1. Анализ научно-технической литературы по методам очистки производственных сточных вод

Одним из важнейших вопросов защиты окружающей среды является охрана водного бассейна от загрязнения.

К важным мероприятиям по охране источников питьевой воды относятся доочистка промышленных и городских сточных вод и дальнейшее их использование для промышленного водоснабжения предприятий. Повторное использование очищенных сточных вод для технического водоснабжения позволит в ряде районов нашей страны полностью ликвидировать существующий дефицит ресурсов пресной воды.

Наиболее опасны для водоемов сточные воды предприятий химической и нефтехимической промышленности, несмотря на то, что объем их по сравнению с объемом сточных вод предприятий других видов промышленности невелик. Сточные воды предприятий химической и нефтехимической промышленности характеризуются сложным и переменным составом, высокой токсичностью, преимущественным содержанием растворенных, а не взвешенных, загрязнений, поэтому биологические методы не всегда обеспечивают очистку, достаточную для повторного использования воды на предприятиях [4].

Физико-химические или химические методы очистки сточных вод наряду с обеспечением необходимого качества воды в соответствии с требованиями водоподготовки позволяют также извлечь из сточных вод ценные продукты и снизить потери производства. В последние годы эти методы находят широкое применение и для доочистки биологически очищенных сточных вод, после которой их успешно можно использовать в технологических и энергетических циклах.

Замена природных пресных вод, расходуемых на технологические и энергетические нужды, очищенными сточными водами позволит решить проблему ликвидации дефицита водных ресурсов и предотвратить истощение запаса пресных вод. Одним из наиболее радикальных путей необходимого сокращения потребления свежей воды является создание замкнутых систем промышленного водоснабжения, основанных на многократном использовании для производственных целей сточных вод, очищенных до норм, отвечающих требованиям к качеству технической вод.

На основании требований технологического производства на каждой его стадии определяются требования к качеству воды. На основании этих требований принимаются решения по методам локальной и централизованной очистки сточных вод, составляются перечни загрязняющих веществ [5].

Для использования сточных вод особое значение имеет обоснование требований к составу технологической воды. В зависимости от этих требований применяются различные способы и устройства очистки сточных вод:

• механические;

• физико-химические (флотация, коагуляция);

• химические (реагентные);

• электрохимические (электрофлотация, электролиз);

• мембранные (ультрафильтрация, обратный осмос и др.);

• термические (выпаривание, дистилляция, сжигание сточных вод);

• биохимические;

• Комбинированные [6].

1.1. Механические способы

Механическая очистка – это выделение из сточных вод находящихся в них нерастворенных грубодисперсных примесей, имеющих минеральную и органическую природу [7].

В группу методов механической очистки включают процеживание, отстаивание, осветление во взвешенном слое осадка, фильтрование и центробежные методы.

Процеживание. Сточные воды процеживают через решетки и сита с целью извлечения из них крупных примесей для предотвращения засорения труб и каналов. Решетки состоят из наклонных или вертикально установленных параллельных металлических стержней, укрепленных на металлической раме. Решетки могут быть неподвижные и подвижные. Ширина прозоров в решетке равна 16 – 20 мм. По способу очистки решеток от задержанных загрязнений они разделяются на простейшие, которые очищаются ручным способом, и механические, очищаемые с помощью механических приспособлений. При этом в просветах решетки движутся зубцы граблей, укрепленных на подвижной шарнирно-пластинчатой цепи, которая приводится в движение электродвигателем. Отбросы, снятые со стержней решетки направляются на ленте-транспортере в дробилку для измельчения [8].

Сита применяют для удаления более мелких взвешенных частиц. Они могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Первые представляют собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от способа подвода воды (снаружи или внутрь). Задерживаемые примеси смываются c сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от размера (диаметра) барабана, его длины, a также от свойств примесей.

Остаивание является одним из основных методов выделения из сточных вод, оседающих и всплывающих механических примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители [9].

Песколовки предназначены для задержания минеральных примесей, содержащихся в сточных водах. Принцип действия этих устройств основан на том, что частицы, плотность которых больше, чем плотность воды, по мере движения их в резервуаре выпадают на дно. Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества очищаемых сточных вод, концентрации взвешенных частиц. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки. Скорость движения воды в горизонтальных песколовках не превышает 0,3 м/с.

Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким и дешевым методом выделения из сточных вод грубо диспергированных примесей с плотностью, отличной от плотности воды.

Отстойники предназначаются для осаждения нерастворенных частиц вследствие замедленного движения сточных вод [10].

B зависимости от конструкции отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными или радиальными. В горизонтальных отстойниках жидкость движется почти горизонтально вдоль отстойника, в вертикальном — снизу вверх, в радиальных — от центра к периферии.

Горизонтальные отстойники – это железобетонные, прямоугольные в плане бассейны воды. Для выравнивания потоков в бассейнах устанавливают через 3 – 6м вертикальные продольные перегородки. Удаление осадков со дна отстойника гидравлическое (без остановки работы) или механическое (при опорожнении отстойника или отсека).

Вертикальные отстойники — это круглые, квадратные или многоугольные в плане резервуары с конусным или пирамидальным днищем. Вертикальные отстойники обычно имеют производительность от 20 до 50 м3/сут, они используются при глубоком залегании грунтовых вод. Сточная жидкость подводится к рабочей части отстойника по центральной трубе. После выхода из трубы сточная жидкость движется снизу вверх к сливным желобам, по которым поступает в отводной лоток. Во время движения сточной жидкости по отстойнику из нее выпадают взвешенные частицы, плотность которых больше плотности воды.

Радиальные отстойники – круглые в плане бассейны, снабженные устройством для непрерывного удаления выпадающей смеси. Сточная вода подается через центральную трубу в бассейн отстойника и движется с убывающей скоростью к периферии. При этом происходит выпадение осадка. Пройдя отстойник, сточная вода через щелевые отверстия поступает в круговой желоб. Дно бассейна имеет уклон в 5-8° от периферии к центру. Выпавший осадок удаляют скребками, укрепленными к подвижной ферме, в приямок для сбора осадка, расположенный в центральной части отстойника.

Радиальные отстойники являются разновидностью горизонтальных. Их применяют главным образом на крупных станциях очистки сточных вод (более 20 000 м³/сут) в системах биологической обработки. В этом случае их разделяют на первичные и вторичные. Первичные предшествуют сооружениям биологической очистки, а вторичные устанавливаются после таких сооружений.

Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.

Фильтрование. Процесс применяют для выделения из сточных вод грубо- и мелкодисперсных примесей, не осевших при отстаивании. Фильтрование является обычно завершающей стадией очистки сточных вод, прошедших сооружения механической, физико-химической и биологической очистки.

B зависимости от количества и характера примесей, a также количества очищаемой жидкости и требований к осветленной воде применяют фильтры c фильтровальной перегородкой или зернистой загрузкой.

Для осуществления процесса фильтрования могут быть использованы фильтры любой конструкции. Однако при очистке сточных вод, как правило, в больших объемах выбирают фильтры, для работы которых не требуется применения больших давлений. Исходя из этого, используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры c фильтрующим зернистым слоем. Фильтр последнего типа представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, a затем фильтрующий материал.

Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода.

Наличие в очищаемой воде ферромагнитных примесей позволяет использовать для очистки магнитные и электромагнитные фильтры. Для фильтрования эмульгированных веществ применяют фильтры c пенополиуретановой загрузкой.

Недостатками фильтров являются значительная металлоемкость и сложность системы промывки.

Центробежные методы. Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах. Для очистки сточных вод, как правило, используют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых примесей, a открытые - для удаления осaждaющихся и всплывающих примесей. Гидроциклоны просты по устройству, компактны, легко обслуживаются, имеют высокую производительность и небольшую стоимость.

Центробежные силы используют также в центрифугах. Мощность силового поля в таких аппаратах превышает мощность поля сил тяжести в сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз, что позволяет обеспечить любую степень полноты разделения. B практике центрифугирования применяют два принципиально различных способа разделения неоднородных систем - фильтрование и центробежное осаждение.

Фильтрующие центрифуги служат для разделения сравнительно грубодисперсных систем с кристаллической или аморфной твердой фазой; отстойные и осветляющие – для разделения трудно фильтрующихся суспензий. Для разделения эмульсий используют сепараторы разнообразных конструкций. Для очистки производственных сточных вод наибольшее применение находят комбинированные центрифуги, сочетающие в одном аппарате фильтрацию с последующим осаждением в поле центробежных сил [11,12].