4.2. Фізико-механічні способи очищення стічних вод

Фізико-механічні способи очищення стічних вод базуються на флотації, мембранних технологіях очищення та азотропному відгоні.

Флотація — найбільш поширений спосіб очищення стічних вод целюлозно-паперових і деревообробних підприємств. Флотацію успішно використовують для очищення стічних вод від масло-продуктів та інших легко-спливаючих речовин, що застосовуються в різних галузях промисловості.

Флотація — це процес молекулярного прилипання частинок забруднювальних речовин до поверхні розподілу двох фаз: вода — повітря, вода — тверда речовина. Процес очищення стічних вод від легко-спливаючих речовин (розчинників, нафтопродуктів та ін.), волокнистих матеріалів за допомогою флотації. [16]

Ефект розділення флотацією залежить від розміру й кількості бульбашок повітря. Дослідами встановлено, що оптимальним слід вважати розмір бульбашок 15—30 мкм. При цьому необхідний високий ступінь насичення води повітряними бульбашками. Питома витрата повітря знижується з підвищенням концентрації домішок, оскільки збільшується ймовірність зіткнення і прилипання частинок забруднювальних речовин до повітряних бульбашок. Важливе значення має стабілізація розмірів бульбашок у процесі флотації. Для цього у воду вводять різні піноутворювачі, що зменшують поверхневу енергію розділення фаз. До них належать: соснове масло, крезол, феноли, алкілсульфат натрію та ін.

Перевагами флотації є: безперервність і велика швидкість процесу, високий ступінь очищення (95-98 %), можливість рекуперації вилучених речовин, простота конструкції флотаційних установок, незначні капіталовкладення.

За принципом дії флотаційні установки класифікуються на такі види; з механічним диспергуванням повітря; з подачею повітря через пористі матеріали; електрофлотаційні та біологічні флотаційні установки. [16]

На машинобудівних, деревообробних і целюлозно-паперових підприємствах доцільно застосовувати пінні, напірні, вакуумні хімічні та біологічні флотаційні установки (Рис. 4.2.1)

Рисунок 4.2.1. Схема напірної флотаційної установки:

1 — трубопровід для стічної вади; 2 — трубопровід для стисненого повітря; 3 — кришка; 4 — відцентровий вентилятор; 5 — пінозбирач; 6 — трубопровід для піни; 7 — водоприймач; 8 — трубопровід для відведення води; 9 — перегородка; 10 — флотатор; 11 — насадки.

Ефект флотації з подачею повітря через пористі матеріали залежить від величини отворів у пористому матеріалі, тиску повітря, витрати повітря, тривалості флотації, рівня води у флотаторі. Досліди підтверджують, що розмір отворів у пористому матеріалі повинен становити від 4 до 20 мкм, тиск повітря — 0,1 - 0,2 МПа, тривалість флотації — 20 - 30 хв, рівень води в камері до флотації 1,5 - 2,0 м. [4]

Крім флотації з механічним диспергуванням повітря, на підприємствах також застосовуються хімічна та біологічна флотації.

Хімічна флотація ґрунтується на введені в стічну воду хімічних реагентів для її оброблення, які спричиняють хімічні процеси. Бульбашки цих газів за деяких умов можуть прилипати до нерозчинених твердих частинок і виносити їх у пінний шар. Таке явище, наприклад, спостерігається при обробленні стічних вод хлорним вапном із введенням коагулянтів. [11]

Біологічна флотація застосовується для ущільнення осаду із первинних відстійників при очищенні побутових стічних вод. Для цього осад підігрівається водяною парою в спеціальній ємкості до 35—55 °С і за таких умов витримується декілька діб. У результаті діяльності мікроорганізмів виділяються бульбашки газів, які виносять частинки осаду в пінний шар, де вони ущільнюються.

Зворотний осмос — це процес фільтрування стічних вод через напівпроникні мембрани під тиском.

Мембрани — тонкі перегородки, виготовлені з напівпроникних і проникних матеріалів (полімери, неорганічні матеріали та ін.), які здатні розділяти як рідинні, так і газові суміші на компоненти. Мембрани, пропускаючи молекули розчинника, затримують розчинені речовини. При зворотному осмосі відокремлюються частинки (молекули, гідратовані іони), розміри яких не перевищують розміри молекул розчинника. [11]

Зворотний осмос широко застосовують для знесолювання води в системах водопостачання парових і водяних котлів промислових підприємств, а також для очищення промислових і побутових стічних вод.

Перевагою цього методу очищення є відсутність фазових переходів при відокремленні домішок, що забезпечує невелику затрату енергії на виконання процесу; можливість проведення процесу очищення при кімнатних температурах без застосування або з невеликими добавками хімічних реагентів; простота конструкції установок.

Недоліки методу: виникнення явища концентраційної поляризації, що полягає у збільшенні концентрації розчиненої речовини на поверхні мембрани. Це призводить до зниження продуктивності, ступеня розділення й тривалості експлуатації мембрани.

Ефективність процесу очищення стічних вод залежить від властивостей мембран. Вони повинні володіти високою роздільною здатністю (селективністю), високою питомою продуктивністю (проникністю), стійкістю до дії середовища, достатньою механічною міцністю. [16]

Ультрафільтрація — це також мембранний процес розділення розчинів, але при малому осмотичному тиску. Цей метод може застосовуватися для очищення стічних вод від високомолекулярних сполук частинок і колоїдів при виробництві деревостружкових плит, клеєної фанери, целюлози та ін. [7]