Методы очистки сточных вод от взвешенных веществ

Процесс микрофильтрации  заключается в процеживании сточной воды через сетки с мелким размером ячеек. В процессе микрофильтрации при определенных гидравлических режимах на поверхности сетки образуется слой загрязнений, который сам становится фильтром и увеличивает эффект осветления сточных вод. Эффект очистки на микрофильтрах зависит от ряда факторов: состава и свойства воды, размера ячеек сеток и режима работы микрофильтров (гидравлической нагрузки, потерь напора, интенсивности промывки и пр.).

На микрофильтрах достигается  снижение содержания в воде взвешенных веществ на 50—60% и БПК на 25—30% при исходной концентрации взвешенных веществ 15—20 мг/л и соответственно на 55—65 и 30—35% при исходной концентрации взвешенных веществ 20—40 мг/л.

Следует отметить, что в  процессе микрофильтрации содержание растворенного кислорода в очищенной сточной воде не снижается.

Микрофильтры представляют собой непрерывно действующие механизмы, состоящие из цилиндрического барабана, обтянутого микросеткой. Очищаемая  вода поступает внутрь установки  через открытую торцовую стенку барабана и выходит в радиальном направлении, фильтруясь через сетку. Промывка микрофильтра производится струями воды из щелевых труб или разбрызгивателей пластинчатого типа, расположенных над сеткой. Вода, использованная для очистки микросетки, собирается в специальный короб, расположенный внутри барабана, а затем выводится из установки. В процессе микрофильтрации сточная вода осветляется, а на сетке накапливается осадок — фильтрующий слой, который позволяет улавливать более мелкие взвешенные частицы. Решающим фактором, определяющим качество очистки сточных вод, является скорость фильтрации, с повышением которой качество сточных вод снижается.

При проектировании рекомендуется  принимать: размер ячеек барабанной сетки 40X40 мкм (0,04 мм), поддерживающей сетки 1,25X2 мм, высоту заполнения барабана микрофильтра водой 0,7 его диаметра, частота вращения барабана 6—20 мин-1, продолжительность фильтро-цикла 15—30 с, скорость фильтрации 25—45 м3/(м2-ч).

Промывку фильтров следует производить отфильтрованной  водой под давлением 0,1—0,2 МПа. Расход промывной воды — 3—5% пропускной способности установки.

Скорость истечения струй  промывной воды из отверстий промывного устройства должна приниматься 0,8—1 м/с.

Потерю напора на микрофильтре рекомендуется поддерживать в пределах 0,015—0,25 м.

Необходимо предусмотреть  возможность регенерации микрофильтров  от биологических обрастаний (например, промывка хлорной водой). За рубежом  для предотвращения биологического обрастания микрофильтров их облучают ультрафиолетовыми лампами.

Гиперфильтрация. Для глубокой очистки сточных вод от взвешенных и коллоидных бактерий, вирусов и других органических продуктов может быть применен метод гиперфильтрации.

Его применяют и для  опреснения солоноватой воды, для  извлечения Ценных веществ, например при очистке производственных сточных вод, содержащих протеин, крахмал и т. п. Метод гиперфильтрации является перспективным для удаления ртути из сточных вод. В качестве фильтрующих элементов служат мембраны, изготовляемые из ацетилцеллюлозы, а также из полиакриламидных волокон.

Мембраны из ацетилцеллюлозы  обеспечивают высокую пропускную способность  и селективность в процессе гиперфильтрации  при давлении 2,2—7 МПа. Ацетилцеллюлозные  мембраны могут использоваться для  обработки воды с рН в пределах от 3 до 8 и температурой не ниже 35° С. Пропускная способность установок гиперфильтрации 9—14 тыс. мэ/сутки. Срок службы мембраны достигает одного года, а для обработки отдельных видов сточной воды — двух лет.

Селективность мембраны принято  определять по задержанию NaCl кз 0,5%-ного раствора этой соли. При очистке сточных вод от эмульгатора ОП-7 селективность мембраны практически достигает 99%. Давление при этом поддерживалось на уровне 5 МПа, температура исходного раствора была в пределах 18—20° С.

Полученный  фильтрат в зависимости от местных условий может быть спущен в водоем или направлен в систему оборотного водоснабжения. При необходимости может быть установлена вторая ступень гиперфильтрационной установки. Концентрат подвергают повторной обработке или направляют на сжигание.

Применение метода гиперфильтрации  в молочной промышленности США позволило  разрешить проблему извлечения ценных веществ из сыворотки, так как  с помощью этого метода можно  задержать 95% лактозы, 50% неорганических солей и снизить БПК на 90%. Использование полученных продуктов в качестве корма для скота в значительной степени окупило расходы на очистку воды.

В целлюлозно-бумажной промышленности промывные воды цехов отбеливания  содержат 1% взвешенных частиц, имеют  высокую БПК н цветность. Метод гиперфильтрации позволил снизить БПК на 95%. Полученная вода по своим качествам была пригодна как для сброса в реку, так и для повторного использования. Концентрат содержал 10% взвешенных веществ, и его выпаривание при этом стало экономичным.

Осаждение взвешенных веществ происходит в гидроциклонах. По гидравлическим условиям работы различают два основных вида гидроциклонов: напорные и открытые (низконапорные). Напорные гидроциклоны применяются для выделения из сточных вод грубодисперсных оседающих примесей, открытые гидроциклоны — для выделения из сточных вод не только оседающих, но и всплывающих веществ.    Разделение взвешенных частиц происходит под действием центробежных сил.

Рисунок 3. Гидроциклоны

Напорный гидроциклон  представляет собой металлический  аппарат конической формы. Сточная вода подается под давлением под  крышку   гидроциклона тангенциально к цилиндрической части. Песок и шлам отводят через нижнее отверстие, а осветленную воду — через верхний сливной патрубок.

Под влиянием центробежной силы, создаваемой водой, поступающей  через трубу, расположенную касательно к корпусу циклона, твердые частицы  отбрасываются к стенкам гидроциклона, а затем опускаются к нижнему  отверстию. В гидроциклоне возникают два основных винтовых потока: внешний, направленный к вершине конуса, и внутренний, направленный в противоположную сторону. По оси гидроциклона образуется воздушный столб.

Благодаря тому что центробежная сила значительно превосходит силу тяжести, гидроциклоны могут работать в вертикальном, наклонном и горизонтальном направлениях.

В зависимости от требуемой  пропускной способности устанавливают  одиночные гидроциклоны или группу из нескольких параллельно включенных гидроциклонов. Для более высокого эффекта осветления включают последовательно два и более напорных гидроциклонов.

Расчет гидроциклонов  сводится к определению двух основных показателей их работы: пропускной способности и крупности частиц задерживаемых примесей.

Расчетная гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить в соответствии с требуемой степенью осветления, определяется по графику кинетики процесса осаждения.

Напор насосов определяется с учетом напора в гидроциклоне и  трубопроводах.

В качестве примера  расчета напорных гидроциклонов для выделения окалины из сточных вод прокатных производств составлен сводный график, приведенный на  5.27.

При помощи гидроциклонов можно выделить фракции с гидравлической крупностью менее 1 мм. Для повышения эффекта работы гидроциклона рекомендуется уменьшать угол конусности до 10°; некоторые исследователи рекомендуют повышать скорость воды при входе.

Преимуществом напорных гидроциклонов  является возможность осветления воды по замкнутой схеме.

Основными недостатками напорных гидроциклонов являются значительный расход электроэнергии и быстрый износ стенок аппарата. Для предотвращения износа производится футеровка гидроциклонов износостойкими материалами

Кроме напорных гидроциклонов находят применение открытые гидроциклоны (безнапорные). Процесс разделения сточных вод в открытых гидроциклонах происходит также под действием гравитационных и центробежных сил, поэтому удельные гидравлические нагрузки на поверхность циклона значительно превышают нагрузки на обычный гравитационный отстойник.

Открытые гидроциклоны без внутренних устройств применяются для очистки сточных вод от крупных примесей гидравлической крупностью 5 мм/с и более.

Открытый гидроциклон  с внутренним цилиндром и диафрагмой в верхней части рекомендуется к применению при очистке сточных вод от примесей гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более, а также коагулированных взвешенных частиц и нефтепродуктов при расходе стоков до 200 м3/ч на один аппарат.

Исходная вода подается тангенциально в пространство, ограниченное внутренним цилиндром. Поток по спирали движется вверх, у верхней кромки цилиндра он поворачивает и движется к отверстию в диафрагме. Диафрагма, установленная в конце горизонтального отстойника, препятствует выносу выделившегося осадка, движущегося в пристенной зоне. Внутренний цилиндр способствует образованию замкнутого циркуляционного потока, который транспортирует этот осадок в коническую часть. Осветленный поток воды выходит из-под диафрагмы, переливается через водослив в кольцевой лоток и отводится за пределы сооружения.

Выделившийся осадок либо накапливается в конической части, либо удаляется из нее непрерывно через нижнее разгрузочное отверстие. Пропускная способность аппарата этой конструкции примерно в 2— 2,5 раза выше пропускной способности отстойников при одинаковой степени очистки.

При проектировании гидроциклона диаметр D и рабочая высота Н цилиндрической части принимаются 0,5—9 м, диаметр  отверстия в диафрагме— 0,5 D, диаметр  внутреннего цилиндра — 0,85 D, высота внутреннего цилиндра — 0,8 D. Две-три  впускные насадки, тангенциально присоединенные к нижней части перегородки, имеют каждая диаметр (0,05...0,07) D. Угол конуса диафрагмы принимается равным 45°. Угол наклона образующей конической поверхности нижней части гидроциклона следует принимать равным не менее 60° С.

Другой, более производительной конструкцией является многоярусный низконапорный гидроциклон. Этот аппарат может быть применен для очистки стечных вод от крупно- и мелкодисперсных примесей гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более при расходе воды более 200 м3/ч на один аппарат, для очистки воды от минеральной коагулированной взвеси и нефтепродуктов.

При конструировании  этого сооружения использован принцип  тонкослойного отстаивания, который  осуществлен делением объема гидроциклона коническими диафрагмами на отдельные ярусы. Впуск воды в гидроциклон осуществляется тангенциально из специальных аванкамер по всей высоте цилиндрической части через щели. Каждый ярус аппарата, как показали исследования, работает независимо от другого.

На Кировском  заводе построена гидроциклонная установка, состоящая из четырех десятиярусных гидроциклонов диаметром 5 м. Полная пропускная способность установки 1800 м3/ч.

При проектировании многоярусных гидроциклонов количество ярусов принимается  равным 4—20, диаметр гидроциклона 2—6 м, диаметр центрального отверстия в диафрагме 0,5—1,4 м, расстояние между ярусами по вертикали 200—300 мм. В каждом ярусе устраиваются три впускных тангенциальных насадки (через 120° по окружности), скорость выхода воды из насадок — 0,3—0,5 м/с. Угол наклона диафрагм принимается равным углу естественного откоса шлама в воде, но не менее 45°. Общая гидравлическая нагрузка на многоярусный гидроциклон пропорциональна числу ярусов.

Потери напора в гидроциклонах принимаются 0,5 м.

Шлам из гидроциклоноз  удаляется механизированными подъемниками, гидроэлеваторами или под гидростатическим давлением. Для задерживания всплывающих примесей и нефтепродуктов служит кольцевой полупогруженный щит перед водосливом, установленный на расстоянии не более 50 мм. Удаление всплывающих примесей производится через погружную воронку.

Для обработки сточных  вод могут быть применены центрифуги осадите чьного и осветляющего типов, однако использование центрифуг  в практике осветления сточных вод  ограничивается их большой энергоемкостью и малой производительностью. В настоящее время проводятся исследования по изысканию наиболее эффективных и экономичных конструкций центробежных аппаратов.

Защита водных ресурсов от истощения  и загрязнения и их рационального  использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

Большое внимание уделяется повышению  эффективности очистки производственных сточных вод. Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов.

Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется  на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить  на 70-90% расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.