Технологии очистки сточных вод от примесей

Сбросные воды содержат примеси в виде твердых частиц, жидких нерастворимых и растворимых веществ. Взвешенные твердые и жидкие примеси в зависимости от размеров частиц делятся на: грубодисперсные суспензии и эмульсии с размером частиц более 0,1 мкм; коллоидные, с частицами размером менее 0,1 мкм; истинные растворы, с частицами, соизмеримыми с размерами молекул и ионов. Для удаления взвешенных частиц используют:

– процеживание;

– отстаивание;

– фильтрование.

При удалении растворимых веществ приходится использовать процессы химических реакций, позволяющие получать в сбросных водах примеси, вышеперечисленные дисперсные системы, что дает возможность, затем использовать гидромеханические технологии улавливания и удаления взвесей, рассматриваемых ниже.

1. Процеживание производится для улавливания крупных твердых частиц. Размеры улавливаемых примесей зависят от размеров ячеек сита или решетки, которые могут быть подвижными и неподвижными. Подвижные решетки и сита дают возможность непрерывно удалять улавливаемые твердые частицы. При использовании неподвижных процеживающих устройств, решетки и сита время от времени необходимо чистить. При процеживании скорость движения сбросных вод через установку выбирается в пределах 0,8…1 м/с. Наименьшие размеры ячеек сит, используемых при улавливании твердых частиц, могут быть 0,5…1 мм.

2. Отстаивание применяют при осаждении из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием гравитационных сил. При этом возможно проведение процесса осветления стока, когда проводится фильтрация сбросных вод через слой песка или других твердых частиц, находящихся в слое. Эффективность осаждения взвесей под действием силы тяжести зависит от скорости гравитационного дрейфа частиц и определяется по уравнению

,

где d_ч – диаметр частицы, м;

– плотность твердых частиц и воды, кг/ ;

К – коэффициент, учитывающий изменение вязкости сбросной воды по сравнению с чистой; коэффициент К определяется из выражения К = ;

– динамическая вязкость чистой и сбросной воды, Па · с;

– объемная доля жидкой фазы, рассчитывается по уравнению

= ;

– объем жидкой и твердой фаз в сточной воде, .

Динамическая вязкость (, Па · с) сбросной воды определяется по уравнению ,

где – объемная концентрация взвешенных частиц.

В производстве часто используются горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники. Такие отстойники рекомендуется выполнять при расходе сточных вод свыше 15 тыс. /сут. Эффективность отстаивания в них достигает 60 %.

В горизонтальных отстойниках (рис.11.1) твердые частицы движутся с потоками воды в горизонтальном направлении со скоростью не более 0,01 м/с и под действием силы тяжести со скоростью . Равномерность распределения сбросной воды достигается установкой поперечных лотков 1 и 3. Продолжительность отстаивания 1…3 ч.

Рис. 11.1. Горизонтальный отстойник: 1– вода на очистку; 2,4– входной и выходной лотки; 3– отстойная камера; 5– выход очищенной воды; 6– выход шлама

Принцип отстаивания используется и для всплывающих примесей (нефти, масел, смол и др.). Скорость всплывания капель–пятен нефти размером 0,08…0,1 мм равна 0,001…0,004 м/с. Скорость движения воды в нефтеловушке выбирается в пределах 0,005…0,01 м/с. Эффективность улавливания нефти достигает 96…98 %. Продолжительность отстаивания не менее 2 ч.

3. Фильтрование применяется для улавливания вод тонкодиспергированных твердых и жидких частиц, которые плохо удаляются отстаиванием. Процесс фильтрования проходит под действием разности давлений жидкости на пористой перегородке. Фильтрование производится с помощью:

– фильтрующих пористых перегородок;

– зернистых неподвижных и подвижных перегородок;

– магнитных фильтров.

В качестве пористых перегородок могут использоваться металлические перфорированные листы и сетки, а также тканевые перегородки, позволяющие улавливать частицы, размером до 40…70 мкм. Производительность фильтров зависит от скорости фильтрования, т.е. от объемов воды, прошедших в единицу времени через единицу поверхности:

,

где – количество сбросной воды, , прошедшей через фильтр за период времени ;

– перепад давления на фильтрующей перегородке, Па;

– динамическая вязкость воды, Па · с;

F – поверхность фильтрования, ;

– сопротивление осадка и фильтрующей перегородки, .

Простой фильтр с зернистым материалом представляет собой емкость, в нижней части которой выполняется устройство для отвода чистой воды. Над отводом воды укладывается слой поддерживающего материала, на который закрепляется слой фильтрующего вещества. Важными характеристиками фильтрующего материала являются удельная поверхность и порозность материала. Высота фильтрующего слоя выбирается в пределах 0,5…2 м. При медленном режиме очистки и концентрации взвешенных частиц до 25 мг/л скорость фильтрования равна 0,2…0,3 м/ч. Если концентрация частиц в сбросной воде больше, чем 25 мг/л, то скорость фильтрования можно поддерживать 0,1…0,2 м/ч. При ускоренном процессе фильтрации скорость прохода воды через зернистый материал может увеличиваться до 12…20 м/ч.

В промышленности находят применение магнитные фильтры, в которых происходит улавливание из воды ферромагнитных частиц размером 0,5…5 мкм. Ферромагнитные частицы, проходя в сточной воде через магнитное поле, намагничиваются, образуя агломераты размером до 50 мкм, которые затем удаляются фильтрованием.