2491_EI (1)

Рис. 1.9. Установка «Кристалл» для очистки сточных вод:

1 – приемник сточных вод; 2 – насос; 3 – виброфильтр; 4 – устройство для сбора осадка; 5 – подача сжатого воздуха; 6 – коалесцирующий фильтр; 7 – блоки фильтра доочистки из

нетканых материалов; 8 – сборник нефтепродуктов; 9 – сборник очищенной воды; 10 – подача нефтеотходов на сжигание; 11 – насос воды оборотного использования

Рис. 1.10. Фильтр прямоугольный пенополиуретановый с передвижным узлом регенерации: 1 – подающий трубопровод; 2, 3 – распределительная камера с шибером;

4 – водораспределительные окна; 5 – секция фильтра; 6 – пенополиуретановая загрузка;

7 – цепной ковшевой элеватор; 8 – отжимные барабаны; 9 – желоб для отвода отжатых масел; 10 – передвижная тележка; 11, 12 – камера с шибером (гидрозатвор); 13 – сетчатое днище; 14 – отводящий трубопровод; 15 – вентиль для опорожнения фильтра

Сточные воды поступают в верхнюю часть фильтра и равномерно распределяются по всей площади загрузки. Пройдя слой ППУ, стоки освобождаются от масел, нефтепродуктов, взвешенных веществ и по обводному трубопроводу выводятся из фильтра, регенерация которого осуществляется механическим отжимом.

Общая схема очистных сооружений включает песколовки, нефтеловушки и фильтры «Полимер». Работа по такой схеме позволяет получить высокую степень очистки, обеспечивающую возможность использования воды в обороте, а также дает большую экономию средств.

Внедрение фильтров «Полимер» более чем в 20 раз повышает грязеемкость кварцевого песка и полистирола, а количество регенерата,

11

образующегося в процессе механического отжатия ППУ, в 30–50 раз меньше количества промывных вод, образующихся при регенерации песчаных и полистироловых фильтров. Производительность такой установки составляет до

600м3 /ч.

2.1.7.Гидроциклоны и центрифуги применяют для механической очистки сточных вод от нефтепродуктов. Гидроциклоны рекомендуется применять взамен песколовок или отстойников при недостатке площади для их размещения (около моечных машин для грубой очистки моющего раствора, установок наружной обмывки локомотивов, автомашин и т.п.), а также для концентрирования и отмывки от нефти осадка из отстойных сооружений. В

гидроциклонах действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. При высокой скорости вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести. Из напорных гидроциклонов наибольшее распространение получил аппарат конической формы (рис. 1.11).

Рис.1.11. Гидроциклон напорный

Сточная вода подается внутрь гидроциклона. При вращении воды под действием центробежной силы внутри гидроциклона образуется ряд потоков. Жидкость, войдя в цилиндрическую часть, приобретает вращательное движение

идвижется около стенок по винтовой спирали вниз к сливу. Часть ее крупными частицами удаляется из гидроциклона. Другая, осветленная часть, поворачивает

идвижется вверх по оси гидроциклона.

Вцентре образуется воздушный столб, давление которого меньше атмосферного. Он оказывает влияние на эффективность работы гидроциклонов.

Напорные гидроциклоны применяют для выделения из воды

грубодисперсных минеральных примесей Эффект очистки от взвешенных

12

веществ в напорных гидроциклонах для щелочных моющих растворов составляет 40–50 %, а для стоков от промывки грузовых вагонов – 30–40 %.

2.2. Физико-химические методы

Для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных и коллоидных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ используются физико-химические методы, к которым относят коагуляцию, флотацию,

адсорбцию, ионный обмен, ультрафильтрацию и др.

Выбор метода зависит от технологических и санитарных требований, состава сточных вод, концентрации загрязнений, а также наличия необходимых материальных, энергетических ресурсов и экономичности процесса.

Различают два вида коагуляции растворов электролитами –

концентрационную и нейтрализационную. Концентрационная коагуляция наблюдается при увеличении концентрации электролита, не вступающего в химическое взаимодействие с компонентами коллоидного раствора. Такие электролиты называются индифферентными.

При нейтрализационной коагуляции, ионы прибавляемого электролита нейтрализуют потенциалопределяющие ионы, при этом уменьшается термодинамический и электрокинетический потенциал.

Коагуляцию широко используют при очистке воды для удаления взвешенных веществ. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. При использовании смесей А12 (S04)3 и FеС13 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном использовании этих реагентов. Кроме этих коагулянтов, для обработки сточных вод могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства и др. Очистка сточных вод коагуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой, хлопьеобразование и осаждение хлопьев.

2.2.1. Флотация является наиболее эффективным методом для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, а также нефтепродуктов. Достоинством флотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратуры, селективность выделения примесей по сравнению с отстаиванием, большая скорость процесса, высокая степень очистки (95–98 %), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации поверхностноактивных веществ (ПАВ), легкоокисляемых веществ, бактерий и

13

микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

Процесс, на котором основана флотация, состоит в том, что при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей.

Затем комплекс «пузырек-частцица» поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др. Наиболее распространены напорные установки. Они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвеси до 4–5 г/л. Для увеличения степени очистки в водудобавляют коагулянты.

Процесс напорной флотации осуществляется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением и выделение растворенного газа под атмосферным давлением. Напорные флотационные установки имеют производительность от 5 до 2000 м3 /ч. Схема установки напорной флотации показана на рис. 1.12.

Рис.1.12. Схема установки флотации:

1– емкость; 2 – насос; 3 – напорный бак; 4 – флотатор

Взависимости от объема и степени загрязнения сточных вод нефтепродуктами используются горизонтальные (рис. 1.13), вертикальные и радиальные (рис. 1.14) флотаторы.

14

Рис. 1.13. Горизонтальный флотатор:

1 – флотационная камера; 2 – выделительная камера; 3 – скребковое устройство; 4 – сборник очищенной воды; 5 – пеносборная камера; 6 – выпуск пенной массы; 7 – выпуск воды;

8 – дросселирующее устройство

Производительность горизонтальных и вертикальных флотаторов составляет до 100 м3 /ч, радиальных – более 100 м3 /ч.

Рис. 1.14. Радиальный флотатор:

1 – зона флотации; 2 – зона разделения; 3 – сборник пены; 4 – скребки; 5 – отвод очищенное воды; 6 – кольцевая перегородка; 7 – вращающийся распределитель;

8 – отвод осадка

Напорные флотационные установки рекомендуется устанавливать после нефтеловушек и отстойников для дополнительной очистки от нефтепродуктов сточных вод перед выпуском их в бытовую канализацию или при использовании очищенной воды в обороте. Для очистки сточных вод железнодорожных предприятий от синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ)

15

используются установки пенной флотации. Отличие данного типа флотации от напорной заключается в том, что загрязняющие частицы выносятся не с пузырьками воздуха, а с пеной. Такие установки получили название – барботажных. Для барботажа рекомендуется применять мелкопористые аэраторы – фильтросные пластины или трубы – с подачей сжатого воздуха от воздухопроводов. Наряду с извлечением из биологически очищенных сточных вод СПАВ, установки пенной флотации обеспечивают ткже снижение концентраций взвешенных примесей и остаточных органических соединений. Содержание СПАВ уменьшается с 2–8 мг/л в исходной воде до 0.5–1.5 мг/л в очищенной воде, взвешенных веществ на 45–50 %, БПК на 50–60 %, ХПК на 55–65 %.

Для повышения эффективности флотационной очистки применяют коагулянты в виде растворов сернокислого алюминия, сернокислого и хлорного железа, образующих в щелочной среде нерастворимые гели гидроксидов металлов. Остаточное содержание нефтепродуктов в сточных водах после механической или физико-химической очистки составляет 10–20 мг/л, поэтому дальнейшую очистку проводят химическим или биохимическими методами.

2.2.2. Электрокоагуляционная очистка сточных вод от таких высокоустойчивых загрязнений, как эмульсии нефтепродуктов, масел и жиров, основана на электролизе с использованием стальных и алюминиевых анодов

(рис. 1.15).

Рис. 1.15. Схема электрокоагуляционной установки:

1 – усреднитель; 2 – бак для приготовления раствора; 3 – источник; 4 – электрокоагулятор; 5 – отстойник; 6 – аппарат для обезвоживания

Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа и алюминия, которые, гидролизуясь, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев. Наступает коагуляция и происходит очистка воды.

16

2.3.Химические методы

Кхимическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Их применяют для удаления растворенных веществ, а также в замкнутых системах водоснабжения. Для химической очистки сточные воды, содержащие нефтепродукты, хлорируют и озонируют. После механической и физико-химической очистки сточные воды, содержащие нефтепродукты и другие растворенные загрязнения (например, фенолы), направляются на биологическую очистку, которая заключается в окислении органических загрязнений микроорганизмами.

2.4.Биохимические методы

Биологическое окисление проводят как в естественных условиях на полях фильтрации, орошения и в биологических прудах, так и в искусственно созданных условиях на биофильтрах и в аэротенках. Поля фильтрации, орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов, биологические пруды и аэротенки – за счет биоценозов этих водоемов. Биоценоз состоит из множества различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов – водорослей и т.д., связанных между собой в единый комплекс. На объектах, где происходит утечка нефтепродуктов, используют капельные и высоконагруженные биофильтры. В качестве фильтрующего материала используют шлак, гранитный щебень, кокс, известняк, антрацит и другие водоустойчивые материалы. Очищенную в биофильтре воду хлорируют, и она поступает во вторичный отстойник. Очищенную воду спускают в водоем. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов биологические фильтры вводят в эксплуатацию при температуре около 20°С.

2.4.1. Аэротенки применяются для очистки сточных вод шпалопропиточных заводов, дезинфекционно-промывочных станций и при совместной доочистке бытовых и производственных вод других предприятий. В основу работы аэротенков положена деятельность микроорганизмов, обитающих в природных водоемах. Они носят название активного ила. Аэротенки подразделяются на аэротенки с регенерацией и без регенерации активного ила, аэротенкисмесители, аэротенки-вытеснители и аэротененки-отстойники. В зависимости от применяемых аэрационных устройств имеются аэротенки с механической, пневматической и пневмомеханической аэрацией.

Аэротенки представляют собой глубокие проточные резервуары с отстойником. В аэротенках происходит постепенное уменьшение количества органических веществ, азота аммонийного, нитратов, нитритов, за счет разрушения их микроорганизмами – минерализаторами. Продолжительность пребывания сточной воды в аэротенке не более 12 часов и зависит от

17

количества подаваемого воздуха, микроорганизмов, находящихся в активном иле, который в виде хлопьев пронизывает всю толщу воды, и от степени загрязнения стоков.

2.4.2. Биологические пруды применяют для очистки и доочистки сточных вод, содержащих органические вещества. Целесообразность устройства биологических прудов определяется климатическими условиями, расходом сточных вод и концентраций загрязнений в них, а также наличием земельных участков для их размещения.

2.5. Методы удаления поверхностно-активных веществ (ПАВ) и фенолов

Предприятиями железнодорожного транспорта ежегодно выбрасывается в водоемы более 100 тыс. т ПАВ. В поверхности воды, содержащей ПАВ, образуется устойчивая пена, которая препятствует поступлению кислорода из воздуха в загрязненные бассейны и, тем самым, ухудшает процессы самоочищения и наносит большой вред как растительному, так и животному миру. Кроме того, некоторые из них придают воде неприятный запах и привкус.

Для очистки сточных вод от ПАВ применяют биохимическое окисление, сорбцию, пенное фракционирование, коагуляцию, выпаривание, ультрафильтрацию, озонирование и др. Выбор метода очистки зависит от концентрации ПАВ в сточных водах, химической природы ПАВ, от наличия в стоках органических и неорганических примесей, стоимости и необходимой степени очистки.

Для очистки сточных вод до норм ПДК обычно используется комплекс методов, конечной стадией которого является биологическая очистка.

Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100–200 мг/л) применяется адсорбционная очистка на активированных углях. Получить воду требуемого качества и повторно использовать ПАВ после регенерации позволяет применение ионообменных смол.

2.5.1. Пенное сепарирование используют для очистки воды от ПАВ. Сущность его заключается в адсорбции ПАВ на границе раздела фаз сточная вода – воздух при непрерывном снятии поверхностного слоя. Для этой цели через сточную воду барботируют воздух, что создает стабильную пену, состоящую из пузырьков газа различного размера. Схема процесса показана на рис. 1.16.

Процесс разрушения пенного слоя происходит медленно. Для ускорения разрушения пены используют пеногасители, в качестве которых применяются кремний- и германийорганические соединения. Однако использование их приводит к дополнительному загрязнению пеноконденсата. Поэтому чаще применяют термические, электрические и механические способы гашения пены.

18

Сточная вода

Рис. 1.16. Схема установки очистки сточных вод методом пенной сепарации: 1 – емкость; 2 – насос; 3 – промежуточный сборник; 4 – расходомер; 5 – сепаратор;

6 – воздуходувка; 7 – сборник; 8 – вентилятор; 9 – циклон; 10 – отстойник; 11– камера концентрирования пены

Сточные воды шпалопропиточных заводов содержат фенолы. Для их очистки применяется метод озонирования. Фенолсодержащие сточные воды дополнительно очищаются на биологических очистных сооружениях. Доочистка производится в аэротенках и на биофильтрах по одно- и двухступенчатым схемам. Степень биологической очистки воды от фенолов достигает 99,9 %.

3. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

ЗАДАЧА 1. Рассчитать радиальную флотационную установку.

19

Методические указания к решению задачи

1. Диаметр флотационной камеры, м (округлить до десятых долей) определяется по формуле

где Qф – расход сточных вод, поступающих на один флотатор, м3/час;

V– восходящая скорость движения воды, равная 6 мм/с.

2.Время пребывания во флотационной камере и отстойной зоне принять равным 20 мин.

3.Высота флотатора равна Нф = 3 м.

4.Диаметр флотатора определяется по формуле

где t – время пребывания во флотаторе, мин.

5. Количество выпавшего осадка, т/сут. по сухому веществу определяется по формуле

Wвзв = Q(Cв.н. − Св.к. ) 10−6 ,

где Св.н. и Св.к. – начальное и конечное содержание взвешенных веществ в сточной воде, мг/л;

Q – расход сточных вод, поступающих на очистку, м3/сут. Q = Qф t p , где t p –

время рабочего состояния флотатора, ч/сут.

6. Количество нефтесодержащей пены, т/сут определяется по формуле

Wн = Q(Cн.н. − Сн.к. ) 10−4 / Вн,

где Снн и Снк – начальное и конечное содержание нефтепродуктов в сточной воде, мг/л;

Вн– содержание нефтепродуктов в пене, %.

7. Концентрация СПАВ в сточной воде, поступающей на установкуСa , и в воде после доочистки C0 , определяется по формулам:

20