя будет равен (м3)

V=kn∆Qr3

где ∆Q – превышение расхода сточной воды при переменном сбросе, м3/с; r3– продолжительность переменного сброса, с;

При кn < 5 объем усреднителя будет равен (м3)

V=∆Qr3/ln [kn/(kn – 1)].

После расчета объема усреднителя выбирают необходимое число секций, исходя из условия ∆Q hlV < WД, где h – высота секции усреднителя, м; WД = 0,0025 – допустимая скорость движения сточной воды в усреднителе, м/с.

На рис. 2.2 показана связь между стадиями очистки и эффективностью удаления загрязнений.

При первичной очистке (механические методы) из сточных вод удаляются взвешенные вещества. В ходе вторичной очистки (элек- трофлотокоагуляции, биологической очистки) удаляются растворенные органические вещества. Третичная очистка (адсорбция, ионный обмен, химические методы) предназначена для удаления из сточных вод фосфора, азота и особо стойких органических соединений. В зависимости от размера взвешенных частиц их делят на группы:

  • грубодисперсные системы с частицами размером более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии);
  • коллоидные системы с частицами размером от 0,1 мкм до 1 нм. Возможные способы удаления загрязнений в зависимости от их размера и свойств представлены в табл. 2.1 и на рис. 2.3.

 

Рис. 2.2

Рис. 2.2. Связь между стадиями и эффективностью очистки

 

Таблица 2.1

Способы удаления частиц при очистке воды

Tab 2 1a

Tab 2 1b

 

Рис. 2.3

Рис. 2.3. Способы удаления взвешенных веществ (ВВ) в зависимости от размера и свойств частиц

 

Сводная таблица способов очистки, используемых в системах защиты окружающей среды, приведена в прил. 7.

 

 

2.1. МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

2.1.1. ВЫБОР СПОСОБА УДАЛЕНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ

Механические методы очистки применяют в основном для удаления суспензированных и эмульгированных примесей при осветлении сточных вод.

С помощью механической очистки из сточных вод извлекают нерастворимые оседающие и всплывающие загрязнения. Механическая очистка стоков позволяет извлечь наибольшее количество загрязнений, что облегчает дальнейшую очистку. Кроме того, большинство канализационных отходов после соответствующей обработки может быть утилизировано.

Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют гидромеханические процессы процеживания, отстаивания, фильтрования. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико- химических свойств и концентраций взвешенных частиц, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.

Содержание взвешенных веществ в очищенной сточной воде, разрешенной к сбросу в водный объект, определяют как

Соч = Кразр (gQ/q+1) + Cф

где Соч – содержание взвешенных веществ в очищенной воде, мг/дм3; Кразр – разрешенное санитарными нормами увеличение содержания взвешенйных веществ в воде водного объекта в расчетном створе, мг/дм3; у – коэффициент смешения, показывающий, какая часть воды водотока участвует в разбавлении; Q–расчетный минимальный расход воды водотока в контрольном створе, м3/с; q – максимальный расход сточных вод, м3/с; Сф. – содержание взвешенных веществ в воде водного объекта до сброса сточных вод, мг/дм3.

Необходимую эффективность очистки сточных вод по взвешенным веществам определяют как

Ƞ =(Сисх – Сочисх) 1006%,

где Сисх – содержание взвешенных веществ в исходной сточной воде, мг/дм3.

В зависимости от требований к качеству очищенной производственной сточной воды применяют различные очистные сооружения: для процеживания – решетки и сетки, предназначенные для задерживания крупных частиц примесей, движущихся по каналу; для задержания более мелких взвешенных в воде примесей – отстойники, фильтры с зернистой загрузкой (кварцевый песок, гранитный щебень, антрацит, керамзит, горелые породы, гранулированный доменный шлак), с плавающей загрузкой (пенополистирол), сетчатые фильтры и микрофильтры, а также гидроциклоны, сепараторы и осадительные центрифуги.

 

2.1.2. ПРОЦЕЖИВАНИЕ И ОТСТАИВАНИЕ

Решетки на очистных сооружениях используются для задержания крупных отбросов. Они просты и надежны в эксплуатации. Их изготавливают из металлических стержней крутого или прямоугольного сечения и устанавливают на пути движения сточных вод под углом 60-75°. Удаление задержанных загрязнений с решеток производится вручную или при помощи вращающегося устройства с граблями. При количестве стоков 0,1 м3/сут. и более должна предусматриваться механизированная очистка решеток и транспортировка отбросов к дробилкам. Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками.

Варианты установки граблей для очистки решеток представлены на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4

Рис. 2.4. Виды решеток с механизированным удалением загрязнений:
1 – решетка; 2 – цепь; 3 – грабли

 

Неподвижные решетки с механизированной очисткой устанавливают под углом к горизонту и снабжают граблями. Разность уровней воды в канале перед и за решеткой не должна превышать 10-12 см. Если производственные сточные воды агрессивны, то решетки, устанавливаемые на очистной станции, должны быть выполнены из антикоррозионного материала.

 

Решетки-дробилки представляют собой агрегаты, совмещающие функции решеток и дробилок. Их применяют для задержания и дробления отбросов без извлечения их из потока сточной воды. Решетки-дробилки могут быть установлены в открытом канале с изливом сточной воды через сифон в отводящий канал к очистной станции. При установке двух рабочих решеток-дробилок скорость движения жидкости в щелях барабана принимается не более 1,0 м/с по максимальному притоку. При установке от трех до семи рабочих решеток-дробилок скорость движения жидкости в щелях барабана принимается не более 1,2 м/с по максимальному притоку.

Для обеспечения нормальной работы решетки регулярно очищают. Периодичность очистки должна обеспечивать их нормальную работу при максимальном поступлении отбросов. Загрязнения с ручных решеток удаляет дежурный с помощью металлических граблей или вил. При механической очистке решеток дежурный периодически осматривает грабли. Задержанные на них отбросы сбрасывают в специальный контейнер. При отсутствии дробилки на очистной станции отбросы, снимаемые с решетки, сбрасывают в тару (ящик, ведро или тачку) с дырчатым днищем для удаления излишней воды, которая стекает через отверстия обратно в канал. Собранные отбросы удаляются в места, отведенные для их обезвреживания. Устройство этих мест согласуется с органами санитарной охраны. Количество извлекаемых отбросов на решетках зависит от величины прозоров между стержнями.

 

Песколовки применяют для выделения из стоков примесей с размерами частиц от 0,25 мм и более.

По направлению движения воды песколовки подразделяют на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости, последние – на аэрируемые и тангенциальные.

 

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением сточной воды пропускной способностью от 70 до 280 тыс. м3/сут. Они представляют собой удлиненные в плане сооружения с прямоугольным поперечным сечением (рис. 2.5).

Песколовки имеют следующее оборудование: механизм для перемещения осадка в бункер, гидроэлеваторы и насосы для удаления осадка из песколовки и транспортирования его к месту обезвоживания или другой обработки. Бункер для сбора осадка обычно располагают в начале песколовки под днищем.

 

Рис. 2.5

Рис. 2.5. Горизонтальная песколовка:
1 – цепной скребковый механизм; 2 – бункер для сбора осадка, 3 – гидроэлеватор

 

Эксплуатация таких песколовок показала, что они работают эффективно при выравнивании средних скоростей по длине песколовки. Это достигается применением одиночных плоских решеток у входного устройства, выполненных из деревянных стержней шириной 15 см с прозорами 6 см. Решетки, устанавливаемые на расстоянии 1,2 м от входа, для удобства эксплуатации свободно качаются в потоке и легко снимаются. В песколовках с решетками такой конструкции увеличивается нагрузка по воде за счет повышения скорости потока при сохранении эффективности задержания песка.

 

Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной воды конической формы предназначаются для удаления песка и сбора всплывающих загрязнений из производственных сточных вод. Сточная вода подводится к песколовкам и отводится от них лотками. Подводящий лоток располагается на уровне поверхности земли или в насыпи высотой 1-5 м. Сточная вода движется по прямоугольному лотку по периметру песколовки. Тяжелые частицы выпадают через щель в нижней части лотка в осадок, а легкие всплывают на поверхность в центральной части песколовки.

Для выключения песколовок из работы на подводящих и отводящих лотках в распределительной камере устанавливают металлические затворы. Осадок из песколовок удаляют гидроэлеваторами. Подача рабочей жидкости к гидроэлеватору и отвод пульпы осуществляются самостоятельными напорными трубопроводами.

 

Вертикальные песколовки имеют цилиндрическую форму с коническим днищем. На рис. 2.6 изображена вертикальная песколовка с вращательным движением сточной воды. Подвод воды осуществляется по касательной с двух сторон в цилиндрической части песколовки. Конусная часть служит для сбора выпавшего осадка. Сбор и отвод воды осуществляется кольцевым лотком. При вертикальном движении воды вверх песок осаждается вниз. Вертикальные песколовки удобны для накопления больших объемов осадка.

 

Рис. 2.6

Рис. 2.6. Вертикальная песколовка:
1 – подводящий канал; 2 – сборный кольцевой лоток;
3 – ввод воды в рабочую зону; 4 – осадок; 5 – отводной канал

 

В аэрируемой песколовке с круговым движением сточная вода из подводящего канала по впускному устройству шахтного типа поступает в аэрационную зону (рис. 2.7). Впускное устройство шахтного типа необходимо для придания импульса вращательного движения воды в аэрационной зоне, оборудованной аэратором, выполненным в виде перфорированной трубы.

 

Рис. 2.7

Рис. 2.7. Аэрируемая песколовка:
1 –зона улавливания песка; 2 – щелевидная перегородка, 3 –зона улавливания жира и нефтепродуктов;
4 – подача воздуха; 5 – откачка песка насосом из пескового лотка; 6– лоток отвода песковой пульпы;
7 – трубопровод отвода жира

 

В аэрационной зоне под влиянием пузырьков воздуха возникает вращательно-поступательное движение воды. Твердые минеральные частицы, отмытые от органических загрязнений, оседают на дно, а органические загрязнения, находящиеся во взвешенном состоянии, выносятся из песколовки.

Осевшие минеральные частицы под действием вращательного потока жидкости постепенно перемещаются по наклонному дну в сторону аэратора и через щель под раздельной перегородкой проваливаются в конус. Для сползания песка стенки конуса должны быть наклонены не менее чем на 55° к горизонту. Накопившийся в конусе песок периодически откачивается гидроэлеватором. Освобожденная от твердых минеральных частиц сточная вода выходит в отводящий канал через выпускное устройство, выполненное в виде водослива. Перед выпускным устройством в конце аэрационной зоны устанавливается полупогруженная решетчатая перегородка. Перегородка способствует задержанию всплывших жировых и иных веществ и препятствует выносу их из песколовки. Всплывшие вещества периодически удаляют в иловый колодец.

 

Тангенциальная песколовка имеет в плане круглую форму. Тангенциальный подвод сточной воды сообщает ей движение по кругу. Песколовки выпускаются диаметром от 2 до 18 м. Высота песколовок составляет ¼-2/3 их диаметра. Расчетная продолжительность пребывания сточной воды в песколовках 3-4 мин.

Импеллер, расположенный в центре песколовки, усиливает вращательное движение воды. Одновременно с вращением вода опускается вниз вдоль стенок песколовки, а затем всасывается импеллером через отверстие вихревой водяной воронки, образующейся ниже импеллера. Осаждаемый песок опускается на дно песколовки и турбулентными потоками воды сдвигается к центру, откуда наклонным шнеком подается к боковой вертикальной шахте, в которой установлено скребковое устройство для подъема песка. При подъеме песок отмывается от органических загрязнений с помощью брызгальных насадок, расположенных у скребкового устройства на уровне поверхности воды в песколовке. Поток воды, идущий от импеллера, попадает в брызгальные насадки со скоростью, достаточной для отмывки песка от органических частиц. Вихревое движение воды не позволяет органическим загрязнениям оседать в песколовке. Песок, поднимаемый шнеком, обезвоживается и поступает в бункер для хранения. Таким образом, песколовка обеспечивает улавливание чистого песка.

 

Песколовки-преаэраторы выпускаются диаметром от 2 до 16 м. Высота песколовок составляет 1/3-2/3 их диаметра. Расчетная продолжительность пребывания сточной воды в песколовке-преаэраторе 15 мин. В песколовке-преаэраторе эффект использования кислорода достигает 25 %, в то время как в песколовках с распределением воздуха через пористые диффузоры – 5-10%. Эффект изъятия органических загрязнений в песколовках-преаэраторах на 7-8% выше, чем в подобных песколовках без пневматической аэрации. Более высоким является также эффект изъятия песка.

Важный показатель для оценки работы песколовок – количество песка в осадке, выпадающем в последующих по ходу движения сточных вод сооружениях. Содержание песка в осадке последующих отстойных сооружений должно быть не более 5 %, а крупность песка – не более 0,25 мм.

Осадок из песколовок удаляют с помощью гидроэлеватора, гидросмывом по иловой трубе под гидростатическим давлением жидкости, механическим способом или вручную. Песколовки рассчитаны на продолжительность обработки стоков от 15 до 30 мин.

Количество осадка, задерживаемого в песколовках, составляет 0,02% от расхода сточных вод при влажности песка, подсушенного на Песковых площадках, 60%. При использовании песколовок количество взвешенных веществ в сточных водах снижается на 10-15 %. Зольность осадка песколовок вследствие выпадения органических веществ составляет 30-40 %.

 

Отстойники предназначены для осаждения грубодисперсных нерастворенных веществ и части органических загрязнений. В зависимости от своего назначения и расположения в технологических схемах очистки сточных вод отстойные сооружения подразделяются на отстойники первичные, вторичные и третичные (контактные резервуары), илоуплотнители, осадкоуплотнители.

Известны отстойники периодического и непрерывного действия.

Отстойники периодического действия используют при небольших расходах или периодическом поступлении сточных вод. Отстойники непрерывного действия рассчитаны на большой расход сточных вод.

Различают следующие виды отстойников.

 

Горизонтальные отстойники (рис. 2.8, а) применяют при расходах сточных вод 15-100 тыс. м3/сут. Это резервуар вытянутой формы с соотношением ширины к длине примерно 1:4, глубину проточной части принимают 1,5-3 м, отношение длины к глубине от 8 до 12. Скорость движения сточной воды в отстойнике 5-10 мм/с. Продолжительность отстаивания 1,5-2 ч.

Дно отстойника сделано с уклоном к приямку для лучшего сбора осадка. Отстойник перегораживают в начале и конце поперечными полупогруженными досками, которые обеспечивают плавное распределение потока по глубине. Перегородки предотвращают вынос плавающих примесей за переделы отстойника и способствуют задержанию жировых частиц, проникших в отстойник. Достоинством горизонтальных отстойников являются их относительно высокий коэффициент использования объема и достигаемый эффект очистки по взвешенным веществам – 50-60%, а также возможность их компактного расположения и блокирования с аэротенками. Недостатком является ненадежность работы скребковых механизмов для удаления осадка, особенно в зимний период.

 

Вертикальные отстойники применяют при расходах сточных вод от 2-103 до 15-103 м3/сут. В зависимости от типа впускного устройства различают следующие виды вертикальных отстойников: с центральным впуском воды (рис. 2.8, б); нисходяще-восходящим движением воды; периферийным впуском воды.

Вертикальные отстойники с центральным впуском представляют собой железобетонный цилиндр с диаметром 4-9 м и коническим днищем. Сточные воды по лотку поступают в центральную трубу с неподвижным отражательным щитом. Отражаясь от него, осветленная вода меняет направление, и в восходящем потоке происходит флокулизация частиц загрязнений. Более крупные частицы взвеси осаждаются, а мелкие всплывают. Осадок собирается в конусной части вертикального отстойника и по илопроводу, благодаря гравитационному давлению столба жидкости (h > 1,5-2,0 м), периодически удаляется на обработку. Диаметр илопровода не менее 200 мм. Осветленная вода сливается в кольцевой лоток, а всплывающие примеси собираются на поверхности в пространстве, огороженном полупогруженными досками, и удаляются из отстойника.

Продолжительность отстаивания 1,5-2,0 ч; скорость потока в вертикальном направлении 0,5-0,7 мм/с. Влажность выгружаемого осадка 95%. Эффективность очистки 30-40%.

Вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим потоком воды являются более совершенными с технологической точки зрения. Эффективность очистки по взвешенным веществам достигает 60-65%.

 

Радиальные отстойники (рис. 2.8, в) рассчитаны на производительность более 20 тыс. м3/сут. Они представляют собой круглый резервуар диаметром до 60 м (иногда более 100 м), вода в котором движется по радиусу от центра к периферии. Скорость движения воды переменная: в центре – максимальная, на периферии – минимальная. Сточная вода через центральное распределительное устройство поступает в отстойник, а осветленная вода собирается в круговой периферийный желоб. Эффективность осаждения взвешенных веществ 50-55%. Влажность удаляемого осадка 93,0-93,5%.

Наряду с описанными выше горизонтальными, вертикальными и радиальными конструкциями, к динамическим отстойникам относятся аппараты, в которых движение воды происходит под уклоном. Стремление сократить время отстаивания привело к разработке технологии отстаивания с уменьшенной высотой водного слоя и многократным повторением процесса осаждения.

Так называемые тонкослойные отстойники по своему конструктивному исполнению подразделяют на трубчатые и пластинчатые.

 

Трубчатые отстойники рекомендуется использовать при расходах сточных вод 10-100 тыс. м3/сут. Рабочим элементом трубчатого отстойника является трубка диаметром 2,5-5 см, длиной 60-100 см. Длина трубок подбирается в зависимости от степени загрязнения воды и скорости потока, диаметр существенного значения не имеет. Изготавливаются они, как правило, из пластика. Для аппаратов большой производительности используют специальные блоки, состоящие из множества трубок. (Примерная длина такого блока – 3 м, ширина – 0,75 м, высота – 0,5 м.) Комбинация блоков позволяет смонтировать отстойник требуемой производительности.

 

Рис. 2.8

Рис. 2.8. Отстойники: а – горизонтальный: 1 – входной поток; 2 – отстойная камера; 3 – выходной поток;
4 – приямок; – вертикальный: 1 – цилиндрическая часть; 2 – центральная труба; 3 – желоб;
4 – коническая часть; –радиальный: 1 – корпус; 2 –желоб; 3 – распределительное устройство;
4 – успокоительная камера; 5 – скребковый механизм; г – трубчатый с малым наклоном труб;
д – крутонаклонный трубчатый; е – пластинчатый: 1 – корпус; 2 – пластины; 3 – шламоприемник

 

Возможно применение трубок квадратного, шестиугольного, ромбовидного сечения и др. В настоящее время используют две конструкции трубчатых отстойников:

  • трубчатый отстойник с малым наклоном труб (рис. 2.8, г), который работает по переменному режиму, включающему периоды осветления воды и промывки трубок. Эти отстойники целесообразно применять для осветления сточных вод, содержащих небольшое количество взвешенных веществ, и монтировать в схеме с зернистыми фильтрами. Продолжительность работы отстойника практически не зависит от диаметра трубок, но возрастает с увеличением их длины. Эффективность осветления составляет 80-85%;
  • крутонаклонный трубчатый отстойник (рис. 2.8, д) отличается тем, что осветляемая вода проходит через трубки, расположенные под упюм 45–-60°, снизу вверх, а осадок сползает по дну трубок вниз и скапливается в шламовом пространстве. Непрерывное удаление осадка исключает необходимость промывки трубок.

 

Пластинчатые (многоярусные) отстойники (рис. 2.8, е) имеют в корпусе ряд параллельно установленных пластин. Вода движется между пластинами, а осадок сползает вниз в шламовое пространство. Принципиальные схемы очистки воды в тонкослойных отстойниках приведены на рис. 2.9, 2.10.

 

Рис. 2.9

Рис. 2.9. Горизонтальный отстойник, оборудованный тонкослойными блоками:
1 – подача исходной воды; 2 – камера хлопьеобразования; 3 – тонкослойные блоки;
4 – сборные желоба; 5 – карман сбора осветленной воды; 6 – отвод осветленной воды;

7 – зона распределения воды; 8 – зона накопления осадка; 9–удаление осадка

 

В зависимости от схемы движения в отстойнике очищаемой воды и выпавшего осадка существует три типа отстойников:

  • прямоточные, в которых направление движения воды и осадка совпадают;
  • противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу;
  • перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно направлению движения осадка.

 

Рис. 2.10

Рис. 2.10. Схема тонкослойного отстойника:
1 – приемная воронка; 2 – решетка приемной воронки; 3 – камера осветления;
4 – патрубок для слива осветленной воды; 5 – пластины; 6 – бункер для сгущенного остатка;
7 – система автоматического контроля за уровнем осадка включением и выключением насоса;
8 – насос; 9 – рама; 10 – вибратор накладной; 11 – решетка бункера

 

Наибольшее распространение получили противоточные отстойники как наиболее производительные.

 

Осветлители используют для предварительного осветления сточных вод, содержащих грубодисперсные, мелкодисперсные и коллоидные частицы, характеризующиеся малой агрегативной устойчивостью, или сточных вод после обработки коагулянтом. Осветлители обычно применяют при расходе воды от 3 до 50 тыс. м3/сут. Сточную воду пропускают через выпавший ранее осадок, используя его как взвешенный фильтр. Осветлители чаще всего оборудованы периодически или непрерывно действующими скребковыми механизмами, в отдельных случаях – пневматическим устройством для сбора всплывшей жиромассы, которая собирается в специальный бункер.

Схема осветлителя с выносным осадкоуплотнителем приведена на рис. 2.11. Сточная вода после смешения с реагентами (коагулянтами и др.) проходит в осветлитель. Вода движется снизу вверх через слой взвешенного осадка, который находится в состоянии динамического равновесия вследствие равенства скоростей восходящего потока воды и осаждения хлопьев осадка. Осветленная вода собирается в круговой желоб, из которого отводится на сооружения доочистки или на повторное использование. Образующийся осадок по центральной трубе непрерывно перетекает в осадкоуплотнитель. Уплотненный осадок отводится снизу, а вода – сверху.

 

Рис. 2.11

Рис. 2.11. Схема осветлителя с выносным осадкоуплотнителем:
1 – осветлитель; 2 – круговой желоб; 3 – центральная труба для отвода осадка;
4 – осадкоуплотнитель; 5 – расходомер

 

Существенным недостатком отстойников является низкая скорость осаждения мелкодисперсных загрязнений. Для интенсификации процесса отстаивания широкое распространение получили синтетические полимерные флокулянты.

Очистка от всплывающих примесей аналогична осаждению твердых веществ. Различие заключается в том, что плотность всплывающих частиц меньше, чем плотность воды. Для очистки стоков от жира в виде отдельных твердых частиц, эмульсий и растворов используют отстойные аппараты – жироловки.

 

Жироловки, имеющиеся на большинстве предприятий пищевой промышленности, устраивают после решеток и песколовок. В результате гравитационного отстаивания на поверхности воды образуется слой плавающих веществ (жиромасса). Тяжелые взвешенные вещества, осаждаясь, образуют осадок, при этом они увлекают за собой часть жира. Отстойные жироловки рассчитывают на продолжительность отстаивания сточной воды в течение 30 мин. Эффективность задержания жира 50-55 %, причем 20-25 % жира задерживается вместе с осадком, а 30% всплывает на поверхность воды. Влажность осадка составляет 96 %.

Для отстаивания жиросодержащих сточных вод применяют отстойные жироловки горизонтального типа (рис. 2.12). Они чаще всего оборудованы скребковым механизмом для сбора всплывшей жиромассы, которая направляется в специально предусмотренный бункер. Из него жиромасса вакуум-воздушными установками перекачивается в автоцистерны и направляется на утилизацию. При работе скребкового механизма вместе с жиромассой в бункеры попадает некоторое количество воды. Со временем смесь расслаивается на жиромассу и воду. Последнюю перед удалением жиромассы рекомендуется сбрасывать в канализацию.

 

Рис. 2.12

Рис. 2.12. Схема жироловки: 1 – лоток для подачи сточных вод; 2 – корпус жироловки;
3 – скребковый механизм; 4 – трубопровод для подачи жиромассы к вакуумному котлу;
5 – труба с вентилем для разрядки сифона; 6 – труба для выпуска сточных вод в канализацию;

7 – бункер для жиромассы; 8 – насос для удаления осадка

 

2.1.3. ФИЛЬТРОВАНИЕ

Фильтры могут применяться как одна из ступеней сложной схемы очистки воды (после отстойников и осветлителей со взвешенным осадком) либо как самостоятельное очистное сооружение в зависимости от концентрации загрязнений в исходной воде. Фильтры могут быть установлены на стадии доочистки для удаления избыточного активного ила.

Работа фильтра характеризуется скоростью фильтрования, а именно количеством очищаемой воды за единицу времени на площадь поверхности фильтрующего слоя; скорость фильтрования выражается в м/ч (м3/ч на м2). Различают медленные (скорость фильтрования < 2 м/ч), скоростные (скорость фильтрования 2-15 м/ч) и сверхскоростные (скорость фильтрования > 25 м/ч) фильтры.

Известны барабанные и сетчатые фильтры, микрофильтры, дисковые фильтры, фильтры с зернистой загрузкой.

Принцип действия фильтровальной установки барабанного типа представлен на рис. 2.13. Обычно применяют вращающиеся горизонтальные барабаны с металлическими сетками и диаметром отверстий 20-60 мкм (микрофильтры). Чем выше содержание взвешенных частиц, тем выше должна быть скорость вращения сетки.

 

Рис. 2.13

Рис. 2.13. Фильтровальная установка барабанного типа:
1 – фильтрующая сетка; 2 – барабаны, обеспечивающие движение сетки;
3 – чистая вода для промывки сетки; 4 – резервуар сточной воды; 5 – фильтрованная вода

 

Сетчатые фильтры включают в себя следующие фильтрующие элементы: перфорированные элементы, ячейки (сетки) (рис. 2.14). Очистка происходит в результате прохождения воды через фильтрующий элемент, который задерживает нерастворенные механические загрязнения. Применяются два способа промывки (очистки) фильтрующих элементов: с помощью щеток и вакуумной очистки.

 

Рис. 2.14

Рис. 2.14. Фильтрующие элементы сетчатых фильтров

 

Дисковые фильтры предназначены для фильтрации воды от механических примесей размером 20-800 мкм. В качестве фильтрующего материала используют полипропиленовые дисковые фильтры. На поверхностях дисков имеются канавки определенной глубины и ширины, обеспечивающие требуемую тонкость очистки.

Диски устанавливаются на специальном устройстве, реализующем автоматическую промывку пакета сжатых дисков. При сжатии двух соседних дисков между ними образуется объемная сетчатая структура, являющаяся рабочим фильтрующим элементом.

 

Фильтры с зернистой загрузкой получили наибольшее распространение. Известны следующие виды зернистых фильтрующих материалов:

  • тяжелые загрузки, у которых плотность материала больше плотности воды (кварцевый песок, антрацит, гранитный щебень, керамзит, мраморная крошка и др). Достоинством таких фильтров является высокая степень очистки сточных вод (70-95 %), однако они дорого стоят, имеют большие размеры и сложную систему регенерации фильтрующего материала;
  • легкие (плавающие) загрузки имеют плотность зерен фильтрующего материала меньше плотности воды и предназначены главным образом для очистки сточных вод от жира и других всплывающих органических веществ. В качестве фильтрующего материала для плавающих загрузок используют пенополистирол (ППС), пенополиуретан (ППУ), гранулы керамзита, измельченную древесную кору, котельные и металлургические шлаки.

 

Рис. 2.15

Рис. 2.15. Глубинный механизм фильтрования

 

Очистка воды с использованием зернистых фильтрующих загрузок обусловлена в основном процессами адсорбции на поверхности зернистых фильтрующих материалов и глубинного фильтрования, т. е. удержанием частиц в пористой структуре фильтрующих слоев. При этом большинство отфильтрованных частиц имеет размеры намного меньшие, чем поры фильтрующей среды. Механизм глубинного фильтрования (рис. 2.15) наиболее сложный. При прохождении потока через зернистый слой некоторые частицы удерживаются на стенках поровых каналов благодаря силам гравитации и адгезии. Характеристика систем глубинной фильтрации представлена в табл. 2.2.

 

Таблица 2.2

Характеристики систем глубинной фильтрации

Таблица 2.2

 

Для зернистых материалов с высокой плотностью и низким коэффициентом однородности определяющим может быть глубинно-деформационный механизм фильтрования, когда процесс фильтрования начинается с закупорки пор, а на фильтрующей поверхности формируется слой осадка (рис. 2.16).

 

Рис. 2.16

Рис. 2.16. Глубинно-деформационный механизм фильтрования

 

В течение начального периода фильтрования некоторое количество частиц проходит в зону фильтрата, однако после формирования первичного слоя осадка прозрачность фильтрата резко возрастает. Для таких зернистых слоев характерны уменьшение диаметра по ходу поровых каналов и их высокая извилистость, при этом закупорка пор происходит не на поверхности, а в глубине фильтрующего материала.

Практический вклад каждого механизма в процесс фильтрования меняется в зависимости от свойств частиц загрязняющей фазы, засыпки фильтра и условий его эксплуатации.

В настоящее время существует достаточно большой ассортимент фильтрующих сред, выпускаемых, как правило, на основе природных материалов. Они характеризуются следующими показателями: размер гранул, плотность гранул, насыпная (объемная) масса, коэффициент однородности зерен, коэффициент формы, механическая прочность, химическая стойкость.

Ниже приведена краткая информация о фильтрующих материалах (табл. 2.3).

 

Таблица 2.3

Основные характеристики фильтрующих метериалов

 

Таблица 2.3a

Таблица 2.3b

 

Различают два типа фильтров с зернистой загрузкой: гравийные и каркасно-засыпные. Оба типа фильтров обладают повышенной грязеемкостью, т. к. фильтрация в них осуществляется через загрузку с уменьшающейся крупностью зерен.

В песчано-гравийных фильтрах загрузка выполняется из речного песка крупностью 1,2-2,0 мм высотой 1,4 м и из гравия крупностью 5-40 мм высотой 0,4 м.

В каркасно-засыпных фильтрах (КЗФ) загрузка состоит из каркаса (гравий крупностью 40-60 мм) высотой 1,8 м и засыпки (песок крупностью 0,8-1 мм) высотой 0,9 м. Крупность зерен засыпки и основные характеристики фильтрующих материалов каркаса, а также их объем подбирают таким образом, чтобы они могли свободно проникать в каналы, образующиеся в каркасе фильтра, и опускаться под действием свободного падения в нижние слои каркаса.

Схема типичного песчаного фильтра представлена на рис. 2.17. Сточная вода пропускается через слой загрузки, который в каждом из последовательных слоев становится мельче. Периодически песок в фильтрах необходимо промывать. Для этой цели в резервуаре специально сохраняют некоторое количество профильтрованной воды.

 

Рис. 2.17

Рис. 2.17. Песчано-гравийный фильтр

 

В рассмотренных выше двух типах фильтров промывка водовоздушная, эффект очистки составляет по взвешенным веществам 70-85%, по БПК 50–65%, по ХПК 30–40%. Фильтры снижают лишь содержание взвешенных веществ, что, в свою очередь, снижает содержание органических веществ. Песчаные фильтры имеют недостаток: для них требуются здания большой площади и высоты (4,8 м), что приводит к увеличению капитальных расходов и большой трудоемкости при возведении сооружений.

Микрофильтры и намывные фильтры. Микрофильтры представляют собой сетчатые вращающиеся барабаны, опущенные частично в жидкость. Сточная вода подается внутрь барабана, загрязненная внутренняя поверхность промывается струями воды в верхней части барабана. Эффективность очистки при подаче на них биологически обработанных сточных вод составляет по БПК 20-30%, по взвешенным веществам 65-70%. Микрофильтры просты в эксплуатации и не требуют ежедневного ухода. Намывные фильтры представляют собой резервуары с установленными внутри сетчатыми фильтрующими элементами. Фильтрование осуществляется через сетки намытым на них фильтрующим материалом. Поэтому перед рабочим циклом в фильтр подается пульпа фильтрующего материала. Этот же материал вводится в доочищаемую воду небольшими дозами во время рабочего цикла. Качество доочистки высокое: по содержанию взвешенных веществ (4 мг/дм3) и БПК (3 мг/дм3) сточные воды приближаются к чистой речной воде.

Высокопроизводительные современные напорные осветительно- сорбционные фильтры позволяют производить процесс очистки воды в автоматическом режиме, без значительных капитальных затрат на малых площадях. Замена фильтрующих материалов в напорных емкостях производится в зависимости от их функционального назначения и срока эксплуатации от 1 года до 10 лет.

В процессе фильтрования происходит накопление загрязнений в слое загрузки. В какой-то момент времени наблюдается вынос частиц в осветляемую воду с ухудшением ее качества. Продолжительность работы фильтра до «проскока» частиц в фильтрат называют временем защитного действия загрузки. По мере загрязнения фильтрующего слоя уменьшается доля свободных пор и увеличивается сопротивление прохождения через него сточной воды, т. е. растут потери напора. Время работы фильтра до достижения предельной величины напора должно быть равно времени защитного действия загрузки при оптимальных условиях работы фильтра. Регенерация фильтрующего материала проводится несколькими методами: химическим, термическим, биологическим, обратной промывкой. Основные преимущества фильтрования – надежность и высокая эффективность по сравнению с другими процессами механической очистки.

 

Фильтры с плавающей загрузкой. В настоящее время при очистке производственных сточных вод применяют высокопористые полимерные пенопласты, в частности ППС и ППУ. Они обладают большой грязеемкостью, механической устойчивостью к истиранию и измельчению, эффективной адгезией к загрязнениям.

Использование синтетических материалов, пористость которых достигает 95 %, позволяет существенно повысить скорость фильтрования, увеличить продолжительность фильтроцикла и осуществлять процесс очистки с меньшими затратами по сравнению с обычными фильтрами.

Разработаны фильтры, в которых процесс регенерации осуществляется непосредственно в корпусе, что позволяет продлевать фильтроцикл, повышает экономическую эффективность работы фильтров, а также предотвращает распространение гнилостной микрофлоры (бактерий) и зловонного запаха по территории предприятия.

К основным недостаткам процесса фильтрования следует отнести необходимость периодической регенерации фильтрующего слоя, в результате которой образуются относительно большие объемы загрязненной воды, также требующие очистки; сложность конструкции фильтров; повышенные, по сравнению с другими методами разделения, потери напора.

Описанных выше недостатков лишены фильтры непрерывного действия, или динамические фильтры. Самые известные из них – DynaSand (Nordic Water Products) и Hydrasand (Andrritz). В данных фильтрах процессы фильрования и промывки загрузки происходят непрерывно и параллельно, необходимость в остановке фильтра для промывки отстутствует. Фильтрование происходит в направлении снизу вверх в цилиндрической части фильтра (рис. 2.18). Удаление загрязненной фильтрующей загрузки на промывку осуществляется из нижней конической части фильтра при помощи эрлифта. Очистка начинается в самом эрлифте, где загрязнения отделяются от загрузки при соударении  частиц песка вследствие турбулентного движения водо-воздушно-песчаной пульпы. Окончательную отмывку частицы песчаной загрузки проходят в промывном устройстве, расположенном в верхней части фильтра, где они промываются противоточным движением воды. Отмытый песок возвращается в верхнюю часть слоя фильтрующей загрузки. Постоянное движение загрузки в фильтре предотвращает ее слеживание.

 

Рис. 2.18

Рис. 2.18. Фильтр непрерывного действия:
1 – фильтрующая загрузка; 2 – эрлифт;
3 – промывочное устройство

 

2.1.4. ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ

Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил проводят в гидроциклонах и центрифугах. При вращении жидкости на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока; силы сопротивления движущегося потока, гравитационные силы, и силы инерции (последние незначительны, и ими можно пренебречь).

Гидроциклоны – аппараты, в которых очистка воды от минеральных загрязнений происходит под действием центробежных сил, возникающих во вращающемся потоке благодаря тангенциальному подводу воды. После аппарата поток воды имеет остаточный напор, что облегчает компоновку очистных сооружений в целом.

Для очистки сточных вод используют напорные и безнапорные гидроциклоны.

Напорные гидроциклоны рационально применять для очистки небольших количеств промышленных сточных вод (до 100 м3/ч) от минеральных загрязнений плотностью более 1,5 г/см3. Наибольшее распространение получил аппарат цилиндрической формы с конической нижней частью (рис. 2.19). Жидкость, войдя в цилиндрическую часть, движется около стенок по винтовой спирали вниз конической части. Крупные частицы отбрасываются под действием центробежных сил к стенкам гидроциклона, сползают к шламовому патрубку и удаляются. Осветленная вода поворачивает и движется вверх вдоль оси гидроциклона к сливному патрубку.

 

Рис. 2.19

Рис. 2.19. Напорный гидроциклон

 

Особенно эффективно применение напорных гидроциклонов в системах локальной промышленной очистки воды, когда загрязнения представляют собой потери сырья или выпускаемого продукта, а также для отмывки осадка из песколовки от нефтепродуктов и органики при выгрузке его; такие аппараты могут использоваться в схеме регенерации зернистых загрузок фильтров; для сгущения минерального осадка перед его обезвоживанием.

 

Безнапорные гидроциклоны для промышленной очистки воды – аппараты, в которых очистка воды производится во вращающемся потоке, где создаются условия для укрупнения частиц загрязнений вследствие их агломерации. Они используются для выделения частиц гидравлической крупностью 0,3 мм и могут применяться в качестве первой ступени промышленной очистки воды для выделения основной массы загрязнений, а также в качестве песколовки на очистных сооружениях промышленных сточных вод. Их применение особенно эффективно для выделения коагулированных взвесей.

Основное преимущество безнапорных гидроциклонов для промышленной очистки воды заключается в повышенных удельных гидравлических нагрузках, в 2,5-3 раза превышающих нагрузки на обычные отстойники, и в самотечном удалении из них задержанного шлама и нефтепродуктов. Безнапорные гидроциклоны для промышленной очистки воды выполняются из металла и располагаются над уровнем земли, чтобы обеспечивать возможность самотечной подачи воды на дальнейшую очистку и отвода выделенного шлама.

 

Центрифуги используют для удаления осадков из сточных вод. Они бывают фильтрующие и отстойные.

Центробежное фильтрование достигается вращением суспензии в перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильтровальной тканью. Осадок остается на стенках барабана. Его удаляют вручную или ножевым съемом. Такое фильтрование наиболее эффективно, когда надо получать продукт наименьшей влажностью и требуется промывка осадка. Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными; различаются по расположению вала в пространстве; по способу выгрузки осадка из ротора (с ручной, ножевой, поршневой или центробежной выгрузкой). Они могут быть в герметизированном и негерметизированном исполнении.

 

Червячные отжимные аппараты. Схема одного из таких аппаратов показана на рис. 2.20. Суспензия через загрузочную воронку поступает в фильтрующий корпус, нижняя часть которого выполнена в виде набора пластин с регулируемыми за счет прокладок зазорами. Частицы твердой фазы, осаждаясь в фильтрующем корпусе червячного отжимного аппарата, перемещаются к выходу. Поскольку выходное сечение корпуса аппарата уменьшено за счет прижимной головки, на выходе из корпуса создается давление, под действием которого происходит отжим фильтрата. Осадок имеет низкую конечную влажность.

 

Рис. 2.20

Рис. 2.20. Червячный отжимной аппарат:
1 – воронка; 2 – отжимной червяк; 3 – корпус; 4 – набор пластин; 5 – прижимная головка

 

При разделении суспензий такие аппараты имеют следующие преимущества перед центрифугами: отсутствие быстровращающихся частей, низкая конечная влажность осадка, простота изготовления и непрерывность процесса. К недостаткам следует отнести значительный унос твердой фазы при работе с низкоконцентрированными и мелкодисперсными (менее 100 мкм) суспензиями и невозможность промывки осадка в аппарате.

 

яндекс.ћетрика