Реферат: Очистка сточных вод

Техническое воплощение этого принципа может быть проиллюстрировано на примере полочных отстойников горизонтального типа (рис. 17).

Рис. 17 Конструкция полочного отстойника

Недостатком такого отстойника является трудность удаления осадка, который приходится вымывать с полок после истечения определенного срока работы. Этот недостаток устраняется за счет создания конструкций наклонных трубчатых или пластинчатых отстойников.

Вместо полок используют трубки диаметром 2,5-5 см и длиной 60-100 см. Вода поступает в трубки, расположенные под углом 45- 60°, снизу вверх, а осадок сползает по дну трубок вниз и скапливается в шламовом пространстве. Непрерывное удаление осадка исключает необходимость промывки трубок.

За рубежом вместо трубок используют блоки стандартных размеров длиной около 3 м, шириной 0,75 м и высотой около 0,5 м. Размер трубчатого элемента в блоке (в его поперечном сечении) составляет 5х5 см.

Испытания установки производительностью около 500  показали, что при гидравлической нагрузке 2,4-7,2 /г на 1 входного сечения трубки содержание взвешенных веществ в воде снижалось с 1152-2604 до 4-40 мг/л. Осветление воды достигалось за 4-10 мин пребывания ее в отстойнике. В среднем время отстаивания в конструкциях подобного типа не превышает 15 мин.

В последние годы разработаны и внедряются новые конструкции вертикальных отстойников со встроенными тонкослойными блоками, интенсифицирующими процесс очистки на выходе сточных вод из аппарата.

Осветление в слое взвешенного осадка - это метод осветления воды путем пропускания ее через слой ранее выпавшего осадка со скоростью, обеспечивающей поддержание осадка во взвешенном (псевдоожиженном) состоянии. Он получил широкое распространение. В настоящее время этот метод рассматривается как коагуляционный, а механизм процесса очистки - как процесс массопередачи (адсорбции) мелких частиц из воды на поверхность осадка, то есть более крупных частиц. Вследствие протекания сопутствующих осветлению процессов коагуляции, сорбции, кристаллизации значительно интенсифицируется процесс выделения частиц из воды и повышается эффективность ее осветления.

Осветлители с взвешенным слоем (контактные осветлители) в последнее время широко используются для осветления сточных вод производств полистирола, вискозы, бумаги и др. Применение их позволяет, по сравнению с обычным отстойником, значительно повысить степень очистки воды при одновременном уменьшении строительного объема сооружений в 2 - 4 раза.

Использование осветлителей целесообразно для очистки сточных вод, содержащих грубодисперсные, мелкодисперсные и коллоидные частицы (то есть для систем с различной агрегативной устойчивостью), или, как уже отмечалось, сточных вод после обработки коагулянтами. Контактные осветлители обычно применяют при расходе воды более 5000/сут. Схема осветлителя с выносным осадкоуплотнителем приведена в (рис. 18).

Рис.18 Схема контактного осветлителя

Частицы контактной фазы в осветлителе находятся в состоянии стесненного осаждения. Изменение скорости восходящего потока воды приводит к изменению концентрации частиц во взвешенном слое. Благодаря этому взвешенный слой может существовать в широком диапазоне скоростей восходящего потока.

В случае приближения скорости потока воды к скорости свободного осаждения частиц слой расплывается и частицы выносятся водой. Эта скорость является верхним пределом существования взвешенного слоя. Минимальная скорость потока воды, при которой не образуется взвешенного слоя, и частицы оседают на дно осветлителя, является нижним пределом существования взвешенного слоя.

Скорость восходящего потока воды в осветлителях обычно составляет 0,5-1,2 мм/с и в некоторых случаях достигает 1,8 мм/с. Концентрация твердых веществ во взвешенном слое от 2,0 до 10 г/л.

Для интенсификации процессов коагуляции частиц и агрегации взвесей в зоне контакта создают дополнительное перемешивание механическим и гидравлическим способами.

Помимо основных конструкций отстойников имеются многочисленные варианты песколовок, жироуловителей, смоло- и маслоотделителей, работающих по тем же принципам.

/. Фильтрование

Применяется для отделения от раствора нерастворимых примесей малых размеров и коллоидных соединений. Разделение производится с помощью перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих дисперсную фазу.

Выбор перегородки зависит:

от свойств сточной воды;

от температуры сточной воды;

от давления фильтрования;

от конструкции аппарата

В качестве перегородок используются металлические перфорированные сетки, тканевые и зернистые перегородки.

Фильтры подразделяются по следующим признакам:

по характеру протекания процесса (периодические или непрерывные);

по виду процесса (для разделения, для сгущения или для очистки);

по давлению при фильтровании (Под действием гидростатического давления столба жидкости, под повышенным давлением перед перегородкой, под вакуумом за перегородкой, по направлению фильтрования, по конструктивным особенностям)

Метод фильтрования приобретает все большее значение в связи с повышением требований к качеству очищенной воды, необходимостью повторного использования сточных вод в технологических процессах, а также системах оборотного водоснабжения. Фильтрование является обычно завершающей стадией очистки сточных вод, прошедших сооружения механической, физико-химической и биологической очисток.

В зависимости от количества и характера примесей, а также расхода сточных вод и требований к осветленной воде применяют фильтры с зернистой загрузкой или с фильтровальной перегородкой (тонкостенные фильтры, где используются пленки, ткани, пористые материалы, сетки, порошки и т.д.).

При фильтровании через зернистую загрузку различают пленочное и объемное фильтрование. При пленочном фильтровании примеси задерживаются на поверхности материала, что характерно для тонкостенных и медленных зернистых фильтров. В объемном фильтровании примеси задерживаются внутри пор. По такому принципу работают все остальные типы фильтров.

Все зернистые фильтры подразделяются по нескольким признакам:

по напору над фильтрующим материалом - открытые (гравитационные), работающие под атмосферным давлением, и напорные с избыточным давлением над фильтрующим слоем;

по скорости фильтрации - медленные (0,1-0,2 м/ч), скорые (4-15 м/ч) и сверхскорые (> 25 м/ч). Медленные фильтры всегда открытого типа, скорые могут быть открытыми и закрытыми, сверхскорые - только напорные;

по крупности зерен верхнего слоя - мелкозернистые (до 0,4 мм), среднезернистые (0,4-0,8 мм), грубозернистые (>0,8 мм);

по количеству слоев загрузки - одно-, двух-, трех- и многослойные;

по направлению движения воды - с нисходящим и восходящим потоком воды и двухпоточные с дренажом воды в середину аппарата.

Общее сопротивление системы складывается из сопротивления фильтрующей перегородки и сопротивления осадка.

При фильтровании малоконцентрированных суспензий, что имеет место при доочистке сточных вод, могут протекать следующие процессы:

) отложение взвешенных веществ в порах зернистого фильтрующего слоя;

) отложение взвешенных веществ в виде тонкого слоя на поверхности зернистого фильтрующего слоя.

В том и другом случаях по мере задержки все большего количества твердых частиц сопротивление фильтровальной перегородки быстро возрастает и скорость фильтрования уменьшается.

Современные представления о механизме фильтрации слабоконцентрированных суспензий через слой зернистого материала сводятся к следующему. Извлечение взвешенных частиц из воды и их закрепление на зернах фильтрующей нагрузки происходит под действием сил прилипания (молекулярные силы адгезии), которые проявляются на расстоянии 1 мкм от поверхности зерен. Интенсивность прилипания во много раз выше взаимного сцепления однородных частиц и зависит от площади поверхности зерен в единице объема, а также от заряда частиц суспензии и фильтрующего материала. По мере накопления осадка в порах зернистой нагрузки интенсивность прилипания взвеси к зернам каждого слоя загрузки уменьшается. Согласно теории фильтрации, разработанной Минцем, основной причиной, обусловливающей уменьшение интенсивности задержания взвеси, является разрушение и перенос хлопьев осадка в последующие слои загрузки. Таким образом, явления прилипания и отрыва частиц определяют ход процесса осветления воды.

Требования к конструкциям аппаратов:

фильтрация должна идти в направлении убывающей крупности зерен загрузки для предотвращения образования трудноразрушаемых пленок на поверхности загрузки;

необходима организация интенсивной промывки загрузки;

фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества и расхода воды.

Требования к фильтрующим материалам:

определенный гранулометрический состав;

механическая прочность на истирание и измельчение;

химическая стойкость к воде и ее примесям;

доступность и малая стоимость;

большая открытая пористость и удельная поверхность, определяющие грязеемкость фильтра.

Помимо широко применяемых материалов естественного происхождения (кварцевый песок, антрацит и керамзит, доменные и вулканические шлаки, гранит, пиролюзит, магнетит, аглопорит, шунгизит, ильменит) в фильтрах находят применение искусственные материалы (графит, капрон, полистирол, поливиниловая и полиамидная смолы, кокс и древесный уголь). Иногда материалы естественного происхождения подвергают специальной обработке (силиконом, смолами, окислами железа, полиэлектролитами). В табл. 2 приведены основные характеристики некоторых фильтрующих материалов естественного происхождения.

Таблица 2

В фильтрах с направлением потока сверху вниз дренаж защищен от попадания неочищенных вод. При соответствующем подборе крупности и высоты загрузки скорость фильтрации для фильтров с нисходящим потоком составляет 10-15 м/ч. Загрузка таких фильтров принимается однослойной или многослойной.

Однослойные фильтры с нисходящим потоком воды применяют в схемах с предварительной коагуляцией, позволяющей увеличить продолжительность фильтроцикла. Такие фильтры обычно устанавливают после отстойников или осветлителей (рис. 19). В ряде случаев применяется двухступенчатая очистка на грубозернистых, а затем на мелкозернистых фильтрах. Основные параметры однослойных фильтров приведены в табл. 3.

Таблица 3

Основные параметры однослойных фильтров

Рис. 19 Схема скорого однослойного фильтра в рабочем положении

а - план и разрезы фильтра; б - план дренажной системы; 1 - распределительный канал исходной воды (сборный канал промывной воды); 2 - желоба; 3 - бассейн фильтра; 4 - фильтрующий слой; 5 - поддерживающий слой; 6 - дренажный коллектор (распределительный коллектор промывной воды); 7 - труба для опорожнения фильтра; 8 - отводной канал; 9 - отвод первого фильтрата; 10 - диафрагма с дифманометром для регулирования скорости фильтрования; 11 - коллектор отвода фильтрата; 12 - подача промывной воды; 13 - отвод промывной воды; 14 - подача исходной воды; 15 -ответвления дренажной (распределительной) системы.

В многослойных фильтрах наилучшим образом реализуется принцип фильтрации в направлении убывающей крупности загрузки. Грязеемкость многослойных фильтров в 2-3 раза больше грязеемкости однослойных фильтров. Применение их позволяет увеличить скорость фильтрации или удлинить продолжительность фильтроцикла.

Для очистки сточных вод применяют двухслойные или каркасно-засыпные фильтры. Конструкция двухслойного фильтра аналогична конструкции обычного фильтра (рис. 20). Загрузка двухслойного фильтра выполняется из песка (нижний слой) и антрацита или керамзита (верхний слой). Крупность песка 0,5-1,2 мм при высоте слоя 500 мм; крупность антрацита 0,8-1,8 мм при высоте слоя 300-500 мм; скорость фильтрации 8-10 м/ч.

Рис. 20 Схема двухслойного фильтра

Применение двухслойных фильтров для очистки сточных вод, содержащих волокнистые примеси и склеивающие вещества, нецелесообразно, поскольку при промывке фильтров неизбежен вынос легких фракций. Разновидностью многослойных фильтров является каркасно- засыпной фильтр (КЗФ) (рис. 21).

Рис. 21 Схема каркасно-засыпного фильтра

- поддерживающие гравийные слои; 2- распределительная система высокого сопротивления; 3 - трубчатая система для подачи исходной и отведения промывной воды; 4 -подача воздуха; 5- гравийный каркас; 6 - песчаная засыпка; 7 - подача промывной воды; 8 - отвод фильтров.

В этом фильтре можно использовать дешевые фильтрующие материалы, что выгодно отличает его от других многослойных фильтров. Загрузка фильтра выполняется в виде каркаса из гравия или щебня и засыпки из мелкозернистого материала, который заполняет часть порового пространства каркаса. В качестве материала засыпки используют песок, антрацит, мраморную крошку, керамзит, гранулированный доменный шлак (табл. 4).

Таблица 4

Основные параметры каркасно-засыпных фильтров.

Регенерация загрузки фильтров зависит от свойств очищаемой воды, материала загрузки и конструкции фильтра. Промывку можно осуществлять фильтратом или неочищенной сточной водой. Применение сжатого воздуха и совместной водо-воздушной промывки в ряде случаев обеспечивает хорошее качество отмывки. Однако иногда высокая интенсивность подачи промывной воды не обеспечивает качественной отмывки и приводит к выносу зерен загрузки из фильтра. В таких случаях необходимо применять такие меры, как поверхностную промывку, предварительное барботирование загрузки сжатым воздухом и др.