Тема 14. Методи очищення виробничих стічних вод.
1. Механічні методи очищення.
2. Хімічні методи очищення.
3. Фізико-хімічні методи очищення.
4. Біологічні методи очищення.
Очищення виробничих стічних вод організується з метою використання їх в системах зворотного, послідовного або замкненого водопостачання, забезпечення умов прийому в міські системи водовідведення або скиду у водні об’єкти.
Вода, що використовується в технологічному процесі на підприємствах, містить в собі домішки: завислих частинок розмірами до 0,1 мкм і більше, що утворюють суспензії, нерозчинні у воді краплинки інших рідин, що утворюють емульсії, колоїдні системи з частинками розміром від 1 мкм і менше, а також розчинені у воді речовини в молекулярній або іонній формі. Домішки, що містяться у технологічній воді, часто є цінною сировиною або цінним готовим продуктом.
Методи очищення стічних вод поділяються на механічні, хімічні, фізико-хімічні і біологічні.
1. Механічні методи забезпечують очищення стічних вод від завислих речовин і домішок, що плавають на поверхні води. Механічне очищення здійснюється одним із таких методів:
- відстоювання стічних вод за допомогою відстійників;
- розділення води та забруднювачів за допомогою гідроциклонів та центрифуг;
- розбавлення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливих речовин до рівня, при якому стоки дозволяється скидати у водойми або в каналізацію;
- вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;
- фільтрування стоків через сита, фільтри, або шляхом пропускання їх через пісок.
Вибір методу механічного очищення стічних вод залежить від розміру частинок, властивостей та концентрації забруднюючих речовин, витрат стічних вод та необхідного ступеня їх очистки.
Найбільш простим способом є відстій стічних вод, в процесі якого завислі речовини осідають на дно, а домішки, що можуть плавати – спливають на поверхні води у відстійнику.
Відстійники бувають безперервної або періодичної дії. В відстійниках безперервної дії відокремлення домішок відбувається завдяки зменшенню швидкості руху рідини, яку очищують (до 0,005 – 0,01 м/с). Термін проходження рідини через відстійник складає 1-3 години. Ефективність освітлення води – 40-60%.
У відстійниках періодичної дії термін відстою стічної рідини складає декілька годин, після чого відбувається видалення домішок, що плавають на поверхні. Після цього видаляється освітлена вода і осад. Потім цей процес повторюють.
За напрямком руху води відстійники поділяються на горизонтальні, вертикальні і радіальні.
Відстійник горизонтальний
1 – забруднена вода; 2 – очищена вода; 3 – осад.
Горизонтальний відстійник являє собою прямокутний резервуар, в якому вода рухається від одного кінця відстійника до другого. У горизонтальному відстійнику довжина в 8-12 разів більша, ніж глибина.
Вертикальний відстійник має глибину (висоту), що в декілька разів перевищує його горизонтальний розмір. Розділення твердої і рідкої фаз відбувається за рахунок зменшення швидкості потоку і зміни напрямку його руху на 180°. Вертикальні відстійники більш компактні, потребують менших площ, але їх ефективність на 10-20% нижче, ніж у горизонтальних.
Відстійник вертикальний
1 –забруднена вода; 2 - вода після очищення; 3 – осад;
Забруднена вода подається через центральну трубу 1 у відстійну частину, вдаряється у екран, змінюючи свій напрямок спочатку на горизонтальний, а потім на вертикальний, при якому домішки осідають на дно відстійника і видаляються через патрубок 3.Очищена вода через водовідлив 2 відводиться з відстійника.
Перевагою вертикальних відстійників є простота видалення осаду, а недоліком – велика глибина, що затрудняє їх будівництво особливо в щільних ґрунтах.
В конструкції радіального відстійника застосовані одночасно принципи горизонтального і вертикального відстійників. В його центральній частині відбувається зміна напрямку потоку рідини, як у вертикальному відстійнику, а від центру до периферії він працює в режимі горизонтального відстійника. Це дозволяє отримати досить компактні споруди великої продуктивності. Ефективність освітлення води в радіальних відстійниках досягає 60%. Глибина цих відстійників коливається від 1,5 м до 5 м, а діаметр – від 15 до 60 м.
Відстійник радіальний
1 – забруднена вода; 2 – очищена вода; 3 – осад; 4 – скребковий механізм.
Радіальний відстійник являє собою круглий басейн з залізобетону діаметром 50м.Забруднена вода подається через розподільчу трубу1 і рухається від центру до периферії з швидкістю, що постійно зменшується, при цьому швидкість осідання завислих частинок лишається постійною. Очищена вода через водовідлив 2 відводиться з відстійника. Осад, що випав за допомогою скребкового механізму 4 збирається в нижню частину відстійника і видаляється через патрубок 3.
Нафтопродукти, масла, смоли та інші речовини, які мають меншу густину, ніж вода, видаляються з стічних вод за допомогою жировловлювачів, нафтовловлювачів і смоловідстійників. Ефективність видалення домішок, що плавають на поверхні стічних вод, складає 95-96%. Домішки з поверхні води видаляють спеціальними пристроями і потім відправляють на утилізацію.
Для видалення з води волокноподібних домішок (частинок вовни, бавовни, ниток, азбесту та ін.) використовують спеціальний дисковий вловлювач волокон. Він представляє собою перфорований диск, що обертається і по ньому тонким шаром стікає рідина, яку очищують.
Частинки, які не вдається видалити із рідини у відстійниках, можуть бути видалені за допомогою фільтрування. Процес фільтрування полягає в проходженні рідини через пористу перетинку, на якій осаджуються дрібнодисперсні частинки. В якості фільтруючого шару використовують зернисті матеріали ( пісок, керамзит, гранітна крихта), тканинні і інші матеріали (азбест, скловолокно, синтетичні волокна), металева сітка, пориста кераміка, перфоровані пластини. Для прискорення процесу, фільтрування може здійснюватись під тиском або за допомогою вакууму. Для видалення нафтопродуктів використовують спеціальні фільтри з поліуретану. Ефективність видалення завислих і емульгованих домішок методом фільтрування досягає 99%.
Для видалення завислих речовин можуть застосовуватись напірні гідроциклони. Для видалення домішок, що плавають, використовують відкриті гідроциклони. Гідроциклон – це металевий апарат, що складається з циліндричної та конічної частин. Діаметр циліндричної частини – від 100 до 700 мм, висота приблизно дорівнює діаметру. Кут конусу складає 10-20°. Забруднена вода по патрубку 2 подається в циліндричну частину гідроциклону зі швидкістю 20м/с і рухається по спіралі вниз. В конічній частині циклона вона повертається до вертикальної вісі апарата і піднімається під дією вакууму, що утворюється в циклоні, рухається вгору до вихідного патрубка 5. Частина води з мулом видаляється із гідро циклона.
Гідроциклони, порівняно з іншими пристроями для механічного очищення води, відрізняються високою продуктивністю, компактністю, економічні у виготовленні і експлуатації. Ефективність очищення води від завислих і плаваючих домішок складає приблизно 70%.
Гідроциклон
1 – корпус гідроциклону; 2 - патрубок входу стічної води; 3 – шлам; 4 – патрубок видалення осаду; 5 – патрубок виходу освітленої води
Ефективним методом є розділення суспензій і емульсій за допомогою центрифуги. Центрифуги виготовляють безперервної дії і періодичної дії з автоматичним видаленням осаду і освітленої води. При цьому методі досягається висока степінь зневоднення осаду і висока степінь освітлення води, але центрифуги потребують багато електроенергії, створюють високе шумове навантаження і небезпечні в експлуатації.
2. Хімічні методи очистки забезпечують видалення з води розчинених речовин, які погано піддаються біологічному очищенню, а також речовин, що можуть негативно діяти на колектори та інші елементи систем водовідведення.
Хімічні методи очищення основані на проведені хімічних реакцій з використанням реагентів і перетворенні забруднюючих домішок в нешкідливі або менш шкідливі, які легше видалити, ніж вихідні.
До хімічних методів очищення стічних вод відносять нейтралізацію, коагуляцію, окислення і відновлення.
Найбільш простим і розповсюдженим методом хімічного очищення є нейтралізація, яка полягає в підкисленні лужних стоків(с pH>8,5) і в додаванні лужних речовин в стоки з підвищеною кислотністю ( с pH≤6,5). Якщо на виробництві утворюються одночасно кислі і лужні стоки, нейтралізація відбувається шляхом їх змішування, яке здійснюється в резервуарі – усереднювачі. Якщо на виробництві присутня тільки одна категорія стічних вод, нейтралізація відбувається за допомогою реагенту. Для нейтралізації кислих вод краще використовувати відходи лугів – гідроокис натрію або калію, які не дають осаду. При використанні гідроокису кальцію у вигляді «вапняного молока» утворюється шлам, якій необхідно видаляти і утилізувати. Нейтралізація кислих вод також досягається шляхом їх фільтрування через шар вапняку, доломіту, золи або шлаку.
Для нейтралізації лужних вод використовують відпрацьовану сірчану кислоту. Ефективним методом нейтралізації лужних вод є продування через них газових викидів виробництва, які містять діоксид вуглецю, оксид сірки або азоту. Таким чином одночасно відбувається ефективна очистка димових газів.
Коагуляція – це процес укрупнення дисперсних частин в результаті їх взаємодії і об’єднання в агрегати. Коагуляція проходить під впливом додавання до стічних вод спеціальних речовин – коагулянтів. Коагулянти – речовини, які при взаємодії з водою утворюють хлоп’я розміром 0,5-3 мм, які швидко осідають під дією сили тяжіння. Ці хлоп’я мають невеличкий електричний заряд. При осіданні ці хлоп’я захоплюють завислі речовини і колоїдні частинки. В якості коагулянтів використовують сірчанокислий алюміній, хлорне залізо та інші сполуки. Витрати їх складають від 40 до 700 кг/м3 . Високі дози застосовують при очищенні води від хрому і ціанідів.
Інтенсифікації процесу коагуляції сприяє додавання флокулянтів – речовин, що прискорює процес осадження. В якості флокулянтів використовують клейкі речовини – крохмаль, декстрин, силікатний клей. Дуже ефективним є синтетичний флокулянт – поліакриламід (ПАА), який широко застосовують під час підготовки питної води. Доза застосування ПАА коливається від 0,5 до 25 г/м3 рідини. Також використовують інші коагулянти і флокулянти на основі активних полімерів, дози застосування яких в десятки разів менші.
Обробка реагентамизастосовується для очищення вод від ціанідів, іонів тяжких металів і ряду інших домішок. Вид реагенту визначається складом домішок, які необхідно видалити з води. Наприклад, розкладення ціанідів досягається обробкою води рідким хлором або речовинами, що виділяють активний хлор – хлорним вапном, гіпохлоридом кальцію або натрію.
Окислення і відновлення використовують для перетворення шкідливих домішок в нешкідливі речовини.
Окисленням можна розкласти такі сполуки, як альдегіди, феноли, анілінові барвники, органічні речовини з вмістом сірки та інші. В процесі окислення відбувається розкладання шкідливих домішок до простих окислів або утворюються сполуки, які піддаються біохімічному розкладанню.
Вилучення з води іонів ртуті, хрому, кадмію, свинцю, нікелю, міді, миш’яку основане на переведенні їх із розчину в нерозчинний осад. Для цього воду обробляють сполуками натрію або кальцію – сульфітом, бісульфітом або сульфідом, карбонатами або гідроокисами, а також газоподібним і зрідженим хлором, перманганатом калію, перекисом водню, киснем повітря, озоном та іншими сполуками. Шлам, якій при цьому утворюється, видаляють і утилізують.
Озонування (обробка стічних вод озоном) обумовлена його високою реакційною здатністю і сильною окислювальною дією. Озон можна отримати з кисню повітря дією електричних розрядів в спеціальних генераторах-озонаторах, які встановлюють безпосередньо біля місця обробки стічних вод. Озонування не призводить до збільшення солей у воді, не забруднює воду продуктами реакції і реагентами, що дуже важливо при наступному використанні води в зворотних системах водопостачання. Озонуванням можна очищувати стічні води від фенолів, нафтопродуктів, ПАР, тетраетилсвинцю та ряду інших небезпечних речовин. Недоліком цього методу є висока вартість обладнання і вироблення озону.
3. До фізико-хімічних методів очищення стічних вод відносять флотацію, адсорбцію, іонний обмін, екстракцію, ректифікацію, випаровування, дистиляцію, кристалізацію та деякі інші методи. Ці методи використовують для видалення із стічних вод дрібнодисперсних завислих речовин, розчинених газів, мінеральних і органічних речовин.
Одним з найбільш поширених методів є флотація. Флотаційна очистка застосовується для видалення із води поверхнево-активних речовин (ПАР), нафтопродуктів, жирів, смол, завислих речовин. Вона дозволяє очищувати стічні води з концентрацією завислих речовин 4,0-5,0г/л.
Флотація – це процес молекулярного налипання частинок забруднюючих речовин до поверхні бульбашок повітря, яке подають у забруднену воду. Розрізняють напірні, безнапірні, вакуумні і електричні флотаційні установки. Найбільшого розповсюдження отримали напірні флотаційні установки. В таких установках вода спочатку насичується повітрям під тиском, а потім подається у відкритий резервуар. В цьому резервуарі відбувається виділення бульбашок повітря із води. Разом з бульбашками частинки забруднювача, які налипають на поверхню цих бульбашок, спливають на поверхню резервуара у вигляді піни. Піну з поверхні резервуару збирають механічним способом. Ефект флотації залежить від розміру і кількості бульбашок повітря. Для підсилення ефекту у воду вводять різні піноутворювачі, наприклад: соснову олію, крезол, феноли та ін.
