Механические методы очистки сточных вод

Механические методы очистки сточных вод — технологии и схема

Сточные воды — это воды, загрязненные в результате деятельности человека и отводимые по канализационному коллектору в место скопления для дальнейшей переработки и очистки. Причем сточными считаются воды, образовавшиеся (загрязненные) как на промышленных предприятиях, так и сформировавшиеся впоследствие хозяйственно-бытовой деятельности человека.

Такая вода содержит массу патогенных микроорганизмов, соли тяжелых металлов, пестициды, нитраты и нитриты, а также много вредных химических и биологических соединений. Поэтому с целью сохранения водных ресурсов Земли была разработана специальная схема очистки сточных вод, которая направлена на то, чтобы сбрасывать в водоёмы и грунт уже нейтрализованную осветленную воду. Такое отношение к экологии позволяет сберечь пресную воду на планете для последующих поколений.

Одним из видов переработки бытовых стоков является механическая очистка. Этот метод позволяет удалить из жидкости различные твердые вещества. Очень часто технологическая схема механической очистки сточных вод предшествует другим способам очистки, но иногда она выступает самостоятельным средством. Чтобы узнать, есть ли необходимость в дополнительной очистке стоков после механической, проводится анализ степени загрязнения воды, и при отрицательном результате устанавливается только один метод очистки.

Сущность механической очистки сточных вод

Механическая очистка сточных вод – один из способов очистки и переработки бытовых сточных жидкостей. Технологии и устройства направлены на удаление нерастворимых примесей. Этот способ может применяться как самостоятельно, так и в виде первой ступени очистки. Если после механической очистки воды могут быть спущены в водоемы без нарушения экологического равновесия или использованы в производственном процессе, то дополнительные методы очистки не требуются.

Механические методы очистки сточных вод

Механическая очистка сточных вод очищает бытовые жидкости от взвешенных частиц на 60-65%, от нерастворимых грубодисперсных элементов на 90-95%. Это один из самых незатратных способов очистки.

Основные приспособления – различные решетки и сита для задержания крупных элементов и некоторого количества взвешенных частиц.

Технологическая схема очистки сточных вод методом процеживания элементарна:

  • сначала стоит специальная сетка, задерживающая крупные вещества и волокнистые соединения;
  • предварительно очищенная вода попадает к мелкому ситу, останавливающему более маленькие частицы;
  • на выходе могут стоять микропроцеживатели, которые задерживают микроскопические нерастворенные элементы.

Метод выделения из сточных вод взвешенных частиц с большей или меньшей плотностью. Для механической очистки данным способом оборудуют специальные объекты – отстойники. Отстаивание чаще всего используют с целью улучшения воды в замкнутой системе водоснабжения. Поэтому этот способ активно применяется в химической, рудной и металлургической промышленности.

Существуют различные установки очистки сточных вод методом отстаивания:

  • песколовки («собирают» тяжелые частицы);
  • жироловки;
  • маслоуловители;
  • нефтеловушки;
  • смолоуловители;
  • шлакоотстойники;
  • сгустители и другие.

Активно применяется для очистки воды от мельчайших частиц разной природы. Основное приспособление – фильтры. Сточные воды, проходя через фильтрующий материал, оставляют в нем все ненужные взвеси.

Для различных предприятий необходимы различные виды фильтров. Так, в бумажной промышленности широко используются сетчатые и вакуумные фильтры. Для более активной очистки подходят центрифуги и гидроциклоны. Последние представляют собой конические сосуды из железа, на стенках которых под влиянием центробежной силы скапливаются тяжелые частицы.

image

Задерживают крупные элементы, содержащиеся в сточной воде. Их устанавливают по направлению тока жидкости. Решетки представляют собой укрепленные на металлической рамке металлические стержни, наклонно или вертикально установленные. В пазухах решетки – подвижные зубцы граблей. Они закреплены на шарнирно-пластинчатой цепи, которая приводится в движение через привод с шестеренчатой передачей.

Грабли снимают с металлической стенки решетки отбросы и поднимают их на подвижную ленту. Далее взвешенные частицы направляются для размельчения в специальную дробилку.

Существуют также решетки-дробилки, задерживающие твердые элементы и одновременно перемалывающие их. Эту установку монтируют в камеру с круговым движением сточных вод. Электродвигатель через коробку передач приводит в движение барабан решетки-дробилки. Он задерживает отходы, содержащиеся в сточной воде, и передает их к режущим гребням. Последние перемалывают твердые элементы, которые после такой обработки вновь поступают в сточную воду.

Задерживают минеральные примеси. Удельный вес частиц больше удельного веса воды. Поэтому по мере движения жидкости в резервуаре минеральные элементы выпадают на дно. Работа песколовок зависит от скорости движения воды. Обычно установки рассчитаны на задержание частиц более 0,25 мм. Оседание более мелких минеральных загрязнений крайне нежелательно. По этой причине важна скорость движения воды.

Оптимальная скорость при горизонтальном токе – от 0,15 до 0,3 м/с. Горизонтальные установки монтируются там, где сточные воды движутся в горизонтальном направлении, прямолинейно или по кругу. Такие песколовки состоят из двух основных элементов:

  • рабочего, через который движется поток;
  • осадочного, который собирает и хранит выпавший песок.

Способы очищения песколовок:

  • насосом (при незначительном расходе сточных вод);
  • гидроэлеватором, шнеками, скребками и т.п. (на специальных очистных станциях).

Чистая сточная вода

Песколовки способны задерживать до 75% минеральных примесей, содержащихся в сточной воде.

Используются для выделения механических примесей из сточных вод. Существуют несколько видов отстойников.

  • первичные (устанавливаются перед станциями биологической очистки);
  • вторичные (устанавливаются после сооружений биологической обработки).

По конструктивным особенностям:

  • горизонтальные;
  • вертикальные;
  • радиальные (разновидность горизонтальных отстойников).

4. Иловые площадки.

Используются для сушки влажного осадка, сбрасываемого из отстойников, метантенков и других подобных сооружений (на выходе из них осадок имеет влажность до 97%). Иловая площадка подсушивает до влажности 75% (средняя величина). В результате объем отбросов уменьшается в 3-8 раз.

Иловая площадка представляет собой участок земли, окруженный земляными валками. Осадок наливается слоями. Часть жидкости испаряется, а часть попадает в грунт. Подсушенный осадок погружают на машины и вывозят. Иловую воду перекачивают на очистные сооружения.

Перечислены основные сооружения для механической очистки сточных вод. В зависимости от вида деятельности, количества сточных вод, типа загрязнений предприятие может использовать и другие установки.

Использование механической очистки позволяет удалять из стоков около 60-65% взвешенных частиц и почти 95% твердых нерастворимых элементов. Механическая очистка промышленных сточных вод является самым дешевым способом извлечения загрязнений из жидкости.

К механическим методам очистки стоков относятся следующие:

  1. Процеживание. Чтобы процедить жидкость, система оборудуется решетками или ситами, которые могут уловить крупные фракции загрязнений и небольшое количество взвешенных частиц.

Технология такой очистки выглядит крайне просто: в начале конструкции устанавливается фильтрующий элемент, который блокирует дальнейшее движение твердых фракций и волокон. Далее по системе устанавливается мелкое сито, препятствующее движению веществ меньших размеров. Ближе к концу или на выходном канале могут устанавливаться дополнительные процеживатели с еще меньшим размером ячеек, за счет которых задерживаются практически все нерастворимые загрязнения.

  • Отстаивание. Работа данного метода заключается в разделении веществ разной плотности, содержащихся в стоках. Для работы этого способа очистки используются специальные устройства, называемые отстойниками.
    Очистка сточных вод от механических примесей отстаиванием обычно осуществляется в закрытых системах водоснабжения. Из-за этого метод часто используется в различных видах промышленности, например, в химической или металлургической. Для отстаивания используются самые разные устройства: песколовки, маслоуловители, шлакоотстойники и пр.
  • Фильтрование. Оптимальный вариант для удаления из воды микроскопических частиц самого разного происхождения. Основным рабочим элементом конструкции являются фильтры. При прохождении через них стоки теряют большую часть лишних примесей, в результате чего вода становится намного чище.

    Существует много видов фильтров, и каждому из них находится применение в своей сфере. Например, бумажная промышленность использует сетчатые и вакуумные фильтрующие элементы. Для увеличения степени очистки можно использовать устройства вроде центрифуг и гидроциклонов (гидроциклоны – металлические устройства конической формы, в которых удаление лишних частиц происходит за счет центробежной силы).

  • Существует несколько видов устройств, позволяющих реализовать механические методы очистки сточных вод:

    1. Решетки. Эти устройства обеспечивают блокировку дальнейшего движения крупных частиц, которые находятся в стоках. Решетки устанавливаются по направлению движения воды. Конструктивно решетка – это металлический каркас, на котором закреплено определенное количество металлических стержней, причем они могут располагаться не только вертикально, но и под наклоном.

    В пазухах решеток находятся зубцы граблей. Они работают при помощи шарнирно-пластинчатой цепи, которая двигается за счет шестеренчатого привода. Грабли нужны для извлечения отходов с решетки и их подачи в дробилку посредством подвижной ленты. В дробилке частицы измельчаются.

    Иногда в системе устанавливаются механические решетки для очистки сточных вод, совмещенные с дробилками, т.е. пропуская стоки, устройство одновременно измельчает крупные фракции. Такая конструкция устанавливается в камеру, где стоки двигаются по кругу. Работа такой решетки обеспечивается электродвигателем, находящимся снаружи конструкции и передающим энергию за счет передачи.

  • Песколовки. Это оборудование для механической очистки сточных вод хорошо справляется с задерживанием минеральных веществ. Поскольку их плотность выше, чем у воды, примеси могут оседать на дно. Песколовки могут работать только в определенных условиях: например, если вода будет двигаться слишком медленно, то из нее будут оседать более мелкие частицы – а это нежелательно. Подходящая скорость движения жидкости составляет около 15-30 см в секунду.
    Конструкция песколовок, устанавливающихся на горизонтальных участках, включает два элемента: рабочий, пропускающий через себя стоки, и осадочный, являющийся элементом, предназначенным для сбора выпавших частиц. Песколовки можно очищать при помощи насоса, гидроэлеватора или других средств – все зависит от объема стоков. Хорошая песколовка может обеспечить очистку от 75% загрязнений.
  • Отстойники. Позволяют удалить из стоков механические частицы. С точки зрения расположения, отстойники делятся на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Существует и классификация, зависящая от назначения устройства: отстойник может располагаться как перед очистительным сооружением, так и после него (такие устройства будут первичными или вторичными соответственно).
  • Иловые площадки. Устройство представляет собой конструкцию, обеспечивающую высушивание влажных осадков, попадающих в систему после прохождения отстойника. Влажность стоков в таком случае приближается к 100%, а иловая площадка позволяет снизить этот показатель примерно до 75%, после чего количество отходов снижается в несколько раз. Схема механической очистки сточных вод в данном случае выглядит следующим образом: есть участок земли, вокруг которого располагаются земляные валы. Осадок выпадает в несколько слоев, поэтому определенная часть жидкости выпаривается, а другая проходит в грунт. Высушенные остатки вывозятся вручную, а иловая вода переносится к очистным сооружениям.
  • Дальнейшее обеззараживание стоков

    Главной целью очищения является разрушение загрязнений различной природы и их удаление. Это сложный производственный процесс, готовая продукция которого представляет собой очищенную воду. Её параметры доведены до установленных нормативов. Причем требования, предъявляемые к воде для различных целей, существенно отличаются и неуклонно усиливаются.

    Сточную воду в зависимости от типа и вида примесей в ней сегодня очищают несколькими методами

    Сточную воду в зависимости от типа и вида примесей в ней сегодня очищают несколькими методами. Причем использоваться может как просто конкретный метод, так и комбинированная технология очистки, если это необходимо для качественной нейтрализации стоков. Чаще всего используют такие методы очистки:

    • Механическая обработка воды (отстаивание и фильтрование). Это самый простой и недорогой способ очистки воды.
    • Химическая очистка стоков (смешивание стоков с химическими нейтрализующими веществами). В результате добавления реактивов в воду происходят реакции, которые полностью или частично нейтрализуют вредные примеси в стоках.
    • Физико-химическая обработка загрязненной воды (обработка ультрафиолетом или озонирование стоков).
    • Биологический способ очистки стоков. В этом случае в водную среду загружается определенное количество бактерий, которые питаются конкретными патогенными микроорганизма, сводя их количество в воде к нулю.

    Очистка воды на предприятии

    Самым распространенным методом обеззараживания воды считается хлорирование

    Помимо очистки сточной воды необходимо провести и стадию её обеззараживания. Самым распространенным методом считается хлорирование. Но согласно канадского «Акта о защите окружающей среды» этот метод представляет собой угрозу для экологии, поэтому в России принято решение о дополнительном дехлорировании стоков перед их сбросом в пруды, грунт или водоёмы.

    Помимо хлорирования очень эффективным способом дезинфекции стоков является озонирование. Но этот метод достаточно дорогостоящ. Используется лишь в странах Европы.

    Альтернативным и качественным способом очистки стоков является обработка воды ультрафиолетом. Специальные УФ лампы воздействуют на поверхность воды, обеззараживая её и уничтожая остаточные патогенные микроорганизмы в жидкости.

    Стоит отметить, что при обработке воды УФ-лампами вода не принимает участия в реакции. Между собой взаимодействуют только бактерии и ультрафиолет. Эффективность такой очистки воды равна 90%.

    Важно: установки для дезинфекции стоков ультрафиолетом не занимают много места и полностью автоматизированы. Кроме того, они не представляют угрозы для человека.

    Методы механической очистки сточных вод

    4. Иловые площадки.

    1. Грубодисперсные системы с размером частиц более 0,1мкм. (суспензии и эмульсии)

    2. Коллоидные системы с размерами частиц 0,1мкм –1,0 мм

    3. истинные частицы размеры, которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов.

    Для удаления или снижения концентрации загрязняющих веществ применяют следующие методы очистки: механические, физико-химические, химические и биологические

    Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют механические процессы периодического или непрерывного действия — процеживание, отстаивание (гравитационное или центробежное), фильтрование.

    1. Процеживание — Первичная стадия очистки сточных вод, предназначенная для выделения из сточных вод крупнокусковых и волокнистых материалов и нерастворимых примесей. Сточные воды пропускают через решетки и сита, которые устанавливают в коллекторах сточных вод перед отстойниками с целью извлечения крупных примесей, которые приводят к засорению труб и насосов.

    2. Отстаивание – Этот метод основан на осаждении из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести и осуществляется в песколовках, отстойниках и осветлителях. Песколовки – происходит удаление минеральных примесей (в основном, песка) время прохождения СВ через песколовки составляет 0,5-2,0 минут.

    Первичные отстойники – под действием гравитационных и центробежных сил происходит оседание твердых частиц на дно отстойника или всплывают на поверхность (метод флотации). Оседающие твердые частицы поступают в шламосборник или оседают на дне песколовки. Шлам удаляют ежесуточно. Оборудование, которое применяют для удаления тв. частиц:

    Аэротенк

    3. Фильтрование – Применяют для удаления тонкодиспергированных примесей жидких и твердых веществ, когда удаление отстаиванием затруднено. Процесс фильтрования основан на пропускании жидкости через пористые или зернистые перегородки, которые задерживают диспергированную фазу Т.Ф. или Ж.Ф. под действием повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

    В качестве перегородок применяют: 1. Перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др. 2. Тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, шерстяные, хлопчатобумажные, из искусственного и синтетического волокна. 3. Зернистые материалы (антрацит, песок, гравий, гранитный щебень и т.п.). После фильтрования осадок удаляют сжатым воздухом, либо промывают жидкостью под давлением.

    Выбор того или иного метода зависит от размера частиц примесей, физических свойств, концентрации взвешенных частиц, расхода вод и необходимой степени очистки

    Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию З.В. и способствующих выпадению нерастворимых или частично растворимых веществ: флотация, сорбция, коагуляция, хлорирование, флокуляция, экстракция, ионный обмен, диализ

    Диализ – процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате

    Электродиализ процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока, обычно этот метод используют для минерализации сточных вод.

    Очищенная вода

    Флотация основана на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками. Молекулы нерастворенных частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды. Воздух подают компрессами.

    Сорбция – основана на пропусканиисточных вод через слой естественных или искусственных сорбентов

    Коагуляция — введение коагулянтов (сульфат алюминия, железа, магния, шламовые отходы) в сточные воды агрегативная устойчивость нарушается, образуются более крупные частицы (хлопья), которые удаляются механическими методами, эффективная очистка может достигать 90-95%

    Флокуляция- процесс агрегации мелких частиц загрязнений в воде за счет образования мостиков между ними и молекулами флокулянтов (крахмал, целлюлоза, синтетические органические полимеры, эфир). Процесс осветления сточных вод ускоряется.

    Экстракция – очистка сточных вод основана на распределении З.В. в смеси двух взаимно нерастворимых жидкости в зависимости от его растворимости в них. В процессе экстракции экстрагент вводят в обрабатываемую воду. После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно превышает остаточную концентрацию в сточной воде, и экстракт отделяется от обработанной сточной воды. Его отделяют различными способами и утилизируют экстрагируемое вещество, экстрагент вновь используют в технологическом процессе

    Биологические методы очистки сточных вод

    Этот метод основан на способности микроорганизмов использовать органические и некоторых неорганические (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) соединения для питания в процессе жизнедеятельности. При этом микроорганизмы частично разрушают вещества, превращая их в воду, диоксид углерода, нитрат-, сульфат- ионы. Существует два способа биоокисления веществ: аэробный и анаэробный.

    · Аэробный метод – основан на использовании аэробных групп организмов (бактерий, водорослей, грибков) для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40 С, концентрация растворенного кислорода не менее 2мг/дм, оптимальная среда обитания при рН воды равной 6,5-7,5.

    Процесс биологической очистки

    (4H2 A – органическое вещество, содержащее водород).

    Естественные и искусственные методы биоочистки

    К естественным методам биологической очистки относятся почвенные методы и очистка сточных вод в биопрудах.

    1.1. Поля орошения: это специально подготовленные земельные участки, которые одновременно используются для очищения сточных вод и агрокультурных целей: очистка происходит под действием солнца, почвенной микрофлоры, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

    1.2. Поля фильтрации –предназначены для биоочистки: фильтрующий слой почвы в котором задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образуя в порах грунта микробиальную пленку, которая адсорбирует коллоидные частицы и раствор в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. 1.3.

    1.3. Биологические пруды – в прудах осуществляется, как простая очистка так и более глубокая очистка бытовых и производственных сточных вод. Существуют пруды, как с естественной аэрацией, так и с искусственной. При естественной глубина прудов 1м, они хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами.

    2. Сооружения искусственной биологической очистки

    Сооружения искусственной биологической очистки можно разделить на две группы: аэротенки и биофильтры

    2.1. Аэротенки – Это- железобетонные аэрируемые резервуары. Активная биомасса в которых находится обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоянии. Процесс очистки идет по мере протекания через него аэрируемой смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. Комплексы в состав которых входят аэротенки имеют производительность от нескольких десятков м³ сточных вод в сутки до 2-3млн.м³/сут.

    Очищение воды

    2.2. Биофильтры – сооружения в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтрах фильтрация сточных вод осуществляется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Биофильтры целесообразно применять при суточных расходах до 20-30тыс.куб.м./сут.

    Типовые схемы очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности

    · Механическая очистка. Сооружения механической чистки включают решетки для задержания грубых примесей, песколовушки для удаления тяжелых минеральных взвешенных веществ и отстойники различных конструкции для улавливания взвешенных веществ.

    · Предусматривает раздельное отведение стоков навозо-, каныго содержащих и жира и инфекционных вод санитарной бойни с обязательной локальной очисткой каждого потока.

    · После очистки данные воды сбрасываются в сеть для хозяйственно-бытовых и малозагрязненных вод и поступают на станцию очистки, где проходят механическую очистку ( решетки, песколовки, осветлители-перегниватели ).

    · Биоочистка – аэротенки, после дезинфекции сбрасываются в водоем.

    · Механическая чистка ( решетки, песколовки, первичные отстойники)

    · Камеры для ферментации ила и площадок для его обезвоживания

    Дополнительные установки для очистки сточной воды

    Помимо перечисленных выше систем и приспособлений в очистке стоков применяются и так называемые мембранные приспособления. В конструкции таких установок есть специальные мембранные листы, переливные трубы и капилляры. Благодаря такой конструкции стоки делятся в мембранной установке на две части. При этом их давление и составы разнятся. Мембранные установки могут быть выполнены из полимеров или керамики.

    Эти современные устройства также используются для осаждения взвешенных частиц в стоках

    Эти современные устройства также используются для осаждения взвешенных частиц в стоках. Благодаря центробежной силе, в которую попадает сточная вода, все примеси отделяются от жидкости и вода считается прошедшей этап механической обработки.

    Гидроциклоны в отличие от центрифуг бывают открытыми (работают с легкими примесями) и напорными (предназначены для отделения тяжелых частиц мусора от стоков). Такая классификация позволяет использовать установки в зависимости от типа и степени загрязнения сточных вод.

    В конструкции фильтрующих производственных центрифуг предусмотрены тонкие металлические листы с перфорацией для более качественного осаждения частиц. Также аппараты имеют основные сетки из меди, алюминия или стали и тканевые плотные перегородки. Вид и тип фильтра полностью зависит от намеченной задачи, то есть от скорости отделения примесей, их величины, вида стоков, давления жидкости и концентрации мусора в стоках.

    Водоочистное устройство для биологической очистки стоков. Здесь вода обрабатывается специальным органическим илом под воздействием нагнетаемого в установку кислорода. В результате происходит поедание бактериями вредных примесей, содержащихся в воде. Чаще всего такой основной метод очистки сточной воды используют в случае её загрязнения органическим мусором.

    Содержание

    Все методы очистки стоков можно условно разделить на деструктивные и рекуперационные. Результатом деструктивных методов очистки будет разложение сложных загрязняющих соединений на простые, они выведутся из воды в виде газов, либо выпадут в осадок, либо останутся растворенными в воде, но обезвреженными. Результатом рекуперационных методов очистки будет извлечение из сточных вод всех ценных веществ для дальнейшей переработки.

    1. Механический
    2. Биологический
    3. Физико-химический
    4. Дезинфекция сточных вод
    5. Термическая утилизация

    Отстаивание воды

    1. Механический метод самый простой. Механической очисткой из сточных вод удаляются нерастворимые компоненты загрязняющие воду, как твердые, так и поверхностные жировые загрязнения. Сточные воды сначала проходят через решетки, далее через сита и отстойники. Более мелкие компоненты осаждаются песколовками.

    Очистка сточных вод от нефтепродуктов осуществляется с помощью жироловок и бензомаслоуловителей. Усовершенствованный метод механической очистки — мембранный — используется вместе с традиционными методами и позволяет производить более тщательную очистку. Механическая очистка сточных вод является подготовкой к биологической очистке и позволяет удалять из бытовых стоков до 70% примесей, а из промышленных — до 95%.