3.6. Методы очистки и обезвреживания производственных сточных вод
При классификации методов очистки и удаляемых примесей в качестве классификационных признаков чаще всего используют:
– физико-химическую сущность методов, применяемых при очистке (без учета характера удаляемых примесей и изменения их состояния в процессе очистки);
– характер сил, воздействующих на примеси (без учета характера примесей и изменения их состояния);
– характер подлежащих удалению примесей (без учета их состояния в результате очистки);
– изменение состояния примеси в процессе очистки.
Однако несмотря на наличие классификационных признаков и связанных с ними систем классификации, при рассмотрении методов очистки чаще всего используют традиционные подходы. В этом случае выделяют механические, химические и биологические методы очистки, а также методы захоронения осадков сточных вод.
3.6.1. Механические методы очистки
Традиционно в группу методов механической очистки включают процеживание, отстаивание, осветление во взвешенном слое осадка, фильтрование, центробежные методы.
Процеживание. Сточные воды процеживают через решетки и сита с целью извлечения из них крупных примесей для предотвращения засорения труб и каналов. Решетки устанавливают на пути движения жидкости. Они состоят из наклонных или вертикально установленных параллельных металлических стержней, укрепленных на металлической раме. Ширина прозоров в решетках равна 16 – 20 мм. Скорость сточной воды через решетку принимается равной 0,8 – 1,0 м/с. Решетки могут быть неподвижные и подвижные. Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки, остов которых наглухо закреплен в стационарной раме.
По способу очистки решеток от задержанных загрязнений они разделяются на простейшие, которые очищаются ручным способом, и механические, очищаемые с помощью механических приспособлений. При этом в просветах решетки движутся зубцы граблей, укрепленных на подвижной шарнирно-пластичной цепи. Цепь приводится в движение электродвигателем через коробку передач. Отбросы, снятые со стержней решетки, направляются на подвижной ленте (транспортере) в дробилку для измельчения. Металлические остатки, не прошедшие через решета для предотвращения попадания в дробилку, удаляются с ленты вручную или электромагнитом.
Для удаления более мелких взвешенных частиц применяют сита, которые могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Первые представляют собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5 – 1 мм.
При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от способа подвода воды (снаружи или внутрь). Задерживаемые примеси смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от размера (диаметра) барабана, его длины, а также от свойств примесей. Наиболее широко сита используют в текстильной, целлюлозно-бумажной и кожевенной промышленности. При использовании очень мелких сеток можно обеспечить режим микропроцеживания.
Отстаивание. Его применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители.
Песколовки предназначены для задержания минеральных примесей, содержащихся в сточных водах. Принцип действия этих устройств основан на том, что частицы, плотность которых больше, чем плотность воды, по мере движения их в резервуаре выпадают на дно.
Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества очищаемых сточных вод, концентрации взвешенных частиц. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки. Скорость движения воды в горизонтальных песколовках не превышает 0,3 м/с.
Отстойники – наиболее распространенный тип сооружений для механической очистки сточных вод. В зависимости от конструкции отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными или радиальными (рис. 3.2, а – в). В горизонтальных отстойниках жидкость движется почти горизонтально вдоль отстойника, в вертикальном – снизу вверх, в радиальных – от центра к периферии.
Рис. 3.2. Схемы конструкций отстойников:
а – одноярусный радиальный; б – горизонтальный; в – вертикальный; г – тонкослойный; 1 – ввод суспензии; 2 – вывод осветленной жидкости; 3 – выгрузка сгущенной фазы; 4 – скребковые устройства; 5 – пакет пластин
Горизонтальный отстойник представляет собой резервуар (обычно прямоугольный в плане), состоящий из нескольких отделений (два или более). Вода подается в торцевую (переднюю) часть, проходит вдоль отстойника до противоположного конца и осветленная сливается в отводной канал.
Вертикальные отстойники – это круглые, квадратные или многоугольные в плане резервуары с конусным или пирамидальным днищем. Вертикальные отстойники обычно имеют производительность от 20 до 50 тыс. м3/сут., используются при глубоком залегании грунтовых вод. Сточная жидкость подводится к рабочей части отстойника по центральной трубе. После выхода из трубы сточная жидкость движется снизу вверх к сливным желобам, по которым поступает в отводной лоток. Во время движения сточной жидкости по отстойнику из нее выпадают взвешенные частицы, плотность которых больше плотности воды.
Радиальный отстойник является разновидностью горизонтального. Он представляет собой круглый неглубокий резервуар, в котором вода движется от центра к периферии. Радиальные отстойники применяют главным образом на крупных станциях очистки сточных вод в системах биологической обработки. В этом случае их разделяют на первичные и вторичные. Первичные предшествуют сооружениям биологической очистки, вторичные устанавливаются после таких сооружений.
Можно увеличить площадь отстаивания и проводить процесс осаждения в тонком слое жидкости. В этом случае используют трубчатые или пластинчатые отстойники (рис. 3.2, г). При малой глубине отстаивания процесс протекает за короткое время (4 – 10 мин), что позволяет уменьшить размеры отстойников. По конструкции отстойники с малой глубиной зоны осаждения подразделяются на трубчатые и пластинчатые (многоярусные).
Для очистки сточных вод, содержащих углеводороды нефти, применяют сооружения, называемые нефтеловушками. Простейшие нефтеловушки представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары, в которых за счет разности плотностей нефти и воды происходит их разделение: нефть всплывает на поверхность, а минеральные примеси оседают да дно. Аналогичные аппараты (сооружения) могут быть использованы для очистки сточных вод и от других всплывающих примесей, таких как масла, смолы, жиры.
Осветление воды в слое взвешенного осадка. Метод широко используется в практике очистки природных вод, а в последнее время – для осветления производственных сточных вод, например в производствах полистирола, вискозы бумаги и др. В основе метода лежит осветление воды при пропускании ее через слой выпавшего осадка со скоростью, обеспечивающей поддержание осадка во взвешенном состоянии (псевдоожиженном).
Использование осветлителей наиболее целесообразно для очистки сточных вод, содержащих грубодисперсные, мелкодисперсные и коллоидные частицы, характеризующиеся малой агрегативной устойчивостью. Осветлители обычно применяются при расходах воды более 5000 м3/сут.
Существует большое число конструкций осветлителей: со встроенными или выносными осадкоуплотнителями, с дырчатым днищем, с устройствами для механического и гидравлического перемешивания среды, с принудительным отсосом осадка и т.д.
Фильтрование. Процесс применяют для выделения из сточных вод грубо- и мелкодисперсных примесей, не осевших при отстаивании. Фильтрование является обычно завершающей стадией очистки сточных вод, прошедших сооружения механической, физико-химической и биологической очистки.
В зависимости от количества и характера примесей, а также количества очищаемой жидкости и требований к осветленной воде применяют фильтры с фильтровальной перегородкой или зернистой загрузкой.
Для осуществления процесса фильтрования могут быть использованы фильтры любой конструкции. Однако при очистке сточных вод в больших объемах, как правило, выбирают фильтры, для работы которых не требуется применения больших давлений. Исходя из этого, используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры с фильтрующим зернистым слоем. Фильтр последнего типа представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, а затем фильтрующий материал (рис. 3.3). Наличие в очищаемой воде ферромагнитных примесей позволяет использовать для очистки магнитные и электромагнитные фильтры. Для фильтрования эмульгированных веществ применяют фильтры с пенополиуретановой загрузкой (рис. 3.4).
Рис. 3.3. 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
Рис. 3.4. Фильтр с плавающей пенополиуретановой загрузкой:
1 – слой пенополиуретана; 2 – камера; 3 – элеватор; 4 – направляющие ролики; 5 – лента; 6 – ороситель; 7 – отжимные ролики; 8 – емкость для регенерата; 9 – решетчатая перегородка.
Центробежные методы. Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах. Для очистки сточных вод, как правило, используют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых примесей, а открытые – для удаления осаждающихся и всплывающих примесей. Гидроциклоны (рис. 3.5) просты по устройству, компактны, легко обслуживаются, имеют высокую производительность и небольшую стоимость.
Центробежные силы используют также в центрифугах. Мощность силового поля в таких аппаратах (рис. 3.6) превышает мощность поля сил тяжести в сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз, что позволяет обеспечить любую степень полноты разделения. В практике центрифугирования применяют два принципиально различных способа разделения неоднородных систем – фильтрование и центробежное осаждение. Фильтрующие центрифуги служат для разделения сравнительно грубодисперсных систем с кристаллической или аморфной твердой фазой; отстойные и осветляющие – для разделения трудно фильтрующихся суспензий. Для разделения эмульсий используются сепараторы разнообразных конструкций.
Рис. 3.5. Гидроциклоны: а – многоярусный гидроциклон с наклонными патрубками для отвода очищенной воды: 1 – конические диафрагмы, 2 – отвод воды; 3 – лоток; 4 – водослив, 5 – маслосборная воронка, 6 – распределительные лотки; 7 – подача сточной воды; 8 – отвод масла; 9 – удаление шлама; 10 – шламоотводящая щель; 11 – наклонные выпуски; 12 – аванкамеры; 13 – шламоотсекающая диафрагма; б – многоярусный гидроциклон с периферийным отбором очищенной воды: 1 – диафрагма; 2 – перепускные трубчатые стоки, 3 – направляющая диафрагма; 4 – аванкамера; 5 – шламоотводящая шахта; 6 – тангенциальный впуск
Рис. 3.6. Центрифуга (сепаратор) с гидравлической выгрузкой осадков:
1 – сопло: 2 – ротор с пакетом тарелок
Для очистки производственных сточных вод наибольшее применение находят комбинированные центрифуги, сочетающие в одном аппарате фильтрацию с последующим осаждением в поле центробежных сил.