9.3 Споруди для повторного використання забруднених вод в оборотних циклах

Очистка стічних вод від механічних домішок відстоюванням

Використання очищених стічних вод в системах оборотного водопостачання є центральним питанням загальної проблеми переводу промислових підприємств на замкнений режим роботи без скиду стічних вод.

Необхідна степінь очистки стічних вод визначається вимогам технології основного виробництва.

Від механічних домішок стічні води найчастіше очищують відстоюванням. В залежності від кількості стічних вод, що очищуються, характеру зависі та засобу обробки осаду, що виділяється зі стічних вод, обирають тип відстійників (горизонтальних, радіальних, вертикальних) або інших споруд і апаратів.

При обранні типу відстійників необхідно мати на увазі їх деякі експлуатаційні особливості. При значних витратах води горизонтальні відстійники приходиться влаштовувати з багатьма секціями, оскільки зазвичай ширина однієї секції приймається 5-6 м (продуктивність – коло 100-120 м³/год). Загальним недоліком таких відстійників є важкість правильного розподілу води по секціям, в результаті чого окремі секції виявляються пере навантаженими і, як слідство цього, в них погіршується очистка. Крім цього, ефект очистки залежить від своєчасного видалення осаду з відстійників.

Згідно СНиП 2.04.03-85, розміри відстійників слід визначати за формулами:

для горизонтальних відстійників

; (5.1)

для радіальних відстійників

,

де L – довжина горизонтального відстійника, м;

R – радіус радіального відстійника, м;

V – середня розрахункова швидкість руху води в проточній частині відстійника, мм/с (приймається 5-10 мм/с для радіальних і горизонтальних відстійників);

H – глибина проточної частини (для горизонтальних відстійників Н=1,5-3 м, для радіальних Н= 1,5-5 м);

- об’ємний коефіцієнт (для горизонтальних відстійників =0,5; для радіальних =0,45);

Q – розрахункова витрата стічних вод, м³/год;

U₀ – гідравлічна кріпніть часток зависі, мм/с.

Для визначення величини гідравлічної крупності забруднень при визначенні розмірів відстійників дуже часто застосовується технологічне модулювання процесу очистки стічних вод від механічних домішок. В результаті проведення експериментів по технологічному моделюванню процесу відстоювання будується крива кінетики процесу відстоювання стічних вод (рис ).

При дослідженні кінетики осадження дуже важливо вивчити флокуляцій ні властивості зависі, тобто схильність до укрупнення при повільно перемішуванні води без додавання коагулянтів. Помітними природними флокуляційними властивостями володіють не усі види завислих речовин. Флокулюємість залежить від хімічного складу завислих речовин , вихідної концентрації твердої фази у стічних водах тощо.

Так, вивчення флокулюємості завислих речовин зі стічних вод газо очистки конвертору для виплавки сталі показало, що при відстоюванні проби води у циліндрі кількість часток, що випали за 15 хвилин складає 69,1%, а при тих же умовах, але з повільним перемішуванням, тільки за 1 хвилину їх кількість зростає до 81,3%.

Флокуляцій ні властивості завислих речовин краще всього проявляються у повільно висхідному потоці води.

Рахування флокуляційних властивостей завислих речовин дозволяє значно збільшити продуктивність споруд та апаратів, що призначені для прояснення води. Так, у інституті ВНДПІчерметенергоочистка розроблено декілька конструкцій апаратів і споруд, в яких найкращим образом реалізовані флокуляцій ні властивості завислих речовин.

Горизонтальні та радіальні відстійники традиційних конструкцій, що застосовуються для очистки стічних вод від механічних домішок мають ряд недоліків: низька продуктивність (питоме гідравлічне навантаження знаходиться у межах 1-2 ), непристосованість до роботи з коагуляцією та флокуляцією, недосконалість конструкцій (коефіцієнт використання об’єму не перевищує 0,5), періодичне видалення осаду тощо. В горизонтальних відстійниках неможливо організувати безперервне видалення осаду, який випадає, що призводить до порушення їх роботи в часті прояснення води і викликає труднощі при подальшому збезводненні, утилізації або складуванні шламів. Крім цього, їм притаманні недосконалість пристроїв впуску, розподілу та збирання води. Конструктивні удосконалення передбачають покращення гідравлічних режимів роботи відстійників за допомогою систем розосередженого збору проясненої вод, а також створення сприятливих умов для укрупнення частці механічних домішок шляхом влаштування камер флокуляції.

Застосування відкритих гідроциклонів, а також радіальних відстійників з камерам флокуляції циклонного типу дозволяє інтенсифікувати процес очистки стічних вод за рахунок посиленої градієнтної коагуляції в обертальному потоці води.

Відкриті гідроциклони доцільно застосовувати для прояснення значно невеликої кількості стічних вод (не більше за 100-200 м³/ч) зі значною концентрацією завислих речовин і які володіють високими флокуляційними властивостями.

У відкритому гідроциклоні за рахунок тангенціальної подачі води забезпечується обертання всього об’єму води, що знаходиться у апараті. Швидкості руху води при цьому значно менше, ніж у напірних гідро циклонах, тому вони забезпечують не відкидання часток до стінок апарату, а їх укрупнення в процесі повільного обертально-поступального руху.

Р ис.9.1 - Відкритий безнапірний гідро циклон

1-відвод освітленої води; 2- діафрагма;

3- корпус; 4- підвід забрудненої води;

5-відвід шламу У нижній частині відкритого гідроциклону чиниться швидке укрупнення частить за рахунок кінетичної та градієнтної коагуляції. Завислі речовини, укрупнені в процесі такого руху, тобто укрупнені флокули, випадають у конусну частину і потім відводяться через шламовий отвір. Вода, що очищується піднімається уверх, проходить в отвір конусної діафрагми та переливається в кільцевий водозбірний лоток, а потім очищена вода відводься на подальшу обробку. По мірі переміщення уверх градієнти швидкостей зменшуються і діється подальше укрупнення частить. Наявність діафрагми сприяє розширенню потоку води та видаленню завислих речовин.

На рис. 9.1 представлена схема відкритого гідроциклону традиційної конструкції.

Відкритий гідроциклон працює наступним чином. Завдяки тангенціальній подачі води у апарат, вона набуває обертально - поступовий рух, який сприяє укрупненню, флокуляції завислих часток. Укрупненню частить сприяє також те, що вода, яка очищується і домішки, які осаджуються рухаються на зустріч одна одній. Така гідродинаміка апарату дозволяє добитись значної інтенсифікації процесу очистки у порівнянні з вертикальними відстійниками та освітлювачами із завислим шаром.

Ефект робот гідро циклону значно збільшується при використанні коагулянтів. Так, стосовно до стічних вод газо очисток мартенівських печей та конверторів для досягання необхідної ефективності очистки (150 мг/л у проясненій воді) навантаження без коагуляції складає 5,6 , а з застосуванням коагулянтів – 12 .

В інституті ВНДПІчерметенергоочистка розроблено конструкцію флокулятора – апарата, в якому суміщені конструктивні елементи відкритого гідро циклону та радіального відстійника. Діаметр флокулятора 12 м, висота 12 м. Продуктивність такого флокулятору – коло 1000 м³/ч. Встановлено, що у флокуляторі з плоскою діафрагмою та розосередженим впуском води вміст завислих речовин (150 мг/л) на 1 л проясненої води досягається при навантаженні до 15 . Найкращі результати прояснення вод отримують при навантаженні 10-11 .

Видозміною гідроциклону є гідроциклон-флокулятор із плоским днищем. З цього апарату шлам видаляють механічним шляхом за допомогою скребка з

приводним механізмом через шламовий отвір у днищі (рис. 9.2)

Рис. 9.2 - Гідроциклон-флокулятор:

1-тангенціальний патрубок; 2- конічна діафрагма; 3 лоток проясненої води; 4-електропрвід; 5- робочий вал; 6-корпус; 7- ферма для згрібання осаду.

Робота флокулятора досліджена стосовно до стічних вод газоочисток доменних печей металургійного заводу. Необхідний ефект прояснення (150 мг/л) може бути отриманий при питомому гідравлічному навантаженні 9 .

Гідроциклон та гідроциклон-флокулятор, які володіють завищеною продуктивністю у порівнянні зі звичайними відстійними спорудами, полегшують створення локальних систем оборотного водопостачання, оскільки завдяки невеликим габаритам можуть бути компактно розміщені поблизу цехів навіть в умовах діючих підприємств.

Для очищення значних витрат стічних вод можливо також застосування відстійників з камерою пластівцеутворення гідроциклонного типу (рис. 9.3).

Діаметр відстійника – 30 м. Камера пластівцеутворення має циліндричну форму діаметром 10м. Цей відстійник можна застосовувати також для очистки січних вод, які містять окрім завислих речовин масло (наприклад, для очистки стічних вод цехів гарячої прокатки сталі, що містять окалину та масло).

Вихідна вода, що підлягає фільтруванню не повинна містити більше 150 мг/л завислих речовин і 20-30 мг/л масел. Ефект очистки: концентрація зависі у фільтраті – до 30 мг/л, масло уловлюється до 30%. Швидкість фільтрування – до 60 м/ч, тривалість фільтроциклу – 8-9 ч.

В технології очистки виробничних стічних вод знаходять застосування також сіткові фільтри.

Рис. 9.3- Відстійник з камерою пластівцеутворення гідроциклонного типу:

1- маслозбірний пристрій; 2- камера пластівцеутворення; 3- розподільчий пристрій; 4-водозбірна система; 5-скребкова ферма; 6-зона осадження

Ефективність роботи відстійника з камерою пластівцеутворення (2,5 ) значно перевищує показники горизонтальних та звичайних радіальних відстійників (1,2 ).

Фільтрування

При завищених вимогах технології до якості води та наявності у стічних водах великої кількості дрібнодисперсних завислих речовин відстоювання може бути недостатньо для очистки оборотної води, особливо якщо воно здійснюється без застосування коагулянтів. У цих випадках виникає необхідність у додатковій стадії очистки всієї або частини оборотної води.

У технології очистки природних вод широко застосовуються фільтри із зернистим мінеральним завантаженням (пісок, гравій, антрацит) – як відкриті, так і напірні. Швидкість фільтрування у таких фільтрах складає 5-10 м/ч.

У системах оборотного водопостачання для великих витрат застосовуються надшвидкісні фільтри, які завантажуються кварцовим піском із крупністю зерен 1,8-2 мм. Висота завантаження –0,6 м. Діаметр корпусу фільтра – 2 м; корисна площа однієї камер - 0,36 м². Камери промиваються поперемінно автоматично за заданим режимом обертальним пристроєм, який змонтовано на кришці фільтра. Швидкість фільтрування –коло 50 м/ч. Фільтр призначений для очистки стічних вод прокатного виробництва, які містять окалину та масло. Продуктивність його відносно невеличка – 150 м³/ч.

Зазвичай на фільтри подається вода, яка пройшла попередню ретельну очистку у відстійниках з концентрацією завислих речовин 50-100 та масел 25-40 мг/л. Ефект очистки досить великий: остаточна концентрація зависі у фільтрованій воді – 5-10 мг/л та масел 1-5 мг/о, а у деяких випадках – 0,3-3 мг/л.

Застосовуються також фільтри із пінополістрольним або пінополіуретановим завантаженням. Такі фільтри також застосовують для глибокої очистки стічних вод прокатного виробництва від дрібної окалини та масел Процес фільтрування у фільтрах із плаваючим завантаженням здійснюється знизу уверх, а промивання – зверху униз, що сприяє найбільш повному відмиванню завантаження.