Методы очистки сточных вод
Промышленные методы подготовки (очистки) сточных вод включают: механические, физико-механические, биологические способы и дезинфекцию (обеззараживание).
Механическая очистка
Этот способ применяется для выделения нерастворимых примесей путём процеживания, отстаивания, фильтрования и центрифугирования.
Процеживание применяют для задерживания крупных механических и, частично, взвешенных примесей. Используются решётки и сита различных конструкций.
Отстаивание применяют для выделения примесей, плотность которых больше (тогда они опускаются вниз) или меньше (тогда они поднимаются вверх), чем очищаемая вода. Используются песколовки, нефтеловушки и различного рода отстойники (рис. 8.10¸8.12).
Рис. 8.10. Схема горизонтальной песколовки: 1 – решетки; 2 – шибер; 3 – эжектор; 4 – пульпопровод; 5 – напорный водопровод
Рис. 8.11. Схема нефтеловушки: 1 – распределительная камера; 2 – трубопровод; 3 – электродвигатель; 4 – скребковый транспортер; 5 – водослив; 6 – отстойная камера
Рис. 8.12. Схема пруда дополнительного отстаивания: 1 – колодец для выпуска сточных вод; 2 – распределительный коллектор; 3 – шарнирная нефтеотстойная труба; 4 – лебедка; 5 – трубы; 6 – трубчатый выход; 7 – сбросовый колоде
Фильтрование применяют для выделения наиболее мелких частиц. Размеры уловленных частиц зависят от конструкции фильтра и, главным образом, от фильтрующего материала. Например, современные трековые мембраны, обработанные на ускорителях тяжелых частиц на молекулярном уровне, имеют поры размером 0,2¸0,4 микрона и могут задерживать даже некоторые виды бактерий. В промышленности используются более грубые фильтры из тканей, сеток, слоя зернистых материалов (песок, гравий) и пористых химических материалов (как искусственного происхождения, так и естественного).
Центрифугирование (обработка воды в гидроциклонах) при правильном применении различных типов гидроциклонов (открытых и напорных, многоярусных и высокопроизводительных) может значительно ускорить процесс очистки и выделить как лёгкие, так и тяжёлые механические примеси. Этот способ весьма перспективен, но требует высокой технологической культуры и хороших средств автоматического регулирования режимов работы гидроциклонов, которые весьма чувствительны к изменениям скоростей потока и давлениям.
Рис. 8.13. Схема очистки сточных вод на установке “Кристалл”: 1 – резервуар; 2 – насос; 3 – виброфильтр; 4 – резервуар; 5 – емкость первичной очистки; 6 – камера; 7 – резервуар; 8 – сборник
Механические способы очистки, как правило, предшествуют другим, но могут применяться и повторно, после физико-химической и биологической очистки, если требования к очищенной воде повышены. Дополнительная механическая очистка в таких случаях производится обычно фильтрованием через многослойные песчаные фильтры или микрофильтры (рис. 8.13).
Физико-химическая очистка
Физико-химические очистки заключаются в том, что в очищаемую воду вводят какое-либо вещество – реагент (коагулянт или флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, эти вещества способствуют более полному выделению нерастворимых примесей, коллоидов и части растворимых соединений. При этом уменьшается концентрация вредных веществ в сточных водах, растворимые соединения переходят в нерастворимые или в растворимые, но безвредные, изменяется реакция сточных вод (происходит их нейтрализация), обесцвечивается окрашенная вода. Физико-химические методы дают возможность резко интенсифицировать механическую очистку сточных вод. В зависимости от необходимой очистки сточных вод физико-химический метод может быть окончательным или второй ступенью очистки перед биологической.
Применяются обычно два способа – флотация и озонирование.
Флотация – процесс образования пены, захватывающей частицы примесей, удерживающей и удаляющей эти частицы. Получение пены может осуществляться:
путём механического дробления воздуха (турбинами-импеллерами, форсунками, пористыми пластинами и каскадным методом);
путём образования пузырьков из перенасыщенного раствора газа в воде (вакуумная, напорная флотация);
электрофлотация (образование пузырьков водорода на электроде в процессе электролиза воды).
Основная задача при любом методе флотации – получение пузырьков оптимального размера.
Оптимальным размером считается диаметр пузырька 15¸30 микрометров (можно до 100 мкм). В этом – основные трудности при механическом образовании пены. При вакуумном способе требуется понижение давления в камере флотатора ниже атмосферного. Флотация проходит очень эффективно, но сложно создать вакуум в большом объёме из-за необходимости хорошей герметизации системы и усиления конструкции установки. В целом способ применяют редко. При напорной флотации вода сначала насыщается воздухом под давлением 3,9×105¸5,9×105 Па. При температуре 20¸25°С в этих условиях в воде растворяется 30¸50 л/м3 воздуха. На второй стадии насыщения воздухом вода подаётся во флотационную камеру с нормальным атмосферным давлением, где и происходит образование пены.
При применении электрофлотации, кроме электролиза воды с образованием пузырьков водорода, происходит целый ряд сложных электрохимических процессов: поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные реакции, реакции между образовавшимися продуктами при растворении электродов и др.
Сочетание всех этих процессов при оптимальном их использовании может дать очень хорошие результаты. Сточные воды с содержанием нефти до 100 мг/л при обработке электротоком с напряжением 5¸10 В и плотностью 100¸600 А/м2 в течении 30 минут очищаются до 12¸22 мг/л.
Озонирование – пропускание через воду трёхатомного кислорода О3 – озона. Вследствие высокой химической активности озон окисляет примеси, обесцвечивает растворы, дезодорирует и дезинфицирует воду. Добавление других химических реагентов не требуется. Озон получают обычно при высоковольтном газовом разряде при напряжении переменного тока 7¸10 тыс. вольт и последующем тихом полукоронном или коронном разряде. Озон токсичен, его ПДК в рабочей зоне составляет 0,00001 мг/л. Доза озона в воде 0,6¸3,5 мг/л.
Биологическая очистка
Биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от загрязнений.
Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на два основных типа:
Сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным.
Сооружения, в которых очистка происходит в искусственно создаваемых условиях.
К первой группе относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоёмы (биологические пруды) с проточной водой. В таких сооружениях питание организмов кислородом происходит за счёт непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы питаются кислородом, главным образом, за счёт диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счёт механической аэрации.
В искусственных условиях биологическую очистку применяют в аэротанках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, т.к. создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.
Как любой процесс жизнедеятельности, биологическая очистка – сложный и противоречивый процесс. Используя в качестве пищи вещества, содержащиеся в воде, микроорганизмы лишают себя этой пищи и погибают. Только хорошо зная фазы физиологического развития клеток, тонко регулируя и учитывая внешние факторы жизнедеятельности организмов, можно успешно использовать данный метод.
Одна из основных задач успешного метода – получение активного ила и поддержание его жизнедеятельности. Активный ил – это сложный комплекс микроорганизмов различных групп (бактерии, грибы и простейшие).