Сточные воды и их очистка

Если требуемая степень очистки по взвешенным веществам более 50 %, а снижение БПК находится в пределах 80 %, то назначается частичная биологическая очистка (механическая очистка и последующая доочистка на сооружениях частичной биохимической очистки). При необходимости снижения БПК более, чем на 80 % применяется полная биологическая очистка.

Выбор типа очистных сооружений и схемы очистки производится на основе анализа местных условий: производительности станции, наличия достаточной площадки земельного участка, климатических, грунтовых и почвенных условий, рельефа местности, обеспеченности электроэнергией, наличия местных материалов и др.

Обработка городских сточных вод, представляющих собой смесь бытовых и промышленных сточных вод, производится обычно в такой последовательности: механическая очистка на решетках, в песколовках и первичных отстойниках; биологическая очистка на аэротенках или в биофильтрах и вторичных отстойниках; обеззараживание и выпуск в водоем либо повторное использование в промышленности или сельском хозяйстве. Обработка осадков может производиться в метантенках с последующим механическим обезвоживанием и термической сушкой либо высушиванием на иловых площадках.

В таблице 2 приведены рекомендации для выбора типа сооружений по очистке городских сточных вод в зависимости от их расхода.

Таблица 2 - Данные для выбора типа сооружений по очистке сточных вод:

Наименование сооружений	Среднесуточный расход сточных вод, м3/сут
	До 50	До 300	До 500	До 1000	До 30000	До 50000	До 500000
	При механической очистке
Решетки	+	+	+	+	+	+	+
Песколовки
вертикальные	-	-	+	+	+	-	-
горизонтальные	-	-	+	+	+	+	+
С круговым движением воды	-	-	-	-	-	+	+
Отстойники	+	+	+	+	-	-	-
двухъярусные	-	-	-	Х	Х	Х	-
вертикальные	-	-	-	-	+	+	+
горизонтальные	-	-	-	-	+	+	+
радиальные	-	-	-	Х	+	+	+
Менатенки	-	-	-	+	+	+	+
Иловые площадки	+	+	+	+	+	+	+
Вакуум-фильтры	-	-	-	-	-	+	+
Хлораторные установки	+	+	+	+	+	+	+
При биологической очистке
Поля орошения	+	+	+	+	+	+	-
Поля фильтрации	+	+	+	+	+	+	-
Биологические пруды	+	-	+	-	-	-	-
Биофильтры	+	+	+	Х	-	-	-
Аэротенки	-	-	-	Х	+	+	+
Илоуплотнители	-	-	-	+	+	+	+
+ рекомендуется; Х применяются при соответствующем обосновании; - не рекомендуется.

3.2 Типы очистных сооружений по видам стоков

Сооружения для очистки бытовых стоков.

Очистка бытовых сточных вод производится в локальных очистных сооружениях в два этапа. Первый - предварительная очистка, второй - окончательная, или доочистка.

Предварительная очистка осуществляется только в специальном резервуаре - септике, или отстойнике.

Задача септика заключается в том, чтобы, во-первых, отделить жидкость с растворимыми частицами от нерастворимых фракций (механический процесс) и, во-вторых, разложить органические загрязнения с помощью анаэробных бактерий, всегда присутствующих в нечистотах (биологический процесс). Степень очистки сточных вод на выходе из септика составляет 65%. Для более тщательного очищения сточные воды направляются на доочистку. Доочистка в отличие от первого этапа, протекающего непременно в септике, может происходить в конструкциях разного типа, в которых создаются оптимальные условия (доступ кислорода) аэробным бактериям для окончательной очистки сточных вод, поступающих из септика. Для биологической нейтрализации стоков в аэробных условиях применяются следующие системы доочистки: грунтовый дренаж, песчаный фильтр, биологический фильтр и поглощающий колодец.

Общий принцип их работы основан на естественной способности почвы к самоочистке. Предварительно очищенные стоки равномерно распределяются малыми порциями на фильтрующую поверхность, где вступают во взаимодействие с аэробными бактериями (механико-биологическая очистка, теперь уже бескислородного голодания). Степень очистки стоков составляет 95%, что соответствует санитарным нормам, затем они сбрасываются в канавы, кюветы и т.д.

Сооружения для очистки промышленных стоков.

Для очистки промышленных сточных вод используются общие и локальные очистные сооружения.

Очистные сооружения общего типа предназначены для очистки всех загрязненных промышленных стоков предприятия. Поэтому обычно эти сооружения включают механическую, физико-химическую и биологическую очистки. К сооружениям механической очистки относятся песколовки, отстойники, флотационные и фильтрационные установки и др. На них удаляются грубодисперсные примеси. К сооружениям физико-химической очистки относятся флотационные установки с применением химических реагентов, установки с применением коагулянтов для коллоидных примесей. К сооружениям биологической очистки относятся аэротенки, биофильтры, биологические пруды и т.д. Для очистки сточных вод применяют реагентные методы: коагуляцию, флокуляцию, осаждение примесей, фильтрование, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос и др.

Очистные сооружения локального типа используются для очистки сточных вод от предприятий пищевой промышленности, территорий АЗС, сточных вод мясокомбинатов, молокозаводов, масложировых производств и других типов сточных вод от нефтепродуктов, масел, жиров, взвешенных веществ. На этих сооружениях используют механическую очистку, коагуляцию, электроохлаждение, фильтрирование, ультрофильтрацию и др.

Многие крупные предприятия имеют общезаводские очистные сооружения, на которых установлены сооружения для механической, физико-химической и биологической очистки.

Сооружения для очистки ливневых стоков.

Очистка ливневых стоков применяется для защиты водных ресурсов от загрязнений нефтепродуктами и взвешенными веществами. Для очистки стоков ливневой канализации используются локальные очистные сооружения, которые очищают нефтесодержащие ливневые сточные воды до показателей, соответствующих всем нормативным требованиям, что позволяет сбрасывать их непосредственно в водоем, в дренажные канавы, придорожные кюветы.

На этих сооружениях используются различные методы очистки: механическая, физико-химическая и др.

Сооружения для очистки городских стоков.

Для очистки городских стоков используются районные или городские очистные сооружения.

Они предназначены для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод района или города. Городские сточные воды обрабатываются на сооружениях механической, физико-химической и биологической очистки. При совместной очистке в сточных водах в них регламентируются содержание растворимых взвешенных и всплывающих веществ, продуктов, способных разрушать или засорять коммуникации, взрывоопасных и горючих веществ, а так же температура.

3.3 Типы очистных сооружений в зависимости от используемых методов очистки

3.3.1 Сооружения для механической очистки сточных вод

Выбор типа очистного сооружения осуществляют исходя из: требований к степени очистки воды, которое определяется видом биореактора; пригодности почвы для этого вида реактора; близости расположения водоемов.

На рисунке 1 (а) представлен комплекс оборудования для механической очистки сточных вод, который применяется для извлечения из сточных вод крупных отбросов и является устройством, подготавливающим сточные воды к дальнейшей очистке.

Рисунок 1(а) Комплекс оборудования для механической очистки сточных вод:

В комплекс входят:

1. шибер входной механизированный;

2. решетка предварительной очистки механизированная;

3. тележка-контейнер для сбора отбросов;

4. агрегат механической очистки сточных вод;

5. ленточный транспортер для удаления отбросов;

6. бункер-накопитель для сбора отбросов.

Решетки, предназначенные для задержания крупных загрязнений в сточной воде, устанавливают на пути движения жидкости. Решетка состоит из наклонно или вертикально установленных параллельных металлических стержней, укрепленных на металлической раме. Наклон решетки чаще всего составляет 60-80° к горизонту.

В прозорах решетки движутся зубцы граблей, укрепляемых на подвижной шарнирно-пластинчатой цепи. Цепь приводится в движение двигателем через привод с, шестеренчатой передачей. Отбросы, снятые со стержней решетки поднятые граблями на подвижную ленту, направляются в дробилку для их размельчения. По действующим нормативам, механическую очистку решетки и дробление отбросов требуется производить при количестве отходов более 0,1 м3/сут.

На станциях для очистки городских сточных вод устанавливают решетки со стержнями, расположенными на расстоянии 16 мм друг от друга. Стержни решетки обычно выполняют из металлических полос круглой, квадратной, прямоугольной или другой формы. Наибольшее распространение получили стержни прямоугольного сечения из полосовой стали 60х10 мм, так как отбросы на них не заклиниваются и легко снимаются граблями.

Решетки-дробилки, которые одновременно задерживают твердые частицы, находящиеся в воде, и перемалывают их. Принцип действия установки состоит в следующем.

Решетку-дробилку устанавливают в камере с круговым движением сточных вод или на трубопроводе. Барабан, приводимый в движение электродвигателем через коробку передач, задерживает отбросы в прозорах шириной 8-10 мм.

Затем эти отбросы подаются вращающимся барабаном к режущим гребням, которые и перемалывают твердые частицы. Последние в измельченном виде поступают снова в сточную воду.

На рисунке 1(б) показана решетка предварительной очистки, входящая в комплекс оборудования для механической очистки сточных вод (рис. 1(а)).

Рисунок 1(б) Решетка предварительной очистки механизированная:

Песколовки предназначены для задержания минеральных примесей, содержащихся в сточной воде. Необходимость предварительного выделения минеральных примесей обусловливается тем, что при раздельном выделении из сточной жидкости минеральных и органических загрязнений облегчаются условия эксплуатации сооружений, предназначенных для дальнейшей обработки воды и осадка - отстойников, метантенков и др.

Принцип действия песколовки основан на том, что под влиянием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения их вместе с водой в резервуаре выпадают на дно. Песколовки должны быть рассчитаны на такую скорость движения воды, при которой выпадают только наиболее тяжелые минеральные загрязнения, мелкие же органические частицы не должны осесть. Песколовки обычно рассчитываются на задержание песка крупностью 0,25 мм и более. Установлено, что при горизонтальном движении воды в песколовке скорость должна быть не более 0,3 и не менее 0,15 м/с. При скорости движения более 0,3 м/с песок не будет успевать осаждаться в песколовке, при скорости менее 0,15 м/с в песколовке будут осаждаться органические примеси, что крайне нежелательно.

Они могут быть горизонтальными и вертикальными.

Горизонтальные песколовки в которых вода движется в горизонтальном направлении, с прямолинейным или круговым движением воды.

Горизонтальная песколовка состоит из рабочей части, где движется поток, и осадочной, назначение которой - собирать и хранить выпавший песок до его удаления.

На рисунке 2(а) показан внешний вид горизонтальной песколовки. На рисунке 2(б) показана схема вертикальной песколовки.

Сточная вода, содержащая песок, очищенная от грубых примесей, поступает в центральный цилиндр песколовки, где происходит частичное снижение скорости и успокоение натекающей воды. По мере движения воды по центральному цилиндру в нижнюю часть песколовки, скорость течения снижается до такой степени, что зерна песка, находящиеся в воде, начинают осаждаться в пространстве аккумуляции песка.

Освобожденная от песка вода поднимается через внешнее затрубное пространство к гребню водослива и стекает в канализацию. Собранный в аккумулирующем пространстве песок после его пневматического взрыхления с помощью среднепузырчатого аэрационного элемента откачивается эрлифтом на песковые площадки.

Рисунок 2(а) Вертикальная песколовка:

1 - Приточный цилиндр,

2 - Эрлифт для удаления песка,

3 - Пространство аккумуляции песка,

Рисунок 2(б) - Схема вертикальной песколовки:

Как показал опыт, в хорошо работающих горизонтальных песколовках можно задержать 65-75 % всех минеральных загрязнений, содержащихся в сточной воде.

При поступлении в песколовку городских сточных вод, в составе которых находятся преимущественно бытовые воды, количество задержанного в песколовке песка на одного человека составляет 0,02 л/сут. при влажности осадка 60% и объемной массе его 1,5 т/м3.

Песколовки очищают различными способами. При незначительных расходах сточных вод, поступающих на станцию, песколовки можно очищать насосом, который откачивает песок с водой из приямка, расположенного в головной части песколовки. На очистных станциях песок из песколовки обычно удаляют с помощью гидроэлеваторов и специальных механизмов - шнеков, скребков и др.

Отстойники применяют для предварительной очистки сточных вод, если по местным условиям требуется их биологическая очистка, или как самостоятельные сооружения, если по санитарным условиям вполне достаточно выделить из сточных вод только механические примеси.

В зависимости от назначения отстойники подразделяются на первичные, которые устанавливают до сооружений биологической обработки сточных вод, и вторичные, которые устанавливают после этих сооружений.

Статические отстойники. Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные стальные или железобетонные резервуары, которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара в зависимости от технологической схемы очистки сточных вод.

Исходя из технологического процесса, загрязненные воды нефтебаз и нефтеперекачивающих станций неравномерно поступают на очистные сооружения. Для более равномерной подачи загрязненных вод на очистные сооружения служат буферные резервуары, которые оборудуют водораспределительными и нефтесборными устройствами, трубами для подачи и выпуска сточной воды и нефти, уровнемером, дыхательной аппаратурой и т.д. Так как нефть в воде находится в трех состояниях (легко-, трудноотделимая и растворенная), то, попав в буферный резервуар, легко - и частично трудноотделимая нефть всплывает на поверхность воды, во втором случае это происходит значительно медленнее. Для отделения мелкодисперсной нефти при большой высоте резервуара необходимо затратить значительное время (более 48 ч), поэтому такое отделение в буферных резервуарах не предусматривается. В этих резервуарах отделяют до 90-95% легко отделимых нефтей. Для этого в схему очистных сооружений устанавливают два и более буферных резервуара, которые работают периодически: заполнение, отстой, выкачка.

Объем резервуара выбирают из расчета времени заполнения, выкачки и отстоя, причем время отстоя принимают от 6 до 24 ч. Таким образом, буферные резервуары (резервуары-отстойники) не только сглаживают неравномерность подачи сточных вод на очистные сооружения, но и значительно снижают концентрацию нефти в воде. Большие преимущества этого вида резервуаров - герметичность и возможность строительства индустриальным методом, что приводит к резкому сокращению времени строительства.

Отстаивание воды в вертикальных резервуарах может протекать в динамическом и статическом (непроточном) режимах.

При динамическом режиме наполнение и опорожнение резервуара происходят одновременно.

При статическом (непроточном) режиме резервуары работают по трем циклам: наполнение, отстаивание, опорожнение. Поэтому для отстаивания воды число резервуаров должно быть более двух, а объем их несколько больше, чем объем резервуаров при динамическом режиме.

Резервуары должны быть оборудованы средствами автоматики, осуществляющими автоматическое переключение резервуаров, следящими за уровнем воды в резервуаре и не допускающими попадания нефти в отводящий трубопровод.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала отводят всплывшую нефть и выпавший осадок, после чего откачивают осветленную воду.

Для удаления осадка на дне резервуара устраивают дренаж из перфорированных труб.

Отстаивание - наиболее простой и часто применяемый способ выделения из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его поверхности.

Пруды дополнительного отстоя.

Для дополнительной очистки сточных вод часто используют пруды дополнительного отстоя, представляющие собой водоемы глубиной до 4 м и площадью зеркала воды в зависимости от пропускной способности сточных вод.

Обычно такие пруды имеют несколько секций, каждая из которых оборудована устройством для рассредоточенного ввода и выпуска воды.

Пруды дополнительного отстаивания имеют следующие существенные недостатки: необходимость больших территорий, высокая стоимость, загрязнение атмосферы испаряющимися нефтепродуктами, влияние ветровой нагрузки на эффективность очистки, трудности при сборе нефти и осадка и др.

Динамические отстойники.

Отличительная особенность динамических отстойников заключается в отделении примеси, находящейся в воде, при движении жидкости.

В динамических отстойниках или отстойниках непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося осадка.

Движение воды в вертикальном отстойнике происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника.

Всплывшие примеси выводят с помощью скребков и поперечных лотков, установленных на определенном уровне.

На рисунках 3(а) и 3(б) показана схема вертикального и горизонтального отстойника.



В зависимости от улавливаемого продукта горизонтальные отстойники делятся на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки, жироловки и т.п.

В радиальных отстойниках круглой формы вода движется от центра к периферии или наоборот. Радиальные отстойники большой производительности, применяемые для очистки сточных вод, имеют диаметр до 100 м и глубину до 5 м.

Радиальные отстойники с центральным впуском сточной воды имеют повышенные скорости впуска, что обуславливает менее эффективное использование значительной части объема отстойника по отношению к радиальным отстойникам с периферийным впуском сточных вод и отбором очищенной воды в центре.

Тонкослойные отстойники. Чем больше высота отстойника, тем больше необходимо времени для всплытия частицы на поверхности воды. А это, в свою очередь, связано с увеличением длины отстойника. Следовательно, интенсифицировать процесс отстаивания в нефтеловушках обычных конструкций сложно. С увеличением размеров отстойников гидродинамические характеристики отстаивания ухудшаются. Чем тоньше слой жидкости, тем процесс всплытия (оседания) происходит быстрее при прочих равных условиях. Это положение привело к созданию тонкослойных отстойников, которые по конструкции можно разделить на трубчатые и пластинчатые. На рисунке 3(в) показана схема тонкослойного отстойника.

Рисунок 3(в) - Тонкослойный отстойник:

Условные обозначения:

1 Емкость.

2 Модуль тонкослойного отстаивания (МТО).

А Подвод неочищенной воды.

Б Подвод газа.

В Отвод чистой воды.

Г Сброс накопленной нефти.

Д Отвод попутного газа.

Е Дренаж.

Ж Размыв пропарка.

Трубчатые отстойники. Рабочий элемент трубчатого отстойника - труба диаметром 2,5-5 см и длиной около 1 м. Длина зависит от характеристики загрязнения и гидродинамических параметров потока. Применяют трубчатые отстойники с малым (10°) и большим (до 60°) наклоном труб. Отстойники с малым наклоном трубы работают по периодическому циклу: осветление воды и промывка трубок. Эти отстойники целесообразно применять для осветления сточных вод с небольшим количеством механических примесей. Эффективность осветления составляет 80-85%. В круто наклонных трубчатых отстойниках расположение трубок приводит к сползанию осадка вниз по трубкам, и в связи с этим отпадает необходимость их промывки. Продолжительность работы отстойников практически не зависит от диаметра трубок, но возрастает с увеличением их длины. Стандартные трубчатые блоки изготовляют из поливинилового или полистирольного пластика. Обычно применяют блоки длиной около 3 м, шириной 0,75 м и высотой 0,5 м. Размер трубчатого элемента в поперечном сечении составляет 5х5 см. Конструкции этих блоков позволяют монтировать из них секции на любую производительность; секции или отдельные блоки легко можно устанавливать в вертикальных или горизонтальных отстойниках.

Пластинчатые отстойники. Пластинчатые отстойники состоят из ряда параллельно установленных пластин, между которыми движется жидкость. В зависимости от направления движения воды и выпавшего (всплывшего) осадка отстойники делятся на прямоточные, в которых направления движения воды и осадка совпадают; противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно к направлению движения осадка. Наиболее широкое распространение получили пластинчатые противоточные отстойники. Эффективность осветления воды в пластинчатых отстойниках повышается с уменьшением их высоты.

Достоинства трубчатых и пластинчатых отстойников - их экономичность вследствие небольшого строительного объема, возможность применения пластмасс, которые легче металла и не коррозируют в агрессивных средах. Общий недостаток тонкослойных отстойников - необходимость создания емкости для предварительного отделения легко отделимых нефтяных частиц и больших сгустков нефти, окалины, песка и др. Сгустки имеют нулевую плавучесть, их диаметр может достигать 10-15 см при глубине в несколько сантиметров. Такие сгустки очень быстро выводят из строя тонкослойные отстойники. Если часть пластин или труб будет забита подобными сгустками, то в остальных повысится расход жидкости. Такое положение приведет к ухудшению работы отстойника.

Гидроциклоны. Сточные воды очищают в открытых и закрытых (напорных) гидроциклонах. Открытые гидроциклоны обычно проектируют для очистки сточных вод от тяжелых примесей. Обычно гидроциклоны применяют в комплексе с другими очистными сооружениями. Решающее влияние на рабочий эффект открытого гидроциклона оказывают физические свойства частиц (размер, форма, плотность и др.), для задержания которых он предназначен, а также геометрические размеры гидроциклона и гидравлический режим его работы.

Напорные гидроциклоны. В напорные гидроциклоны вода подается через тангенциально направленный патрубок в цилиндрическую часть. В гидроциклоне вода, двигаясь по винтовой спирали наружной стенки аппарата, направляется в коническую его часть. Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной части аппарата. Поток осветленной воды в центральной части аппарата по трубе выводится из гидроциклона, а тяжелые примеси вдоль конической части перемещаются вниз и выводятся через патрубок шлама.

Промышленность выпускает напорные гидроциклоны нескольких типоразмеров. Для грубой очистки применяют гидроциклоны больших диаметров. При целесообразности глубокой очистки сточной воды используют схему последовательного соединения различных типоразмеров гидроциклонов. При такой сложной схеме соединения гидроциклонов подача воды может осуществляться от одного насоса или от ряда насосов, установленных перед последующими гидроциклонами. На рисунке 4 приведено устройство гидроциклона.

Рисунок 4 - Устройство гидроциклона:

1. Корпус

2. Крышка

3. Отвод

4. Патрубок питающий

5. Футеровка

6. Наконечник сменный

Применение гидроциклонов обычной конструкции не всегда приводит к необходимой степени очистки сточных вод. Поэтому был предложен ряд новых конструкций усовершенствования напорного гидроциклона. Он отличается от обычного напорного гидроциклона тем, что в нем установлены коаксиально три сливных патрубка, различных по диаметру и глубине погружения. Такое расположение патрубков позволяет работать данному гидроциклону как трем совмещенным гидроциклонам, имеющим различный диаметр, производительность и степень очистки.

Твердая частица, попадая в цилиндрическую часть гидроциклона, под действием центробежных сил перемещается вдоль стенки и опускается вниз. В центре гидроциклона образуются восходящие потоки легких фракций, которые удаляются через коаксиально расположенные патрубки. Чем меньше глубина погружения патрубка, тем больше и крупнее взвесь идет по нему в слив.

Частицы, не вынесенные потоком через патрубки, оседают на дне конической части гидроциклона и удаляются через песковой штуцер.

Безнапорный гидроциклон. Одним из технических приспособлений для сбора нефтяной пленки с поверхности воды является безнапорный гидроциклон.

Если в предыдущих конструкциях для вращения жидкости в гидроциклоне применяли подачу воды в гидроциклон по патрубку, расположенному по касательной в цилиндрической части, то в данном случае проводят отсос воды из гидроциклона по патрубку, расположенному по касательной внизу конической части гидроциклона. Такое расположение патрубка дает возможность образовывать внутри гидроциклона вращение жидкости, причем поступление воды из водоема происходит в верхней части гидроциклона.

Собранная с поверхности воды пленка нефтепродуктов, попадая в гидроциклон как более легкая, собирается в центре гидроциклона. По мере увеличения количества нефтепродуктов в гидроциклоне внутри него образуется конус из нефтепродуктов, который, увеличиваясь в размере, достигает нефтяного отборного патрубка, расположенного в центре гидроциклона. Нефтепродукты по этому патрубку сбрасываются в специальные емкости на берегу водоема. Концентрация воды и нефти в этом потоке может быть различной. Поэтому в отстойных емкостях происходит гравитационное разделение воды и нефтепродуктов, после чего условно чистую воду сбрасывают в водоемы. Если концентрация нефтепродуктов в сбрасываемой воде велика, то необходимо эту воду пропускать через очистные сооружения.

3.3.2 Сооружения для физико-химической очистки сточных вод

Флотационная установка предназначена для удаления из воды гидрофобных загрязнений: масел, нефтепродуктов, некоторых эмульгированных жидкостей, полимеров. Кроме этого флотаторы и флотация в целом применяются для удаления взвешенных веществ, в том числе в тонкодисперсном состоянии, ПАВ и ряда других загрязнений, а также для разделения иловых смесейс использованием метода напорной пневмофлотации, а также индивидуально подобранных коагулянтов, флокулянтов и других химических реагентов, способствующих дополнительному хлопьеобразованию и осветлению.

С целью повышения эффективности процесс флотации может осуществляться с предварительной обработкой воды коагулянтами и флокулянтами. При оптимальных условиях эффект очистки флотационной установкой достигает 85-98%.

Флотаторы могут эксплуатироваться как локальные установки флотации, так и в составе очистных сооружений.

На рисунке 5 представлена схема флотационной установки "ФМ Н2О+".

Рисунок 5 - Схема флотационной установки "ФМ Н2О+":

Установки для озонирования.

Одна из конструкций промышленного озонатора представляет собой горизонтальный металлический трубчатый сосуд типа теплообменника, внутри каждой трубы на центрирующих прокладках из фторопласта вставлены стеклянные цилиндры, закрытые с одного конца и имеющие на внутренней поверхности графитомедное токопроводящее покрытие (7000-10000 В). Корпус озонатора заземлен. Высоковольтный газовый разряд возникает в тонком кольцевом промежутке между металлической трубкой и стеклянным цилиндром.

В установке озонирования сточных вод с барботажным адсорбентом сточная вода поступает в смеситель, в котором она смешивается с реагентом для получения требуемого значения pH, и далее насосом подается в барботажный адсорбер, а оттуда - в сборник очищенной воды. Озоно-воздушная смесь поступает в барботажный адсорбер с озонаторной установки. Отработанные газы из адсорбера направляются в аппарат для очистки и затем выпускаются в атмосферу. Возможна также подача этих газов на рекуперацию озона.

Смешение очищаемой воды с озонированным воздухом может осуществляться различными способами: барботированием воды через фильтры, дырчатые (пористые) трубы, смешением с помощью эжекторов, мешалок и т.д.

Чтобы увеличить время контактирования озона с очищаемой сточной водой и облегчить условия его растворения, озонирование следует проводить в две ступени.

Озонаторные установки на нефтебазах применяют в основном для обеззараживания сточных вод от тетраэтилсвинца. Эффективность очистки достигает 80-90%. Для более полной очистки необходимо применять озонирование в присутствии катализатора - силикагеля, который располагается в контактной колонне слоями.

Озон при транспортировке к месту ввода имеет тенденцию к разложению, в связи с чем коммуникации озоно-воздушной смеси должны быть максимально короткими. Наиболее подходящим материалом трубопроводов для озоно-воздушной смеси является стекло. Оптимальное время транспортировки по стеклянному трубопроводу 6-8 мин, по трубопроводу из нержавеющей стали 4-6 мин.

Перед подачей сточной воды на озонаторную установку ее очищают от эмульгированных масел и нефтепродуктов.

Установки с применением коагулянтов.

Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в смесителях. Применяют перегородчатые, дырчатые, шайбовые и вертикальные смесители и механические с пропеллерными или лопастными мешалками.

Процесс хлопьеобразования осуществляется в камерах хопье образования, которые могут быть перегородчатые, водоворотные, вихревые и с механическим перемешиванием. Перегородчатые камеры могут быть горизонтальными и вертикальными. В горизонтальной камере сточная вода протекает по нескольким последовательно соединенным коридорам. Перемешивание осуществляется за счет 8-10 поворотов.

Водоворотная камера представляет собой цилиндр в верхнюю часть которого из смесителя вводится сточная вода через диаметрально расположенные сопла с противоположным направлением выхода струи. При скорости выпуска воды из сопел 2-3 м/с в камере поддерживается вращательное движение. В нижней части камеры перед выходом в отстойник находятся гасители вращательного движения воды.

Вихревая камера представляет собой конический или цилиндрический, расширяющийся к верху резервуар с нижним впуском сточной воды.

В камерах с лопастными мешалками продолжительность пребывания воды 20-30 мин, а скорость движения воды 0,15-0,2 м/с.

3.3.3 Сооружения для биологической очистки сточных вод

Сооружения для биологической (биохимической) очистки сточных вод могут быть разделены на два основных типа:

1) сооружения, в которых биологическая очистка осуществляется в условиях, близких к естественным (поля фильтрации и биологические пруды). Сточная жидкость очищается на них довольно медленно за счет запаса кислорода в почве и в воде биологических прудов, а также вследствие жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов, окисляющих попадающие в почву и воду органические загрязнения;

2) сооружения, в которых очистка сточных вод осуществляется в искусственно созданных условиях (биологические фильтры и аэротенки). В этих сооружениях искусственно создаются условия, при которых процессы очистки сточных вод идут значительно интенсивнее.

На рисунке 6 представлена схема септика биологической очистки «ТРИАЛ_БИО».

Рисунок 6 - Схема септика биологической очистки «ТРИАЛ_БИО»:

Биофильтры.

Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, который укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием микроорганизмов, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из воды органические вещества, в результате чего сточная вода очищается.

Аэротенки.

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары длиной 30-100 м и более, шириной 3-10 м и глубиной 3-5 м. Очистка сточных вод в аэротенках происходит под воздействием скоплений микроорганизмов (активного ила). Для нормальной их жизнедеятельности в аэротенки подают воздух и питательные вещества.

Эффективность процесса очистки в аэротенках, качественное состояние и окислительная способность активного ила определяются условиями, к которым относятся: состав и свойства сточных вод, гидродинамические условия перемешивания, соотношение количества поданных загрязнений и жизнеспособного ила, кислородный режим сооружения, температура, активная реакция среды, наличие элементов питания, присутствие активаторов или ингибиторов процесса и др.

Диспергирование воздуха в воде проводят с помощью механических и пневматических аэраторов. Пневматические аэраторы подразделяются в зависимости от размера аэрируемых пузырьков: мелкопузырчатые, среднепузырчатые и крупнопузырчатые.

При механической и пневматической системах аэрации происходит перемешивание иловой смеси и воздуха с помощью механических устройств. Механические аэраторы подразделяются на аэраторы малого и глубокого погружения. Аэраторы малого погружения насыщают воздухом поверхностный слой воды и затем насыщенную кислородом воду перемешивают за счет своей энергетической мощности. Аэраторы глубокого погружения перемешивают придонные слои воды с воздухом. Дальнейшее перемешивание всего объема воды происходит без энергии аэратора.

Преимущества механических аэраторов - высокая эффективность и экономичность, а также отсутствие необходимости в строительстве воздуходувных станций и коммуникаций. Для биологической очистки небольших количеств смеси сточных вод, в которой преобладают бытовые сточные воды, могут применяться аэротенки-отстойники, конструктивно обеспечивающие объединение двух технологических процессов очистки.

На рисунке 7 представлен пористый аэраторы. Фирма «Креал»:

Рисунок 7 - Пористый аэраторы. Фирма «Креал»:

3.3.4 Сооружения для глубокой очистки сточных вод. Фильтры

Наиболее распространенными сооружениями для глубокой очистки сточных вод являются микрофильтры для процеживания и фильтры для фильтрования.

В микрофильтрах сточная вода фильтруется через сетчатые стенки и поступает в резервуар, где расположен барабан фильтра и изливается в отводящий канал фильтра через специальный водослив. Загрязнения задерживаются на сетке размером 35 мкм. При вращении барабана сетка промывается и снова погружается в воду.

Метод фильтрования приобретает все большее значение в связи с повышением требований к качеству очищенной воды. Фильтрование применяют после очистки сточных вод в отстойниках или после биологической очистки. Процесс основан на прилипании грубодисперсных частиц нефти и нефтепродуктов к поверхности фильтрующего материала. Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные, зернистые или мембранные.

Фильтрование через различные сетки и ткани обычно применяют для удаления грубо дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей воды можно осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают воду на молекулярном уровне.

Каркасные фильтры. Фильтровальные процессы на каркасных фильтрах можно разделить на три большие группы:

- фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки и др.);

- фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и высокой нефтеемкостью (нетканые синтетические материалы, пенополиуретан и др.);

- фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).

Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса изъятия нефтепродуктов из воды, и отличаются нефтеемкостью, регенерацией фильтрующей загрузки и конструктивным оформлением. По мере насыщения загрузки нефтепродуктами их фронт перемещается в глубь слоя к его нижней границе, и концентрация нефтепродуктов в фильтрате возрастает. При этом фильтр отключается и производится регенерация загрузочного материала. Имеются конструкции фильтров с непрерывной регенерацией загрузки. Третий метод принципиально отличается от рассмотренных. Период фильтроцикла, характерный для первых двух методов, завершает этап «зарядки» коалесцирующего фильтра. После этого пленка нефтепродуктов отрывается от поверхности фильтрующего слоя в виде капель с диаметром несколько миллиметров. Капли быстро всплывают и легко отделяются от воды.

До недавнего времени в основном применяли каркасные фильтры с засыпкой из пористых материалов. В качестве фильтрующего материала используют гравий, песок, дробленый антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, хворост, древесный уголь, синтетические и полимерные материалы.

Фильтры разделяются по скорости движения воды в них на фильтры с постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т.е. продолжительности фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.

При постоянной скорости фильтрования разность давления до и после фильтра увеличивается.

При фильтровании сточных вод через зернистые материалы протекают следующие процессы:

- отложение взвешенных веществ в виде тонкого слоя на поверхности фильтрующего слоя (пленочное фильтрование);

- отложение взвешенных веществ в порах фильтрующего слоя;

- отложение взвешенных веществ на поверхности фильтрующего слоя и в его порах.

Под действием сил прилипания взвешенные вещества закрепляются на зернистом материале. Явление прилипания и отрыва частиц определяет ход процесса осветления воды. В нефтяной и нефтехимической промышленности обычно применяют фильтры с зернистой загрузкой, которые по скорости фильтрования делятся на медленные, скорые и сверхскоростные. Зернистую загрузку размещают в определенном порядке и во избежание выноса ее из фильтра применяют специальные дренажные системы и поддерживающие слои. Скорость фильтрации и качество очистки зависят от характера загрузки. Использование крупного фильтрующего материала приводит к увеличению пропускной способности фильтра и снижению качества фильтрата. Мелкий фильтрующий материал улучшает качество фильтрата, но снижает скорость движения воды в фильтре и продолжительность работы фильтра, а также вызывает перерасход промывочной воды.

При конструировании фильтров нельзя использовать механические характеристики фильтров, работающих по очистке от одних примесей, для фильтров, работающих с водами, содержащими другие примеси.

К конструкциям зернистых фильтров предъявляются следующие основные требования:

- фильтрация должна идти в направлении убывающей крупности загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых и трудно разрушаемых при промывке пленок осадка на поверхности загрузки;

- необходима интенсивная промывка загрузки, обеспечивающая максимальное удаление загрязняющих веществ из загрузки;

- фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества воды и расхода;

- фильтрующих материал должен обладать высокой прочностью и химической стойкостью, а также минимальной стоимостью при прочих равных физико-химических свойствах. Открытые фильтры применяют одно-, двух- и многослойные. Открытые фильтры. Открытый фильтр представляет собой обычно прямоугольный (в плане) резервуар, загруженный фильтрующим слоем зернистого материала и поддерживающими слоями, под которыми размещена дренажная система, предназначенная для отвода фильтрованной воды и равномерного распределения промывочной воды. В верхней части фильтра укреплены желоба для подачи чистой и отвода грязной воды. Фильтр снабжен регуляторами расхода воды, расходомерами и другим оборудованием. Высота слоя воды над загрузкой фильтра обычно составляет 2 м. В нижней части фильтра (при направлении фильтрации сверху вниз) расположены трубы для отвода очищенной воды.

Регенерацию загрузки осуществляют горячей водой с интенсивностью 6-8 л/(м2.с). Промывочную воду выпускают на очистные сооружения. Сроки промывки определяются качеством фильтрата. Если невозможно промыть загрузку фильтра, ее необходимо заменить новой. Старую загрузку регенерируют (прокаливают), промывают и просеивают, после чего ее снова можно применять.

Вода, прошедшая через фильтр, должна быть прозрачной, а концентрация нефтепродуктов в ней не должна превышать 10-15 мг/л.

Фильтры с плавающей загрузкой. С появлением новых фильтрующих материалов изменяется и технология фильтрационной очистки воды от нефтепродуктов. Перспективным является использование плавающих загрузок из различных полимерных материалов, обладающих достаточной механической прочностью, химической стойкостью, высокой пористостью и необходимыми поверхностными свойствами. К числу таких материалов относится полистирол различных марок, в том числе и пенополистирол.

Принципиально механизм процесса задержания нефтепродуктов фильтрами с плавающей гранулированной загрузкой не отличается от механизма фильтрования эмульсий через песчаные фильтры.

Разработаны различные аппараты для вспенивания полистирола с помощью горячей воды, пара, горячего воздуха.

В основном фильтры с плавающей полистирольной загрузкой рекомендуются для очистки природных и доочистки сточных вод. Однако в связи с высокой адгезионной способностью по отношению к нефтепродуктам их применяют и для разделения водонефтяных эмульсий. Плавающая загрузка позволяет значительно увеличить скорость фильтрования, снизить начальное содержание примесей и упростить регенерацию фильтра.

Фильтры с эластичной загрузкой. Для очистки нефтесодержащих сточных вод разработана новая технология с использованием эластичных полимерных материалов, в частности, эластичного пенополиуретана. Этот материал имеет открытоячеистую структуру со средним размером пор 0,8-1,2 мм и кажущуюся плотность 25-60 кг/м3. Эластичный пенополиуретан характеризуется высокой пористостью, механической прочностью, химической стойкостью, гидрофобными свойствами, что обеспечивает значительную поглощающую способность по нефтепродуктам.

Технология работы фильтров следующая. Сточная вода по трубопроводу поступает в емкость фильтра, заполненную измельченным пенополиуретаном размером 15-20 мм. Пройдя через слой загрузки, сточные воды освобождаются от нефтепродуктов и механических примесей и через сетчатое днище отводятся по трубопроводу из установки. В процессе фильтрования загрузка насыщается нефтепродуктами и периодически цепным ковшовым элеватором подается на отжимные барабаны для регенерации. Отрегенерированная загрузка вновь поступает в емкость фильтра, а отжатые загрязнения по сборному желобу отводятся в разделочную емкость.

Такие фильтры целесообразно применять после предварительной очистки стоков в песколовках и нефтеловушках. Очищенную воду можно использовать в техническом водоснабжении промышленных предприятий.

Общим недостатком всех рассмотренных фильтров (кроме пенополиуретановых) является то, что в результате их регенерации образуются высоко эмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие утилизацию выделенных нефтепродуктов.

Коалесцирующие фильтры. Под коалесценцией понимают слияние частиц дисперсной фазы эмульсии, например нефтепродуктов, с полной ликвидацией первоначально разделяющей частицы междуфазной поверхности.

Это приводит к изменению фазово-дисперсного состояния и укрупнению капель исходной эмульсии. Система становится кинетически неустойчива и быстро расслаивается.

Наиболее широкое распространение получил метод коалесценции при фильтровании эмульсии через различные пористые материалы. В принципе, любой из рассмотренных ранее фильтров при соответствующих технологических параметрах и конструктивных изменениях может работать в режиме коалесценции. В этом случае назначение фильтрующего слоя принципиально изменяется. В обычных фильтрах он выполняет функцию удерживающей среды, назначение нефильтрующей загрузки в коалесцирующих фильтрах - укрупнение мелких эмульгированных капель нефтепродуктов в более крупные. Конструктивно коалесцирующие фильтры практически всегда объединяются с отстойниками или в отстойники встраиваются коалесцирующие элементы (насадки). Отличительные и весьма существенные особенности коалесцирующих фильтров:

- высокие эффективность разделения эмульсий и удельная производительность;

- устойчивость технологического процесса при значительных колебаниях концентрации нефтепродуктов и расхода сточных вод;

- простота изготовления, эксплуатации и автоматизации;

- длительный межрегенерационный период.

Метод коалесценции можно отнести к регенеративным методам, так как в результате протекающих процессов эмульсия разделяется на две фазы, одна из которых представляет собой нефтепродукты.

Утилизация этих нефтепродуктов может создать существенную дополнительную экономическую предпосылку в реализации этого метода.

Наибольшее применение в практике разделения эмульсий метод коалесценции нашел в нефтяной промышленности и на судах морского флота для очистки нефтесодержащих сточных вод, а также на заключительной стадии экстракционных процессов в химической промышленности и при обезвоживании топливных материалов на транспорте.

Заключение

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. В процессах потребления воды человеком и промышленностью вода подвергается загрязнению, изменяет свои физические и химические свойства и превращается в сточные воды. Разнородность состава загрязнений сточных вод способствует тому, что стопроцентная очистка сточных вод невозможна, поэтому она регламентируется значениями предельно допустимой концентрацией вредных веществ (ПДК).

2. Состав сточных вод и их свойства характеризуются показателями санитарно-химического анализа, которые строго регламентируются Санитарно-эпидемиологические правилами и нормативами. СанПиН 2.1.4.1074 - 01.

3. Разнородный состав загрязнений предусматривает применение различных методов очистки сточных вод. Для очистки сточных вод от загрязнений используются очистные сооружения механической, химической, физико-химической и биологической очистки. Механическая очистка в основном используется перед дальнейшей биологической очисткой с целью извлечения твердых частиц. При механической очистке городских сточных вод удается задержать около 60% нерастворимых загрязнений. Биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворенные органические соединения. Химические и физико-химические методы очистки используются в основном для очистки производственных сточных вод. В случае необходимости может потребоваться глубокая очистка, когда в сточной воде после полной биологической очистки перед сбросом в водоем необходимо снизить концентрацию показателей взвешенных веществ. Заключительным этапом обработки сточных вод является дезинфекция, целью которой является уничтожение патогенных микроорганизмов, содержащихся в сточной воде. После очистки сточных вод образуется осадок, который необходимо подвергать обработки с целью уменьшения его влажности и объема и утилизации. загрязнение вода очистка

4. Выбор типа очистного сооружения является комплексной технико-экономической задачей, и зависит от многих факторов, таких как:

- требований к степени очистки воды;

- близости расположения водоемов;

- объема стоков, которые необходимо обрабатывать ежесуточно;

- вида загрязнений;

- рельефа местности и характера грунтов;

- энергетических затрат.

Таким образом, все цели курсовой работы достигнуты.

Список использованной литературы

1. В.Г. Калыгин. Промышленная экология М., ACADEMA, 2004.

2. Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. Водоотведение и очистка сточных вод. М., АСВ, 2006.

3. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев.: Наукова думка, 1982.

4. Е.В. Николаенко, В.В. Авдин, В.С. Сперанский. Проектирование очистных сооружений канализации. Учебное пособие. Челябинск; ЮУрГУ 2006.

5. Г.А Роев. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды. М., Недра, 1993.

6. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.4.1074 - 01. Утв. Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 26 сентября 2001 г. N 24. Дата введения - с 1 января 2002 г.

Размещено на Allbest.ru