Очищення стічних вод

ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

При виборі способів і технологічного устаткування для очищення стічних вод від домішок необхідно враховувати, що задані ефективність і надійність роботи будь-якого очисного пристрою забезпечуються у визначеному діапазоні значень концентрацій домішок і витрат стічної води. Більшість цехів машинобудівних підприємств характеризується сталістю витрати і складу стічних вод, однак у деяких технологічних процесах мають місце короткочасні зміни, що може істотно зменшити ефективність роботи очисних пристроїв або вивести них з ладу. Наприклад, залпові скидання відпрацьованих технологічних розчинів у термічних, травильних і гальванічних цехах викликають істотне збільшення концентрації важких металів у термінових водах на вході в очисні спорудження. Швидке танення снігу, а також інтенсивні дощі викликають істотне, збільшення витрати поверхневих стічних вод на вході в очисні спорудження.

Для забезпечення нормальної експлуатації очисних споруджень у зазначених випадках необхідне усереднення концентрації домішок або витрати стічної води, а в деяких випадках і по обох показниках одночасно. З цією метою на вході в очисні спорудження встановлюють усереднювачі, вибір і розрахунок яких визначаються характеристиками залпових скидань. Наприклад, методика розрахунку усереднювачів концентрації домішок, що полягає у визначенні обсягу усереднювача, залежить від значення коефіцієнта придушення

де с_max -- максимальна концентрація домішок у залпових скиданнях стічної води; с_ср -- середня концентрація домішок у стічній воді на вході в очисні пристрої; с_д -- припустима концентрація домішок у стічній воді, при якій забезпечується нормальна експлуатація очисних споруджень. При обсяг усереднювача визначають по формулі

,

де -- перевищення витрати стічних вод при залповому скиданні; -- тривалість залпового скидання. При <5 обсяг усереднювача визначають по формулі

Після розрахунку обсягу усереднювача вибирають необхідне число секцій, виходячи з умови

,

де Н -- висота секції усереднювача; = 0,0025 м/с - припустима швидкість руху стічної води в усереднювачі.

Існує велика кількість способів очищення стічних вод і різні види їхньої класифікації. Вибір необхідних способів при проектуванні станцій очищення, як правило, ґрунтується на виді і концентрації переважних домішок стічних вод, а саме механічних (зважених), розчинених і органічних.

Очищення стічних вод від твердих часток у залежності від їхніх властивостей, концентрації і фракційного складу на машинобудівних підприємствах здійснюються методами проціджування, відстоювання, відділення твердих часток у полі дії відцентрових сил і фільтрування.

Проціджування -- первинна стадія очищення стічних вод -- призначена для виділення зі стічних вод великих нерозчинних домішок розміром до 25 мм, а також більш дрібних волокнистих забруднень, що у процесі подальшої обробки стоків перешкоджають нормальній роботі очисного устаткування. Проціджування стічних вод здійснюється пропущенням води через решітки і волокновловлювачі.

Решітки, виготовлені з металевих стрижнів із зазором між ними 5-25 мм, встановлюють у колекторах стічних вод вертикально або під кутом 60-70° до обрію. Розміри поперечного переріза решітки вибирають з умови мінімальних втрат тиску потоку на решітках. Швидкість стічної води в зазорі між стрижнями решіток не повинна перевищувати значень 0,8-1,0 м/с при максимальній витраті стічних вод. Розрахунок решіток зводиться до визначення числа зазорів п, ширини решітки В и втрат напору стічної води на ній по формулах:

де - об'ємна витрата стічної води; b -- ширина прозора; H -- глибина колектора; - швидкість руху стічної води в прозорах;

де - товщина стрижня;

де - швидкість у каналі перед решіткою ( = 0,7 - 0,8 м/с.); - коефіцієнт, що враховує збільшення опору решітки в процесі осадження в її зазорах домішок стічних вод, приймається рівним 2-3; -- коефіцієнт місцевого опору решітки; ; - коефіцієнт, що характеризує форму поперечного переріза стрижнів решітки: для круглих стрижнів дорівнює 1,79; прямокутних - 2,42; овальних - 1,83; - кут нахилу решітки до горизонту.

При експлуатації решітки повинні безперервно очищатися, що здійснюється, як правило, механічно, і лише при затримці домішок у кількостях менш 0,0042 м³/год допускається ручне очищення. Промисловість випускає вертикальні решітки марки РММВ-1000, що застосовуються при ширині і глибині колектора, рівній 1000 мм, а також похилі решітки марок , , використовувані при ширині колектора, рівній 800 (1600) мм, і глибині 1200 (2000) мм. Ці решітки очищають від затримуваних домішок механічно за допомогою вертикальних (РММВ-1000) і поворотних граблів. У залежності від складу домішок, знятих з решіток, їх подрібнюють на спеціальних дробарках і скидають у потік стічної води за решітками або направляють на переробку. Однак ця процедура ускладнює технологічну схему очищення стічних вод і погіршує якість повітряного середовища в приміщеннях очисних станцій. Для усунення цих недоліків застосовують решітки-дробарки, що подрібнюють затримані домішки, не витягаючи їх з води. Промисловість випускає решітки-дробарки марок РД-200 і РД-600 з діаметром барабанів відповідно 200 і 600 мм. Середній розмір здрібнених ними домішок не перевищує 10 мм.

Відстоювання засноване на особливостях процесу осадження твердих часток у рідині. При цьому може мати місце вільне осадження часток, що не злипаються, що зберегли свої форми і розміри, і осадження часток, схильних до коагулювання і зміни при цьому розмірів та форми. Закономірності вільного осадження часток практично зберігаються при об'ємній концентрації часток, що осаджуються до 1%, що відповідає їх масовій концентрації не більш 2,6 кг/м³ (для часток з = 2600 кг/м³).

Розрахунок очисних споруджень для відстоювання стічних вод вимагає визначення швидкості осадження (швидкості витання) твердих часток у рідині. Швидкість осадження т₀ може бути отримана розв'язанням рівняння Стокса для руху сферичної частинки в рідині з урахуванням впливу сили гідравлічного опору, масових сил і сили Архімеда:

(16)

Рівняння (16) справедливе для ламінарного режиму руху (осадження) частинки в рідині. Зі збільшенням розмірів часток швидкості їхнього осадження зростають і ламінарний режим руху порушується. Для великих часток ( >1 мм) швидкість осадження визначається по формулі Риттенгера

де k -- коефіцієнт, що залежить від форми і стану поверхні часток.

Експериментальні дослідження показали, що в залежності від виду часток, їхньої форми, розмірів і стану поверхні величина коефіцієнта k складає 1,2...2,3 [6].

Очищення стічних вод відстоюванням здійснюють у пісколовках і відстійниках. Пісколовки застосовують для виділення часток піску (стоки ливарних цехів), окалини (стоки ковальсько-пресових і прокатних цехів) і т.д. У залежності від напрямку руху стічної води пісколовки поділяють на горизонтальні з прямолінійним і круговим рухом води, вертикальні й аеровані пісколовки.

На рис. 54 представлена схема горизонтальної пісколовки з прямолінійним рухом стічної води, що надходить у пісколовку 2 через вхідний патрубок 1. Осідаючі в процесі руху води тверді частки накопичуються в шлакозбірнику 3 і на дні пісколовки, а очищена стічна вода через вихідний патрубок 4 направляється для подальшої обробки.

Рис. 54. Схема горизонтальної пісколовки Рис. 55. Схема аерованої пісколовки

Видалення осаду з пісколовок здійснюють, як правило, щодоби. Глибину h₁ вибирають з умови : де - час руху води в пісколовці, складає звичайно 30...100 с. Довжину пісколовки визначають по формулі

,

де = 0,15...0,3 м/с - швидкість руху води в пісколовці; k= 1,3.:.1,7-- коефіцієнт, що враховує вплив турбулентності і нерівномірності швидкостей руху стічної води в пісколовці.

Ширину В пісколовки визначають з урахуванням реалізації заданої витрати стічних вод (Q);

,

де п -- число секцій у пісколовці.

Розрахунок вертикальних пісколовок полягає у визначенні необхідної її глибини в припущенні , де = 0,03...0,04 м/с -- вертикальна складової швидкості руху води; час перебування стічної води в пісколовці для практичних розрахунків приймають 120 с.

Для поділу твердих часток по фракційному складі або по щільності застосовують аеровані пісколовки (рис. 55), до складу яких входять вхідна труба 1, повітропровід 2, повітророзподільники 3. вихідна труба 4, шлакозбірник 5 з отвором для видалення шламу. Великі фракції осаджуються, як і в горизонтальних пісколовках. Дрібної ж частки, обволікаючи пухирцями повітря, спливають наверх і за допомогою скребкових механізмів віддаляються з поверхні. Довжина таких пісколовок

Рис. 56. Розрахункова схема горизонтального відстійника

Час перебування стічної води в пісколовці складає 30...90 з, = 0,1...0,2 м/с, питома витрата аерованого повітря 0,00083...0,0014 м³/(м²с).

Відстійники використовують для виділення зі стічних вод твердих часток розміром менш 0,25 мм, По напрямку руху стічної води у відстійниках останні поділяють на горизонтальні, вертикальні, радіальні і комбіновані.

При розрахунку відстійників визначають його довжину і висоту. Існує кілька методів розрахунку довжини відстійників, що відрізняються фізичною моделлю руху рідини в ньому з обліком завихренні рідини, осадження часток і т.п. На рис. 56 представлена розрахункова схема горизонтального відстійника, запропонована А. І. Жуковим. Тут відстійник по довжині розбитий на три зони - у першій зоні довжиною спостерігається нерівномірний розподіл швидкостей по глибині потоку. Довжина цієї зони , де - висота шару, що рухається, на початку відстійника приймається рівною 0,25 Н; .

В другій зоні довжиною l₂ швидкість потоку вважається постійною. При русі в цій зоні велика частина часток забруднень повинна осісти в муловій частина відстійника, тому , де - максимально можлива висота підйому частки в першій зоні.

У третій зоні довжиною l₃ швидкість потоку збільшується й умови осадження часток погіршуються. Довжина цієї зони визначається по формулі , де - кут звуження потоку рідини у вихідній частині відстійника, приймається рівним 25--30°.

Для розрахунку довжини відстійника повинні бути задана: витрата стічної води і геометричні розміри поперечного переріза відстійника.

На рис. 57 представлена схема вертикального відстійника, у який стічна вода, що очищається, надходить по трубопроводу 5 у кільцеву зону, утворену циліндричною перегородкою 2 і корпусом 6 відстійника.

У процесі вертикального руху стічна вода зустрічає па своєму шляху відбивне кільце 7, що направляє потік води у внутрішню порожнину перегородки 2, а тверді частки осідають у шлакозбірник 8. Очищена стічна вода надходить у кільцевий водозбірник 3 і через трубопровід 1 виводиться з відстійника. Осад, що накопичується в шлакозбірнику 8, періодично віддаляється з нього через трубопровід 4. При заданій витраті стічної води, що очищається, геометричні розміри відстійника вибирають таким чином, щоб швидкість руху стічної води в кільцевій зоні не перевищувала швидкість осідання твердих часток у воді. Вертикальні відстійники використовують для виділення окалини зі стічних вод ковальсько - пресових і прокатних цехів.

Рис. 57. Схема вертикального відстійника

Широке застосування для очищення виробничих стічних вод на «великих заводах знаходять радіальні відстійники, що володіють високою продуктивністю.

Стічна вода, що очищається, (рис. 58) по вхідному патрубку 1 з діаметром перетину, що розширюється, на

Рис. 58. Схема радіального відстійника

виході надходить у відстійник і рухається в радіальному напрямку. Збільшення вихідного діаметра патрубка забезпечує при заданій витраті зменшення швидкості витікання стічної води з трубопроводу і, отже, збільшення імовірності ламінарного осадження твердих часток у відстійнику. Очищена стічна вода по трубопроводах, що відводять, 2 направляється для подальшої обробки, а шлам направляється в шлакозбірник 3 обертовим шкребком 5 і через канал 4 періодично віддаляється з відстійника. Діаметр відстійника розраховують по швидкості осадження найбільш дрібних твердих часток , затримуваних у відстійнику . На промислових підприємствах використовують радіальні відстійники конструкції ВНИИ ВОДГЕО продуктивністю 0,2...0,362 м³/с.

Відділення твердих домішок у поле дії відцентрових сил здійснюється у відкритих або напірних гідроциклонах і центрифугах.

Відкриті гідроциклони застосовують для відділення зі стічних вод великих твердих часток зі швидкістю осадження більш 0,02 м/с. Переваги відкритих гідроциклонів перед напірними - велика продуктивність і малі втрати напору, що не перевищують 0,5 кПа. Ефективність очищення стічних вод від твердих часток у гідроциклонах залежить від характеристик домішок (виду матеріалу, розмірів і форми часток і ін.), а також від конструкційних і геометричних характеристик самого гідроциклона.

На рис. 59 представлена схема відкритого гідроциклона, що складає з вхідного патрубка 1, кільцевого водозливу 2, труби для відводу очищеної води 3 і шлаковідвідної труби 4. Крім зазначеної схеми відомі гідроциклони з нижнім відводом очищеної води і циклони з внутрішньою циліндричною перегородкою.

Рис. 59. Схема відкритого гідроциклона

Рис. 60. Схема каркасно-насипного фільтра

Продуктивність відкритого гідроциклона , де D - діаметр циліндричної частини гідроциклона; q - питома витрата води, обумовлена по формулі ; для відкритих гідроциклонів із внутрішньою циліндричною перегородкою .

При проектуванні відкритих гідроциклонів рекомендуються наступні значення геометричних характеристик: D = 2...10 м; висота циліндричної частини H=D; діаметр вхідного отвору (при одному отворі), при двох вхідних отворах ; кут конічної частини = 60°.

Напірні гідроциклони по конструкції аналогічні циклонам для очищення газів від твердих часток. Їхню продуктивність визначають по формулі

-

де k - коефіцієнт, що залежить від умов входу стічної води в гідроциклон;

для гідроциклонів з діаметром D циліндричної частини 0,125...0,6м і кутом конічної частини 30° значення k = 0,524; - перепад тисків води в гідроциклоні; - щільність утокової води, що очищається.

Фільтрування стічних вод призначено для очищення їх від тонкодисперсних твердих домішок з невеликою концентрацією. Процес фільтрування застосовується також після фізико-хімічних і біологічних методів очищення, тому що деякі з цих методів супроводжуються виділенням у рідину механічних забруднень, що очищається.

Для очищення стічних вод машинобудівних підприємств використовують два класи фільтрів: зернисті, у яких рідину, що очищається, пропускають через насадки незв'язаних пористих матеріалів, і мікрофільтри, фільтроелементи яким виготовлені зі зв'язаних пористих матеріалів.

У зернистих фільтрах широко використовують у якості фільтроматеріалів кварцовий пісок, дроблений шлак, гравій, анцтрацит, і т.. п. Зернисті фільтри виготовляють одношаровими і багатошаровими. На рис. 60 представлена схема каркасно-насипного фільтра. Стічна вода, що очищається, надходить по колекторі 3 і через отвори в ньому рівномірно розподіляється по перетині фільтра. Спадний потік стічної води проходить через шари гравію 5 і піску 6, через перфороване днище 2, встановлене на підтримуючому шарі гравію і через трубопровід 8 приділяється з фільтра. Регенерацію фільтра здійснюють продуванням стиснутого повітря, що подається у фільтр по трубопроводу 4, з наступним зворотним промиванням водою через вентиль 7. Швидкість фільтрування в даному фільтрі складає 0,0014...0,002 м/с для стічної води, що надходить у фільтр із циклона або відстійника; для стічної води, що надходить у фільтр після біологічного очищення, - не більш 0,0028 м/с.

Рис. 61. Схема зернистого фільтра

На рис. 61 представлена схема зернистого фільтра для очищення великих витрат стічних вод від твердих домішок. Стічна вода по трубопроводу 4 надходить у корпус 1 фільтра і проходить через фільтрувальне завантаження 3 з часток мармурової крихти, шунгізіта і т.п., розташовану між пористими перегородками 2 і 5. Очищена від твердих часток стічна вода накопичується в обсязі, обмеженому пористою перегородкою 5, і виводиться з фільтра через трубопровід 9. В міру осадження твердих часток у фільтрувальному матеріалі перепад тиску на фільтрі збільшується і при досягненні граничного значення перекривається вхідний трубопровід 4 і по трубопроводу 10 подається стиснене повітря, витісняючи з фільтрувального шару 3 воду і тверді частки в жолоб 6, що через трубопроводи 7 і 8 виводяться з фільтра. Достоїнством конструкції фільтра є розвита поверхня фільтрування, простота і висока ефективність.

Рис. 62. Схема електромагнітного фільтра

Для очищення стічних вод ковальсько-пресових і прокатних цехів від феромагнітних домішок застосовують електромагнітні фільтри (рис. 62), у яких використовують пондермоторні сили взаємодії між намагніченим фільтрувальним завантаженням і феромагнітними домішками стічної води. Вихідна стічна вода через трубопровід 1 надходить у корпус 3 з немагнітного матеріалу, проходить через обмежувальні ґрати 4, фільтрувальне завантаження 5 з феромагнітних часток з товщиною шаруючи 0,15...0,2 м; опорні ґрати 6 і виводиться з фільтра по трубопроводу 7. Намагнічування фільтрувального завантаження здійснюють магнітним полем, створюваним котушкою індуктивності 2 з феромагнітним сердечником. Ефективність очищення стічних вод від феромагнітних і немагнітних домішок складає відповідно 95...98 і 40...60%. Регенерацію фільтра здійснюють при виключеному електромагнітному полі неочищеною стічною водою в напрямку фільтрування або в зворотному напрямку чистою водою.

Очищення стічних вод від маслопродуктів у залежності від їхнього складу і концентрації здійснюються на машинобудівних підприємствах відстоюванням, обробкою в гідроциклонах, флотацією і фільтруванням.

Відстоювання засноване на закономірностях спливання маслопродуктів у воді по тих самих законах, що й осадження твердих часток. Процес відстоювання здійснюється у відстійниках і маслоловушках. При проектуванні очисних споруджень передбачають використання відстійників як для осадження твердих часток, так і для спливання маслопродуктів. При цьому розрахунок довжини відстійника проводять по швидкості осадження твердих часток і по швидкості спливання маслопродуктів і приймають максимальне з двох значень.

Конструкція маслоловушок аналогічна конструкції горизонтального відстійника. При середньому часі перебування стічної води в маслоловушці, рівна двом годинам, швидкість її руху складає 0,003...0,008 м/с. У результаті відстоювання маслопродукти, що утримуються у воді, спливають на поверхню, звідки віддаляються маслозбірним пристроєм. Для розрахунку маслоловушок необхідно знати швидкість спливання маслопродуктів, що визначають по формулі (16), і витрата стічної води. Тоді розрахунок зводиться до визначення геометричних розмірів пастки і часу відстоювання стічної води.

Для очищення концентрованих масломістких стічних вод машинобудівних підприємств, наприклад стоків охолодних рідин металорізальних верстатів, широко застосовують обробку стічних вод спеціальними реагентами, що сприяють коагуляції домішок в емульсіях. Як реагенти використовують Na₂CO₃, Н₂SО₄, NaCl, А1₂(SO₄)₃, суміш NaCl і Аl₂(SO₄)₃ і ін.

У табл. 45 приведені значення ефективності очищення від олій стічних вод Челябінського трубопрокатного заводу у відстійниках без обробки і з обробкою реагентами. Концентрація олії на вході у відстійник змінювалася від 0,05 до 0,63 кг/м³.

Відділення маслопродуктів у поле дії відцентрових сил здійснюють у напірних гідроциклонах. При цьому доцільніше використовувати напірний гідроциклон для одночасного виділення і твердих часток і маслопродуктів, що необхідно враховувати в конструкції гідроциклона. На рис. 63 представлена, схема напірного гідроциклона, призначеного для очищення стічної води від металевої окалини й олії. Вихідна стічна вода через установлений тангенціально стосовно корпуса гідроциклона вхідний трубопровід 1 надходить у гідроциклон. Унаслідок закручування потоку стічної води тверді частки відкидаються до стінок гідроциклона і стікають у шлакозбірник 7, відкіля періодично віддаляються.

Таблиця 45

Стічна вода із вмістом маслопродуктів рухається нагору, при цьому внаслідок меншої щільності маслопродуктів вони концентруються в ядрі закрученого потоку, що надходить у прийомну камеру 3, і через трубопровід 5 виводяться з гідроциклона для наступної утилізації.

Рис. 63. Схема комбінованого напірного гідроциклона

Стічна вода, очищена від твердих часток і маслопродуктів, накопичується в камері 2 звідки через трубопровід 6 приділяється для подальшого очищення. Регульований гідравлічний опір 4 призначене для випуску повітря, що концентрується в ядрі закрученого Потоку стічної води, що очищається. Зазначені гідроциклони використовують для очищення стічних вод сортопрокатного цеху з концентрацією твердих часток і маслопродуктів відповідно 0,13...0,16 і 0,01..Д015 кг/м³ і ефективністю їхнього очищення близько 0,70 і 0,50. При витраті стічної води, що очищається, 5 м³/год перепад тисків у гідроциклоні складає 0,1 МПа.

Очищення стічних вод від маслодомішок флотацією полягають в інтенсифікації процесу спливання маслопродуктів при обволіканні їхніх часток пухирцями повітря, подаваного в стічну воду. В основі цього процесу лежить молекулярне злипання часток олії і пухирців тонкодиспергованного у воді повітря. Утворення агрегатів «частка -- пухирці повітря» залежить від інтенсивності їхнього зіткнення один з одним, хімічної взаємодії речовин, що знаходяться у воді, надлишкового тиску повітря в стічній воді і т.п. У залежності від способу утворення пухирців повітря розрізняють кілька видів флотації: напірну, пневматичну, пінну, хімічну, біологічну, электрофлотацію і т.д.)

Рис. 64. Схема флотаційної пневматичної установки

На рис. 64 представлена схема флотаційної пневматичної установки, призначеної для очищення стічних вод від маслопродуктів, поверхнево-активних і органічних речовин, а також від зважених часток малих розмірів. Вихідна стічна вода по трубопроводу 1 і отвору в ньому рівномірно надходить у флотатора 10. Одночасно по трубопроводу 2 подається стиснене повітря, що через насадки 11 з пористого матеріалу у виді дрібних пухирців рівномірно розподіляється по перетині флотатора. У процесі спливання пухирці повітря обволікають частки маслопродуктів, поверхнево-активних речовин і дрібних твердих часток, збільшуючи швидкість їхнього спливання. Піна, що утвориться таким чином, накопичується між дзеркалом води і кришкою 3 флотатори, відкіля вона відсмоктується відцентровим вентилятором 4 у пінозбірник 5 і через трубопровід 6 направляється для обробки піни і витягу з неї маслопродуктів. У процесі вертикального руху стічної води у флотаторі кисень, що утримується в повітрі, окисляє органічні домішки, а при малій їхній концентрації має місце насичення води киснем. Очищена в такий спосіб стічна вода обгинає вертикальну перегородку 9 і зливається в приймач 7 очищеної води, відкіля по трубопроводу 8 подається для подальшої обробки.

У промисловості також використовують метод электрофлотациії переваги якого полягають у тім, що протікають при электрофлотації електрохімічні окислювально-відновні процеси забезпечують додаткове знезаражування стічних вод. Крім того, використання алюмінієвих або залізних електродів обумовлює перехід іонів алюмінію або заліза в розчин, що сприяє коагулюванню дрібних часток забруднень, що утримуються в стічній воді.

Очищення стічних вод від маслосомістких домішок фільтруванням - заключний етап очищення. Цей етап необхідний, оскільки концентрація масло продуктів у стічній воді на виході з відстійників або гідро циклонів досягає 0,01...0,2 кг/м³ і значно перевищує припустимі концентрації маслопродуктів у водоймах. Крім того, в оборотних системах водопостачання припустимий зміст маслопродуктів у стічній воді на виході з очисних споруджень у багатьох випадках менше ПДК їх у воді водойм.

Адсорбція олій (як і будь-яких нафтопродуктів) на поверхні фильтроматеріала відбувається за рахунок сил міжмолекулярної взаємодії й іонних зв'язків. Істотний вплив на процес осадження маслопродуктів на фильтроматеріал мають електричні явища, що відбуваються на поверхні розділу кварц-водного середовища, зв'язані з виникненням різниці електричних потенціалів на цій поверхні й утворенням подвійного електричного шару. На процес адсорбції маслопродуктів впливають також і поверхнево-активні речовини (ПАВ), що містяться в стічній воді.

Дослідження процесів фільтрування стічних вод, що містять маслоприміси, показали, що кварцовий пісок -- кращий фильтроматеріал. Застосування реагентів підвищує ефективність очищення,, однак при цьому значно зростає вартість очисних споруджень і ускладнюється процес їхньої експлуатації. Осад, що утвориться при цьому, вимагає додаткових пристроїв для його переробки.

Як фільтруючі матеріали крім кварцового піску використовують доломіт, керамзит, глауконіт. Ефективність очищення стічних вод від масломістких домішок значно підвищується при додаванні волокнистих матеріалів (азбесту і відходів азбестоцементного виробництва).

Перераховані фільтруючі матеріали характеризуються поруч недоліків: малою швидкістю фільтрації і складністю процесу регенерації. Ці недоліки усуваються при використанні в якості фільтроматеріалу спіненого поліуретану. Пінополіуретани, володіючи великою маслопоглонаючою здатністю, забезпечують ефективність очищення до 0,97...0,99 при швидкості фільтрування до 0,01 м/с, насадка з пінополіуретану легко регенерується механічним віджиманням маслопродуктів.

На рис. 65 представлена схема фільтра-сепаратора з фільтрувальним завантаженням з часток пінополіуретану, призначеного для очищення стічних вод від маслопродуктів і твердих часток.

Рис. 65. Схема фільтра-сепаратора

Стічну воду по вхідному трубопроводі 5 подають під нижні опорні решітки 4. Вода проходить через фільтрувальне завантаження в роторі 2, верхні решітки 4 і очищена від домішок переливається в прийомну кишеню 6 і виводиться з корпуса 1 фільтра. При концентрації маслопродуктів і твердих часток до 0,1 кг/м³ ефективність очищення складає відповідно 0,92...0,98 і 0,90, час безперервної експлуатації фільтра -- 16...24 год. Достоїнством даної конструкції є простота і висока ефективність регенерації фільтра, для чого включають електродвигун 7. При обертанні ротора 2 з фільтрувальним завантаженням частки пінополіуретану під дією відцентрових сил відкидаються до внутрішніх стінок ротора, вичавлюючи маслопродукти з ротора, що надходять потім у кишені 3 і направляються на регенерацію. Час повної регенерації фільтра складає 0,1 год.

На рис. 66 представлена схема поліуретанового фільтра для очищення стічних вод від маслодомішок. Стічна вода по трубопроводу 1 надходить у розподільну камеру 2 і через регулюючий вентиль 3 і водорозподільні вікна 4 подається у фільтр 5, заповнений пінополіуретаном 6. Пройшовши через шари фільтроматеріалу, стічна вода очищається від олії і зважених речовин і через сітчасте днище 13 приділяється по трубопроводу 14. Для підтримки постійного рівня води, що очищається, у фільтрі передбачена камера 12 з регулюючим вентилем 11. Регенерація часток пінополіуретану здійснюється спеціальним пристроєм, установленим на пересувному візку 10, що дозволяє регенерувати весь обсяг фільтра. Насичені олією частки пінополіуретану ланцюговим елеватором 7 подають на віджимні барабани 8 і, звільнивши від олієподібних і зважених речовин, знову подають у фільтр. Віджаті забруднення по збірному жолобі 9 відводять для подальшої переробки. У табл. 46 представлені характеристики пінополіуретанових фільтрів.

Очищення стічних вод від розчинних домішок здійснюється екстракцією, сорбцією, нейтралізацією, електрокоагуляцією, евапорацією, іонним обміном, озонуванням і т.п.

Рис. 66. Схема поліуретанового фільтра

Екстракція -- процес перерозподілу домішок стічних вод у суміші двох взаємно нерозчинних рідин (стічної води і екстрагенту) відповідно до коефіцієнта екстракції , де і - концентрації домішки в екстрагенті і стічній воді по закінченні процесу екстракції. На машинобудівних підприємствах екстракцію застосовують для очищення стічних вод від фенолу. При використанні в якості екстрагенту бензолу або бутилацетата коефіцієнт екстракції складає відповідно 2,4 і 8...12. Для інтенсифікації процесу екстракції перемішування суміші стічних вод з екстрагентом здійснюють у екстракційних колонах, заповнених насадками типу кілець Рашига.

Сорбція поряд з використанням у процесах очищення газу широко застосовується для очищення стічних вод від розчинних домішок.

Таблиця 46

Як сорбенти використовують практично будь-які мікродисперсні речовини (зола, торф, обпилювання, шлаки, глина), найбільш ефективним сорбентом є активоване вугілля. Витрата сорбенту визначають по формулі

де Q - витрата стічної води; с₀ і с_к -- концентрації домішок у що очищається й очищеній стічній воді; а -- питома сорбція, що характеризує кількість домішок, що поглинаються одиницею маси сорбенту.

Рис. 67. Схема сорбційної установки Рис. 68. Схема установки для реагентної нейтралізації кислих стічних вод

На рис. 67 представлена схема сорбційної установки, у якій по трубопроводу 1 в адсорбер 2 надходить стічна вода, що очищається. По трубопроводу 4 подається адсорбент, що перемішується в стічній воді для рівномірного розподілу по обсязі імпеллером 3. Адсорбент із поглиненими ним домішками осідає на дно адсорбера, звідки періодично віддаляється через трубопровід 8. Стічна вода зі зваженими в ній частками сорбенту по трубопроводу надходить у відстійник 5, у якому частина адсорбенту, що залишилася, осідає на дно і періодично віддаляється з нього по трубопроводу 7, а очищена стічна вода направляється; по трубопроводу 6 для подальшої обробки. Внаслідок оборотності процесів сорбції їх доцільно використовувати для очищення стічних вод від домішок, які можна використовувати повторно в технологічному процесі.

Нейтралізація стічних вод машинобудівних підприємств призначена для виділення зі стічних вод кислот (Н₂SО₄, НС1, НNO₃, Н₃РО₄), лугів (NаОН і КОН), а також солей металів на основі зазначених кислот і лугів. Нейтралізація заснована на об'єднанні іонів водню Н⁺ і гідроксильної групи ОН^- в молекулу води, у результаті чого стічна вода має рН~6,7 (нейтральне середовище).

Нейтралізацію здійснюють: змішанням кислих і лужних виробничих стічних вод; змішанням кислих виробничих стічних вод з побутовими, що мають лужний характер; додаванням лужних (кислих) реагентів у кислі (лужні) стічні води або фільтрацією кислих стічних вод через фільтрувальне завантаження лужного характеру, наприклад з часток вапняку, мармуру або доломіту.

На рис. 68 представлена схема установки для реагентної нейтралізації кислих стічних вод, у якій вихідна стічна вода, попередньо очищена в пісколовці 1, через усереднювач 2 надходить у змішувач 3, у який з бака 5 через дозатор 4 надходить лужний агент (гашене вапно). Зі змішувача вода направляється в нейтралізатор 6 і потім у відстійник 7, з якого виводяться нейтралізована стічна вода й осад.

Витрата лужного (кислого) реагенту на нейтралізацію 1 м³ кислоти (лугу), що утримується в стічній воді, визначають по формулі т=сМ₁ / М₂, де с -- концентрація кислоти (лугу) або солей металів, що містяться в стічній воді, кг/м³; М₂ -- молекулярна маса кислоти (лугу) або солей металів, що містяться в стічній воді; М₁ -- молекулярна маса лужного (кислого) реагенту. Молекулярні маси кислот, солей металів і лугів визначають підсумовуванням молекулярних мас вхідних у них елементів. Як реагент для нейтралізації використовують будь-як луги і їхньої солі (NаОН, КОН, вапно, вапняк, доломіт, крейда, мармур, магнезит, сода й ін.). Найбільш дешевий і доступний реагент Са(ОН)₂.

Для нейтралізації стічних вод, що містять луги і їхньої солі, застосовують кислоти, звичайну технічну сірчану кислоту.

Електрокоагуляція застосовується для очищення стічних вод гальванічних і травильних відділень від хрому й інших важких металів, а також від ціанів. На рис. 69 представлена схема електрокоагуляційної установки для очищення стічних вод від шестивалентного хрому. Стічна вода з промивної ванни 2 гальванічні ділянки насосом 1 по трубопроводу 3 надходить у проточний електролізер 6, у якому розташовані електроди 5, що живляться напругою 12...24 В від випрямляча 4.

Рис. 69. Схема сорбційної установки

При пропущенні електричного струму з щільністю 50 ... 100 А/м² через стічну воду, що рухається по довжині електролізера протягом 10...15 хв, відбувається анодне розчинення поверхні сталевих електродів і іони двовалентного заліза, що утворяться при цьому, відновлюють шестивалентний хром до тривалентного. Одночасно відбувається гідроліз іонів заліза і тривалентного хрому з утворенням нерозчинних гідроксидів Fе(ОН)₂, Fе(ОН)₃ , і Сr(ОН)₃. Стічна вода зі зваженими в ній гідроксидами надходить з електролізера в центрифугу 7, у якій відбувається відділення гідроксидів заліза і хрому і видалення їх через трубопровід 8. Очищена від хрому вода по трубопроводу 10 надходить для подальшого очищення або при закритому вентилі 9 по трубопроводу 11 надходить для повторного використання в промивних ваннах.

Іонообміні методи очищення стічних вод знаходять застосування практично в будь-яких галузях промисловості для очищення від багатьох домішок, у тому числі і шестивалентного хрому. Ці методи дозволяють забезпечити високу ефективність очищення, а також одержувати виділені зі стічної води метали у виді щодо чистих і концентрованих солей.

Для іонообмінного очищення стічних вод використовують синтетичні іонообмінні смоли. На рис. 70 представлена схема іонообмінного очищення стічних вод ванн хромування від з'єднань хрому. Стічні води надходять у прийомний резервуар 1, звідки насосом 2 подаються у фільтр 3 для очищення від механічних домішок. Очищена від механічних домішок стічна вода надходить у послідовно розташовані аніонітові фільтри 4 і 5, заповнені іонообмінною смолою АВ-17 у ОН-формі. Очищена в такий спосіб стічна вода знову подається у ванну хромування 12. Допоміжний катіонітовий фільтр 6 призначений для додаткової обробки стічної води в пусковий період. У бак 7 надходять виділені з'єднання хрому. Бак 8 призначений для збору відпрацьованого розчину. Ємності 13 з лугом і 14 з кислотою призначені для промивання фільтрів. Промивний розчин нейтралізується в баці 11, куди через дозатор 9 одночасно подається необхідне для нейтралізації кількості вапна з бака 10.

Озонування - процес обробки стічної води озоном застосовується для очищення від важких металів, ціанідів, сульфідів і інших розчинних домішок. При подачі озону в стічну воду ціаніди-іони окисляються відповідно до рівняння

(17)

В міру окислювання цианідів-іонів у стічній воді з'являються цианіт-іони СNО^--, близько 30% загальної кількості яких окисляється відповідно до рівняння

(18)

При цьому реакція окислювання СNО^-- починається в той момент, коли концентрація ціаніду-іона в стічній воді зменшується до 0,003 ... 0,004 кг/м³. Швидкість протікання реакції (18) у сімох разів менше, ніж (17). Інші 70% ціаніт-іонів гідролізуються в стічній воді з утворенням NН₃, що відразу ж окисляється до NО_{3 .}

Рис. 70. Схема установки для іонообмінної очистки стічних вод

Витрата озону, необхідного для окислювання ціанідів, визначають по формулі

.

Тут Q - витрата стічної води; с - необхідна концентрація озону в абсорбері, визначається по формулі

,

де - різниця концентрацій ціанідів у вихідній і очищеній стічній воді; і - відповідно молекулярні маси озону і ціаніду.

На рис. 71 представлена схема установки для очищення промивних стічних вод гальванічної ділянки озоном. Повітря з компресора 1 з тиском близько 1 МПа проходить попередню осушку й очищення в теплообміннику 2, сепараторі 3, адсорбері 4, фільтрі 5 і надходить у генератор озону 6, звичайно трубчастого типу. Озон ІІ, що утворюється в генераторі 6 подають в абсорбери 9, куди одночасно через насос 8 надходить вихідна стічна вода I із прийомного резервуара 7. В абсорберах 9 відбувається очищення стічної води від ціанідів відповідно до реакції, вираженої рівняннями (19) і (20).

Рис. 71. Схема установки для озонування стічних вод гальванічної ділянки

Очищена стічна вода IV по трубопроводу направляється в оборотну систему водопостачання або на злив. Відпрацьоване повітря III з абсорберів 9 по трубопроводу направляється в прийомний резервуар-усереднювач 7, у якому барботується через шари вихідної стічної води, забезпечуючи рівномірний розподіл домішок у стічній воді.

У табл. 47 показана кінетика процесів озонування в залежності від вихідної концентрації ціанідів у стічній воді. Очищення стічних вод від органічних домішок здійснюється в основному біологічними методами, що реалізують у природних і штучних спорудженнях. У природних спорудженнях очищення здійснюють на полях фільтрації або зрошення й у біологічних ставках.

Суть біологічного очищення на полях полягає в тому, що при фільтруванні стічної води через шар ґрунту в ній адсорбуються зважені і колоїдні речовини, що згодом утворюють у порах ґрунту мікробіологічну плівку. Ця плівка адсорбує і окисляє затримані органічні речовини, перетворюючи їх у мінеральні з'єднання.

Таблиця 47

Розрізняють біологічні ставки з природною і штучною аерацією. Необхідна площа ставків зі штучною аерацією істотно менше за рахунок більш рівномірного перемішування стічної води стисненим повітрям, що подається, і додатковим надходженням кисню з повітря. На деяких машинобудівних підприємствах використовують біологічні аеровані ставки для доочищення невеликих витрат стічних вод. Біологічне очищення стічних вод у штучних спорудженнях здійснюються в біологічних фільтрах, аеротенках і оксітенках.

На рис. 72 представлена схема біологічного фільтра, із примусовою подачею повітря. Вихідна стічна вода по трубопроводу 3 надходить у фільтр 2 і через водорозподільні пристрої 4 рівномірно розприскується по площі фільтра. При розбризкуванні стічна вода поглинає частину кисню з повітря. У процесі фільтрування через завантаження 5, у якості якої використовують шлак, щебінь, керамзит, пластмасу, гравій і т.п., на завантажувальному матеріалі утвориться біологічна плівка, мікроорганізми якої поглинають органічні речовини. Інтенсивність окислювання органічних домішок у плівці істотно збільшується при подачі стиснутого повітря через трубопровід 1 і опорні решітки 6 у напрямку, протилежному фільтруванню. Очищена від органічних домішок вода виводиться з фільтра через трубопровід 7.

Необхідний обсяг фільтрувального матеріалу визначають по формулі

,

де і - БПК вихідної й очищеної стічної води;

-- окисна потужність - кількість кисню, що надходить у стічну воду в одиницю часу з 1 м³ фільтрувального завантаження [1 3].

Аеротенки по конструкції аналогічні відстійникам, у які поміщають активний мул -- мікроорганізми і подають стиснене повітря, що забезпечує інтенсифікацію процесу окислювання органічних домішок.

Рис. 72. Схема біологічного фільтру

Оксітенки -- модифікації аеротенків, у які замість стиснутого повітря подають газоподібний кисень. При цьому процеси окислювання істотно інтенсифікуються, однак ускладнюються умови експлуатації унаслідок вибухопожежонебезпечності кисню. На машинобудівних підприємствах аеротенки й оксітенки використовують рідко.