Методы очистки производственных сточных вод. Отстойники, гидроциклоны.
Очистка производственных сточных вод организуется с целью использования их в системах оборотного, последовательного или замкнутого водоснабжения, обеспечения условий приема в городские системы водоотведения или сброса в водные объекты.
Вода, использованная в технологическом процессе, содержит примеси в виде:
- взвешенных частиц размером от 0,1 мкм и более, образующих суспензии;
- не растворяемых в воде капелек другой жидкости, образующих эмульсии;
- коллоидных систем с частицами размером от 1 мкм до 1 нм и растворенных в воде веществ в молекулярной или ионной форме.
Примеси, содержащиеся в технологической воде, часто являются ценным сырьем или готовой продукцией.
Методы очистки сточных вод подразделяются на механические, физико-химические и биологические.
Механические методы очистки обеспечивают извлечение из очищаемых вод взвешенных и плавающих примесей. Наиболее простой способ удаления этих примесей — отстаивание, в процессе которого взвешенные вещества оседают на дно, а плавающие примеси всплывают на поверхность отстойников. Отстойники устраиваются горизонтальные, вертикальные и радиальные (рисунок 3.11).
Рисунок. 3.11. Отстойники сточных вод:
А — горизонтальный; Б — вертикальный; В — радиальный 1 — загрязненная вода; 2 — очищенная вода; 3 — осадок (шлам); 4 — скребковый механизм
В горизонтальном отстойнике длина в 8 — 12 раз больше его глубины. Отстойники бывают непрерывного или периодического действия. В отстойниках непрерывного действия отделение примесей происходит благодаря резкому уменьшению скорости движения очищаемой жидкости (до 0,005 — 0,01 м/с). Продолжительность прохождения жидкости через отстойник составляет 1 — 3 часа. Эффективность осветления воды — от 40 до 60%. В отстойниках периодического действия продолжительность отстоя жидкости составляет несколько часов, после чего происходит удаление всплывших примесей, осветленной воды и осадка. Затем процесс повторяется.
Глубина (высота) вертикального отстойника в несколько раз превышает его горизонтальный размер. Разделение твердой и жидкой фаз происходит за счет уменьшения скорости потока и изменения его направления на 180°. Вертикальные отстойники более компактны, однако их эффективность на 10 — 20% ниже, чем у горизонтальных.
В конструкции радиального отстойника реализован принцип действия вертикального и горизонтального отстойников.
В центральной его части происходит смена направления потока очищаемой жидкости, а от центра к периферии он работает в режиме горизонтального отстойника. Это позволяет получать достаточно компактные сооружения большой производительности. Эффективность осветления в радиальных отстойниках достигает 60%. Глубина их колеблется от 1,5 до 5 м, диаметр — от 15 до 60 м.
В зависимости от вида удаляемых плавающих примесей отстойники могут называться нефтеловушками, жироуловителями и т.п. Эффективность удаления из воды плавающих примесей составляет 95 — 96%. Всплывшие примеси удаляются с поверхности специальными приспособлениями и направляются на утилизацию.
Для удаления из воды волокнистых примесей (частичек шерсти, ниток, асбеста и др.) используется дисковый волокноуловитель, представляющий собой вращающийся перфорированный диск, по которому тонким слоем стекает очищаемая жидкость.
Для повышения эффективности процесса осветления к очищаемой в отстойниках жидкости добавляют коагулянты — вещества, которые при взаимодействии с водой образуют хлопьеобразные частицы размером 0,5 — 3 мм с развитой поверхностью, обладающие также небольшим электрическим зарядом. При оседании эти хлопья захватывают из жидкости взвешенные и коллоидные частицы. В качестве коагулянтов применяются сернокислый алюминий, хлорное железо и др. Расход их составляет от 40 до 700 кг/м3 очищаемой жидкости. Высокие дозы относятся к физико-химической очистке технологических вод, обеспечивающей удаление хрома и цианидов, а также обесцвечивание воды.
Интенсификации процесса коагуляции способствует добавка флокулянтов — веществ, обеспечивающих агрегирование пластин коагулянтов и ускоряющих тем самым их осаждение. В качестве флокулянтов применяют клейкие вещества: крахмал, декстрин, силикатный клей. Весьма эффективным является синтетический флокулянт — полиакриламид (ПАА), широко использующийся также при подготовке питьевой воды. Доза применения ПАА колеблется от 0,5 до 25 г/м3 очищаемой жидкости. Внедряются в практику и другие коагулянты и флокулянты на основе активных полимеров, дозы применения которых в десятки раз меньше.
Тонкодисперсные частички, которые не удается извлечь из жидкости в отстойниках, могут быть удалены с помощью фильтрования.
Процесс фильтрования заключается в прохождении жидкости через пористую преграду, на которой осаждаются мелкодисперсные частицы. В качестве фильтрующего слоя используются зернистые материалы (песок, гранитная или мраморная крошка, керамзит и др.), ткани и нетканые полотна (хлопчатобумажные, шерстяные, синтетические, из асбеста, стекловолокна и др.), металлические сетки, перфорированные пластины, пористая керамика. Для ускорения процесса фильтрование производится под давлением или с помощью вакуума. Для извлечения нефтепродуктов, масел и других эмульгированных примесей применяются фильтры из полиуретана. Эффективность удаления взвешенных и эмульгированных примесей методом фильтрования достигает 99% и более.
В гидроциклонах и центрифугах разделение жидкой и твердой фаз производится под воздействием центробежных сил.
Для удаления взвешенных веществ используются напорные гидроциклоны (рисунок 3.12). Для удаления плавающих примесей применяются открытые гидроциклоны. Гидроциклон представляет собой металлический аппарат, состоящий из цилиндрической и конической частей. Диаметр цилиндрической части — от 100 до 700 мм, высота примерно равна диаметру. Угол конусности составляет 10 — 20°. Внутри аппарата имеются струенаправляющие лопасти в виде винтовой спирали. Поданная под давлением жидкость, двигаясь по спирали к сливу, отделяется от взвешенных веществ. Часть жидкости с большим содержанием взвесей удаляется из гидроциклона, а осветленная вода под действием образовавшегося вакуума движется вверх и изливается через верхнее отверстие. В открытом (безнапорном) гидроциклоне удаление осветленной воды происходит через боковые отверстия, а всплывающие примеси извлекаются с помощью сифона. Гидроциклоны, по сравнению с другими устройствами для механической очистки вод, отличаются высокой производительностью, компактностью, экономичны в изготовлении и эксплуатации. Эффективность очистки от взвешенных и плавающих примесей составляет примерно 70%.
Рисунок. 3.12. Гидроциклоны:
А — вертикальный напорный; Б — многоярусный открытый
1 — загрязненная вода; 2 — очищенная вода; 3 — осадок (шлам); 4 — плавающие примеси (нефтепродукты, масла)
Центрифугирование является эффективным методом разделения суспензий и эмульсий. Центрифуги изготовляются периодического и непрерывного действия с автоматической выгрузкой осадка и осветленной жидкости (фугата). При центрифугировании достигается достаточно высокая степень обезвоживания осадка и получается относительно чистый фугат. Центрифуги потребляют большое количество электроэнергии, создают высокие шумовые нагрузки и небезопасны в эксплуатации.
