Разделение в поле центробежных сил

Методы очистки сточных вод

Физические методы очистки

 

Использование физических методов приводит лишь к изменению формы, размеров, агрегатного состояния, количественного соотношения и других физических свойств фаз, составляющих очищаемые системы. При этом в последних не исчезают прежние и не возникают какие-либо новые вещества.

В системах, подвергаемых физическим методам очистки, наиболее распространены загрязнители производственных и бытовых сточных вод в виде нерастворимых примесей (взвешенных веществ). Вы­деленные из воды в виде осадка, они представляют сильно обводнен­ную массу с плотностью в десятки раз меньшей, чем первоначальная.

По степени дисперсности взвешенные вещества, подразделяют на грубодисперсные (10^-3 см и более), микрогетерогенные (10^-3-10^-4 см), коллоидные (10^-5-10^-7 см). Части­цы коллоидных размеров могут находиться в состоянии кинетической устойчивости (во взвешенном состоянии) продолжительное время, а более крупные под действием гравитационных сил оседают или всплы­вают. Это их свойство лежит в основе многих методов физической очистки сточных вод.

Физические методы разделяют на методы процеживания, отстаивания, центрифугирования, фильтрации. В качестве основного оборудования в них применяют различные модификации решеток, сит, отстойников, центрифуг, гидроциклонов и фильтров.

Процеживание

Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод, предна­значенная для выделения наиболее крупных (до 150 мм) нераствори­мых примесей, а также более мелких волокнистых загрязнений. Процеживание осуществляют, используя решетки и волокноуловители.

Решетки изготовляют из металлических стержней с зазором между ними 5-25мм, устанавливаемых в коллекторах вертикально или под углом 60-70° к горизонту. Скорость стока даже при его максимальном расходе не должна превышать в зазоре 0,8-1,0 м/с, что обеспечивает минимальные потери напора на решетке.

При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться, что де­лают, как правило, с помощью механических, вертикальных или пово­ротных, грабель.

Не задерживаемые решетками грубодисперсные загрязняющие ве­щества удаляют, процеживая сточные воды через сетчатые барабан­ные фильтры, которые условно подразделяют на барабанные сетки (для задержания грубодисперсных примесей на металлических сетках с ячейками 0,5-0,8 мм) и микрофильтры (для удаления тонких взвесей, размер ячеек микрофильт­ров равен 20-40 мкм, их материал — металл или пластик).

Отстаивание

Методы отстаивания используют для осаждения взвешенных в воде частиц относящихся по размерам к грубодисперсным (крупнее 10^-3 см). От­стаивание происходит под действием силы тяжести и, при соблюдении некоторых условий для сферических частиц диаметром d, подчиняется закону Стокса:

 

где v₀ — скорость осаждения; р — плотность осаждающихся частиц; р₀ — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения; η — коэффициент динамической вязкости.

При р больше, чем р₀, примесная частица осядет, при р меньше р₀ она всплывет на поверхность жидкости.

Формула Стокса выведена в предположении свободного осаждения в ламинарном потоке жидкости частиц диаметром менее 1 мм, не взаимодействующих друг с другом.

Рассматриваемый метод очистки сточных вод реализуют в двух ти­пах аппаратов: песколовках и отстойниках.

Основное назначение песколовок — задерживать минеральные взвеси крупностью более 0,2 мм. Их применяют для выделения из стоков частиц песка (литейные цехи), окалины (кузнечно-прессовое и прокатное производство), нефтесодержащих загрязнений и т.д.

В горизонтальной песколовке с прямолинейнымдвижением сточной воды (рис.) последняя поступает в песколовку 2 через входной патрубок 1.

 

 

Оседающие твердые частицы скапливаются в шламосборнике 3 и на дне песколовки, а очищенная сточная вода через выход­ной патрубок 4 направляется для дальнейшей обработки. Продолжи­тельность продвижения воды от входного до выходного патрубка при ее скорости 0,15-0,30 м/с и толщине слоя около 2 м равна обычно 30-100 с. Пропускная способность этих песколовок 70-280 тыс. м³ /сут.

В вертикальных песколовках (рис.) вертикальная составляю­щая скорости движения воды невелика (0,03-0,04 м/с) при продол­жительности пребывания стоков порядка 120 с и высоте слоя воды около 5 м.

Рис. 4.6. Схема вертикальной песколовки

 

Отстойники используют для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 0,25 мм. По конструкции резер­вуара различают горизонталь­ные и вертикальные отстой­ники.

Горизонтальные отстойники применяют при количестве стоков 125-130 м³ /ч.

Вертикальные отстойники имеют в плане круглую (с! — 5-10 м) или квадратную (до 14 х 14 м) формы с общей строи­тельной высотой 5-9 м, разбиваемой на цилиндрическую и коническую части примерно в равном отношении. Угол наклона конических стенок составляет обычно 45-60°, что обеспечивает сползание по ним накап­ливаемого осадка.

Схема вертикального отстойника с периферийным впуском воды представлена на рис. 4.10. Неочищенная сточная вода поступает по трубопроводу 5 в кольцевую зону, образованную цилинд­рической перегородкой 2 и корпусом 6 отстойника. В процессе вертикального дви­жения сточная вода встречает отражательное кольцо 7, на­правляющее поток во внут­реннюю полость перегородки 2, а твердые частицы оседа­ют в шламосборнике 8. Очи­щенная сточная вода попадает в кольцевой водо­сборник 3 и по трубопроводу 1 выводится из отстойника. Осадок из шламосборника вертикального отстойника периодически удаляется через трубопровод 4. Степень очистки в вертикальных отстойниках может достигать 40-45%. Их используют для выделения окалины из сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов.

I

 

Разделение в поле центробежных сил

Этот процесс осуществляют в открытых или напорных гидроцикло­нах и в центрифугах.

Открытые гидроциклоны (рис) применяют для отделения из сточных вод крупных твердых частиц со скоростью осаж­дения более 20 мм/с. Гидроциклон состоит из вход­ного патрубка 1, кольцевого водослива 2, трубы для отвода очищенной воды 3 и шламоотводящей трубы 4. Диаметр d и высота цилиндрической части гидроциклона обычно равны 2-10 м, диаметр входного отверстия 0,1d, угол конической части — около 60°.

Рис. 4.11. Схема открытого гидроциклона

 

Если в гидроциклонах центробежные силы, ускоряющие выделение частиц, создаются тангенциальным вводом жидкости и ее закручивани­ем вдоль стенок неподвижного аппарата, то в центрифугах центро­бежные силы создают вращением самого аппарата.

Фильтрование

Фильтрование — применяется как доочистная операция после химической, физико-химической и биохимической обработки сто­ков, так как использование некоторых из этих методов сопровождается выделением в очищаемой жидкости механических загрязнений.

Фильтрование реализуют либо на поверхности, либо в глубине фильтрующего материала.

По характеру механизма задержания взвешенных частиц различа­ют два основных вида фильтрования:

через «фильтрующую пленку», образуемую взвешенными частицами, выпавшими на поверхность загрузки (медленные фильтры). Скорость фильтрации на медленных фильтрах составляет 0,1-0,3 м/ч.

без образования на поверхности загрузки фильтрующей пленки (скорые фильтры). Скорость фильтрации в этом случае принимается равной 6-7 м/ч. Способ применяется для осветления мутных и цвет­ных вод после коагулирования и отстаивания, при реагентном умягче­нии воды, при ее обезжелезивании и в других случаях.

 

Эвапорация

— (отгонка с водяным паром) основана на том, что при нагревании растворов, содержащих летучие вещества, последние вместе с паром переходят в газовую фазу. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задерживаются.

Среди эвапорационных методов наибольшее распространение получили пароциркуляционный способ и азеотропная ректификация.

Пароциркуляционный способ применяют для удаления из сточных вод фенолов, крезолов, нафтолов и других веществ, осуществляя его в аппаратах периодического или непрерывного (дистилляционные колон­ны) действия. При движении навстречу перегретому пару через ко­лонну с насадкой сточная жидкость нагревается до 100°С, присутст­вующие в ней летучие примеси переходят в паровую фазу, распределя­ясь между ней и стоками в соответствии с величиной коэффициента их распределения. Выходящий из колонны пар промывается раствором щелочи, в ко­торый переходят загрязнения. При нейтрализации щелочного раствора загрязнения выделяются из него и могут быть удалены отстаиванием.

Азеотропная ректификация основана на свойстве некоторых двухкомпонентных растворов разделяться при нагревании на чистый компонент и азеотропный (нераздельнокипящий) раствор постоянного состава, содержащий повышенную долю второго компонента. В этом способе сточная вода проходит через колонну, обогреваемую паром, разделяясь на испаряемую азеотропную смесь воды с повышенным содержанием загрязнителя и очищенную воду. Азеотропная паровая смесь поступает в конденсатор. Конденсат после дополнительного ох­лаждения разделяют в сепараторе на воду, сбрасываемую в исходные стоки, и органическую фазу, поступающую на дальнейшую переработ­ку или на повторное применение.

К азеотропным системам относятся некоторые водные растворы спиртов, азотной и соляной кислот, смеси спиртов с бензолом и хло­роформом и др.

Выпаривание

— применяют для увеличения концентрации солей, со­держащихся в сточных водах, и ускорения их последующей кристалли­зации.

Испарение

— в отличие от выпаривания, реализуемого при темпера­туре кипения, осуществляется только с поверхности жидкости, органи­зуется обычно в естественных условиях и протекает практически при любой температуре. Площадь испарителей рассчитывается в зависимо­сти от климатических и грунтовых условий.

Кристаллизац ия

— основана на изменении растворимости веществ при различных температурах. При снижении последней обычно уменьшается их растворимость, в том числе примесей сточных вод. При достижении ими степени пересыщения в растворе они из него выкристаллизовываются, жидкая фаза становится чище. Процесс кри­сталлизации можно интенсифицировать, ускоряя испарение жидкости.

Вымораживание

— проводится при температурах замерзания воды или сточных жидкостей и осуществляется в случаях, когда концентра­ции примесей не достигают насыщения, и загрязнители не переходят в лед, а, в отличие от кристаллизации, остаются в жидкой части. При повышении концентрации примесей до близкой к насыщению раствор направляют на переработку или обезвреживание, а лед после таяния можно использовать для различных бытовых и технологических нужд.

В домашних условиях вымораживание применяют, в частности, для очистки водопроводной питьевой воды. Воду вымораживают не полно­стью, жидкую часть, содержащую сконцентрированные в ней примеси, сливают. Лед растапливают, полученную воду нагревают до кипячения, при этом из нее выпадает (коагулирует) дополнительное количество примесей, преимущественно гидроксидов железа, которые легко отде­ляются при фильтровании через марлю. Отфильтрованная вода по вкусу, чистоте и прозрачности соответствует родниковой.