Методы механической очистки сточных вод

Удаление взвешенных частиц из сточных вод

Процеживание и отстаивание

Процеживание осуществляется через сита и решетки, которые устанавливают перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей.

Решетки могут быть неподвижными (самые распространенные), подвижными, совмещенными с дробилками (коммутаторы).

Решетки изготавливают из металлических стрежней и устанавливают на пути движения сточных вод под углом 60-75 ⁰. Стрежни имеют круглое или квадратное сечение, чаще используют стрежни, закругленные со стороны входа воды. Решетки очищают граблями (см.рис.35).

Ширина прозоров в решетке 16-19 мм. Скорость движения воды между стрежнями – 0,8-1 м\с. Потери напора h_p на решетке:

h_p = ζ (W_k² ∙P\2g); ζ = β(s\b)^4\3 ∙Sinά;

W_k – скорость сточной воды в канале перед решеткой, м\с;

Р – коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора вследствие засорения решетки, Р=3;

ζ – коэффициент местного сопротивления решетки;

g – ускорение свободного падения, м²\с;

ά – угол наклона решетки, град.;

s – толщина стрежня, м;

b – ширина прозоров между стрежнями, м;

β – коэффициент (β_{прямоуг.} =2,42; β_{закругленных.} =1,83; β_{круглых} =1,79;).

Снятые с решеток загрязнения оправляют на переработку.

Для удаления более мелких взвешенных частиц, а также ценных продуктов используют сита – барабанные или дисковые.

Сито барабанное – сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1 мм (используют в текстильной, целлюлозно-бумажной, кожевенной промышленности).

Отстаивание

Используют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей под действием силы тяжести.

Проводят в песколовках, отстойниках и осветлителях, одновременно идет фильтрация сточной воды через слой взвешенных частиц.

Песколовки используют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,2-0,25 мм) из сточной воды (СВ).

Горизонтальные песколовки – резервуары с треугольным или трапециидальным поперечным сечением глубиной 0,25-1 м и скоростью движения СВ не более 0,3 м\с.

Песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания СВ. Осадок собирается в коническом днище и далее направляется на переработку или в отвал.

Вертикальные песколовки с квадратным или круглым сечением, скорость СВ в них – 0,05 м\с в вертикальном восходящем потоке.

Конструкции песколовок сходны с конструкциями отстойников.

Отстойники (см.рис.36)

Горизонтальные – прямоугольные резервуары, имеющие 2 или более одновременно работающих отделения (рис.36а) глубиной 1,5 -4 м, длиной 8-12 м, шириной 3-6 м.

Эффективность отстаивания – 60 %, скорость движения воды –не более 0,01 м\с, время пребывания СВ в отстойнике – 1-3 часа.

Вертикальные (рис.36б)

Осаждение происходит в восходящем потоке СВ, скорость движения – 0,5-0,6 м\с, высота зоны осаждения- 4-5 м. Эффективность очистки на 10-20 % ниже, чем у горизонтальных.

Радиальные (рис.36 в)

Минимальная скорость движения воды в нем на периферии. Используют при расходах СВ более 2000 м³\сутки. Глубина -1.5-5 м, отношение диаметр:глубина+6-30, диаметр -16-60 м. Эффективность осаждения -60 %.

Для увеличения эффективности отстаивания увеличивают скорость осаждения за счет укрупнения частиц коагуляцией и флотацией или понижают вязкость СВ нагреванием. Кроме того, можно увеличить площадь отстаивания и проводить его в тонком слое жидкости. Для этих целей используют трубчатые и пластинчатые отстойники. Процесс отстаивания занимает 4-10 мин, поэтому можно уменьшить размеры отстойника.

Трубчатые (рис.36 г)

С малым наклоном трубок (5⁰) – периодического действия, с большим наклоном (45-60 ⁰) – непрерывного, эффективность очистки- 80-83 %.

Пластинчатые (рис.36в)

Прямоточные (вода и осадок движутся параллельно), противоточные (вода и осадок движутся противоположно), перекрестные (потоки воды и осадка перпендикулярны); наиболее распространенными являются противоточные.

Осветлители

Их используют для очистки природных вод и для предварительного осветления СВ некоторых производств. Часто применяют осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.

Удаление всплывающих примесей

Для удаления всплывающих примесей (нефть, масла, смолы и т.д.) используют нефтеловушки, для жира – жироловушки.

Горизонтальные нефтеловушки (рис.38а)

Скорость СВ – 0,005-0,01 м\с, в них всплывает 96-98 % нефти. Состоят такие ловушки менее, чем из 2-х секций шириной 2-3 м с глубиной слоя воды -1,2-1,5 м, время пребывания СВ в них – не менее 2 часов.

Радиальные и полочные тонкослойные нефтеловушки (рис.38б)

Имеют меньшие габариты и более экономичны.

Расстояние между полками 50 мм, угол наклона полок – 45 ⁰, пребывание в зоне отстаивания 2-4 мин, толщина слоя всплывающих нефтепродуктов – 0,1 м, остаточное содержание их в воде – 100 мг\л.

Нефтеловушки применяют для очистки СВ маслозаводов, фабрик первичной обработки шерсти, мясокомбинатов, столовых (жироловушки).

Фильтрование

Используется для выделения из СВ тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено.

Фильтрование осуществляется через пористые перегородки, пропускающие жидкость и задерживающие диспергированную фазу. Процесс проводят под действием гидростатического столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуумом после перегородки.

Фильтрование через перегородки

Перегородки: металлические перфорированные листы, сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и т.д., тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического волокна.

Требования к фильтрующим перегородкам:

- минимальное гидравлическое сопротивление;

- механическая прочность и гибкость;

- химическая стойкость;

- не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования.

Фильтрующие перегородки

по материалу, из которого они изготовлены:

- из органических материалов;

- из неорганических материалов

по принципу действия:

- поверхностные (нет проникновения в поры);

- глубинные (используются для фильтрования сред с малыми концентрациями, вещества задерживаются в порах, оседают на поверхности и адсорбируются)

по структуре:

- гибкие;

- негибкие.

Осадки, осаждаемые на фильтрующих перегородках:

- сжимаемые (для них характерны уменьшение порозности при уплотнении и увеличение сопротивления с ростом разности давлений);

- несжимаемые (для них порозность и сопротивление постоянны) – мел, песок, сода и др.

Процесс фильтрования ведут при постоянной разнице давлений.

Скорость фильтрования:

при V =const

, где

V – объём фильтрата за τ, м³;

F – поверхность фильтрования, м²;

τ – продолжительность фильтрования, с;

ΔP – перепад давления, Па;

μ - динамическая вязкость фильтрата, Па·с;

R_ос, R_фп – сопротивление осадка и фильтровальной перегородки, м^-1;

r₀ – удельное сопротивление осадка, м^-2;

X₀ – отношение объёма осадка к объёму фильтрата.

Фильтры периодического действия: нутч-фильтры, листовые, фильтр-прессы.

Фильтры непрерывного действия: барабанные, дисковые, ленточные.

Барабанные вакуум-фильтры – одни из самых распространённых аппаратов и применяются для разделения трудно фильтруемых суспензий (см.рис.39), например, для суспензий, быстро образующих осадки – гидроксид железа (III) и др. Дисковые фильтры применяют для разделения суспензий с невысокой скоростью осаждения, для легко испаряющихся, вязких, окисляемых и токсичных суспензий.

С помощью данных, приведенных в таблице 1, возможно выбрать оптимальный тип фильтров для применения в конкретном процессе.

Таблица 1

Характеристика фильтров периодического и непрерывного действия

Факторы, влияющие на вы­бор фильтра	Фильтры периодическо­го действия	Фильтры непрерыв­ного действия
Нутч-фильтры	Листовые	Фильтр-прессы	Барабанные	Дисковые	Ленточные
Начальная концентрация суспензий, % (об.): до 0,5 до 1 до 1,5	2-3	1—2 3-4	2—3	- - 1—2	- -	- -
Возможность получения чистого фильтрата	1—2
Возможность промывки					—
Возможность изготовления из кислотной стали
Обозначения, характеризующие технико-экономические показатели фильтров: 1— высокие; 2 — хорошие; 3 — удовлетворительные; 4 — низкие (применя­ются при крайней необходимости); прочерк — неудовлетворительные (неприменимость данного фильтра).

Фильтры с зернистой загрузкой – резервуар, в нижней части которого находится дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, затем фильтрующий материал.

Механизмы извлечения частиц:

1) процеживание (извлечение чисто механическое);

2) гравитационное;

3) инерционное захватывание;

4) химическая адсорбция;

5) физическая адсорбция;

7) коагуляционное осаждение;

8) биологическое выращивание

Все эти механизмы могут действовать совместно, и процесс фильтрования состоит из трех стадий: 1) перенос частиц на поверхность вещества, образующего слой; 2) прикрепление к поверхности; 3) отрыв от поверхности.

Фильтры с зернистой загрузкой (рис.40):

Медленные и скорые;

Открытые и закрытые.

Медленные применяют для фильтрации некоагулированных примесей, скорость фильтрования_- 0,2-0,33 м\час (при содержании частиц до 25 мг\л); 0,1-0,2 м\час (при содержании 25-30 мг\л).

Обеспечивают высокую степень очистки.

Недостатки:

-большие размеры,

-высокая стоимость;

-сложная очистка от осадка.

Скорые: однослойные и многослойные.

Высота слоя -1,5-2 м, скорость фильтрования -12-20 м\час; промывка слоя от осадка – обратным потоком. Известны также фильтры с подвижной зернистой загрузкой.

Рис.40. Фильтры с зернистой загрузкой

Магнитные фильтры

Используют для удаления мелких ферромагнитных частиц (0,5-5 мкм) из жидкостей, а также электрилизующихся немагнитных частиц (абразивы, песок). Степень очистки -80 %.

Фильтрование эмульгированных веществ.

Для удаления нефтепродуктов и масел используют фильтры с загрузкой из пенополиуретана (гидрофобная загрузка).

Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил и отжиманием

Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил и отжиманием осуществляют в гидроциклонах и центрифугах.

Гидроциклоны:

1) напорные гидроциклоны (применяют для осаждения твёрдых примесей);

2) открытые (низконапорные) гидроциклоны (применяют для удаления осаждающихся и всплывающих примесей.

При вращении жидкости на частицы действуют центробежные силы (отбрасывают тяжёлые частицы к периферии потока), силы сопротивления движению потока, гравитационные силы и силы инерции.

Эффективность работы аппаратов зависит от:

- диаметра частиц;

- разности плотностей жидкой и твёрдой фазы;

- вязкости и плотности жидкости;

- ускорения центробежного поля;

- конструкции аппаратов.

Наиболее распространёнными являются напорные аппараты (см. рис.41 а).

Диаметр гидроциклонов составляет 10-700 мм, высота – 1\2 диаметра, угол конуса - 10÷20 ⁰. Скорость осаждения в таких аппаратах пропорциональна квадрату скорости вращения частиц и примерно равна скорости движения воды на входе в аппарат. Для увеличения производительности гидроциклоны объединяют в блоки (см.рис.41 в). Безнапорные гидроциклоны (рис.41 б) характеризуются большой производительностью, используются для удаления крупных примесей, имеются конструкции, сочетающие детали гидроциклона и тонкослойного отстойника (рис.41 г), такие аппараты могут быть использованы для удаления как всплывающих, так и осаждающихся примесей.

Центрифуги

Центрифуги

фильтрующие отстойные

вращение суспензии осаждение на стенках

в перфорированном барабане, без перфорации

обтянутом сеткой или тканью

Фильтрующие центрифуги используют для получения хорошо обезвоженного и хорошо промытого осадка и чистого фильтрата, они могут быть с ручной и механизированной выгрузкой осадка, периодического и непрерывного действия (шнековые центрифуги).

На рис. 42 представлена схема с использованием центрифуги.

Рис.41. Конструкции гидроциклонов

сточная

осадок

вода

осадок шлам очищенная

сточная вода

Рис.42 Схема очистки сточной воды с применением центрифуги:

1 – решётка; 2 – гидроциклон; 3 – отстойник; 4 – ёмкость; 5 – насос; 6 – центрифуга

Червячный отжимной аппарат

Червячный отжимной аппарат (см.рис.43) используют для отделения волокнистых примесей. Его преимуществами являются: отсутствие быстровращающихся частей, простота изготовления, непрерывность работы. К недостаткам червячного отжимного аппарата относятся: унос твёрдой фазы из низкоконцентрированных и мелкодисперсных суспензий; невозможность промывки осадка.

Рис.43 Червячный отжимной аппарат

Лекция 11

Дата добавления: 2014-01-07