Методы консультантов / Экологическая часть / Лекции по Промэкологии ППП

Горизонтальные отстойники (рис. 3.8, а) представляют собой удлиненные и прямоугольные резервуары с глубиной 1,5-4,0 м с приямком для сбора осадка. Длина таких отстойников равна 8-12 м, а ширина коридора

– 3-6 м. Такую же конструкцию имеют и горизонтальные песколовки, рассмотренные выше. Осадок сдвигают в приямок с помощью скребкового механизма. Горизонтальная скорость движения воды в отстойнике не выше 0,01 м/с. Это обеспечивает достижение заданной степени отстаивания за 1-3 ч.

Вертикальный отстойник (рис. 3.8, б) представляет собой цилиндрический или квадратный в плане резервуар с коническим днищем. Сточную воду вводят по центральной трубе. После ввода она движется вверх к желобу. Для равномерности распределения воды конец вводной трубы снабжен раструбом и распределительным щитом. Таким образом, оседание частиц происходит в восходящем потоке, скорость которого составляет 0,4- 0,6 м/с. Высота зоны осаждения – 4-5 м.

Радиальные отстойники представляют собой круглые в плане резервуары (рис. 3.8, в), вода в которых движется от центра к периферии. Глубина проточной части такого отстойника составляет 1,5-5 м, а отношение диаметра к глубине – от 6 до 30. Обычно используются отстойники диаметром 9-60 м. Такие отстойники применяются при расходах сточных вод свыше 2000 м3/сут.

Повысить эффективность работы отстойников можно, увеличивая не только площадь, но и глубину отстаивания. Это используют в трубчатых (рис. 3.8, г) и пластинчатых (рис. 3.8, д) аппаратах.

В трубчатых отстойниках основным рабочим элементом являются пучки труб квадратного, круглого или шестиугольного сечения. Трубки устанавливают под некоторым углом к горизонту. Трубчатые отстойники с небольшим углом наклона работают периодически.

Пластинчатые отстойники имеют в корпусе ряд параллельно установленных пластин с расстоянием между ними 25-100 мм. Пластины устанавливают под некоторым углом к горизонтали, достаточным для самопроизвольного сползания осадка. Угол устанавливают экспериментально.

Среди гравитационных отстойников, используемых в промышленности, можно выделить группу простейших устройств – аппаратов периодического действия. Как правило, это цилиндрические резервуары большого диаметра

(рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема гравитационного отстойника периодического действия:

1 – корпус; 2 – патрубки для отвода отстоя; 3 – патрубок для выгрузки осадка

Аппарат 1 объемом V периодически заполняют суспензией, которая отстаивается в течение времени τо. Сначала сливается чистая жидкость через патрубки 2, а затем удаляется образовавшийся концентрированный осадок через патрубок 3. Это отстойник периодического действия. Он же может работать и в непрерывном режиме.

Производительность такого отстойника не зависит от его высоты, а зависит от скорости осаждения частиц (гидравлической крупности – U), продолжительности нахождения суспензии в отстойнике (τ) и площади отстойника (S).

Необходимую площадь отстойника рассчитывают по формуле

где Qc – суточная производительность отстойника,

t – суточная продолжительность работы отстойника, U – гидравлическая крупность частиц,

k – коэффициент объемного использования площади отстойника, равный отношению среднего фактического времени пребывания воды в отстойнике к расчетному. Для вертикальных отстойников этот коэффициент равен 0,4-0,5, а для радиальных и горизонтальных – 0,71-0,8.

Значительно повышается эффективность отстаивания в тонкослойных отстойниках, когда при невысоких концентрациях взвешенных веществ теряется различие между Ш и 1У зонами (рис. 1.10). В этом случае не формируется зона стесненного осаждения, а высота отстаивания уменьшается. Этот показатель (Нотс) рассчитывают по формуле

где Qч – часовая производительность отстойника.

Высота отстаивания составляет 0,5 – 1 м. Такая высота принимается для расчетов в тонкослойных пластинчатых или трубчатых отстойниках. В других отстойниках она, как правило, должна быть в 3-4 раза больше.

4.2. Осветление сточных вод, улавливание жиров и нефтепродуктов

Кроме первичных отстойников для механической очистки воды наиболее часто используют осветлители, нефте- и жироловушки.

Осветлители. Эти аппараты отличаются от отстойников тем, что в их работе для ускорения процесса оседания частиц и используют специальные реагенты – коагулянты или флокулянты, способствующие агрегации, то есть укрупнению частиц. Механизм действия этих реагентов будет описан ниже.

В практике очистки сточных вод часто используют осветлитель со взвешенным слоем осадка, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.10. Вода с коагулянтом поступает в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы поднимаются потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока (сечение А-А). Выше этого сечения образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. Осадок удаляется в осадкоуловитель, в котором из-за отсутствия восходящего движения потока он отстаивается, частично обезвоживается и удаляется по специальному трубопроводу. Осветленная вода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.

Рис. 3.10. Схема осветлителя:

1 – осветлитель; 2 – желоб; 3 – осадкоуплотнитель

Эффективность очистки сточных вод в осветлителях достигает 75%. Пропускная способность осветлителя диаметром 6 м при продолжительности пребывания в нем сточной воды 1,5 ч – 85 м3/ч, а осветлителя диаметром 9 м

– 193 м3/ч. Осветлители компонуют в блок из двух или четырех сооружений.

Жироловки. Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей в зависимости от состава и концентрации примесей производится отстаиванием, обработкой в гидроциклонах и фильтрованием. При отстаивании происходит всплывание частиц масел с плотностью, меньшей плотности воды, по тем же законам, что и осаждение тяжелых частиц. Процесс отстаивания осуществляется в отстойниках, а также маслоловушках при незначительной концентрации механических загрязнений. Конструкция маслоловушек аналогична конструкции горизонтального отстойника (рис.

3.11).

Рис. 3.11. Схема маслоловушки:

1 – входной патрубок; 2 – отстойная камера; 3 – маслосборник; 4 – цепной конвейер; 5 – выходной патрубок

При среднем времени пребывания сточной воды в маслоловушке, равном двум часам, скорость движения воды составляет 0,003-0,008 м/с. В результате отстаивания маслопродукты, содержащиеся в воде, всплывают на поверхность, откуда удаляются маслосборным устройством. Для расчета маслоловушек необходимо знать расход сточной воды и скорость всплывания маслопродуктов, которая определяется по следующей формуле

где d – диаметр осаждаемых частиц,

ρч , ρж – плотности загрязнителя и жидкости.

В этом случае расчет сводится к определению геометрических размеров ловушек и времени отстаивания сточной воды.

Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей фильтрованием – заключительный этап очистки. В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок, доломит, керамзит и др. На рис. 3.12 представлена схема полиуретанового фильтра. Устройство состоит из решетки 1 и патрона 2 с фильтрующим элементом 3 из вспененного полиуретана. Решетка задерживает твердые частицы, а фильтр задерживает

транспортера 6 и нефтесборной трубы 4. Работа данной нефтеловушки характеризуется следующими параметрами: скорость движения воды в ней – 5∙10–3 – 10–2 м/с; степень очистки от нефтепродуктов – 96-98%. Горизонтальные нефтеловушки имеют не менее двух секций. Ширина секции составляет 2-3 м, глубина отстаиваемого слоя воды 1,2-1,5 м, продолжительность отстаивания не менее 2 ч. Производительность типовых горизонтальных нефтеловушек составляет 300, 450 и 600 м3/ч.

Усовершенствованными разновидностями горизонтальных нефтеловушек являются радиальные и полочные (рис. 3.13, б) тонкослойные ловушки. Они имеют меньшие габариты и более экономичны.

4.3. Фильтрование

Для улавливания тонких частиц используют фильтрование сточных вод через тонкие перегородки или насыпные слои зернистых материалов.

В качестве фильтрующих перегородок применяют перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и других металлов, а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стекловолоконные, хлопчатобумажные, шерстяные, из синтетических волокон). Выбор перегородки зависит от коррозионной активности очищаемой воды, физико-химических свойств и концентрации отделяемых осадков. Для осуществления процесса фильтрации в этом случае используются все известные типовые фильтры: нутч-фильтры, прессфильтры, барабанные, дисковые, ленточные, карусельные и др.; непрерывно и периодически работающие; работающие под давлением и в вакууме.

Более широко в водоочистной практике применяют фильтры с насыпным фильтрующим зернистым материалом. Насыпной материал – кварцевый песок, антрацит, дробленый керамзит, шлаки и др.

Фильтры характеризуются показателем, который называется время работы фильтра до проскока. Показатель рассчитывается по формуле

где l – толщина фильтрующего слоя загрузки, м;

V – объем фильтрата или скорость фильтрации, м3; d – диаметр зерен загрузки, м;

S0 и k – константы (или концентрации) взвешенных веществ в осветленной и исходной воде.

Требования к фильтрации следующие:

-фильтрование должно идти в направлении убывающей крупности зерен загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых пленок на поверхности загрузки;

-должна быть предусмотрена интенсивная промывка зерен загрузки при наступлении проскока загрязненных вод;

- фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества и расхода воды.

Требования к фильтрующим материалам: наличие определенного фракционного состава;

механическая прочность на истирание и измельчение; химическая стойкость к воде и примесям; доступность и невысокая стоимость.

По скорости фильтрации фильтры делятся на медленные (со скоростью фильтрации менее 0,5 м/ч), скорые (от 2 до 15 м/ч) и сверхскорые фильтры (более 25 м/ч).

Также они подразделяются на открытые и закрытые, на напорные и безнапорные, а по размерам загрузки верхнего слоя – на мелкозернистые (диаметр частиц до 0,4 мм), среднезернистые (0,4-0,8 мм) и крупнозернистые (более 0,8 мм). По виду используемых материалов фильтры делятся на однослойные и многослойные (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Схемы фильтров с зернистой загрузкой:

а – однослойный с плавающей загрузкой; б – многослойный; в – контактный осветлитель: 1 – распределительный карман; 2 – корпус; 3 – фильтрующая загрузка; 4 – удерживающая решетка; 5 – дренажная система; 6 – распределительная система промывной воды; 7 – желоб для отвода фильтрата и промывной воды; 1, П, Ш, 1У – соответственно потоки очищаемой, очищенной, промывной и загрязненной промывной воды

В однослойных фильтрах загрузка состоит из зерен одного материала (рис. 3.14, а). Загрузка многослойного фильтра (рис. 3.14, б) состоит из нескольких слоев разных материалов, уложенных с уменьшением размера зерен по ходу воды. Контактный осветлитель (рис. 3.14, в) относится к группе многослойных фильтров, только в его работе используются коагулянты и флокулянты для укрупнения частиц взвеси. В этом аппарате крупность зерен уменьшается по ходу потока очищаемой воды. Такое распределение засыпного материала позволяет использовать весь объем фильтрующего слоя, иначе вся извлекаемая взвесь сосредоточилась бы на входе в фильтрующий слой, быстро забивая его.

Значительное влияние на работу узла фильтрации оказывает соотношение продолжительностей периодов фильтрования и регенерации фильтрующего слоя путем промывки его обратным потоком очищенной воды. Чем меньше рабочий период фильтра, тем меньше он забивается улавливаемой примесью и, следовательно, выше средняя скорость фильтрования. Однако при этом увеличивается общая продолжительность простоев фильтра из-за его остановки на промывку. Очевидно, что выбор указанного соотношения периодов очистки воды и промывки фильтрующего слоя является задачей на оптимизацию.

4.4. Гидроциклонирование

Отделение механических примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах, многоярусных гидроциклонах и центрифугах.

Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования частицы в поле гидроциклона может превышать скорость оседания эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз.

К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести:

-высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии;

-сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;

-отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет тангенциального ввода сточных вод;

-возможность создания компактных автоматизированных установок. Открытые гидроциклоны применяют для отделения из сточных вод

крупных механических частиц со скоростью оседания 0,02 м/с. Преимущества открытых гидроциклонов перед напорными – большая производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 Па. Эффективность очистки сточных вод от механических примесей в гидроциклонах зависит от характеристик загрязнений (вида материала, размеров и форм частиц и др.), а также от конструктивных и геометрических характеристик самого гидроциклона.

На рис. 3.15 представлена схема открытого гидроциклона, состоящего из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, трубы для отвода очищенной воды 3 и шламоотводящей трубы.

Рис. 3.15. Схема открытого гидроциклона:

1 – входной патрубок; 2 – кольцевой водослив; 3 – труба для отвода очищенной воды; 4 – шламоотводящая труба

Производительность открытого гидроциклона рассчитывается по

где D – диаметр цилиндрической части гидроциклона,

q – удельный расход воды, определяемый по формуле:

q = 4,32 U, (3.16)

где U – гидравлическая крупность загрязняющего воду материала.

При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются следующие значения геометрических характеристик: D = 2-10 м; высота цилиндрической части H=D, диаметр входного отверстия d=0,1D. Угол конической части α = 60о.

Напорные гидроциклоны (рис. 3.16) применяют для выделения из сточных вод механических частиц со скоростью осаждения менее 0,02 м/с. Производительность напорных циклонов определяется по формуле

где ρ – плотность очищаемой сточной воды,

k – опытный коэффициент, равный 0,524 для гидроциклонов с диаметром цилиндрической части D = 0,125-0,6 м и углом конической части 30о,

d – диаметр входного отверстия.

Рис. 3.16. Схема напорного гидроциклона:

1 – входной патрубок; 2 – труба для отвода воды; 3 – труба для отвода шлама

Многоярусные гидроциклоны по принципу выделения механических частиц из жидкости аналогичны напорным гидроциклонам. В камере гидроциклона устанавливают нескольких секций (ярусов), через которые последовательно проходит очищаемая вода. Это позволит более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне.

Химическая очистка производственных сточных вод может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физикохимической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных