Осаждение под действием центробежных сил

Центробежная сила во много раз превышает силу тяжести, что повволяет интенсифицировать процесс осаждения. Мерой интенсивности процесса осаждения в поле центробежной силы является фактор разделения. Ф = F_ц/F_т.

Применяемые аппараты – гидроциклоны и центрифуги.

Гидроциклоны применяют для выделения из СВ оседающих и всплывающих примесей для обогащения и сгущения осадков, для разделения частиц на фракции.

Гидроциклоны разделяют на напорные и открытые.

Открытые гидроциклоны применяют для выделения примесей с гидравлической крупностью до 5 мм/с. Диаметр от 2,5 до 6 м. скорость впуска воды 0,1 – 0,5 м/с. Вода подаётся в нижнюю часть цилиндрической части аппарата, ОСВ удаляется из верхней части.

Напорные гидроциклоны имеют диаметр от 15 до 1000 мм. Давление воды на входе 0,5 – 3 атм, скорость воды в циклоне 4 – 15 м/с. Для осветления тонких суспензий применяют гидроциклоны диаметром 10 – 20 мм, которые для сохранения производительности объединяют в один аппарат (мультигидроциклон). Например аппарат состоящий из 320 гидроциклонов диаметром 15 мм обеспечивает производительность 500 м³/сут. и выделяет частицы с гидравлической крупностью 0,1 мм/с.

Расчёт гидроциклонов заключается в выборе стандартного гидроциклона, определении его производительности и назначении количества гидроциклонов. Гидроциклон выбирается в зависимости от диаметра частиц или их гидравлической крупности при осаждении которых достигается заданный эффект очистки.

Биологическая очистка св

Применяется для очистки СВ от растворённых и частично от нерастворённых органических и минеральных веществ. В результате очистки уменьшаются величины БПК, ХПК (значение ХПК выше, чем БПК_полн и определяется бихроматным окислением субстрата), содержание растворённых и взвешенных веществ.

Биологическая очистка СВ основана на способности микроорганизмов использовать в качестве источников питания загрязнения присутствующие в СВ. Основную роль в процессе очистки СВ играют процессы превращения вещества протекающие внутри клеток микроорганизмов. Внутри клеток происходит непрерывный и очень сложный процесс химических превращений. В строгой последовательности, с большой скоростью протекают большое число реакций. Эти процессы заканчиваются окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратой энергии. В результате из сложных химических соединений образуются простые вещества (для аэробных условий - СО₂, для анаэробных - СН₃), происходит выделение энергии которая расходуется на синтез новых клеток и обеспечение жизнедеятельности микроорганизмов.

Для микроорганизмов характерно явлении полиауксии, т.е. в первую очередь окисляются те вещества, которые лучше усваиваются микроорганизмами и необходимы для создания клеточного материала. Установлено что растворённые вещества окисляются с большей скоростью, чем вещества находящиеся в коллоидном и мелкодисперсном состоянии. Порядок окисления веществ сказывается на продолжительности очистки СВ. Скорость реакций и их последовательность зависит от вида и содержания ферментов, которые выполняют роль катализаторов. Ферменты или энзимы представляют собой сложные белковые соединения с молекулярной массой в несколько сотен тысяч и миллионов. Скорость образования и распада ферментов зависит от условий роста микроорганизмов и определяется скоростью поступления в клетку веществ. Каждый из ферментов взаимодействует только с определённым химическим соединением и катализирует одно из многих превращений, которым подвергается данное соединение. Активность ферментов зависит от температуры, рН и присутствия различных веществ (повышают активность ферментов многие витамины, катионы Са⁺², Мg⁺², Mn⁺², уменьшают – антибиотики, соли тяжёлых металлов). Для разрушения сложных смесей, какими являются СВ необходимо от 80 до 100 различных ферментов.

Характеристика активного ила

Активный ил состоит из живых микроорганизмов и твёрдого субстрата. Живые организмы представлены скоплениями бактерий, одиночными бактериями, простейшими червями, плесневыми грибами, дрожжами, актиномицетами, личинками насекомых, рачками, водорослями и т.д. (всего 12 видов микроорганизмов и простейших). Сообщество всех микроорганизмов называется биоценозом.

Скопления бактерий в активном иле окружены слизистым слоем (капсулами). Такие скопления называются зооглеями. Бактерии без слизистого слоя хуже окисляют загрязнения. Бактерии, окружённые капсулами, способствуют улучшению структуры ила, его осаждению и уплотнению. Слизистые вещества содержат антибиотики, способные подавлять нитчатые бактерии. Соотношение капсульных и бескапсульных штаммов называется коэффициентом зооглейности.

Качество ила определяется скоростью его осаждения и степенью очистки СВ. Состояние ила характеризует иловый индекс – отношение объёма осевшего ила к массе высушенного осадка после отстаивания в течение 30 минут. Чем хуже оседает ил тем более высокий иловый индекс он имеет.

Утилизация активного ила. Активный ил, выходящий со сточной водой, осаждается во вторичных отстойниках. Образующийся АИ (концентрация твердого вещества 5 – 10 кг/м³, влажность осадка 97,5 – 98%) поступает в отстойники-илоуплотнители (время илоуплотнения 1,5 – 2 часа). Часть его возвращают в аэротенки. Остальное – избыточный активный ил направляют на механическое обезвоживание (применяют вакуум-фильтры, центрифуги, фильтр-прессы и винтовые прессы). Затем обезвоженный АИ сжигают, либо вывозят в отвал. Жидкость из илоуплотнителей с концентрацией твёрдой фазы около 0,5 кг/м³ возвращают в первичные отстойники.

Способы биологической очистки.

1. Аэробная очистка. Осуществляется микроорганизмами, для жизнедеятельности которых необходим кислород. Применяемые аппараты – аэротенки и биофильтры. Наибольшее распространение получили аэротенки – ж/б резервуары, оборудованные системой аэрации. Они бывают 2, 3 и 4-х коридорные. По гидродинамическому режиму аэротенки подразделяются на аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители и аэротенки с рассредоточенной подачей СВ.

В аэротенках – смесителях, сточная вода и АИ подаётся и отводится равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка, при этом считается что происходит полное смешение поступающей СВ с водой находящейся в аэротенке. Распределение сточных вод производится посредством лотков, размещённых над перегородкой, разделяющей коридоры аэротенка.

В аэротенка-вытеснителях СВ и АИ подаются с одной из торцевых сторон аэротенка и выходят также сосредоточенно с другой торцевой стороны. К преимуществу аэротенков-вытеснителей относится возможность более глубокой утилизации загрязнений. Недостатки - чувствительность к колебаниям нагрузок, залповым сбросам и неравномерность скорости окисления загрязнений по длине аппарата. Аэротенки-вытеснители рекомендуется использовать при начальном значении БПК₂₀250 мг/л, при более высоких значениях – аэротенки-смесители. При 2-х ступенчатой биологической очистке на 1 ступени обычно устанавливают аэротенки-смесители, а на 2 - аэротенки-вытеснители. Для живых организмов активного ила характерно явление полиауксии – последовательного потребления питательных веществ, т.е. сначала потребляются наиболее ценные питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности и размножения, а затем менее ценные. В аэротенках-вытеснителях, где ил и СВ подаются одновременно в начало процесса очистки, сначала потребляются наиболее ценные для бактерий вещества, а в дальнейшем уже перерабатываются оставшиеся загрязнения, что обеспечивает более полную очистку СВ.

В аэротенках с рассредоточенной подачей СВ, последняя подаётся в нескольких точках по длине аэротенка.

Биологическая очистка СВ может осуществляться в одну или две ступени. В соответствии с рекомендациями СН и П 11 – 32 – 74 при БПК₂₀ выше 250 мг/л необходимо применять двухступенчатую схему биологической очистки, при этом на первой ступени обычно устанавливаются аэротенки – смесители, а на второй ступени аэротенки – вытеснители.

Для окисления загрязнений необходим кислород, который вводится с воздухом с помощью системы аэрации. Система аэрации СВ – комплекс устройств обеспечивающих подачу и распределение воздуха в аэротенке и поддержании АИ во взвешенном состоянии. Системы подразделяются на пневматические, механические и пневмомеханические. Обычно используют пневматические системы аэрации, включающие подачу сжатого воздуха по трубопроводам из воздуходувной станции и его диспергирование в аэротенке. В зависимости от размера образующихся пузырьков воздуха различают аэраторы тонкого диспергирования (мелкопузырчатые), среднепузырчатые и крупнопузырчатые. Наиболее распространена фильтросная система, состоящая из перфорированных труб. Интенсивность аэрации – не менее 5 м³ воздуха в час на 1 м² аэротенка. В силу значительного пенообразования, её ограничивают сверху. Не более 8 для стоков сульфатцеллюлозного и гидролизно-дрожжевого производства, не более 10 м³/м²час для других стоков.

При проектировании станций аэрации необходимо учитывать несколько параметров. Наиболее важный из них – нагрузка по органическому веществу, т.к. она определяет тип процесса и время очистки.

Нагрузка по органическому веществу: Р = LQ/хV, где L – БПК, г/л; Q – расход, м³/сут; V – объём аэротенка, м³; х - концентрация взвешенных веществ, г/л.

Существует три основных типа очистки: быстрая (Р = 0,5 – 2); стандартная (Р = 0,25 – 0,45) и продлённая (Р = 0,05 – 0,2). Быстрый процесс очистки используют в основном для частичной очистки стоков, поэтому обычно выбирают между стандартной и продлённой аэрацией.

2. Анаэробная очистка. Осуществляется микроорганизмами для жизнедеятельности которых не требуется кислород. Процесс осуществляется без подачи воздуха. Эти микроорганизмы сначала окисляют загрязнения до кислот, затем кислоты служат источником питания метанобразующих бактерий. В результате этих превращений образуется газ - метан. Процесс осуществляется в аппаратах – метантенках, достаточно сложных по устройству. Требуется поддерживать температуру 30 – 35С, рН = 6,8–7,2.

Недостатки анаэробного способа очистки.

- эти микроорганизмы чувствительны к температуре, рН, присутствие тяжелых металлов, сульфидов и фенолов ингибируют процесс очистки.

- БПК₅ поступающей сточной воды должно быть не менее 500 – 1000 мг/л.

Достоинства анаэробного способа очистки:

- процесс не требует затрат энергии на аэрацию;

- прирост биомассы в несколько раз ниже;

- образующийся биогаз, содержащий до 80% метана, можно использовать в качестве топлива; выше эффект очистки по ХПК (до 75%).

Очистка воздуха от пыли.

Способы очистки

1. Осаждение под действием сил тяжести

2. Осаждение под действием инерционных и центробежных сил

3. Мокрая очистка воздуха от пыли

4. Фильтрование

5. Электрическая очистка

1. Применяемые аппараты: пылеосадительные камеры, расстояние между полками 0,1 – 0,4 м, отделяется пыль d  100 мкм,  = 30 – 40%, потери Р = 0 Па.

2. Инерционные пылеуловители: w = 5 – 15 м/с; с  0,02 кг/м³, d 25 мкм,  = 60%, Р = 500 Па. Наиболее распространены жалюзийные пылеуловители.

Циклоны: отделяется пыль d 5 мкм,  = 60 – 85 %, (d = 5 мкм),  = 85 – 90 %, (d=10 мкм),  = 90 – 95 %, (d=20 мкм), Р = 400 – 700 Па; с < 0,4 кг/м³ (для циклонов диаметром от 100 до 1000 мм). с = 5 – 10 кг/м³ (диаметр достигает 3 м, высота 10 м, производительность до 30000 м³/ч), температура газа должна быть на 15 - 20С больше температуры точки росы, очищается воздух с t до 400С (для циклонов из углеродистой стали), t  400С (циклоны из жаропрочных материалов, футерованные керамической плитками).

Батарейные циклоны: D – 100, 150, 250 мм; с = 0,05 – 0,1 кг/м³;  до 98 %, Р = 500 – 800 Па.