Условия выпуска производственных сточных вод в городскую канализацию

При расположении промышленных предприятий в городах или вблизи их, а также при решении о совместной очистке сточных вод группы предприятий промышленной зоны и близлежащего жилого массива загрязненные производственные сточные воды могут сбрасываться в городскую канализацию. Очистка смеси бытовых и производственных сточных вод в этом случае осуществляется на единых очистных сооружениях. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую канализацию ограничен комплексом требований. Выпускаемые в канализацию производственные сточные воды не должны:

- нарушать работу сетей и сооружений;

- содержать более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ;

- содержать вещества, которые способны засорять трубы канализационных сетей или отлагаться на стенках труб;

- оказывать разрушающее действие на материал труб и элементы сооружений канализации;

- содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные примеси в канализационных сетях и сооружениях;

- содержать вредные вещества в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоемы (с учетом эффективности очистки);

- иметь температуру выше 40^оС.

Производственные сточные воды, не удовлетворяющие указанным требованиям, должны подвергаться предварительной очистке. Степень этой очистки должна быть согласована с Водоканалом и Комитетом по охране природы.

Объединение сточных вод, способных вступать в химические реакции с выделением ядовитых или взрывоопасных газов и образовывать эмульсии, а также имеющих большое количество нерастворенных веществ, не допускается. Запрещаются залповые сбросы сильноконцентрированных производственных сточных вод. При значительных колебаниях их состава в течение суток необходимо предусматривать емкости-усреднители, обеспечивающие равномерный выпуск воды.

Для обеспечения нормальной работы очистных сооружений городской канализации при совместной очистке производственных и бытовых сточных вод необходимо соблюдать ряд условий. Очищаемая смесь сточных вод в любое время суток не должна иметь:

- температуру ниже 6 и выше 30оС;

- активную реакцию рН ниже 6,5 и выше 8,5;

- общую концентрацию растворенных солей более 10 г/л;

- БПК более 500 мг/л при поступлении на биологические фильтры и аэротенки и более 1000 мг/л при поступлении в аэротенки с рассредоточенной подачей сточной воды;

- нерастворимых масел, а также смол и мазута;

- биологически жестких синтетических ПАВ практически не окисляющихся на сооружениях биологической очистки;

- концентрацию вредных веществ более, чем указана в таблицах 13 и 14.

Таблица 13

Величины БПК, ХПК и допустимых концентраций (ДК) вредных веществ в чистых растворах при очистке сточных вод в аэротенках-смесителях

Вещество	БПК	ХПК	ДК, мг/л	Средняя скорость окисления, мг БПК на 1 г сухого вещества активного ила в 1 ч
	Мг/мг вещества
Анилин	1,9	2,4	100	9
Ацетальдегид	1,07	1,82	750	12
Ацетон	1,68	2,17	600	28
Бензойная кислота	1,61	1,97	150	14
Бутанол	1,8	2,58	600	15
Глицерин	0,86	1,23	1150	30
Капролактам	1,8	2,12	300	22
Кротоновый альдегид	1,6	2,5	400	5,5
Метанол	1,05	1,5	950	23
Пропанол	1,68	2,4	600	18
Резорцин	1,5	1,89	500	12,2
Толуол	1,1	1,87	200	8
Уксусная кислота	0,86	1,06	200	26
Уксусно-этиловый эфир	1,49	1,8	500	20
Фенол	1,18	2,38	1000	14
Этанол	1,45	2,08	700	19
2-этилгексанол	1,55	2,95	400	100

Таблица 14

Допустимые концентрации (ДК) вредных веществ в сточных водах при биологической очистке

Вещество	ДК, мг/л	Эффективность удаления,%	Вещество	ДК, мг/л	Эффективность удаления, %
Кадмий	0,1	60	ПАВ биологически мягкие (окисляющиеся на сооружениях биологической очистки): анионные	20	80
Кобальт	1	50
Красители: сернистые, синтетические	25 25	90 70
Медь	0,5	80	неионогенные	50	90
Мышьяк	0,1	50	ПАВ промежуточные: анионные неионогенные	20 20	60 75
Нефть и нефтепродукты	25	90	Сульфиды	1	99
Никель	0,5	50	Формальдегид	25	80
Ртуть	0,005	-	Хром (трехвалентный)	2,5	80
Свинец	0,1	50	Цианиды	1,5	-
			Цинк	1	70

Дополнительным условием должно быть следующее. При совместной биологической очистке производственных и бытовых сточных вод ХПК не должно превышать БПК более чем в 1,5 раза. Минимальное содержание биогенных элементов в смеси определяется из соотношения 100:5:1 (БПК:аммонийных азот:фосфор). Если это соотношение не выдержавается, то перед сооружениями биологической очистки в сточные воды необходимо вводить дополнительное количество биогенных элементов в виде растворов аммиачной воды, фосфорнокислого калия и др.

Расчет предельно допустимого сброса

Если очищенные воды сбрасываются в окружающую среду, то необходимая степень их очистки определяется нормативами ПДК, ПДС и экологическими требованиями, в первую очередь требованиями ПДС.

При расчете предельно допустимого сброса необходимо знать следующие значения:

- коэффициент неровности дна водотока или водоема (η) (для ровного дна η = 1);

- коэффициент неровности берегов (φ);

- предельно допустимые концентрации вредных примесей (К_{ПДК, мг/л});

- среднюю скорость течения воды в водоеме или водотоке (v_ср, м/с):

- среднюю глубину водоема (Н_ср, м);

- расход воды в водоеме или водотоке (Q, м³/с);

- расход сточных вод (q, м³/с);

- содержание вредных веществ в воде водоема до выпуска сточных вод (К₁, мг/л).

Расчет ПДС начинается с определения:

коэффициента турбулентности по формуле:

; (74)

коэффициента, учитывающего влияние гидравлических факторов смешения сточных вод:

; (75)

и коэффициента смешения сточных вод с водой водоема:

; (76)

Допустимую концентрацию вредного вещества в сточной воде с учетом ее смешения с водой водоема определяют по формуле:

, мг/л; (77)

а предельно допустимый сброс – по формуле:

ПДС = К_д . q , г/с. (78)

Установление водоохранных зон и прибрежных защитных полос

Водоохраной зоной согласно «Методических указаний по проектированиию водоохранных зон водных объектов и их прибрежных защитных полос» (утвержден приказом МПР 21.08.98 № 198) является территория, примыкающая к акваториям рек, озер и других поверхностных водных объектов, на которой устанавливается специальный режим хозяйственной и иных видов деятельности с целью предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных объектов, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира.

Соблюдение специального режима на территории водоохранных зон является составной частью комплекса природоохранных мер по улучшению гидрологического, гидрохимического, гидробиологического, санитарного и экологического состояния водных объектов и благоустройству их прибрежных территорий.

Размеры и границы водоохранных зон, а также режим их использования устанавливаются проектом на основании результатов обследования водных объектов и прилегающих к ним территорий, физико-географических, почвенных, гидрологических и других условий с учетом прогноза изменения береговой линии водных объектов, а также с учетом принятых нормативов, которые указаны ниже.

Проектом должно предусматриваться установление и нанесение на планово-топографические материалы границ водоохранных зон, составление экспликации земель и перечня хозяйственных и других объектов, расположенных на этой территории.

Ширина водоохранных зон и прибрежных защитных полос устанавливается:

- для рек, стариц и озер – от среднемноголетнего уреза воды в летний период;

- для водохранилищ – от уреза воды при нормальном подпорном уровне;

- для морей – от максимального уровня прилива;

- для болот – от их границы (нулевой глубины торфяной залежи);

- для болот в истоках рек, а также других болот, формирующих сток в водосборном бассейне, водоохранные зоны устанавливаются на прилегающих к ним территориях.

Минимальная ширина водоохранных зон рек устанавливается в зависимости от их протяженности с плавным увеличением ширины зоны от истока к устью. На участка: до 10 км – 50 м, от 10 до 50 км – 100 м, от 50 до 100 км – 200 м, от 100 до 200 км – 300 м, от 200 до 500 км – 400 м, от 500 км и более – 500 м.

Для истоков рек и родников минимальная ширина водоохраной зоны устанавливается не менее 50 м.

Минимальная ширина водоохранных зон:

- для озер и водохранилищ принимается при площади акватории до 2 км² – 300 м, от 2 км² и более – 500 м;

- для болот площадью до 2 км² – 300 м, более 2 км² – 500 м;

- для морей – 500 м.

Размеры и границы водоохранных зон на территории городов и других поселений устанавливаются исходя из конкретных условий застройки в соответствии с утвержденным генеральным планом.

В пределах водоохранных зон запрещается:

- проведение авиационно-химических работ;

- применение химических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками;

- использование навозных стоков для удобрения почв;

- размещение складов ядохимикатов, минеральных удобрений и горюче-смазочных материалов, площадок для заправки аппаратуры ядохимикатами, животноводческих комплексов и ферм, мест складирования и захоронения промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, кладбищ и скотомогильников, накопителей сточных вод;

- складирование навоза и мусора;

- заправка топливом, мойка и ремонт автомобилей, тракторов и других машин и механизмов;

- размещение дачных и садово-огородных участков при ширине водоохранных зон менее 100 м и крутизне склонов, прилегающих территорий, более 3^о;

- размещение стоянок транспортных средств, в том числе на территориях дачных и садово-огородных участков;

- проведение рубок деревьев главного пользования;

- проведение без согласования с органами МПР строительства и реконструкции зданий, сооружений, коммуникаций и других объектов, а также работ по добыче полезных ископаемых, землеройных и других работ;

- при совпадении водоохранных зон и зон санитарной охраны следует руководствоваться требованиями Санитарных норм и правил «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения» (СанПиН 2.1.4.027-95).

Прибрежной защитной полосой является часть водоохраной зоны, территория которой непосредственно примыкает к водному объекту.

В пределах прибрежных защитных полос в дополнении к ограничениям, вводимым для водоохранных зон, запрещается:

- систематическая распашка земель;

- применение удобрений;

- складирование отвалов размываемых грунтов;

- выпас и организация летних лагерей скота (кроме использования традиционных мест водопоя), устройство купочных ванн;

- установка и устройство сезонных стационарных палаточных городков;

- размещение дачных и садово-огородных участков;

- выделение участков под индивидуальное жилищное, дачное и другое строительство;

- прокладка проездов и дорог (кроме прогонов и традиционных мест водопоя скота);

- движение автомобилей, тракторов и механизмов, кроме техники специального назначения.

Прибрежные полосы, как правило, должны быть заняты лесокустарниковой растительностью или залужены.

Максимальная ширина прибрежных полос водных объектов устанавливается в зависимости от топографических условий и видов угодий (таблица 15).

Ширина прибрежных защитных полос для участков водоемов, имеющих особо ценное рыбохозяйственное значение устанавливаются не менее 100 м, независимо от уклона и характера прилегающих земель.

Таблица 15

Минимальная ширина прибрежных защитных полос

Виды угодий, прилегающих к водному объекту	Ширина прибрежной защитной полосы (м) при крутизне склонов прилегающих территорий:
	обратный и нулевой уклон	уклон до 3о	уклон более 3о
Пашня	15-30	35-55	55-100
Луга, сенокосы	15-25	25-35	35-50
Лес, кустарник	35	35-50	55-100

Для морей и горных рек ширина прибрежных защитных полос определяется в каждом конкретном случае с учетом порядка, установленного для водоохранных зон и прибрежных защитных полос.

В городах и населенных пунктах при наличии ливневой канализации и набережной границу прибрежных полос допускается совмещать с парапетом набережной.

Запрещение по размещению стоянок транспортных средств относится к организации коллективных стоянок личных и государственных машин, не запрещая стоянку одиночных машин личного пользования.

Лекция 15. Механические методы очистки сточных вод

План лекции:

1. Классификация методов очистки сточных вод.

2. Основные технологические принципы и назначение механических методов очистки сточных вод: процеживания, фильтрования, гидроциклонирования и технические средства их осуществления.

Классификация сточных вод

Требования к качеству очищенных вод диктуется условиями их дальнейшего применения. Если они возвращаются в производственный цикл, то степень их очистки определяется технологическими требованиями самого производства (например, для производства радиодеталей, печатных плат, спиртных напитков, пива, хороших газированных вод и т.д. требуется очистка природных вод, т.к. они для этого считаются грязными). Если же очищенные воды сбрасываются в окружающую среду, то необходимая степень их очистки определяется нормативами ПДК, ПДС и экологическими требованиями.

Выбор методов очистки зависит от состава сточных вод. Загрязнители сточных вод делятся на физические, биологические и химические. В свою очередь химические загрязнители делятся на:

• биологически нестойкие органические соединения;

• малотоксичные неорганические соли;

• нефтепродукты;

• биогенные соединения;

• вещества со специфическими токсичными свойствами, в том числе тяжелые металлы и биологически жесткие неразлагающиеся органические вещества.

Очистка сточных вод осуществляется: механическими, физико-химическими, химическими и биологическими методами.

Механическая (физическая) очистка сточных вод

Механическая очистка применяется для выделения из сточной воды нерастворенных минеральных и органических примесей. Назначение механической очистки в основном заключается в подготовке производственных сточных вод к биологической, физико-химической и другой более тонкой очистке. Как правило, механическая очистка обеспечивает выделение взвешенных веществ из вод до 90-95% и снижение органических загрязнений на 20-25%.

Продукт, который получается при удалении взвешенных веществ из сточных вод, называется осадок.

Основные методы удаления взвешенных веществ: процеживание, отстаивание, фильтрация, центрифугирование.

Процеживание. Основными аппаратами для процеживания являются решетки. Решетки устанавливают на очистных станциях при поступлении на них сточных вод самотеком. Не применять решетки на очистных станциях допускается в случае подачи вод насосами с установленными перед ними решетками с прозорами 16 мм или менее. Решетки делятся:

1. с ручной или механизированной выгрузкой осадка

2. вертикальные и наклонные

3. решетки-дробилки

Здесь необходимо отметить, что решетки ставятся для извлечения из сточных вод крупных частиц размером более 10 мм. Все более мелкие частицы движутся со сточной водой на предварительное отстаивание.

Отстаивание

Метод отстаивания подразделяется на 2 группы:

1. осветление в поле гравитационных сил

2. осветление в поле центробежных сил.

Для осветления в поле гравитационных сил используют песколовки и отстойники.

Песколовки. Задерживают 40-50% взвешенных веществ с определенной гидравлической крупностью. Но здесь возникло новое понятие как гидравлическая крупность. Ею называется скорость оседания взвешенных частиц в поле гравитационных сил. Измеряется в мм/сек и определяется по формуле:

U = H/τ(H/h)ⁿ, (79)

где Н – глубина проточной части отстойника;

τ – продолжительность отстаивания частиц в цилиндре с высотой столба воды h = 500 мм при температуре 20 С;

n – показатель степени, определяемый по специальным таблицам. Он еще называется коэффициентом гравитационной коагуляции. При обычных условиях без добавки коагулянтов он изменяется от 0,5 до 2. При использовании коагулянтов он равен 0,35-0,75.

Исходя из этих показателей, можно рассчитать рабочую продолжительность протока сточной воды:

t₁ = H(U – w) , (80)

где w – вертикальная составляющая турбулентного потока.

Расчетная длина сооружения определяется по формуле:

L = t v , (81)

где v – скорость потока.

Песколовки подразделяются на:

1) вертикальные; 2) горизонтальные с прямолинейным или круговым движением воды; 3) аэрируемые; 4) тангенциальные.

Вертикальные песколовки (рис. 48) состоят из входной трубы 1, перегородки 2 для изменения направления движения очищаемой воды, шламосборника 3 и выходной трубы 5. В шламосборнике предусмотрено отверстие 4 для удаления шлама. Вертикальные песколовки имеют линейную скорость 0,03-0,04 м/сек, продолжительность пребывания потока в рабочей зоне 2-2,5 мин, а гидравлическая крупность – до 25 мм/сек.

Рис. 48. Схема вертикальной песколовки:

1 – входная труба; 2 – перегородка; 3 – шламосборник; 4 – отверстие для удаления шлама; 5 – выходная труба.

Широкое применение находят горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды, в состав которой входят подводящая труба, выпускной коллектор и приямок. Горизонтальные песколовки работают на больших скоростях 0,15-0,3 м/сек, продолжительность пребывания в рабочей зоне около 1 мин.

Для разделения механических загрязнений по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки (рис. 49), в состав которых входят входная труба 2, воздуховод, воздухораспределители 3, выходная труба 4, шламосборник 5 с отверстием 6 для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются, как и в горизонтальных песколовках. Мелкие же частицы, обволакиваются пузырьками воздуха, всплывают наверх и с помощью скребковых механизмов удаляются с поверхности. Длина таких песколовок:

L = vH/(U – w) . (82)

Аэрируемые песколовки применяются для выделения, содержащихся в сточной воде минеральных частиц гидравлической крупностью 13-18 мм/сек. Скорость движения сточных вод составляет 0,08-0,12 м/сек.

Рис. 49. Схема аэрируемой песколовки:

1 – входная труба; 2 – воздуховод; 3 – воздухораспределители; 4 – выходная труба; 5 – шламосборник; 6 – отверстие для удаления шлама.

Отстойники. Как правило, в отстойниках отделяются частицы меньших размеров, чем в песколовках, что определяет большее разнообразие отстойников перед песколовками. Некоторые из конструкций этих аппаратов показаны на рис.45. Все аппараты отстойники делятся на 2 типа: периодического и непрерывного действия.

Типы аппаратов отстойников непрерывного действия:

1) вертикальные, 2) горизонтальные, 3) радиальные.

Горизонтальные отстойники (рис. 50, 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. 50, 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.

Рис. 50. 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.

Радиальные отстойники представляют собой круглые в плане резервуары (рис. 50, 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 используется в трубчатых (рис. 50, г) и пластинчатых (рис. 50, д) аппаратах.

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

Пластинчатые отстойники имеют в корпусе ряд параллельно установленных пластин с расстоянием между ними 25-100 мм. Пластины устанавливаются под некоторым углом к горизонтали, достаточным для самопроизвольного сползания осадка. Этот угол устанавливается экспериментально. Основной эффект в трубчатых и пластинчатых отстойниках достигается за счет уменьшения глубины отстаивания, что позволяет в несколько раз уменьшить продолжительность очистки.

Среди гравитационных отстойников, используемых в промышленности, можно выделить группу простейших устройств – аппаратов периодического действия. Как правило, это цилиндрические резервуары большого диаметра (рис. 51) Аппарат 1 объемом V периодически заполняется суспензией, которая отстаивается в течение времени τ_о. Сначала сливается чистая жидкость через патрубки 2, а затем удаляется образовавшийся концентрированный осадок через патрубок 3. Такой отстойник называется периодического действия. Он же может работать и в непрерывном режиме.

Суспензия

Рис. 51. Схема гравитационного отстойника

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

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).

Необходимая площадь отстойника рассчитывается по формуле

S = Qc /k t U, (83)

где Qc – суточная производительность отстойника,

t – суточная продолжительность работы отстойника,

U – гидравлическая крупность частиц,

к – 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. В этом случае не формируется зона стесненного осаждения, а высота отстаивания уменьшается. Этот показатель, как правило, рассчитывается по формуле

Hотс = Qч/ S, (84)

где Qч – часовая производительность отстойника.

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

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

Фильтрование. Для улавливания тонких частиц часто используется фильтрование сточных вод путем их через тонкие перегородки или насыпные слои зернистых материалов.

В качестве фильтрующих перегородок используют перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и других металлов, а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стекловолоконные, хлопчатобумажные, шестяные, 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, пресс-фильтры, барабанные, дисковые, ленточные, карусельные и др.; непрерывно и периодически работающие; работающие под давлением и в вакууме.

Более широко в водоочистной практике используются фильтры с насыпным фильтрующим зернистым материалом. В качестве насыпных материалов используются кварцевый песок, антрацит, дробленый керамзит, шлаки и др.

Фильтры характеризуются показателем, который называется время работы фильтра до проскока

t = 1/K (h/v ^1,7 α ^0,7 – sd/v), (85)

где h – высота слоя загрузки, v – скорость фильтрации, d – диаметр зерен загрузки, остальные коэффициенты.

Требования к фильтрации следующие:

1)зависящее от концентрации взвешенных веществ в исходной и очищенной воде фильтрование должно идти в направлении убывающей крупности зерен загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых пленок на поверхности загрузки.

2)при этом должна быть предусмотрена интенсивная промывка зерен загрузки при наступлении проскока загрязненных вод

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

Требования к фильтрующим материалам:

1. наличие определенного фракционного состава

2. механическая прочность на истирание и измельчение

3. химическая стойкость к воде и примесям

4. 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. 52).

В однослойных фильтрах загрузка состоит из зерен одного материала (рис. 52, а). Загрузка многослойного фильтра (рис. 52, б) состоит из нескольких слоев разных материалов, уложенных с уменьшением размера зерен по ходу воды. Контактный осветлитель (рис. 52, в) также относится к группе многослойных фильтров, только в его работе используются коагулянты и флокулянты для укрупнения частиц взвеси. В этом аппарате также 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.

Рис. 52. 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.

Значительное влияние на работу узла фильтрации оказывает соотношение продолжительностей периодов фильтрования и регенерации фильтрующего слоя путем промывке 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.

Гидроциклоны. 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:

1) высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии;

2) сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;

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

4) 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. 53 представлена схема открытого гидроциклона, состоящего из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, трубы для отвода очищенной воды 3 и шламоотводящей трубы. Кроме указанной схемы известны гидроциклоны с нижним отводом очищенной воды и циклоны с внутренней цилиндрической перего родкой.

Рис. 53. Схема открытого гидроциклона:

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

Производительность открытого гидроциклона рассчитывается по формуле:

Q = 0,785qD, (86)

где D – диаметр цилиндрической части гидроциклона,

q – удельный расход воды, для определяемый по формуле:

q = 4,32 U, (87)

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 = 60^о.

Напорные гидроциклоны (рис. 49) применяют для выделения из сточных вод механических частиц со скоростью осаждения менее 0,02 м/с. Производительность напорных циклонов определяется по формуле:

Q = kDd √ 2∆p/ρ , (88)

где ρ – плотность очищаемой сточной воды,

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

Рис. 54. 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. Устройство в камере гидроциклона нескольких секций (ярусов), через которые последовательно проходит очищаемая вода, позволяет более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне.

Жироловки. Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей в зависимости от состава и концентрации примесей производится отстаиванием, обработках в гидроциклонах, флотацией 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. 55).

Рис. 55. 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 ее движения 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:

U = (gd²/18)(ρ_ч – ρ_ж) / ρ_ж , (89)

где d - диаметр осаждаемых частиц,

ρ_ч , ρ_ж – 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. 51 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 жир. Пенополиуретаны, обладая большой маслопоглощательной способностью, обеспечивают очистку до 0,97 - 0,99 при скорости фильтрования 0,01 м/с. Насадка из пенополиуретана легко регенерируется механическим отжиманием маслопродуктов.

2 1 2

3

Рис. 56. Схема полиуретанового фильтра:

1 – решетка; 2 – патрон; 3 – насадки из пенополиуретана.

Лекция 16. Химические, физико-химические и биологические методы очистки и обезвреживания сточных вод

1. Химические и физико-химические способы очистки вод.

2. Биологические способы очистки сточных вод.

3. Доочистка сточных вод.