Механические способы очистки. Технические средства


Промышленные сточные воды часто содержат загрязнения, которые образуют гетерогенные системы с различной степенью дисперсности загрязняющих веществ – взвеси, частицы дисперсной фазы которых образованы нерастворимыми в воде твердыми веществами. Для удаления таких частиц из воды используют процессы процеживания, отстаивания, центрифугирования и фильтрования (таблица 2), которые составляют сущность методов механической очистки промышленных сточных вод. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют в тех случаях, когда получаемую очищенную воду можно использовать в производстве или спускать в природные водоемы. Во всех других случаях механическая очистка является первой (предварительной) стадией перед другими видами очистки сточных вод. При механической очистке удается извлечь до 60-80% нерастворенных загрязнений. Механическую очистку применяют для удаления нерастворимых оседающих примесей, всплывающих взвешенных веществ.

Таблица 2 Процессы и устройства механической очистки сточных вод

Процессы

Решаемая задача

Устройства (оборудование)

Процеживание

Удаление крупных примесей

Удаления взвешенных частиц

-решетки (неподвижные и подвижные; совмещенные с дробилками);

-сита (барабанные, дисковые);

Отстаивание

Осаждение грубодисперсных примесей

Выделение всплывающих примесей

-песколовки;

-отстойники (периодического и

непрерывного действия);

-осветлители;

-нефтеловушки;

-жироловушки;

Фильтрование

Выделение тонкодиспергированных твердых или жидких веществ

-фильтры с зернистым слоем;

-микрофильтры;

-магнитные фильтры;

Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил

Выделение тонкодиспергированных твердых или жидких веществ

-гидроциклоны (напорные и открытые);

- центрифуги.

Процеживание – это первичная стадия очистки сточных вод.

Процеживаниепредставляет собой процесс пропускания загрязненной сточной воды через решетки и сита, с зазором между стержнями 5-25 мм с целью улавливания крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм.

II-4Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками. Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки. Неподвижная решетка выполняется в виде металлической рамы, внутри которой устанавливается ряд параллельных стержней. Стержни могут иметь круглое или прямоугольное сечение. Решетку ставят на пути движения сточных вод вертикально или под углом 60 – 75О.Вода со скоростью 0,8 – 1,0 м/с проходит между стержнями решетки, крупные загрязнения задерживаются на решетке и затем снимаются специальными механическими устройствами (рис. 1). Полученные твердые отходы подлежат дальнейшей переработке. Один из способов их утилизации - обезвоживание на механическом прессе с последующим сжиганием с примесью дешевого топлива.

Рис. 1. Виды решеток (а-в)
с граблями для очистки:

1 – решетка;

2 – бесконечная цепь;

3 – грабли.

Промышленность выпускает:

1. вертикальные решетки марки РММВ – 1000, применяемых при ширине и глубине коллектора равных – 1000 мм;

2. наклонные решетки марки МГ(800/1200)-98, МГ(1600/2000)-98,

где числитель - ширина коллектора, мм;

знаменатель – глубина,мм;

3. решетки-дробилки марок РД-200, РД-600,

где 200 и 600 – диаметр барабана,мм.

РАСЧЕТ РЕШЕТОК. При расчете решеток определяют их размеры (число прозоров, ширину) и потери напора, которые возникают при прохождении сточных вод через решетку. Затем по каталогам подбирают подходящую типовую решетку.

Число прозоров определяют по формуле:

,(1)

где Q – расход сточной воды, м3/с;

b– ширина прозора, м (от 5 до 25 мм);

h – глубина протока, м (от 0,5 до 1,0 м);

V – скорость движения сточной воды в прозорах решетки, м/с (принимают от 0,8 до 1 м/с).

Ширину решетки определяют по формуле:

(2)

где Вр – ширина решетки, м;

– толщина стержня, м (принимают от 10 до 50 мм).

Для удаления взвешенных частиц с размерами порядка 0,5 – 1 мм применяют сита (барабанные и дисковые). Частицы задерживаются на поверхности сита, затем смываются с нее водой и отводятся в специальный желоб.

Отстаивание применяют для удаления из сточных вод грубодисперсных оседающих и выделения всплывающих взвешенных примесей.

При этом имеют место два вида отстаивания:

  • частицы осаждаются под действием своей силы тяжести – свободное осаждение без изменения формы и размеров частиц;
  • частицы осаждаются путем коагуляции с изменением формы и размеров.

Процесс осаждения характеризуется скоростью осаждения (всплытия, витания) частиц в жидкости, которая определяется уравнением Стокса (для ламинарного режима движения сточной воды):

,(3)

где g– ускорение силы тяжести, ;

d – диаметр частиц, м; dпеска=0,0003м; dжира=0,0002м;

ρч – плотность загрязняющих примесей, м; ρпеска=2300; ρжира=850;

μж – динамическая вязкость жидкости, ; μж=0,00102.

С увеличением размеров частиц скорости их осаждения возрастают и ламинарный режим течения нарушается.

Для частиц dч>1мм скорость осаждения определяется по формуле Риттенгера:

, (4)

где k – коэффициент, зависящий от формы и состояния поверхности частиц.

Очистку сточных вод отстаиванием осуществляют в песколовках, жироловках, отстойниках.

Песколовки предназначены для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом песка, с крупностью частиц 0,2 – 0,25 мм. Их устанавливают перед отстойниками. Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали тяжелые минеральные частицы, но не выпадал легкий осадок органического происхождения. По характеру движения воды песколовки разделяются на:

1. горизонтальные – с круговым или прямолинейным движением воды;

2. вертикальные – с движением воды снизу вверх;

3. аэрируемые (с винтовым движением воды).

Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением, состоящие из одной или нескольких секций шириной от 0,8 до 8 м. Глубина песколовок 0,25 – 1,0 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Конструкцию песколовок выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации загрязнений. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.

РАСЧЕТ ПЕСКОЛОВОК – ЖИРОЛОВОК.
При расчетах песколовок – жироловок определяют расчетный расход сточных вод, геометрические размеры сооружения и осуществляют подбор фекального насоса для откачки осадка.

Максимальный часовой расход сточных вод определяют по формуле:

, (5)

где Qmax – максимальный часовой расход сточных вод, м3/ч;

q – укрупненная норма водоотведения, м3 на единицу продукции;

M – производственная мощность предприятия, т/см;

Кч– часовой коэффициент неравномерности водоотведения;

T – число часов работы в смену (T = 7–8 ч).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ
ПЕСКОЛОВКИ – ЖИРОЛОВКИ.

Песколовка – жироловка представляет собой удлиненную емкость прямоугольного поперечного сечения, размеры ее: ширина – B, глубина проточной части - h , длина проточной части – L.

Сточная жидкость попадает в песколовку – жироловку через лоток, проходит под погружной доской и со скоростью V движется к жиросборным воронкам.

При прохождении сточной воды от лотка до жиросборных воронок частицы жира всплывают на поверхность, а твердые частицы минерального происхождения (песок, шлак и т.п.) выпадают в осадок в специальных приямках. Скорость горизонтального перемещения сточной воды принимают равной минимальной скорости всплывания жировых частиц.

Всплывший жир через воронку и трубы направляется в диросборный колодец. Размеры поперечного сечения песколовки – жироловки можно определить из уравнения равномерного движения:

, (6)

где F – площадь живого сечения потока, м2 .

В практике часто принимают равенство h = B, тогда B = h =,м.

Полученные данные можно округлить до конструктивно удобных. Длину проточной части можно определить по формуле:

, (7)

где t – время пребывания сточной воды в песколовке – жироловке, мин

(t принимают равным 10-15 мин),

V – горизонтальная скорость движения сточной воды в песколовке – жироловке, мм/с

V принимают равной 12-20 мм/с).

Определяемая длина песколовки является рабочей. Для создания равномерных скоростей в песколовке вход в нее выполняют в виде плавного расширения, а выход – в виде плавного сужения. Глубина слоя осадка в песколовке зависит от количества выпадающего песка и от времени между очистками (не более двух дней во избежание загнивания осадка).

Отстойники представляют собой сооружения, в которых из большого объема сточной воды осаждаются или всплывают грубодисперсные примеси менее 0,25 мм.

В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они делятся на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники перед сооружениями для биохимической очистки сточных вод, вторичными - отстойники, используемые для осветления сточных вод, прошедших биохимическую очистку.

По режиму работы различают:

- отстойники периодического действия и

- отстойники непрерывного действия.

По направлению движения основного потока воды различают отстойники:

- горизонтальные,

- вертикальные,

- радиальные.

В промышленности применяют различные конструкции отстойников.

Горизонтальные отстойники. Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения (рис. 2). Вода движется с одного конца отстойника к другому. Глубина отстойника Н = 1,5 – 4,0 м, длина 8,0 – 12,0 Н, а ширина коридора 3,0 – 6,0 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Получаемый в отстойнике осадок необходимо удалять и обезвреживать. При залеживании осадка в отстойниках в течение длительного периода он загнивает с выделением газов и всплывает.

Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м3/сут. Эффективность отстаивания достигает 60%.

II-7


Рис. 2. Отстойники:

а – горизонтальный: 1 - входной лоток; 2 – отстойная камера;

3 – выходной лоток; 4 – приямок;

б – вертикальный: 1 – цилиндрическая часть; 2 – центральная труба; 3 – желоб;

4 – коническая часть;

в – радиальный: 1 – корпус; 2 – желоб; 3 – распределительное устройство;

4 – успокоительная камера; 5 – скребковый механизм;

г – трубчатый; д – с наклонными пластинами: 1 – корпус; 2 – пластины;

3 – шламоприемник.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем. Сточная вода подводится по трубе вниз отстойника и движется затем снизу вверх. Осаждение проходит в восходящем потоке жидкости, скорость которого составляет 0,5-0,6 м/с. Высота зоны осаждения 4-5 м.

РАСЧЕТ ОТСТОЙНИКА.

В основе расчета всех типов отстойников лежит заданный эффект задержания взвешенных веществ, который выбирают с учетом обеспечения нормальных условий работы последующих очистных сооружений. Размеры отстойников определяют по следующим формулам:

длина горизонтальных (в м):

, (8)

радиус радиальных, вертикальных (в м):

, (9)

где Q – расчетный расход сточных вод на каждый отстойник, м3/ч;

H – глубина проточной части отстойника, которую принимают от 1,5 до 3 м в зависимости от производительности очистных сооружений, а при соответствующем обосновании до 4 м, отношение длины и глубины от 8 до 12;

V – средняя расчетная скорость в проточной части отстойника, мм/с

(принимают для горизонтальных и радиальных отстойников 5-7 мм/с, а для вертикальных 0,7 – мм/с);

K – коэффициент, зависящий от типа отстойника и конструкции водораспределительных и водосборных устройств

(принимают 0,5 для горизонтальных отстойников, 0,35-0,45 для вертикальных и радиальных);

Uo– скорость осаждения частиц взвеси в отстойнике (гидравлическая крупность, мм/с), в зависимости от размеров частиц и габаритных размеров отстойников усредненное значение Uoдля горизонтальных отстойников 0,75-1,6 мм/с, для радиальных и вертикальных отстойников 0,6-2,5 мм/с.

После определения L и R для горизонтальных и радиальных отстойников уточняют значение фактической скорости Vф, мм/с:

для горизонтальных отстойников:

, (10)

где B – ширина отстойников, м (принимают в пределах 2-5 Н для радиальных отстойников),

в сечении на половине радиуса:

. (11)


Осветлители применяются для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускается вода, предварительно обработанная коагулянтом. Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Агрегаты коагулянта в виде рыхлых хлопьев захватывают частицы взвеси и поднимаются восходящим током воды на некоторую высоту, образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется вода. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает на дальнейшую очистку. Конструкции осветлителей весьма разнообразны.

Нефтеловушки и жироловушки. Для выделения из сточных вод всплывающих примесей - нефти, масел, жиров в промышленности используют нефтеловушки и жироловушки. По сути эти приспособления являются также отстойниками, но примеси здесь концентрируются на поверхности водного зеркала, собираются и удаляются из верхней части такого отстойника.

Нефтеловушки применяют для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефть и нефтепродукты при концентрации более 100 мг/л. Нефтеловушки представляют собой прямоугольные вытянутые в длину резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разницы в их плотностях. Остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде 100 мг/л. Для улавливания жиров применяют жироловушки, имеющие конструкцию, по основным элементам подобную конструкции нефтеловушек.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Основной конструкционный элемент очистных установок – фильтр, представляющий собой пористую перегородку, проницаемую для воды, но задерживающую частицы дисперсной фазы.

В качестве фильтров используют:

  • металлические перфорированные листы;
  • сетки из коррозионно стойкой нежавеющей стали или других металлов и сплавов – алюминия, никеля, меди, латуни;
  • ткани, тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического волокна), керамику.

Роль пористой перегородки (фильтра) может выполнять слой зернистого материала – песка, гравия, кокса и др. Материал фильтра должен быть устойчив к воздействию очищаемой воды, термически стоек, механически прочен. Процесс фильтрования проводят с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки или с закупоркой пор фильтрующей перегородки.

Для фильтрования используют различные по конструкции фильтры. Основные требования к ним:

  • высокая эффективность выделения примесей;
  • максимальная скорость фильтрования.

Фильтры подразделяют по различным признакам:

1. по характеру протекания процесса – периодические, непрерывные;

2. по виду процесса – для разделения, осветления, сгущения;

3. по давлению – вакуумные (0,085 МПа), под давлением (0,3-1,5 МПа), гидростатические (0,05 МПа);

4. по направлению фильтрования – вверх, вниз, в бок;

5. по конструктивным признакам;

6. по съему осадка и т.д.

Фильтр с зернистым слоем представляет собой резервуар с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой, через который пропускается очищаемая сточная вода. Загрязнения задерживаются фильтрующим слоем. По конструкции фильтры с зернистым слоем могут быть медленные и скоростные (однослойные и многослойные), открытые и закрытые. Скоростные многослойные фильтры (рис. 3) характеризуются большей производительностью и степенью очистки сточных вод. Промывка фильтра проводится чистой водой при подаче ее снизу вверх.

Рис.3 Схема очистки сточной воды в скоростном фильтре

Микрофильтры представляют собой слой сеток с отверстиями диаметра 40 – 70 мкм. Применяют для очистки сточных вод от волокнистых материалов. В магнитных фильтрах роль фильтрующей перегородки выполняется магнитом, который позволяет удалять из сточных вод ферромагнитные частицы размером 0,5 – 5 мкм.

Центрифугирование – осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы. Проводят в гидроциклонах и центрифугах.

Гидроциклоны:

  • напорные – для осаждения твердых примесей;
  • открытые (низконапорные) – для удаления осаждающих и всплывающих примесей.

При вращении жидкости в гидроциклоне на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, гравитационные силы, силы инерции. Эффективность очистки гидроциклонов – 70%. Гидроциклоны изготавливают диаметром от 10 до 700 мм, высота цилиндрической части приблизительно равна диаметру аппарата. Угол конусности равен 10 – 20°.

Достоинства гидроциклонов:

  • простота устройства;
  • компактность;
  • легкость обслуживания;
  • высокая производительность;
  • невысокая стоимость.