Методы очистки сточных вод

Многообразие веществ, попадающих в водоемы, объясняется тем, что в них смешиваются сточные воды трех классов предприятий неорганического, органического и микробиологического профиля. Поэтому применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения, вредностью примесей и необходимостью степенью очистки /5/.

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. В современной практике наибольшее распространение получили два метода: механический и биологический.

Механическая очистка производственных сточных вод.

Механическая очистка сточных вод применяется для выделения из сточных воды нерастворенных минеральных и органических примесей.

Назначение механической очистки заключается в подготовке производственных сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Механическая очистка на современных очистных сооружениях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Типы и размеры этих сооружений зависят в основном от состава, свойств и расхода производственных сточных вод, а также от методов их дальнейшей обработки /4/.

Как правило, механическая очистка является предварительным, реже – окончательным этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение веществ из этих вод до 90-95% и снижение органических загрязнений (по показателю БПКполн.) до 20-25%.

Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными способами интенсификации гравитационного отсеивания – преаэрацией, биокоагуляцией, осветлением во взвешенном слое (отстойники- осветлители), а также с помощью гидроциклонов /4,9/.

Процесс более полного осветления сточных вод осуществляется фильтрованием – пропуском воды через слой различного зернистого материала (кварцевого песка, гранитного щебня, дробленого антрацита и керамзита, горелых пород, чугунолитейного шлака и других материалов) или через сетчатые барабанные фильтры и микрофильтры, через высокопроизводительные напорные фильтры и фильтры с плавающей загрузкой пенополиуритановой или пенополистирольной. Преимущество указанных процессов заключается в возможности применения их без добавления химических реагентов  /3,5/.

Выбор метода очистки сточных вод от взвешенных частиц осуществляется с учетом кинетики процесса. Размеры взвешенных частиц, содержащихся в производственных сточных водах могут колебаться в очень широких пределах, (возможные диаметры частиц составляют от 5·10-9 до 5·10-4 м), для частиц размером до 10 мкм конечная скорость осаждения составляет менее 10-2 см/с. Если частицы достаточно велики (диаметром более 30-50 мкм), то в соответствии с законом Стокса они легко могут выделяться отстаиванием (при большой концентрации) или процеживанием, например, через микрофильтры (при малой концентрации) /6/. Коллоидальные частицы (диаметром 0,1-1 мкм) могут быть удалены фильтрованием, однако из-за ограниченной емкости фильтрующего слоя более подходящим методом при концентрациях взвешенных частиц более 50мг/л является ортокинетическая коагуляция с последующим осаждением или осветлением во взвешенном слое.

Повышение технологической эффективности сооружений механической очистки очень важно при создании замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий. Этому требованию удовлетворяют различные конструкции много полочных отстойников, сетчатых фильтров, фильтров с новыми видами зернистых и синтетических загрузок, гидроциклонов (напорных, безнапорных, многоярусных). Применение этих сооружений позволит сократить в 3-5 раз капитальные затраты и на 20-40% эксплуатационные расходы, уменьшить в 3-7-раз необходимые площади для строительства по сравнению с применением обычных отстойников /7,8/.

С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод, как правило, рекомендуется применить не менее двух рабочих единиц основного технологического назначения – решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров. При выборе максимального числа сооружений, предусматривается их секционирование по унифицированным группам, состоящим из единиц с наиболее крупными габаритами /10/.

Повышение эффекта механической очистки сточных вод, в особенности работы сооружений по первичному отстаиванию, позволяет сократить объемы сооружений для последующих процессов очистки и тем самым снизить расходы на строительство и затраты на эксплуатацию более дорогих и сложных сооружений физико-химической очистки, а также обработки осадка. /4,10/.

Песколовки

Сточные воды, освобожденные от крупных плавающих загрязнений на решетках, поступают на песколовки, назначение которых -освободить сточные воды от тяжелых примесей минерального происхождения с размером частиц 0,25-1 мм. Если объем очищаемой сточной воды более 100 м3/сут, то песколовки устанавливаются обязательно /5,6/.

Принцип действия песколовки гравитационный, т.е. минеральные частицы, удельный вес которых больше удельного веса воды (1,6 г/см3), главным образом песок, выпадают на дно. Удаление песка из сточных вод, является обязательным, т.к абразивные свойства песка приводят к разрушению механизмов и бетонных сооружений. Кроме того, песок может накапливаться в каналах, аэротенках, метатенках и снижать рабочий объем сооружений.

По направлению движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с винтовым движением воды. Последние бывают: тангенциальные и аэрируемые. Установлено, что при горизонтальном движении воды в песколовке, скорость должна быть от 0,3-0,15 м/с для обычных песколовок, и от 0,08-0,12- для аэрируемых песколовок. При скорости более максимально допустимой песок не успевает осесть в песколовке, при скорости менее минимальной- в песколовке будут осаждаться органические примеси, что приведет к излишнему изъятию питательных веществ из сточной воды и к ухудшению качества удаляемого песка, что имеет значение для его дальнейшего использования или захоронения.

Центрифуги.

Одним из интенсивных методов безреагентного выделения нерастворенных примесей из производственных сточных вод является центрабежное осаждение, осуществляемое в центрифугах. Эти аппараты широко применяются в различных отраслях промышленности для разделения неоднородных систем, состоящих из двух или более фаз /11/.

К основным преимуществам осадительных центрифуг перед отстойниками следует отнести: компактность установок, более высокий эффект осветления сточных вод: возможность получения осадка более низкой влажности.

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными; различаются по расположению вала в пространстве; по способу выгрузки из ротора; в герметизированном или негерметизированном исполнении. В зависимости от исполнения в центрифугах задерживается 50-90% твердой фазы.

Отстойники

Отстаивание является наиболее простым способом удаления из сточных вод грубодисперсных нерастворенных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на поверхность. В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они подразделяются на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники, входящие в состав сооружений механической очистки, они задерживают гораздо более мелкие взвеси, чем песколовки» вторичными - отстойники, устраиваемые в составе сооружений биологической очистки для отделения активного ила от биологически очищенной сточной воды /11,12/.

По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Их применяют при производительности комплекса свыше 15 тыс.м3/сут. При хорошей работе они задерживают до 60% взвешенных веществ.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с конусным или пирамидальным днищем. Они проще по конструкции и в эксплуатации, чем горизонтальные, и находят широкое применение в качестве первичных и вторичных отстойников. Однако эффект осветления в них на 25-30% ниже, чем в горизонтальных и на 10-15% ниже, чем радиальных.  При удовлетворительной работе вертикальных отстойников удаляется не более 40% взвешенных веществ.

Радиальный отстойник представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар большого диаметра (от 16 до 60 м) глубиной 0,1-0,15 диаметра. Их применяют при производительности очистных сооружений более 20 тыс.м3/сут. Они обеспечивают 50% удаления взвешенных веществ и не имеют недостатков горизонтальных и вертикальных отстойников.

Фильтрование.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение фаз ведут при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу, под действием гидростатического давления столба жидксти, повышенного давления до перегородки и вакуума после перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра /12/.

В последние время в технологии очистки воды все большее место занимают мембранные процессы низкого давления: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация.

Процесс микрофильтрации заключается в процеживании сточной воды через слой сеток с отверстиями размером от 40 до 70 мкм. Барабанные сетки имеют размер ячеек от 0,3х0,3 до ).5х).5 мм Микрофильтры применяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых материалов.

Среди мембранных методов наиболее стремительно развивается и внедряется ультрафильтрация-74% всех мембранных методов. Ультрафильтрационная технология используется в мировой практике для очистки воды из различных поверхностных водоисточников /13/. В зависимости от состава воды ультрафильтрационная технология применяется в чистом виде или в комбинации с другими методами.