Комарова Л.Ф., Кормина Л.А. Инженерные методы защиты окружающей среды. Техника защиты атмосферы и гидросферы от промышленных загрязнений

Подождите немного. Документ загружается.

211

щих веществ. Если эти вещества представляют товарную ценность, то

экономичнее извлекать их из наиболее концентрированных сточных

вод и уже потом смешивать слабоконцентрированные стоки для их по-

следующей очистки.

Раздельная очистка сточных вод предпочтительнее и в том слу-

чае, если загрязняющие вещества легко удаляются из воды.

Нецелесобразно объединение сточных вод, содержащих значи

тельное количество механических примесей минерального происхож-

дения, а также нефть и масла, с бытовыми сточными водами. Такое

объединение усложняет технологию очистки, препятствует возможно-

сти повторного использования производственных сточных вод и из-

влечению из них ценных примесей.

Все методы очистки сточных вод могут быть разделены на дест-

руктивные и регенеративные.

Под

деструктивными понимают такие методы, при которых за-

грязняющие воду вещества подвергаются разрушению. Образующиеся

продукты распада удаляются из воды в виде газов или осадков или ос-

таются в растворе, но уже в обезвреженном виде. Чаще всего это про-

исходит при использовании естественных или искусственных окисли-

тельных процессов.

Регенеративные методы решают две задачи

: очистку сточных вод

и утилизацию ценных веществ. Практически нередко приходится со-

вмещать обе группы методов, а также проводить стадии предваритель-

ной очистки и доочистки.

Методы очистки сточных вод можно подразделить также на гид-

ромеханические, химические, физико-химические, термические, элек-

трохимические, биохимические.

Во всех случаях очистки стоков первой стадией являются меха-

нические методы, предназначенные для удаления взвесей и дисперсно-

коллоидных частиц. К ним относятся: процеживание на решетках и си-

тах; отстаивание в песколовках, отстойниках и нефтеловушках; освет-

ление в осветлителях со слоем взвешенного осадка и контактных; цен-

трифугирование в гидроциклонах; фильтрование через фильтрующие

перегородки или зернистые материалы.

Значительно более сложные методы приходится

применять для

очистки воды от коллоидных и тем более растворенных частиц. Выбор

метода зависит от того, в каком состоянии находится вещество - кол-

лоидном, молекулярном или диссоциированном на ионы.

Для удаления коллоидных частиц используют физико-химические

методы - флотацию, коагуляцию и флокуляцию, нарушающих кинети-

ческую устойчивость этих частиц.

212

Физико-химические методы применяются также для удаления

растворенных примесей. Для веществ, находящихся в молекулярном

состоянии, успешно используются различные сорбенты, десорбция

аэрированием, экстракция, дистилляция, мембранные методы. Для из-

влечения веществ, диссоциированных на ионы, пригодны ионный об-

мен, обратный осмос, магнитная обработка воды.

Химические методы очистки являются деструктивными, но наи-

более изученными и

до сих пор широко применяемыми из-за высокой

степени очистки. К ним можно отнести использование реакций хими-

ческого взаимодействия при объединении различных стоков (чаще все-

го в целях нейтрализации кислых и щелочных сточных вод, а в некото-

рых случаях с целью удаления содержащихся в стоках компонентов в

виде малорастворимых соединений),

окислительно-восстано-

вительные процессы (хлорирование, озонирование, окисление кисло-

родом воздуха и др.).

В последнее время все более широкое распространение получают

электрохимические методы - анодное окисление и катодное восстанов-

ление, электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ. Все эти

процессы протекают на электродах при пропускании через сточную

воду постоянного электрического тока. Они позволяют извлекать из

сточных вод

ценные продукты при относительно простой автоматизи-

рованной технологической схеме очистки. Недостаток электрохимиче-

ских методов - их высокая энергоемкость.

Если в сточных водах имеются весьма вредные вещества, приме-

няют термические методы, позволяющие уничтожить эти примеси, на-

пример, при сжигании. Такой процесс применим для обезвреживания

органических примесей сточных вод. Для очистки минерализованных

сточных

вод из термических методов можно использовать выпарива-

ние, адиабатное испарение, вымораживание и др.

Биохимические методы основаны на жизнедеятельности микро-

организмов, которые способствуют окислению или восстановлению

органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких

суспензий, коллоидов или в растворенном состоянии и являющихся

для микроорганизмов источником питания и дыхания, в результате че

го и происходит удаление указанных загрязнений. Биохимическая очи-

стка может осуществляться в естественных и искусственных, в аэроб-

ных и анаэробных условиях, применяется для глубокой очистки сточ-

ных вод.

На практике приходится обычно применять комбинацию указан-

ных методов.

213

ГЛАВА 12. МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ

СТОЧНЫХ ВОД

Гидромеханические методы очистки применяются для выделения

из сточной воды нерастворимых минеральных и органических приме-

сей. Назначение механической очистки заключается в подготовке про-

изводственных сточных вод к биологическим, физико-химическим или

ругим методам более глубокой очистки.

12.1.

РОЦЕЖИВАНИЕ

12.1.1. Процеживание через решетки

Для удаления из воды наиболее крупных загрязнений использу-

ются решетки и сита.

Решетки обычно выполняют роль защитных сооружений и слу-

жат, в основном, для извлечения крупных отходов производства (мезд-

ра, бумага, тряпье, обломки древесины, камни, мусор), попадание ко-

торых в последующие очистные сооружения может вызвать засорение

труб и каналов, а также

нарушение нормальной работы или поломку

движущихся частей оборудования.

Решетки подразделяются на неподвижные, подвижные и совме-

щенные с дробилками (комминуторы). Они могут быть с механической

или ручной очисткой, устанавливаться вертикально или наклонно, под

углом 60

. Решетки изготовляют из металлических стержней различной

формы, чаще всего круглой или прямоугольной. Ширину зазоров (про-

зоров) между ними принимают от 15 до 20 мм, стандартные прозоры

равны 16 мм.

Очистку решеток от задержанных загрязнений можно произво-

дить вручную, если количество уловленных загрязнений не превышает

0,1 м

/сут, и механическими граблями. Грабли можно устанавливать

перед решеткой и после нее. Уловленные на решетках загрязнения из-

мельчают в специальных дробилках и возвращают в поток воды перед

решеткой.

Наибольшее применение получили решетки следующих типов:

решетки механические унифицированные РМУ, поворотные МГТ, ма-

логабаритные вертикальные РМВ, комбинированные решетки-

дробилки типов РД и

КРД. Схемы решеток простейшего типа показаны

на рис.12.1.

214

Скорость движения воды в прозорах механизированных реше-

ток принимают 0,8-1,0 м/с, во избежание продавливания отбросов.

Суммарная площадь живого сечения решеток F

определяется:

где Q

max

- максимальный расход сточных вод; V

- скорость движения воды в

прозорах решетки.

Общая ширина решетки:

где S - толщина стержня решетки; n - число стержней; в - ширина прозора ме-

жду стержнями.

Рис.12.1. Схемы неподвижных решеток:

а - московского типа; б - ленинград-

ского типа; в - вертикальная решетка

1 - решетка; 2 - бесконечная цепь; 3 - грабли

Потери напора в решетке можно определить по формуле:

где k - коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора из-за засорения

решетки, k=3;

- коэффициент сопротивления, зависящий от формы стержней;

V - скорость движения воды перед решеткой, (0,7 – 0,8 м/с).

Решетки размещают в отдельных отапливаемых и вентили-

руемых помещениях, снабженных грузоподъемными приспособления-

ми.

Решетки-дробилки совмещают функции решетки и дробилки,

применяются для задержания и дробления отходов без извлечения их

из потока сточной воды. Схема решетки-дробилки типа РД показана на

рис.12.2.

max

,bn)n(SB

−

215

Решетка-дробилка состоит из

левого барабана с режущими пластина-

ми и резцами, корпуса с трепальными

гребнями и приводного механизма.

Сточная вода поступает на вращающий-

ся барабан с щелевидными отверстиями,

проходит внутрь барабана (скорость 1,2

м/с) и движется далее вниз к выходу из

решетки-дробилки. Крупные фракции

загрязнений задерживаются на перемыч-

ках

между щелевыми отверстиями бара-

бана и транспортируются при вращении

барабана к трепальным гребням, закреп-

ленным на неподвижном корпусе. Такая

конструкция является компактной, а

процесс можно полностью автоматизи-

ровать. Решетки-дробилки задерживают и дробят отбросы в потоке во-

ды, в результате чего отпадают процессы транспортирования их к дро-

билке и улучшаются

санитарные условия.

12.1.2. Процеживание на ситах

Для удаления более мелких взвешенных веществ применяются

сетки (сита) и микрофильтры. В практике используются вращающиеся

сита трех типов: барабанные, дисковые и ленточные, а также плоские

(подъемные) сита.

Барабанные сетки представляют собой непрерывно действующий

механизм в виде вращающегося барабана, на который натянута тонкая

металлическая сетка. Размеры ячеек барабанных сеток 0,3-0,8 мм, а

микрофильтров 0,04-0,07 мм. Рабочая сетка располагается между под-

держивающими, имеющими ячейки размером 10×10 мм. Барабан по-

гружен в воду на глубину 0,6-0,85 от диаметра и вращается в камере со

скоростью 0,1-0,5 м/с. Сточная вода может фильтроваться как через

внутреннюю, так и через наружную поверхность барабана в зависимо-

сти от ее подвода. Скорость процеживания

0,8-1,0 м/с. Задержанные

сеткой примеси смываются промывной водой с давлением 0,15-0,2

МПа и удаляются вместе с ней. Расход промывной воды составляет 1-2

% от количества очищенной воды. Эффективность очистки воды на

барабанных сетках 40-45 %, а на микрофильтрах 40-60 %.

Производительность сита зависит от диаметра барабана (Д

=1,5-

3,0 м) и его длины (L

=1-4,5 м) и составляет от 4 до 45 тыс.м

/сут.

Рис.12.2. Схема решетки-

дробилки

1 - решетка; 2 – трепальный

гребень; 3 – дробильный ба-

рабан

216

Такие сита устанавливают для очистки сточных вод текстильной,

целлюлозно-бумажной, кожевенной промышленности; на них задер-

живаются такие примеси как древесное волокно, шерсть, мездра.

Схема барабанной сетки показана на рис.12.3.

Дисковые сита - это сетки, натянутые на диск, в них осуществля-

ется лобовая подача воды, параллельно оси вращения дисков. Сита

имеют диаметр Д

=1,2-3,0 м, пропускная способность изменяется от 2,4

до 48 тыс.м

/сут.

Ленточная сетка представляет со-

бой непрерывное проволочное полот-

но, перекинутое через расположенные

один над другим два горизонтальных

барабана. Полотно состоит из отдель-

ных секций (металлических рамок),

шарнирно соединенных между собой.

Сетка изготовляется из тонкой прово-

локи (латунной, медной или нержа-

веющей стали) диаметром 0,2-0,4 мм с

ячейками от 0,3×0,3 до 2

×2 мм.

Плоская подъемная сетка пред-

ставляет собой проволочное полотно,

натянутое на стальную раму. Рабочая

сетка изготовляется из проволоки диа-

метром 1-1,5 мм с ячейками от 2×2 до 5×5 мм, поддерживающая из бо-

лее толстой проволоки диаметром 2-5 мм с ячейками 20×20 мм. Разме-

ры таких сеток 0,8×2 м. Скорость прохождения воды в

них 0,2-0,4 м/с.

Рис.12.3. Схема барабанной сетки

1 - вращающийся барабан; 2 - подводящий канал; 3 - труба со щелями; 4 - уст-

ройство для промывки; 5 - воронка сбора промывной воды; 6 - канал сбора очи-

щенной воды; 7 - резервуар

Рис.12.4. Схема фракцио-

натора

1- корпус; 2 - сопло; 3 - сетка

217

Для разделения взвешенных веществ на фракции могут быть ис-

пользованы фракционаторы, основной частью которых является верти-

кальная сетка, разделяющая емкость на две части (рис.12.4).

Диаметр отверстий сетки 0,06-0,1 мм. При разделении 50-80 %

взвешенных частиц остается в грубой фракции.

12.2.

ТСТАИВАНИЕ

12.2.1. Закономерности осаждения взвесей в воде

Отстаивание применяют для выделения из сточных вод твердых

или жидких примесей под действием гравитационных сил. Для этого

используют различные аппараты и сооружения: песколовки, первич-

ные и вторичные отстойники, нефтеловушки, илоуплотнители и др.

Современные конструкции сооружений по отстаиванию являют-

ся, как правило, проточными и осаждение взвесей в них происходит

при непрерывном движении

воды от входа к выходу. Скорости движе-

ния воды при этом должны быть малы, а поток почти полностью ли-

шен, так называемой, транспортирующей способности. Осаждение

взвеси в таком потоке подчиняется с известным приближением зако-

нам осаждения в неподвижном объеме жидкости. Эти законы хорошо

изучены только применительно к осаждению зернистой агрегативно

устойчивой взвеси.

Основным параметром, на основании которого рассчитывают

размеры отстойной аппаратуры, является скорость осаждения взве-

шенных частиц в непроточной воде при постоянной температуре (гид-

равлическая крупность U

Как правило, сточные воды, содержащие взвешенные примеси,

имеют частицы различной формы и размера. На характер осаждения

частиц влияют их размеры, форма, плотность, степень шероховатости

их поверхности, режим движения воды и ее вязкость, условия обтека-

ния и сопротивления среды и др.

Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов оса-

ждения шарообразных частиц

скорость свободного осаждения вычис-

ляют из формулы:

где Re

- число Рейнольдса; Ar=d

- число Архимеда.

Ar,

6018 +

218

Рис.12.5. Кинетика осаждения взвеси

При отстаивании мелких частиц или частиц малой плотности,

осаждающихся с малой скоростью (Re < 1), когда на сопротивление

движению частицы влияет только сила гравитации, скорость падения

шарообразной частицы описывается уравнением Стокса:

где d - диаметр частицы;

- плотность соответственно частицы и воды;

вязкость воды.

Сточные воды представляют собой полидисперсные агрега-

тивно-неустойчивые системы, в которых наблюдается стесненное оса-

ждение, сопровождающееся столкновением частиц, трением между

ними, изменением их формы, плотности и других физических свойств.

Скорость стесненного осаждения меньше скорости свободного осаж-

дения вследствие возникновения восходящего потока жидкости и

большей вязкости среды.

Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно

изме-

няется во времени. Для таких систем кинетика осаждения устанавлива-

ется экспериментально и характеризуется кривой осаждения взвеси

(рис.12.5).

Кривые выпадения

взвеси характеризуют ее

гранулометрический состав

и поведение при отстаива-

нии. Чем круче начальный

участок кривой, тем больше

крупность и неоднородность

взвеси и тем скорее она оса-

ждается.

Эффект отстаивания

определяется

по формуле:

где С

, С

- соответственно начальная и конечная концентрации взвешенных

веществ в воде.

Расчетные параметры от-стойников (скорость осаждения взве-

си и продолжительность пребывания воды в отстойнике) определяют

путем технологического моделирования в лабораторных условиях.

Основой методики моделирования является подобие кривых вы-

падения взвесей, получаемых при различных высотах слоя воды:

СС

Э 100

кн

⋅

−

)(d

вч

ρρ

−

219

Т/t=H/h,

где t, T, h, H - соответственно время осаждения взвеси и высота слоя воды при

моделировании в лаборатории и в реальных условиях.

Для агломерирующихся взвесей указанная зависимость стано-

вится непрямолинейной и выражается соотношением:

T/t=(H/h)

где n=0,2-0,5 - показатель степени, отражающий влияние агломерации в про-

цессе осаждения.

Гидравлическая крупность, соответствующая заданному эффекту

осветления в цилиндре - отстойнике с высотой столба воды h, равной

высоте проектируемого отстойника Н, может быть найдена по соотно-

шению:

где К - коэффициент использования объема сооружения.

При температуре реальной сточной воды:

=U(

где

- вязкость воды в лабораторных и производственных условиях.

12.2.2. Осаждение частиц в песколовках

Песколовки - это сооружения, предназначенные для выделения из

сточных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом, песка,

крупностью частиц свыше 0,15-0,25 мм при расходах сточных вод бо-

лее 100 м

/сут. Наряду с минеральными примесями в песколовках от-

стаиваются вещества органического происхождения, гидравлическая

крупность которых близка к гидравлической крупности песка.

Работа песколовок основана на действии гравитационных сил. В

зависимости от направления основного потока сточной воды их под-

разделяют на горизонтальные - с прямолинейным или круговым дви-

жением воды, вертикальные - с движением

воды снизу вверх и песко-

ловки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды;

последние в зависимости от способа создания винтового движения бы-

вают тангенциальными и аэрируемыми.

Песколовки сооружают из сборных железобетонных элементов

унифицированных размеров. Тип песколовки выбирают в зависимости

от производительности очистной станции, схемы очистки сточных вод,

обработки осадка, характеристики взвешенных веществ

. При произво-

дительности до 50 тыс.м

/сут надлежит принимать тангенциальные

песколовки, свыше 10 тыс.м

/сут - горизонтальные, свыше

20 тыс.м

/сут - аэрируемые.

)h/HK(t

⋅

1000

220

Рис.12.6. Схема горизонтальной пес-

коловки

1 - водоподводящий лоток; 2 - бункер для

осадка; 3 - водоотводящий лоток

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды

имеют прямоугольную форму в плане (рис.12.6).

Пропускная способность

таких песколовок 70-

280 тыс. м

/сут. Скорость дви-

жения воды при максималь-

ном притоке 0,3 м/с, при ми-

нимальном - 0,15 м/с. Про-

должительность пребывания

воды в них не менее 30 с. Для

поддерживания постоянной

скорости потока в песколовке

устраивают не менее двух от-

делений, включением или от-

ключением одного из них до-

биваются оптимальной ско-

рости.

Расчетную (рабочую)

глубину песколовок прини-

мают 0,25-1,0 м, строительную

0,5-2,0 м. При объеме песка более 0,1 м

/сут обязательно механизиро-

ванное удаление осадка. Песок сдвигается к приямку, расположенному

в начале сооружения, скребками, при этом происходит частичная про-

мывка осадка. Из приямка песок удаляют гидроэлеваторами или песко-

выми насосами.

Песколовки с круговым движением воды (рис.12.7 а) являются

разновидностью горизонтальных песколовок и представляют собой

круглый в плане резервуар с

кольцевым периферийным лотком для

протекания сточной воды. Осадок собирается в коническое дннище,

откуда его удаляют гидроэлеваторами. Такие песколовки диаметром 4

и 6 м рассчитаны на пропускную способность от 1,4 до 70 тыс.м

/сут

при двух отделениях глубиной от 2 до 3 м. В горизонтальных песко-

ловках задерживается до 65-75 % всех минеральных загрязнений, со-

держащихся в воде.

Вертикальные песколовки рассчитаны на производительность от

100 до 5000 м

/сут и состоят из приемного и отстойного отделений, а

также осадочной части (рис.12.7 б).

Скорость движения воды в приемном отделении 0,1 м/с, в от-

стойном 0,05 м/с. Высота рабочей (осадочной) части песколовки 0,3-

1,0 м, общая высота до 3,2 м.

Тангенциальные песколовки имеют круглую в плане форму

(рис.12.7 ыв). Вода в них

подается по касательной к цилиндрической