ЛЕКЦІЯ № 7. Механічні та біохімічні методи очищення стічних вод

План

1. Очищення води від грубодисперсних плаваючих речовин.

2. Видалення спливаючих домішок.

3. Фільтрування стічних вод.

4. Відокремлення плаваючих частинок під дією відцентрових сил.

5. Біохімічні методи очищення стічних вод

1. Очищення води від грубодисперсних плаваючих речовин

Промислові та побутові стічні води містять плаваючі частки роз­чинених і нерозчинених речовин. Плаваючі домішки поділяються на тверді та рідкі, вони утворюють з водою дисперсну систему. Залежно від розміру часток дисперсні системи поділяють на три групи:

1. Грубодисперсні системи з частинками розміром більше 0,1 мкм (суспензії й емульсії).

2. Колоїдні системи з частинками розміром від 0,1 мкм до 1 нм.

3. Дійсні розчини, що мають частинки, розміри яких відповідають розмірам окремих молекул або іонів.

Для видалення плаваючих частинок із стічних вод використовують гідромеханічні процеси (періодичні і безперервні): проціджування, відстоювання (гравітаційне і відцентрове), фільтрування. Вибір методу залежить від розміру частинок домішок, фізико-хімічних властивостей і концентрації плаваючих частинок, витрати стічних вод і необхідного ступеня очистки.

Проціджування. Перед більш ретельним очищенням стічні води проціджують через сітку і сита, які встановлюють перед відстійниками з метою вилучення з них великих домішок, що можуть засмітити труби і канали.

Грати (сітки) можуть бути нерухомими, рухомими, а також з’єдна­ними з дробарками. Найбільше поширення мають нерухомі грати. Грати виготовляють з металевих стержнів і встановлюють на шляху руху стічних вод під кутом 60-75 °С. Стержні можуть мати круглий або прямокутний перетин. Стержні з круглим перетином мають мен­ший опір, але швидше засмічуються, тому частіше використовують прямокутні стержні, заокруглені з боку входу води в грати. Грати очищують граблями, які можуть бути встановлені по-різному (рис. 7.1).

Ширина щілини у гратах дорівнює 16-19 мм. Швидкість стічної води між стержнями приймається такою, що дорівнює 0,8-1 м/с.

Втрати напору h_р у гратах визначають за формулою:

, (7.2)

де - швидкість руху води в каналі перед гратами, м/с;Р - коефі­цієнт, що враховує збільшення витрат напору внаслідок засмічення грат (приймають Р = 3); - коефіцієнт місцевого опору грат,g - прискорення вільного падіння, м/с; а - кут нахилу грат, град.; в - товщина стержня, м²; b - ширина просвіту між стержнями, м; β - коефіцієнт (для прямокутних стержнів дорівнює 2,42, для заок­руглених - 1,83 і для круглих - 1,79).

а б

Рисунок 7.1 – Види решіток з граблями для очистки;

1 – грати; 2 – нескінченний ланцюг; 3 – граблі

Зняті з ґрат забруднення направляють на переробку. Для под­рібнення відходів використовують дробарки. Витрата енергії на роботу механізованих граблів, транспортерів і дробарок становить близько 1 кВт на 1000 м³ стічних вод.

Решітки-дробарки являють собою агрегат, що сполучає функції ґрат і дробарки. Дробарки подрібнюють відходи, не витягуючи їх з води.

Для видалення дрібніших плаваючих речовин, а також дорогих продуктів застосовують сита, що можуть бути двох типів: барабанні або дискові. Сито барабанного типу являє собою сітчастий барабан з отворами 0,5-1 мм. При обертанні барабана стічна вода фільтрується через його зовнішню або внутрішню поверхню залежно від підведення води зовні або всередину. Затримані домішки змиваються із сітки водою і направляються в жолоб. Продуктивність сита залежить від діаметра барабана і його довжини, а також від властивостей домішок.

Сита застосовують у текстильній, целюлозно-паперовій і шкіряній промисловості.

Для поділу плаваючих частинок на фракції можуть бути вико­ристані фракціонатори, основною частиною яких є вертикальна сітка, що поділяє ємність на дві частинки (рис. 7.2).

Діаметр отворів сітки 60—100 мкм. Стічна вода через сопло над­ ходить усередину фракціонатора і поділяється на грубу і тонку фракції. При поділі 50-80 % плаваючих часток залишається в грубій фракції.

Відстоювання. Відстоювання застосовують для осадження зі стічних водгрубодисперсних домішок. Осадження відбувається під дією сили ваги. Для проведення процесу ви­користовують пісковловлювачі, відстійники й освітлювачі. В освіт­лювачах одночасно з відстоюван­ням відбувається фільтрація стіч­них вод через шар плаваючих час­тинок.

Як правило, стічні води містять плаваючі частинки різної форми і розміру. Такі води являють собою полідисперсні гетерогенні агрега- тивно-нестійкі системи. У процесі осадження розмір, щільність і фор­ма часток, а також фізичні влас­тивості системи змінюються. Крім того, при з’єднанні різних за хімічним складом стічних вод можуть утворюватися тверді речовини, в тому числі і коагулянти. Ці явища також впливають на форму і розміри частинок. Все це ускладнює встановлення дійсних закономірностей осадження [27].

Рис.7.2 Фракціонатор:

1 - корпус; 2 - сопло; 3 - сітка

Властивості стічних вод, природно, відрізняються від властивостей чистої води. Вони мають більш високу щільність і в’язкість. В’язкість і щільність стічних вод, що містять тільки плаваючі тверді частинки, дорівнює:

(7.3)

(7.4)

Об’ємна частка рідкої фази обчислюється за співвідношенням:

(7.5)

де - динамічна в’язкість стічної води і чистої води, Па • с;С_о- об’ємна концентрація плаваючих частинок, кг/м³; р і р_тв - щільність відповідно чистої води і твердих частинок, кг/м³;- об’ємна частка рідкої фази;У_ж і У_тв - об’єм рідкої і твердої фаз у стічній воді, м³.

Основним параметром, який використовують при розрахунку від­стійників є швидкість осадження частинок (гідравлічна грубість) - .

Для ламінарного, перехідного і турбулентного режимів швидкість вільного осадження кулькоподібних частинок обчислюється за фор­мулою:

) (7.6)

де .- число Рейнольдса; - число Архімеда;d — діаметр частинки.

Для кулькоподібних частинок у формули підставляють еквівалент­ний діаметр частинок: (7.7)

де - об’єм частинки.

При відстоюванні стічних вод спостерігається стиснутий осад, який супроводжується зіткненням внаслідок тертя між собою і зміною швид­кості як великих, так і малих частинок. Швидкість стиснутого осаду менша за швидкість осаду вільного внаслідок виникнення вихідного потоку рідини і великої в’язкості середовища.

Пісковловлювачі. їх застосовують для попереднього виділення міне­ральних і органічних забруднень (0,2-0,25, мм) із стічних вод. Гори­зонтальні пісковловлювачі являють собою резервуари з трикутним або трапецеподібним поперечним перерізом. Глибина пісковловлювачів 0,25-1 м. Швидкість руху води в них не перевищує 0,3 м/с. Різновидом горизонтальних пісковловлювачів є пісковловлювачі з круговим рухом води у вигляді круглого резервуару конічної форми з периферійним лотком для протікання стічної води. Осад збирається в конічному днищі, звідки його направляють на переробку або у відвал. Засто­совуються при витратах до 7000 м³/добу. Вертикальні пісковловлювачі мають прямокутну або круглу форму, в них стічні води рухаються з вертикальним потоком із швидкістю 0,05 м/с.

Конструкцію пісковловлювача вибирають залежно від кількості стічних вод, концентрації плаваючих речовин. Найчастіше використо­вують горизонтальні пісковловлювачі.

Горизонтальні відстійники. Вони являють собою прямокугні резер­вуари, які мають два або більше одночасно працюючих відділення (рис. 7.3). Вода рухається з одного кінця відстійника до другого.

Глибина відстійників дорівнює Н = 1,5-4 м, довжина 8-12 Н, а ширина коридору 3-6 м. Рівномірний розподіл стічної води досягається з допомогою поперечного лотка. Горизонтальні відстійники рекомен­дується застосовувати при витратах стічних вод більше 15 000 м³/добу.

Рис. 7.3. Відстійники:

а - горизонтальний: 1 - вхідний лоток; 2 - відстійна камера; 3 - вихідний лоток;

4 - приямок. б - вертикальний: 1 — циліндрична частина;

2 - центральна труба; 3 - жолоб; 4 - конічна частина, в - радіальний:

1 - корпус; 2 - жолоб; 3 - розподільний прилад; 4 - заспокоююча камера; 5 - скребковий механізм, г - трубчастий, д - з похилими пластинками:

1 - корпус; 2 - пластини; 3 - шлакоприймач

Ефективність відстоювання досягає 60 %. В відстійнику кожна час­тинка рухається з потоком води із швидкістю V і під дією сили тяжіння вниз . Таким чином, швидкість перемішування кожної частинки становитиме рівнодіючу цих двох швидкостей. У відстійнику встигнуть осісти тільки ті частинки, траєкторії яких пересікають дно відстійника траєкторії яких пересікають дно відстійника в межах його довжини. Горизонтальну швидкість руху води у від­стійнику приймають не більше 0,01 м/с. Відстоювання проходить близь­ко 1-3 годин [6].

Радіальні відстійники. Вони являють собою круглі в плані резер­вуари. Вода у них рухається від центру до периферії. При цьому мінімальна швидкість спостерігається у периферії. Такі відстійники застосовують при витратах стічних вод більше 20 000 м³/добу. Глибина проточної частини відстійника 1,5-5 м, а відношення діаметра до глибини від 6 до 30. В основному використовують відстійники діамет­ром 16-60 м. Ефективність осадження їх складає 60 %.

Підвищити ефективність відстоювання можна шляхом збільшення швидкості осадження, якщо збільшити розміри частинок коагуляцією і флокуляцією або якщо зменшити в’язкість стічної води шляхом наг­рівання. Крім цього, можна збільшити площу відстоювання і про­водити процес осадження в тонкому шарі рідини. В останньому випад­ку використовують трубчасті і пластинчасті відстійники. При малій глибині відстоювання процес протікає за короткий час (4-10 хв), що дозволяє зменшити розміри відстійників.

Робочими елементами трубчастих відстійників є трубки діаметром 25-50 мм і довжиною 0,6-1 мм. Трубки можна встановлювати з малим (до 5°) і великим (45:60°) нахилом. Трубчастий відстійник з невеликим нахилом працює періодично (рис. 7.3).

Спочатку проводять відстоювання, потім - промивання трубок від осаду. Для успішного проведення процесу необхідне рівномірне роз­міщення води по трубках і ламінарний режим руху.

Такі відстійники використовують для освітлення стічних вод з неве­ликим вмістом плаваючих частинок при витратах 100-10000 м³/добу. Гідравлічне навантаження у відстійниках 6-10 м³/год на 1 м³ вхідного перерізу трубок. Ефективність очистки 80-85 %.

В трубчастих відстійниках з великим нахилом вода проходить знизу вверх, а осад безперервно сповзає по дну трубок у шламовий простір. Безперервне видалення осаду виключає необхідність промивання тру­бок. Відстійники цього типу можуть бути виготовлені із пластмасових блоків, які встановлюють у корпусах звичайних відстійників. Гід­равлічне навантаження відстійників з великим нахилом трубок від 24 до 7,2 м³/год на 1 м² вхідного перерізу трубок.

Пластинчасті відстійники. Вони мають у корпусі ряд паралельно встановлених нахилених пластин. Вода рухається між пластинами, а осад сповзає вниз в шламоприйомник. Можуть бути прямоточні від­стійники, в яких напрямок руху води і осаду збігаються; протилежні вода і осад рухаються назустріч один одному; перехресні, в яких вода рухається перпендикулярно руху осаду. Найбільш розповсюджені протипоточні відстійники

Освітлювачі. їх застосовують для очистки природних вод і для попереднього освітлення стічних вод дея­ких виробництв. Використовують ос­вітлювачі із плаваючим шаром оса­ду, через який пропускають воду, по­передньо оброблену коагулянтом.

Принципова схема освітлювача показана на рис. 7.4. Воду з коагу­лянтом подають у нижню частину освітлювача. Пластівці коагулянта і плаваючі частинки, які вони заби­рають, піднімаються потоком води до тих пір, поки швидкість випадан­ня їх не дорівнюватиме швидкості піднімаючого потоку І-І.

Зверху цьо­го перерізу утворюється шар плаваю­чого осаду, через який фільтрується освітлена вода. При цьому спостері­гається процес прилипання плаваючих частинок до пластівців коагу­лянта. Осад видаляється у осадоущільнювач, а освітлена вода поступає в жолоб, із якого її направляють на подальшу очистку [28].

Очищена вода

Осад