4.2.Основные способы и схемы очистки сточных вод.
Существуют различные способы очистки сточных вод: механическая, химическая, физико-химическая и биохимическая (или биологическая).
Механическую очистку применяют для удаления из сточных вод взвешенных веществ и частично загрязнений, находящихся в коллоидном состоянии. Для механической очистки используют решетки, песколовки, отстойники, жироловки, нефтеловушки, маслоотделители, гидроциклоны, фильтры и другие сооружения. Решетки служат для улавливания крупных загрязнений (тряпья, мочала, бумаги и др.) , песколовки — для улавливания нерастворенных минеральных примесей (песка, шлака, боя стекла и др.)> отстойники — для очистки сточных вод от взвешенных веществ.
Под действием силы тяжести частицы, плотность которых больше плотности воды, выпадают на дно сооружений, образуя осадок. В то же время частицы, плотность которых меньше плотности воды (жиры, масла, нефть), всплывают на поверхность. Осадок и всплывшие загрязнения удаляют из сооружений и направляют на обработку.
Решетки, песколовки и отстойники являются непременными составными частями комплекса сооружений, применяемых для очистки бытовых сточных вод. Для очистки производственных сточных вод от большого количества жиров, нефти и масел используют жироловки, нефтеловушки и маслоотделители. Эти сооружения аналогичны отстойникам, но имеют оборудование для удаления большого количества всплывающих загрязнений. Одновременно они служат и для чистки воды от оседающих веществ.
Для очистки производственных сточных вод от взвешенных веществ, имеющих большую плотность (минеральные загрязнения), могут применяться гидроциклоны. Корпус их имеет цилиндроконическую форму. Вода подводится к корпусу аппарата по касательной с большими скоростями. Выделение взвесей происходит под действием центробежной силы. Для очистки производственных сточных вод от мелкодисперсных взвешенных веществ используют тканевые, сетчатые или песчаные фильтры.
Химическая очистка заключается в выделении из сточных вод загрязнений путем проведения реакций между ними и вводимыми в воду реагентами. Для этой цели используются реакции окисления и восстановления, реакции образования соединений, выпадающих в осадок, и реакции, сопровождающиеся газовыделением. Химическая очистка применяется только для некоторых производственных сточных вод.
К физико-химическим методам очистки сточных вод относятся коагуляция, экстракция, эвапорация, флотация, электролиз, ионный обмен, кристаллизация и др.
Биохимическая (биологическая) очистка заключается в окислении остающихся в воде после механической или физико-химической очистки органических загрязнений с помощью микроорганизмов, способных в процессе своей жизнедеятельности осуществлять минерализацию органических веществ. Биохимическая очистка сточных вод может происходить в условиях, близких к естественным (поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды), и в искусственно созданных условиях (биологические фильтры и аэротенки).
Очистку сточных вод осуществляют последовательно на ряде сооружений. Механическая очистка сточных вод, ка к правило, предшествует биохимической очистке. Вначале сточные воды очищают от нерастворенных, а затем уже от растворенных органических загрязнений. Химической очистке подвергают преимущественно производственные сточные воды. В случае применения биохимической очистки химическую очистку можно проводить до и после биохимической очистки сточных вод. Физико-химические методы очистки также можно осуществлять до биохимической очистки (коагуляция, флотация, электролиз и др.) и после нее (сорбция, экстракция, эвапорация, ионный обмен, кристаллизация и др.) .
Осадок сточных вод та кже обрабатывают последовательно на ряде сооружений: вначале производят биохимическое разложение органических веществ (если это необходимо), а затем уже обезвоживание и сушку осадка. Дезинфекцию сточных вод, ка к правило, проводят в конце их обработки. На рис. 96 показана распространенная схема очистки бытовых сточных вод и смеси бытовых и производственных сточныхвод в случае применения для биохимической очистки биологических фильтров. По такой схеме проектируют очистные станции на средний расход воды от 5 до 30 тыс. м3/сут.
Сточные воды подвергают механической и биохимической очистке, а затем дезинфекции. Осадок сбраживают в метантенках, а обезвоживают и сушат на иловых площадках.
Механическая очистка заключается в процеживании сточной жидкости через решетки, улавливании песка в песколовках и осветлении воды в первичных отстойниках. Загрязнения, уловленные на решетках, дробятся на специальных дробилках и возвращаются в поток очищаемой воды до или после решеток.
Эти загрязнения можно отправлять и на сбраживание в метантенки. Осадок из песколовок состоит в основном из песка.
Его обработка обычно заключается в обезвоживании на Песковых площадках. Твердая фаза осадка, образующегося в отстойниках, преимущественно имеет органическое происхождение, в связи с чем этот осадок направляется для сбраживания в метантенки.
Биохимическая очистка сточных вод на биологических фильтрах осуществляется аэробными микроорганизмами, развивающимися на фильтрующей загрузке сооружений в виде так называемой биологической пленки. Она периодически отмирает и выносится с очищенной водой. Для ее улавливания применяют вторичные отстойники. В целях снижения степени загрязнения воды, поступающей на биологические фильтры, часть очищенной воды возвращают для разбавления неочищенной (рециркуляция воды).
Осадок из вторичных отстойников также направляют в метантенки. Для дезинфекции воды используют хлор. Приготовленную в хлораторной хлорную воду смешивают с очищенной водой.
Обеззараживание воды происходит в контактных резервуарах.
При сбраживании
осадка в метантенках образуется газ, в
значительной степени состоящий из
метана. Этот газ используют на нужды
станции, в том числе для подогрева осадка
в метантенках.
Рис. 4.1. Схема механической и биохимической (на биологических фильтрах) очистки сточных вод
Песколовки. По характеру движения воды различают песколовки горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением воды. Последние в зависимости от способа создания вращательного движения воды разделяют на тангенциальные и аэрируемые.
Горизонтальные песколовки представляют собой удлиненные резервуары с прямоугольным или трапецеидальным поперечным сечением, в которых вода движется c небольшой скоростью. Выпадение песка в осадок происходит под действием силы тяжести (рис. 4.2).
Рис.4.2 Схема горизонтальной песловки
Для накопления осадка в песколовках выделяются часть сооружения высотой h2 и бункер, располагаемый в начале сооружения, та к как в этом месте выпадает наибольшее количество песка. Осадок из песколовок удаляется периодически — не реже 1 раза за двое суток; как правило, осадок удаляют 1 раз в смену.
Оптимальная .скорость движения .воды в песколовках v = 0,3 м/с. При этом турбулентность потока практически не затрудняет осаждение песка, но в то же время исключается выпадение в осадок органических загрязнений. При минимальном расходе в песколовках допускается снижение скорости, но лишь до 0,15 м/с. В ряде случаев для поддержания в песколовках скорости v = , 0 ,3 м/с независимо от изменения расхода на отводных каналах из песколовок устраивают специальные регуляторы скорости (водосливы, измерительные лотки и Др.).
Обычно проектируют песколовки с двумя или большим числом отделений. Если осадок из песколовок удаляется механизмами, то кроме рабочих отделений предусматривают одно резервное.
Ширину отделения песколовки определяют по формуле :
В=
где q — максимальным расход воды; h1— рабочая глубина песколовки;
n — число отделений.
Длину песколовок определяют из условия улавливания частиц песка диаметром d0= 0,2 мм и более. Время пребывания воды в песколовках
t = h1/u0.
где uо — гидравлическая крупность (скорость осаждения частиц в покоящейся жидкости) частиц песка наименьшего размера, подлежащих улавливанию в песколовках.
Длина песколовки
L=ktv=k (h1/u0)v,
где k — коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и неравномерности движения воды в сооружении на работу песколовок; значение коэффициента к следует принимать по табл. 2.
Таблица 2.Значение коэффициента k в формуле для определения перловок.
d0 ,мм |
u0,при температуре воды 15°С, мм/с |
Значения k для песколовок |
|||
горизонтальных |
аэрируемых при В/Н |
||||
1 |
1,25 |
1,5 |
|||
0,15 |
13,2 |
- |
2,62 |
2,5 |
2,39 |
0,2 |
18,7 |
1,7 |
2,43 |
2,25 |
2,08 |
0,25 |
24,2 |
1,3 |
- |
- |
- |
Горизонтальный отстойник.
Отстойники служат для задержания нерастворенных органических загрязнений, находящихся в сточной жидкости. Эти загрязнения выпадают на дно отстойников или всплывают на поверхность жидкости в них вследствие малой скорости ее протекания. В зависимости от направления потока различают горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники. Разновидностью отстойников являются также отстойники-перегниватели, в которых происходит осветление сточной жидкости и одновременно перегнивание выпавшего осадка. К ним относятся двухъярусные отстойники и< осветлители- перегниватели.
Отстойники применяют как сооружения предварительной очистки сточных вод перед сооружениями биологической очистки. В этом случае их называют первичными. Если по санитарным условиям достаточно только механической очистки сточных вод, то осветленные в отстойнике воды после дезинфекции сбрасывают в водоем. При очистке бытовых сточных вод принимают не менее двух отстойников, при этом каждый из них является рабочим.
Основными исходными данными при расчете и проектировании отстойников служат продолжительность отстаивания и максимальная скорость протекания сточной жидкости. Эти величины для отстойников различных типов и назначений приведены в СНиП II-32-74.
Горизонтальный отстойник (рис. 4.3) представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на несколько отделений. Сточная жидкость поступает в отстойник с торцовой стороны, с малой скоростью проходит через него, а затем осветленная попадает в отводной канал.
Горизонтальные отстойники обычно применяют на очистных станциях производительностью более 15 ООО м3/сут. Однако при наличии слабых грунтов с высоким уровнем грунтовых вод их можно применять и при меньшей производительности станции.
Расчет горизонтальных отстойников состоит в определении разеров проточной (отстойной) и осадочной частей.
Расчетную глубину зоны отстаивания Н принимают в пределах 1,5—4 м в зависимости от производительности очистной станции и необходимой эффективности выпадения взвешенных веществ (чем меньше Н, тем выше эффективность выпадения взвешенных веществ). Эффективность выпадения взвешенных веществ при полученной скорости выпадения взвеси определяют по СНиП П 11-32-74.
Рис. 4.3. Горизонтальный отстойник
1 — дюкер; 2 — распределительная камера; 3 — иловый колодец; 4 — подводящий лоток; 5 — жировой лоток; 6 — жировая труба; 7 — сборный лоток; 6 —днище; 9 — иловая трубя
Количество выпадающего в первичных отстойниках осадка равно 0,8 л/сут на одного жителя. Влажность выгружаемого осадка составляет 95% при самотечном удалении и 93% при удалении плунжерными насосами.
В начале отстойника устраивается приямок для сбора осадка с углом наклона стенок 45°. Для сгребания осадка следует применять скребки. Из приямка осадок удаляется под действием гидростатического напора воды, равного 1,5 м, или откачивается плунжерными насосами.
Объем осадочной части отстойников принимают равным объему осадка, выпадающего за период не более 2 сут при удалении осадка под гидростатическим напором или за 8 ч при механизированном его удалении.
Между проточной и осадочной частями должен быть созданней-тральный слой высотой 0,3 м,. Осадок сгребается к центру отстойника скребками, подвешенными к ферме. В центре отстойника устраивается приямок для сбора осадка. Удаление осадка осуществляется с помощью насосов.
Радиальные отстойники
Радиальные отстойники имеют круглую форму в плане. Вода подается в центр сооружения дюкером (рис. 4.4). Осветление воды происходит при ее движении с уменьшающейся скоростью от центра к периферии (радиально). Осветленная вода собирается и отводится кольцевым периферийным лотком. В разрезе радиальный отстойник состоит ка к бы из двух горизонтальных отстойников, расположенных симметрично слева и справа от оси сооружения. Радиальные отстойники имеют все те же элементы, которые имеют и горизонтальные отстойники.
Осадок, накапливающийся в отстойниках, сгребается специальным вращающимся скребшм в центр сооружения и удаляется по иловой трубе под гидростатическим напором или плунжерными насосами. Всплывающие загрязнения сгоняются к бункеру полупогруженной доской, подвешенной к той же ферме, что и скребок, и удаляются из сооружения при погружении бункера под уровень воды вращающейся фермой. Радиальные отстойники, как и горизонтальные, рассчитывают по продолжительности осветления воды. И х можно также рассчитывать по нагрузке воды qo на единицу площади сооружения в плане. Площадь сооружения в плане определяют по формуле
F= Q/q0,
где Q — максимальный расход воды; qo — нагрузка (расход воды, отнесенный к единице площади сооружения в плане), определяемая по опыту эксплуатации действующих сооружений.
При очистке бытовых сточных вод принимают qo= 2,5 м3/(ч * м 2). Рабочую глубину сооружения назначают равной (0,1 ÷0,12) D (здесь D — диаметр отстойника)
Рис. 4.4. Первичный радиальный отстойник
1 — полупогруженный кожух распределительного устройства; 2 — илоскреб; 3 — подводящая труба; 4 — приемный бункер плавающих загрязнений; 5 — отводящая труба; 6 — насосная станция сырого осадка
Аэротенк
Аэротенк представляет собой длинный железобетонный резервуар, в котором очищаемые сточные воды, смешанные с активным илом, медленно движутся и перемешиваются. Очистка воды здесь основана на том же процессе биохимического окисления органических веществ, что и в биофильтрах. В аэротенках изъятие и окисление органических веществ осуществляет активный ил, состоящий из колоний аэробных микроорганизмов. Для обеспечения микроорганизмов кислородом применяют
непрерывную искусственную аэрацию смеси сточных вод и активного ила или путем подачи в смесь сжатого воздуха, или путем усиления поверхностной аэрации смеси. Аэрация обеспечивает и второе важное требование успешной работы аэротенков — непрерывное перемешивание смеси сточных вод и активного ила, улучшающее контакт воды с илом и исключающее их расслоение. После очистки воду направляют во вторичные отстойники. Отделившуюся там часть активного ила возвращают в аэротенк для обработки поступающей туда сточной жидкости.
Этот активный ил
называют возвратным.
Рис. 4.5. Схемы очистки сточных вод в аэротенках
а — одноступенчатая без регенераторов; б — одноступенчатая с регенератором; в — аэротенксмеситель; г — двухступенчатая без регенераторов; 1— осветленная жидкость; 2 — аэротенк; 2' — аэротенк I ступени; 2" — аэротенк II ступени; 3 — вторичный отстойник; 4 — очищенная сточная жидкость: 5 — избыточный активный ил; 6 — возвратный активный ил; 7 — регенератор; 8 — воздух; 9 — третичный отстойник
Аэротенк.
В результате естественного роста количества микроорганизмов масса активного ила непрерывно возрастает. Однако это не ускоряет процесса очистки, но даже затрудняет его. Поэтому излишек активного ила, называемый избыточным активным илом, удаляют из системы.
Окисление органических веществ и потребление кислорода в аэротенках происходит неравномерно. Вначале эти процессы идут быстро, так как окисляются легкоокисляемые органические вещества. Затем они замедляются вследствие окисления трудноокисляемых органических веществ. В конечной стадии очистки возможно вновь увеличение потребления кислорода, который расходуется на нитрификацию аммонийных солей (процесс накопления кислорода в химических соединениях).
В результате механической и биохимической очистки на биофильтрах и аэротенках из сточных вод устраняется 91— 98% болезнетворных бактерий. Для уничтожения оставшихся бактерий этого типа очищенные сточные воды подвергают дизенфекции, которую можно производить различными способами.
Наибольшее распространение получил способ хлорирования, осуществляемый введением в очищаемую воду хлорной извести, хлора или гипохлорита натрия.
Сущность дезинфекции хлорированием заключается в окислении бактерий кислородом, образующимися при взаимодействии указанных дезинфектантов с водой, и непосредственном действии хлора на протоплазму бактериальных клеток.
Нормами установлены следующие дозы хлора (расход хлора в г на 1 м3 сточных вод): для дезинфекции отстоенной сточной жидкости 10 г/м3, для дезинфекции полностью очищенных сточных вод 3—5 г/м3.
Выпуск очищенных сточных вод в водоем должен обеспечивать хорошее смешение вы пускаемой воды с водой водоема.
В зависимости от формы участка реки и ее режима устраивают береговые или русловые вы пуски. Последние могут быть сосредоточенными и рассредоточенными (рассеивающими). Рассеивающие выпуски в большей мере удовлетворяют требованиям высокой степени смешения вод.
Трубы сети водоотведения
Материалы, применяемые для устройства канализационных сетей, должны быть прочными, водонепроницаемыми, устойчивыми против коррозии и истирания, гладкими (для уменьшения сопротивлений, возникающих при движении жидкостей) и дешевыми. Этим требованиям в наибольшей мере удовлетворяют керамические, бетонные, железобетонные и асбестоцементные трубы, а также кирпич
и железобетон, из которых выполняют коллекторы. Для устройства канализационных сетей применяют также винипластовые, стеклянные и фанерные трубы. Для напорных трубопроводов используют трубы чугунные, стальные и асбестоцементные.
Керамические трубы (рис. 4.6) изготовляют раструбными длиной 1000 и 1200 мм и диаметром до 600 мм (ГОСТ 286—74). Внутреннюю и внешнюю поверхности труб покрывают глазурью, что придает им твердость, водонепроницаемость, гладкость и ряд других положительных свойств. Для лучшего соединения труб места нарезки на внутренней поверхности раструба и на наружной поверхности гладкого конца труб не покрывают глазурью.
Для отвода агрессивных кислых вод применяют керамические трубы, изготовляемые из кислотоупорных глин с примесью кислотоупорных шамотов.
Бетонные трубы (рис. 4.7), применяемые для устройства самотечных коллекторов, изготовляют диаметром 100—1000 мм (ГОСТ 20054—74), а железобетонные трубы (рис. 4.8) — диаметром до 4000 мм (ГОСТ 6482—71). Бетонные и железобетонные трубы изготовляют раструбными и фальцевыми из бетона марки не ниже 300 вибрационным или центробежным способом.
Асбестоцементные безнапорные трубы, применяемые для устройства самотечных коллекторов, изготовляют без раструбов диаметром 150—600 мм и длиной 2,95 и 3,925 м (ГОСТ1839—72). Соединение асбестоцементных труб выполняется при помощи муфт.
Рис. 4.6. Керамическая труба
а — общий вид; 6 — заделка стыка асфальтом; в —заделка стыка цементом или асбестоцементом; 1 — гладккй конец трубы; 2 — раструб; 3 — асфальтовая мастика; 4 — смолевая пеньковая прядь; 5 — асбестоцемент
Рис 4.7.Бетонная труба Рис.4.8Железобетонная фадьцовая труба
Заделка раструбных и муфтовых соединений труб самотечных линий состоит из уплотняющей конопатки и асфальтового, асбестоцементного или цементного замка.
Уплотняющая конопатка представляет собой смоленую пеньковую прядь, заделываемую на 1/3—1/2 глубины кольцевого зазора стыка.
Рис. 4.8. Соединения труб с асфальтовым замком
а — раструбное; 6 — муфтовое; 1—труба: 2 — асфальтовый замок; 3 — конопатка из смоленой пряди; 4 — муфта
Асфальтовый замок (рис. 4.8) выполняют из мастики, состоящей из 3 мае. ч. асфальта и 1 мае. ч. гудрона или битума БН-Ш. Мастику заливают в расплавленном состоянии в кольцевой зазор между раструбом (муфтой) и гладким концом трубы. При заливке кольцевой зазор стыка прикрывают опалубкой. Стык с асфальтовым замком эластичен и хорошо противостоит химическим воздействиям сточных вод.
Асбестоцементный замок выпилняк5т из смеси 30% асбестового волокна и 70% цемента марки не ниже 300 (по массе). Непосредственно перед употреблением смеси ее увлажняют водой в количестве 10% по массе от общей массы смеси. Асбестоцементную смесь вводят в кольцевой зазор стыка послойно с уплотнением каждого слоя тупым концом чеканки без применения молотка. Во избежание высыхания асбестоцементного замка его рекомендуется увлажнять до момента полного затвердевания.
Цементный замок выполняют из 1 мае. ч. цемента и 1 мае. ч. песка аналогично асбестоцементному замку. При агрессивных грунтовых или сточных водах для заделки стыков следует применять кислотоупорные цементы. Высокой прочностью и герметичностью обладают стыки с задел