До механічних методів очищення стічних вод належать: проціджування, спливання, відстоювання, фільтрування, центрифугування, флотація
Очищення виробничих стічних вод
Попередження забруднення водних об'єктів стічними водами може бути забезпечене організаційними та технічними заходами. Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод у водойми без очищення. Технічні заході передбачають очищення стічних вод, повторне використання стічних вод для технічних потреб та поливу, створення зворотних та замкнених систем водокористування, вдосконалення технологічних процесів на підприємствах у напрямку скорочення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технології, скорочення забруднення територій нафтопродуктами, котрі зі зливовими стоками можуть потрапити до водойм.
Способи очищення забруднених виробничих стічних вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізико-хімічні, хімічні, біологічні та глибоке очищення. Систематизація забруднювальних домішок на основі їх дисперсного стану та фізико-хімічних властивостей дає змогу згрупувати всі способи очищення у чотири групи, як і власне домішки. Вихідні положення цього принципу можна сформулювати так:
1) фазово-дисперсний стан домішок води зумовлює їх поведінку в процесі очищення;
2) кожному фазово-дисперсному стану забруднювальних домішок відповідає сукупність методів, що дає змогу досягти необхідних якісних показників очищеної води шляхом зміни цього стану або без зміни його.
В основу технології очищення води від домішок кожної групи закладені процеси, що відбуваються під дією сил, які найефективніше впливають на дану дисперсну систему. Так, для видалення гетерофазних домішок першої групи рекомендують такі процеси: механічне розділення в гравітаційному полі або під дією відцентрованих сил, агрегація флокулянтами, флотація домішок тощо; для патогенних організмів – бактерицидна дія.
До механічних методів очищення стічних вод належать: проціджування, спливання, відстоювання, фільтрування, центрифугування, флотація.
Проціджування – первинна стадія очищення стічних вод, призначене для вилучення із стічних вод крупних нерозчинних твердих домішок розміром до 25 мкм. Проціджування стічних вод здійснюється пропусканням води через решітки і волокновловлювачі.
Відстоювання – використовують для вилучення зі стічних вод завислих грубодисперсних домішок, наприклад, глинистих часточок, концентрацією до 500 мг/л, які можуть мати кольоровість 50 град. Для цього використовують відстійники різних конструкцій: вертикальні, горизонтальні, радіальні.
Великі горизонтальні відстійники будують із залізобетону завдовжки до 36 м, завширшки від 6 до 18 м і завглибшки до 5 м. Радіальні відстійники мають діаметр від 18 до 60 м і глибину до 6 м. Тривалість відстоювання становить близько 1,5 год. Горизонтальні відстійники застосовують у разі витрати стічних вод, що становить до 20 тис. м3 на добу, радіальні – понад 20 тис. м3.
Рис. 4. 1. Схема вертикального відстійника
1 – труба для підведення прояснюваної води від змішувача; 2 – сопла; 3 – водоворотна камера для утворення пластівців; 4 –труба для відведення води з відстійника; 5 – кільцевий периферійний жолоб; 6 – корпус відстійника; 7 – зона осадження; 8 – зона накопичення і ущільнення осаду; 9 – скидна труба; 10 – гаситель
Вилучення завислих домішок із стічних вод в полі дії відцентрових сил здійснюється у відкритих або напірних гідроциклонах і центрифугах. На рис. 4.1 зображена схема відкритого гідроциклона без внутрішніх пристроїв для видалення тільки осідаючих домішок. Стічна вода подається трубою 1 в резервуар конічної форми з верхньою циліндричною частиною. Під дією відцентрових сил, які виникають при тангенціальній подачі стічної води у споруді, осідаючі грубодисперсні частинки відкидаються на стінку резервуара і під дією гравітаційних сил сповзають у конічну частину, звідки вивантажуються трубою 4. Освітлена рідина збирається у кільцевому жолобі 2 і виводиться із споруди трубою 3. Для видалення із стічної води і спливаючих грубодисперсних домішок використовуються інші типи відкритих гідроциклонів.
Рис. 4.2. Схема відкритого гідроциклона
1– вхідний патрубок; 2 – кільцевий водозлив; 3 – вихідний патрубок очищеної води; 4 – вихідний патрубок шламу
Фільтрування застосовують для видалення завислих забруднювальних речовин концентрацією до 50 мг/л, які мають кольоровість до 50°С. Попередні фільтри застосовують для видалення завислих домішок концентрацією до 1000 мг/л і кольоровістю до 50°С. Планктон понад 1000 кл/см3 і зависі видаляють за допомогою мікрофільтрів. Для видалення грубодисперсних домішок застосовують безперервно діючі центрифуги та гідроциклони. Спливанням очищають стічні води від нафтопродуктів у нафтовловлювачах, від жиру – в жировловлювачах. З цією метою можна також використовувати флотатори і пристрої для диспергування повітря, флотацію із застосуванням реагентів.
Фільтруванням називають процес розділення неоднорідних систем (суспензій) за допомогою пористих перегородок і шарів, які затримують одну (тверду) фазу цих систем і пропускають іншу (рідку). Апарат, у якому здійснюють цей процес, називають фільтром. По різні боки перегородки створюють різницю тиску, під дією якої здійснюється транспортування рідини крізь перегородку і затримання осаду на ній. Цей процес розділення суспензій називають фільтруванням із затриманням осаду. Якщо тверді часточки проникають у пори фільтрувальної перегородки, затримуючись у них і утворюючи осад, це називають фільтруванням із закупорюванням пор.
Під час фільтрування стічних вод, що містять завислі речовини, крізь шар допоміжних матеріалів (пісок, діатоміт, деревне борошно та ін.) завислі речовини можуть відкладатися на поверхні фільтрувального шару (плівкове фільтрування) або в порах фільтрувального шару, а також можливе одночасне утворення плівки та відкладання завислих речовин у порах завантаження. Залежно від швидкості фільтрування зернисті фільтри поділяють на повільні (0,1-0,2 м/год), швидкі (5,5-15 м/год) і надшвидкі (понад 25 м/год). За розміром зерен розрізняють фільтри дрібнозернисті і крупнозернисті. Фільтри, завантажені однорідним шаром фільтрувального матеріалу, називають одношаровими. Фільтри, завантажені неоднорідним за щільністю і розміром зерен фільтрувальним матеріалом, називають багатошаровими.
Флотація – процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розділу двох фаз (вода-повітря, вода-тверда речовина), утворення системи „частинки забруднень – бульбашки повітря”, котра спливає на поверхню та утилізується. Таким чином флотація ґрунтується на різній змочуваності мінералів (домішок) водою і полягає в специфічній взаємодії завислих речовин з бульбашками тонкодиспергованого у воді повітря з наступним утворенням на поверхні води шару піни з вилученими домішками. Оптимальні розміри домішок становлять 10-5-10-3, тонкодисперсні часточки розміром менш як 5-10 мкм флотуються дуже важко, тому їх необхідно попередньо укрупняти, наприклад, за допомогою коагуляції або флокуляції. Флотаційне очищення стічних вод здійснюють в апаратах двох типів, які відрізняються способом диспергування повітря: турбіною насосного типу і напірною флотацією з додаванням коагулянту. В установках першого типу повітря розпилюється біля дна. Бульбашки спливають і виносять із собою домішки забруднень. Піну із забрудненнями знімають з поверхні. В установках напірного типу аерація води здійснюється під тиском. Флотацією очищають стічні води від твердих завислих речовин, нафтопродуктів, масел та інших емульгованих речовин, а також від окремих іонів розчинених речовин.