Очистка сточных вод.

Охране окружающей среды во всем мире с каждым годом придается все большое значение, что связано с резким возрастанием количества вредных выбросов промышленности, наносящих непоправимый ущерб биосфере. Поскольку численность населения планеты возрастает, и, соответственно, растут его потребности, невозможно ожидать снижения объемов промышленного производства. Поэтому очевидной становится необходимость борьбы с загрязнением окружающей среды промышленными выбросами. Основные направления для решения данной задачи: очистка выбросов, использование в производстве экологически чистых технологических процессов и организация безотходных производств.

Вода используется во многих технологических процессах, в большинстве из которых она является незаменимым компонентом. Однако запасы пресной воды небезграничны. В связи с этим очистка сточных вод промышленных предприятий для повторного использования очищенной воды в производстве является обязательным условием устойчивой работы предприятия, при этом ущерб наносимый гидросфере существенно снижается.

Методы Очистки сточных вод.

Процеживание – первичная стадия очистки сточных вод – предназначено для выделения из сточных крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также волокнистых загрязнителей. Процесс процеживания сточных вод осуществляется пропусканием воды через специальные решетки. Они изготавливаются из металлических стержней и устанавливаются в коллекторах вертикально или под углом 60-70⁰. При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться, что осуществляется механически, реже вручную.

Отстаивание – основано на особенностях осаждения твердых частиц в жидкости. Данный метод очистки осуществляют в песколовках и отстойниках. Песколовки разных конструкций применяют для очистки вод от частиц песка или окалины. Принцип работы простейшей горизонтальной песколовки заключается в создании поверхностной циркуляции воды через резервуар, при этом оседающие частицы скапливаются на дне резервуара и поступают в специальное отделение, называемое шламосборник.

Отстойники используются для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 0,25 мм. Существуют различные конструкции отстойников, отличающиеся по способу поступления в них сточной воды: горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные. На рисунке 1 представлена схема радиального отстойника. Очищаемая сточная вода по входному патрубку 1 с расширяющимся диаметром сечения на выходе поступает в отстойник и движется в радиальном направлении, благодаря чему происходит осаждение частиц загрязнителя. Очищенная сточная вода по отводящим трубопроводам 2 направляется для последующей обработки, а шлам направляется в шламосборник 3 вращающимся скребком 5 и через канал 4 периодически удаляется из отстойника.

Рисунок 1. Схема радиального отстойника.

Отделение твердых примесей в поле действия центробежных сил – осуществляется в гидроциклонах и центрифугах различных конструкций. На рисунке 2 представлена схема гидроциклона открытого типа. Очищаемая сточная вода по входному патрубку 2 поступает в цилиндрическую часть гидроциклона 1. Там создается круговое движение воды, в результате чего взвешенные частицы загрязнителя постепенно оседают на стенках гидроциклона. Затем частицы постепенно скатываются в нижнюю часть гидроциклона и удаляются через шламоотводную трубу 5. Очищенная вода поступает в кольцевой водослив 3 и затем через трубу для отвода очищенной воды 4 выводится для дальнейшей обработки.

Рисунок 2. Схема гидроциклона открытого типа.

Фильтрованиесточных вод предназначено для их очистки от тонкодисперсных примесей с небольшой концентрацией. Для очистки сточных вод машиностроительных предприятий используют 2 классафильтров:зернистые, в которых очищаемую воду пропускают через несколько слоев несвязанных пористых материалов, имикрофильтры, фильтроэлементы которых изготовлены из связанных пористых материалов. Взернистыхфильтрах широко используются в качестве фильтроматериалов кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. д. Вмикрофильтрахчаще используется полиуретановые фильтры. Регенерацию фильтров осуществляют продувкой сжатым воздухом с последующей обратной промывкой водой.

Флотация– используется для очистки сточных вод от маслопродуктов, поверхностно-активных веществ и мелких твердых частиц. В основе этого метода лежит молекулярное слипание частиц и пузырьков тонкодиспергированного в воде воздуха. Образованный агрегат «частица - пузырьки воздуха» всплывает на поверхность воды, откуда удаляется для дальнейшей очистки. В зависимости от способа образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации:напорную,пневматическую,химическую,биологическую,электрофлотациюи т. д. На рисунке 3 представлена схема пневматической флотационной установки. Исходная сточная вода по трубопроводу с отверстиями 1 поступает во флотатор 10. Одновременно по трубопроводу 2 подается сжатый воздух, который, проходя через насадки 11 из пористого материала, в виде мелких пузырьков равномерно распределяется по флотатору. Пузырьки обволакивают частицы загрязнителя, увеличивая скорость их всплывания. Образующаяся таким образом пена скапливается между поверхностью воды и крышкой 3 флотатора, откуда она отсасывается центробежным вентилятором 4 в пеносборник 5 и через трубопровод 6 направляется для обработки пены и извлечения из нее загрязнителей. Очищенная сточная вода огибает вертикальную перегородку 9 и сливается в приемник очищенной воды 7, откуда по трубопроводу 8 подается для дальнейшей обработки.

Рисунок 3. Схема пневматической флотационной установки.

Экстракция – используется для очистки сточных вод от растворимых примесей. Метод заключается в процессе перераспределения примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). Например, для очистки сточных вод от фенола в качестве экстрагента используется бензол или бутилацетат.

Сорбция – применяется для очистки сточных вод от растворимых примесей. Метод основан на свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой извлекать и концентрировать на своей поверхности растворенные в воде вещества. Такие вещества называются сорбенты. В качестве сорбентов используются зола, торф, опилки, шлаки, глина и т. д. На рисунке 4 представлена схема сорбционной установки. Сточная вода по трубопроводу 1 поступает в адсорбер 2. По трубопроводу 4 подается адсорбент, перемешиваемый для равномерного распределения импеллером 3. Адсорбент с поглощенными примесями оседает на дно адсорбера, откуда периодически удаляется через трубопровод 8. Сточная вода с взвешенными в ней частицами сорбента поступает в отстойник 5, в котором оставшаяся часть сорбента оседает на дно и периодически удаляется через трубопровод 7. Очищенная сточная вода направляется по трубопроводу 6 для дальнейшей обработки.

Нейтрализация – предназначена для выделения из сточных вод промышленных предприятий кислот (H2SO4, HNO3, H3PO4), щелочей (NAOH, KOH), а также солей металлов на основе указанных кислот и щелочей. Нейтрализацию осуществляют: смешиванием кислых и щелочных сточных вод; добавлением щелочных (кислых) реагентов в сточные воды, имеющие кислую (щелочную) реакцию; фильтрацией кислых сточных вод через фильтровальную загрузку щелочного характера.

Электрокоагуляция – применяется для очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также от цианов. Для очистки сточных вод от ионов 6-тивалентного хрома применяют стальные электроды, погруженные в воду. Под действием электрического тока происходит анодное растворение поверхности электродов и образующиеся при этом ионы железа восстанавливают 6-валентный хром до 3-хвалентного. Одновременно происходит взаимодействие ионов железа и 3-хвалентного хрома с молекулами воды с образованием нерастворимых гидроксидов (Fe(OH)2, Fe(OH)3, Cr(OH)3), которые выпадают в виде осадка и затем удаляются.

Рисунок 4. Схема сорбционной установки.

Ионообменные методы обеспечивают эффективную очистку сточных вод от многих растворимых примесей, а также позволяют получать выделенные из сточных вод металлы в виде относительно чистых концентрированных солей. Суть метода заключается в пропускании воды через последовательно расположенные анионитовые фильтры, заполненные смесью реагентов, называемой ионообменной смолой. После взаимодействия с реагентами фильтров растворенные в воде ионы образуют с ними нерастворимые соединения, которые затем удаляются.

Озонирование – применяется для очистки сточных вод от тяжелых металлов, цианидов, сульфидов и других растворимых примесей. Суть метода заключается в обработке сточных вод озоном в результате чего происходит окисление ионов загрязнителя до нерастворимых соединений, либо вредные ионы окисляются до менее токсичных соедиенний.

Биологические методы очистки – применяются для очистки сточных вод от органических примесей. Суть метода заключается в использовании способности некоторых микроорганизмов окислять органику до минеральных соединений. Биологические методы очистки реализуются в сооружениях 2 типов: естественных и искусственных. К естественным относят поля фильтрации и биологические пруды. Очистка на полях фильтрации происходит благодаря пропусканию сточных вод через слой почвы, микроорганизмы которой окисляют органику. В биологических прудах окисление органических соединений происходит благодаря деятельности водных микроорганизмов. Для большей эффективности может проводиться искусственная аэрация и перемешивание воды.

Рисунок 5. Схема биологического фильтра.

К искусственным сооружениям относят биологические фильтры, аэротенки и окситенки. На рисунке 5 представлена схема биологического фильтра. Исходная сточная вода по трубопроводу 3 поступает в фильтр 2 и через водораспределительные устройства 4 равномерно разбрызгиваются по площади фильтра. В процессе фильтрования через загрузку 5 на загрузочном материале образуется биологическая пленка, микроорганизмы которой поглощают органические вещества. Интенсивность окисления в пленке увеличивается при подаче воздуха через трубопровод 1 и опорную решетку 6. Очищенная от органических примесей вода выводится из фильтра через трубопровод 7.

Аэротенки по конструкции напоминают отстойники, в которые помещают активный ил – микроорганизмы, осуществляющие окисление. Дополнительно подается сжатый воздух для интенсификации процессов окисления.

Окситенки – это модификация аэротенков, в которых вместо сжатого воздуха подается чистый кислород.