6.2.2.1. Очищення стічних вод від твердих частинок
Залежно від властивостей, концентрації та фракційного складу твердих частинок на промислових підприємствах очищення стічних вод здійснюється такими способами: проціджуванням, відстоюванням, відділенням твердих частинок в полі дії відцентрованих сил, фільтруванням та флотацією.
Проціджування - первинна стадія очищення стічних вод - призначене для вилучення із стічних вод великих нерозчинених домішок розміром понад 25 мм, а також дрібних волокнистих забруднень, які в процесі подальшої обробки стоків перешкоджають нормальній роботі очисного обладнання.
Проціджування стічних вод здійснюють пропусканням води через решітки та волокновловлювачі.
Решітки виготовляють із металічних стрижнів із щілинами між ними 5-5-25 мм; встановлюють їх в колекторах стічних вод вертикально або під кутом 60 - 70 до горизонту.
Під час експлуатації решітки повинні безперервно очищуватися, що здійснюється переважно механічно, а при малих кількостях затриманих домішок уможливлюється ручне очищення.
Залежно від складу, домішки, зняті з решітки, подрібнюють на спеціальних дробарках і скидають в потік стічної води за решіткою або спрямовують на переробку. Але ця процедура ускладнює технологічну схему очищення стічних вод, тому використовують решітки-дробарки, які подрібнюють затримані домішки, не вилучаючи їх із води. Середній розмір подрібнених домішок не перевищує 10 мм .
Відстоювання ґрунтується на особливостях процесу осадження твердих частинок в рідині під дією сил тяжіння.
Очищення стічних вод відстоюванням реалізується в піскопастках та відстійниках. Піскопастки використовуються для вилучення частинок піску, окалини тощо. Залежно від напрямку руху стічної води піскопастки поділяються на горизонтальні з прямолінійним та коловим рухом води, вертикальні та аеровані.
На рис. 6.9 показана принципова схема горизонтальної піскопастки з прямолінійним рухом води, яка надходить в піскопастку 2 вхідною трубою 1. Осідаючи в процесі руху води, тверді частинки накопичуються в шламозбір-нику 3 і на дні піскопастки, а очищена вода вихідною трубою 4 направляється для подальшої обробки. Вивантаження осаду з піскопастки здійснюється переважно кожної доби.
Рис. 6.9. Принципова схема горизонтальної піскопастки з прямолінійним рухом води: 1 - вхідна труба забрудненої води; 2 - піскопастка; 3 - шламозбірник; 4 - вихідна труба освітленої води
Для розділення твердих частинок за фракційним складом або за густиною використовуються аеровані піскопастки. Великі фракції осідають так само, як і в горизонтальних піскопастках. А дрібні частинки, оточені бульбашками повітря, спливають і за допомогою згортальних механізмів згрібаються з поверхні води.
Відстійники використовуються для вилучення з стічних вод твердих частинок, розмір яких менший, ніж 0,25 мм. За напрямком руху стічної води у відстійниках останні поділяють на горизонтальні, вертикальні, радіальні, комбіновані.
Широко використовуються для очищення виробничих стічних вод на великих підприємствах радіальні відстійники великої продуктивності.
На рис. 6.10 показана принципова схема радіального відстійника. Очищувана вода вхідним патрубком 1, який розширюється, надходить у відстійник і рухається у радіальному напрямку. Збільшення вихідного діаметра патрубка забезпечує при заданій витраті зменшення швидкості витікання води з трубопроводу і збільшення ймовірності ламінарного осадження твердих частинок у відстійнику. Очищена стічна вода відвідними трубопроводами 2 направляється для подальшої обробки, а шлам направляється в шламозбірник З з обертальною скребачкою 5 і каналом 4 періодично видаляється з відстійника.
Відділення твердих домішок в полі дії відцентрованих сил реалізується у відкритих або напірних гідроциклонах і центрифугах.
Відкриті гідроциклони використовують для виділення із стічних вод крупних твердих частинок з швидкістю осадження понад 0,02 м/с. Переваги відкритих гідроциклонів порівняно з напірними - велика продуктивність і малі втрати напору, що не перевищують 0,5 кПа. Ефективність очищення стічних вод від твердих частинок в гідроциклонах залежить від характеристик домішок (виду матеріалів, розмірів та форми частинок тощо), а також від конструкційних характеристик самого гідроциклона.
Рис. 6.10. Схема радіального відстійника: 1 - труба подачі стічної води; 2 - труби для відведення освітленої води; 3 - шламозбірник; 4 - труба для виведення шламу; 5 - обертальна скребачка
На рис. 6.11 показана схема відкритого гідроциклона, який складається з вхідного патрубка 1, кільцевого водозливу 2, труби для відведення очищеної води 3 та шламовідвідної труби 4. Крім вказаної схеми, відомі також гідроциклони з нижнім відведенням очищеної води та циклони з внутрішньою циліндричною перегородкою.
Рис. 6.11. Схема відкритого гідроциклона: 1 - вхідний патрубок; 2 - кільцевий водозлив; 3 - патрубок для відведення освітленої води; 4 - труба для відведення шламу
Фільтрування стічних вод призначене для очищення їх від тонкодисперсних твердих домішок з невеликою концентрацією. Процес фільтрування використовується також після фізико-хімічних та біологічних методів очищення, оскільки деякі із цих методів супроводжуються виділенням в очищувану рідину механічних домішок.
Для очищення стічних вод використовуються два види фільтрів: зернисті, в яких очищувану рідину пропускають через насадку незв'язаних пористих матеріалів, і мікрофільтри. фільтроелементи яких виготовлені із зв'язаних пористих матеріалів.
У зернистих фільтрах широко використовуються як фільтроматеріали кварцовий пісок, дроблений шлак, гравій, антрацит тощо.
У мікрофільтрах як фільтроелементи використовують такі матеріали, як сітки, тканини із синтетичних волокон тощо.
Для очищення великих витрат стічних вод від твердих феромагнітних домішок застосовують електромагнітні фільтри (рис. 6.12), в яких використовуються пондермоторні сили взаємодії між магнітним фільтрувальним завантаженням та феромагнітними домішками стічної води.
Неочищена стічна вода трубопроводом 1 подається в корпус 3 із немагнітного матеріалу, проходить через обмежуючу ґратку 4, фільтрувальне завантаження 5 із феромігнитних частинок шаром завтовшки 0,15-5-0,2 м; опорну ґратку 6 і виводиться із фільтра трубопроводом 7.
Намагнічування фільтрувального завантаження здійснюється магнітним полем, яке створюється котушкою індуктивності 2 з феромагнітним сердечником. Ефективність очищення стічних вод від феромагнітних і немагнітних домішок становить відповідно 95-98% та 40-60%. Регенерацію фільтра здійснюють при виключеному електромагнітному полі неочищеною стічною водою в напрямку фільтрування або зворотному напрямку чистою водою.
Рис. 6.12. Схема електромагнітного фільтра: 1 - патрубок для подачі води; 2 - котушка індуктивності; 3 - корпус; 4 - обмежуюча ґратка; 5 – фільтроматеріал зернистий; 6 - опорна ґратка; 7 - патрубок для відведення води
Очищення стічних вод від нафтопродуктів залежно від їх складу та концентрації здійснюється відстоюванням (в нафтопастках), обробкою в гідроциклонах (комбінованих), флотацією та фільтруванням.
Очищення стічних вод флотацією
Флотація - це процес видалення дрібнодисперсних забруднень із води диспергованими бульбашками повітря. Цей процес ґрунтується на спливанні завислих частинок разом з дрібними бульбашками повітря і використовується в тому випадку, коли різниця густин води і забруднювача невелика. Флотацією можна вилучати із стічних вод дрібні частинки, наприклад, нафти, які не вилучаються при механічному очищенні. Для підвищення ефекту очищення флотацією одночасно з повітрям в очищувану воду доцільно подавати розчин коагулянта, що утворює мікропластівці, які спливають разом з захопленими ними дрібними частинками забруднюючої речовини у вигляді піни. Такий метод очищення стічних вод - один із найперспективніших. На практиці використовують декілька методів флотації, що відрізняються способом утворення бульбашок повітря: імпелерну (механічне диспергування повітря у воді), напірну (диспергування повітря під тиском), ерліфтну (диспергування повітря соплами або через пористі пластини), біологічну (виділення дрібнодисперсного газоподібного продукту біологічної життєдіяльності мікроорганізмів), хімічну (виділення бульбашок дрібно-дисперсного газоподібного продукту хімічної реакції у водному середовищі) та електрофлотацію (виділення газоподібного продукту електролізу води).
Рис. 6.13. Схема пневматичної флотаційної установки: 1 - трубопровід для подачі води; 2 - трубопровід для подачі повітря; 3 - накривка; 4 - вентилятор; 5 - пінозбірник; 6 - трубопровід для відведення піни; 7 - збірник очищеної води; 8 - трубопровід для відведення очищеної води; 9 - перегородка; 10 - корпус; 11 - насадки для диспергування повітря; 12 - труба для вивантаження шламу
На рис. 6.13 показана схема флотаційної пневматичної (ерліфтної) установки, призначеної для очищення стічних вод від маслопродуктів, поверхнево-активних та органічних речовин, а також від завислих частинок малого діаметра.
Забруднена вода трубопроводом 1 та отворами в ньому рівномірно надходить у флотатор 10. Одночасно трубопроводом 2 подається стиснуте повітря, яке через насадки (сопла) 11 у вигляді дрібних бульбашок рівномірно розподіляється по перерізу флотатора. В процесі спливання бульбашки повітря прилипають до завислих у воді частинок (твердих чи рідких), збільшуючи швидкість їх спливання. Утворена піна накопичується між дзеркалом води та накривкою 3 флотатора, звідки вона відсмоктується відцентровим вентилятором 4 в пінозбірник 5 і трубопроводом 6 направляється для подальшої обробки. Очищена таким чином вода огинає вертикальну перегородку 9 і зливається в приймач 7 очищеної води, звідки трубопроводом 8 подається на подальшу обробку.
Ефективність очищення стічних вод від завислих твердих домішок та нафтопродуктів при флотації досягає 95 % При такому ступені очищення (з подальшою фільтрацією через пісочний фільтр) залишковий вміст нафтопродуктів можна зменшити до 10-30 мг/л, тобто отримати показники, що досягаються при дорогому біохімічному очищенні. Після цього очищену воду можна використовувати повторно в технічних цілях як підживлюючу воду в оборотних системах.