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