Промышленные и бытовые сточные воды содержат взвешенные частицы растворимых и нерастворимых веществ. Взвешенные примеси подразделяются на твердые и жидкие, образуют с водой дисперсную систему. В зависимости от размера частиц дисперсные системы делят на три группы: 1) грубодисперсные системы с частицами размером более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии); 2) коллоидные системы с частицами размером от 0,1 мкм—1 нм; 3) истинные растворы, имеющие частицы, размеры которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов.
Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют гидромеханические процессы (периодические и непрерывные) процеживания, отстаивания (гравитационное и центробежное), фильтрование. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико-химических свойств и концентрации взвешенных частиц, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.
Процеживание
Перед более тонкой очисткой сточные воды процеживают через решетки и сита, которые устанавливают перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы. Процеживание является первичной стадией обработки сточных вод, предназначенной для удаления из них крупных нерастворимых твердых включений размером более 5-25 мм, а также волокнистых загрязнений и мусора (тряпок, пластиковой и деревянной тары), которые в процессе обработки могут препятствовать нормальной работе очистного оборудования. Осуществляют процеживание пропусканием сточных вод через решетки и сита (волокноуловители).
Рис.1 Виды решеток с граблями для очистки:
1 – решетка; 2 – бесконечная цепь; 3 – грабли.
Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками (комминуторы). Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки. Решетки изготовляют из металлических стержней и устанавливают на пути движения сточных вод под углом 60—75°. Ширина прозора в решетке равна 16 – 19 мм. Стержни могут иметь круглое или прямоугольное сечение. Стержни с круглым сечением имеют меньшее сопротивление, но быстрей засоряются, поэтому чаще используют прямоугольные стержни, закругленные со стороны входа воды в решетку. Решетки очищают граблями, которые могут быть установлены по-разному (рис. 1).
Снятые с решетки загрязнения направляют на дальнейшую переработку (сжигание или дожигание). Для измельчения отходов используют специальные валковые дробилки. После додрабливания отходы возвращаются в зарешеточное пространство. В последнее время все чаще применяются решетки-дробилки, представляющие собой агрегат, совмещающий в себе обе функции (решетки и дробилки), при этом дробление отходов осуществляется непосредственно в коллекторе. Расход энергии на работу решеток-дробилок составляет 1 кВт на 1000 м3 сточных вод. Применение такого механизма не только процесс очистки от примесей решетки, но увеличивает качество воздушной среды. Скорость сточных вод в зазоре между стержнями решетки должна находиться в пределах 0,8-1 м/с при максимальном расходе сточных вод.
Для увеличения эффективности очистки, снижения гидродинамического давления на решетки, уменьшения вероятности поломок и удобства ремонтирования в коллекторах устанавливают более 1 решетки с последовательным снижением величины прозора между стержнями. Промышленность в настоящее время выпускает вертикальные решетки марки РМВ-1000, применяемые при глубине и ширине коллектора 1000м*1000м; наклонные решетки МГ/800*1200 и МГ/1600*2000 и используемые соответственно при ширине коллектора 800 и 1600, а глубине 1200 и 2000м. Эти решетки очищаются от мусора механически с помощью вертикальных и поворотных граблей. Затем мусор додрабливают и снова сбрасывают в поток сточных вод за решеткой.
Решетки-дробилки марок РД200 и РД600 с диаметром барабана 200 и 600 мм соответственно позволяют додрабливать мусор в коллекторе. Размер измельченных примесей не более 10 мм.
Для удаления более мелких взвешенных веществ, ценных продуктов процеживанием применяют сита, которые могут быть двух типов: 1) барабанные;2) дисковые.
Сита барабанного типа представляют собой сетчатый металлический барабан с отверстиями 0.5-1мм. При вращении барабана сточные воды фильтруются через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от подвода воды изнутри или снаружи. Производительность сит зависит от диаметра барабана, его длины и свойств примесей. Сита применяют там, где велико содержание 
в сточных водах волокнистых веществ – загрязнителей, например, в текстильной промышленности, целлюлозно-бумажной, кожевенной и т.п.
Иногда в ходе очистки сточных вод возникает необходимость разделить взвешенные вещества на фракции. В этих случаях используют так называемые фракционаторы, основой частью которых является вертикальная сетка, разделяющая два отделения фракционатора. Диаметр отверстий составляет 60-100 мкм. Сточная вода подается через сопла внутрь фракционатора, где с помощью решетки – сетки делятся на две фракции – грубую и тонкую, при этом 50-80 % взвешенных частиц остается в грубой фракции.
Расчет решетки сводится к определению числа зазоров, их величины, потерь напора воды по следующим формулам:
1. число зазоров
п=1,05 [ Qv / ( b ∙ H ∙ ωn )],
где:
Qv – объем расхода сточных вод
b – ширина прозора, выбирается в пределах 5-25 мм
Н – глубина коллектора, 600-2000мм
ωn – скорость движения сточных вод в прозорах, которая должна быть 0,8-1 м/с
2. ширина решетки( 800-1600 мм)
В=bn+δ(n-1)
b – толщина стержня
3. потери напора на решетке
∆р=ξкρω2 / 2
ξ – коэффициент местного сопротивления решеток
ξ=β(δ/b)4/3sinα
ω – скорость потока перед решеткой (0,7-0,8 м/с)
к – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления решетки в процессе осаждения в ее зазорах примесей (к=2-3)
β – коэффициент, характеризующий форму поперечного сечения стержня: для круглых стержней β=1.79, для прямоугольных β=2.42, для овальных β=1.83.
α – угол наклона решетки в коллекторе.
2.2. Отстаивание
Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители.
Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и размера, то есть представляют собой полидисперсные гетерогенные агрегатно неустойчивые системы. В ходе процесса осаждения размер, плотность и форма частиц, а также другие физические свойства изменяются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые взвеси, в том числе. Сточные воды имеют более высокую плотность и вязкость, по сравнению с чистой водой. Вязкость и плотность сточных вод, содержащих только взвешенные вещества, соответственно равна
µс = µ0(1+2.5 С0)
ρс = ρ + ρтв(1-ξ)
В свою очередь, объемная доля жидкой фазы вычисляется из
ε = Vж /(Vж – Vтв),
где
µс и µ0 – динамическая вязкость сточных вод и чистой воды, Па∙с
С0 – объемная концентрация взвешенных частиц, кг/м3
ρ и ρтв – плотность чистой воды и твердой фазы
ε – объемная доля жидкой фазы
Vж и Vтв – объем жидкой и твердой фазы в сточных водах, м3.
Основным параметром, который используется при расчете отстойников, является скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность) – ωос
При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение взвешенных частиц в относительно вязкой и плотной среде. Естественно, что скорость такого осаждения меньше скорости свободного осаждения.
При периодическом процессе осаждения взвешенные частицы на начальном этапе распределяются неравномерно по высоте слоя сточных вод. Однако через какой-то промежуток времени после начала отстаивания появятся сверху осветленные участки жидкости, а концентрация твердых частиц на дне сосуда увеличится с образованием осадка. Если осадок не удалять, то он будет уплотняться, все более снижаясь по высоте.
Отстаивание основано именно на способности твердых частиц под воздействием силы тяжести осаждаться в жидкости. Для крупных частиц (dч>1 мм) скорость осаждения ωос вычисляется по формуле Стокса:
, где
k – коэффициент, зависящий от формы и состояния поверхности частиц; экспериментальными исследованиями установлено, что k =1,2-2,3.
Очистку сточных вод проводят, как правило, последовательно в песколовках и отстойниках. В виде твердых частиц может быть окалина кузнечно-прессовых, трубопрокатных цехов, SiO2 и оксиды других металлов, абразив Al2O3, корунд SiC. Такие твердые составляющие присущи литейным, шлифовальным участкам, металлическая пыль свойственна для участков механической обработки.
Песколовки. Их применяют для предварительного выделения минеральных и. органических загрязнении (0,2—0,25 мм) из сточных вод. В зависимости от направления движения сточных вод песколовки делят на:
· горизонтальные с прямолинейным и круговым движением
· вертикальные
· аэрируемые
Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25—1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, из которого периодически удаляется по шламовым коллекторам, откуда его направляют на переработку или в отвал. Удаление шлама из песколовок производят ежесуточно. Применяются при расходах до 7000 м3/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.
Глубину песколовки выбирают из условия:
τпр – время пребывания единичной порции воды в песколовке, которое составляет 30-100с
Длину песколовки определяют по формуле
L=khω/ω0
ω – скорость движения жидкости в отстойнике
ω0>ω, ω=0.15-0.3 м/с, k=1.3-1.7
k- коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и неравномерности скорости движения воды в различных частях песколовки.
Ширину В песколовки определяют:
B=Q/hּω
Q – расход воды
n – число секций в песколовке.
Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.
Для разделения взвесей по фракционному составу или по плотности применяют преимущественно аэрируемые песколовки.
Длина такой песколовки рассчитывается по формуле:
L=ωxH/ω0
ωx – скорость движения сточных вод в отстойнике, ωx=0,1-0,2 м/с.
Время пребывания в таких песколовках составляет 30-90с. Удельный расход воздуха на аэрацию до 0,0014 м3/м2с (зависит от поверхности).
Кроме плотности диспергирование воздуха приводит и к снижению вязкости сточных вод, что также повышает эффективность очистки.
Отстойники.
Отстойники используются для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 0,25 мм. Отстойник представляет собой в 3-4 раза большую емкость, чем песколовка. Глубина отстойников равна Н=1,5—4 м, длина 8—12 Н, а ширина коридора 3—6 м. Равномерное распределение сточной коды достигается при помощи поперечного лотка. По конструктивным признакам отстойники делят на:
· горизонтальные
· вертикальные
· радиальные
· комбинированные
Рис. 3. Отстойники:
а— горизонтальный: 1 — входной лоток; 2 — отстойная камера; 3 — выходной лоток; 4 — прямоток:
б—вертикальный: 1 — цилиндрическая часть; 2 — центральная труба; 3 — желоб; 4 — коническая часть;
в — радиальный: 1—корпус; 2 —желоб; 3 — распределительное устройство; 4 — успокоительная камера; 5 — скребковый механизм;
г — трубчатый;
д — с наклонными пластинами: 1— корпус; 2— пластины; 5 — шламопрнемник
Горизонтальные отстойники. Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения (рис. 3,а). Вода движется с одного конца отстойника к другому.
Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м3/сут. Эффективность отстаивания достигает 60%.
Вертикальные отстойники. Схема вертикального отстойника одной из конструкций показана на рис. 3,б. Отстойник представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем. Сточную воду подводят но центральной трубе. После поступления внутрь отстойника вода движется снизу вверх к желобу. Для лучшего ее распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Эффективность осаждения в вертикальных отстойниках ниже на 10-20% чем в горизонтальных.
Радиальные отстойники. Они представляют собой круглые в плане резервуары (рис. 3, в). Вода в них движется от центра к периферии. При этом минимальная скорость наблюдается у периферии. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20000 м:3/сут. Глубина проточной части отстойника 1,5—5 м, а отношение диаметра к глубине от 6 до 30. Обычно используют отстойники диаметром 16—60 м. Эффективность осаждения их составляет 60%.
Рабочими элементами трубчатых отстойников являются трубки диаметром 25—50 мм и длиной 0,6—1 м. Трубки можно устанавливать с малым (до 5°) и большим (45—60°) наклоном. Трубчатый отстойник с небольшим наклоном (рис. 3,г) работает периодически.
Сначала проводят отстаивание, затем промывку трубок от осадка. Для успешного проведения процесса необходимо равномерное распределение воды по трубкам и ламинарный режим движения. Эффективность очистки 80—85%.
В трубчатых отстойниках с большим наклоном вода проходит снизу вверх, а осадок непрерывно сползает по дну трубок в шламовое пространство. Непрерывное удаление осадка исключает необходимость промывки трубок.
Пластинчатые отстойники. Они имеют в корпусе ряд параллельно установленных наклонных пластин (рис. 3, д). Вода движется между пластинами, а осадок сползает вниз, в шламоприемник. Могут быть прямоточные отстойники, в которых направление движения воды и осадка совпадают; противоточные — вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно движению осадка. Наиболее распространены противоточные отстойники.
По длине отстойник делится на три зоны: l1, l2, l3:
L = l1+ l2+ l3
l1- высаживание крупных и плотных частиц
l2– оптимальные условия для высаживания твердых частиц
l3- условия высаживания твердых частиц ухудшаются.
l1, l2, l3 определяются отдельно для оптимальных условий.
При расчете отстойников определяют длину участка l1, затем l2 и отдельно участка l3, потом суммируют эти длины.
где:
h0 – высота движущегося слоя в начале отстойника, обычно h0 =0,25Н
k=(0.018-0.02)∙ωx
Длина второй зоны определяется :
l2 = (H-h1)ωx /(ω0-0.5ωx)
h1 – максимально возможная высота подъема частицы в первой зоне.
В третьей зоне скорость потока увеличивается и условия осаждения частиц ухудшаются. Длина определяется:
l3 = H/tgα ,
α=25°-30°.
Геометрические размеры отстойника выбираются таким образом, чтобы скорость движения сточных вод в кольцевой зоне была больше скорости оседания твердых частиц, ωх/ω0>1.
Осветлители. Их применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.
Принципиальная схема осветлителя показана на рис.4. Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока - сечение I—I. Выше этого сечения образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. При этом наблюдается процесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта. Осадок удаляется в оcадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.
Конструкции осветлителей весьма разнообразны и отличаются по следующим признакам: 1) по форме рабочей камеры; 2) по наличию или отсутствию дырчатого днища под слоем взвешенного осадка; 3) по способу удаления избыточного осадка; 4) по конструкции и месту расположения осадкоуплотнителей.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 472.
