Механические методы
Механическая очистка предназначена для выделения из сточной воды не — растворенных минеральных, и органических примесей.
Цель механической очистки состоит в подготовке производственных СТОЧНЫХ вод к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Механическая очистка на современных очистных станциях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Типы и размеры этих сооружений определяются составом, свойствами и расходом производственных сточных вод, а также методами их дальнейшей обработка
Как правило, механическая очистка является предварительным окончательным этапом очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ из этих вод до 90-95 % и снижение органических загрязнений (по показателю БПКпот) до 20-25 %.
Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными способами интенсификации гравитационного отстаивания осветлением во взвешенном слое (отстойники-осветлители), в тонком слое (тонкослойные отстойники),с помощью гидроциклонов.
Процесс более полного осветления сточных вод осуществляется фиЛЬТраЦИ" ей — пропусканием воды через слой различного зернистого материала (кварцевого песка, гранитного щебня, дробленого антрацита и керамзита, горелых пород, чугунолитейного шлака и других материалов) или через сетчатые бара
банные фильтры и микрофильтры, через высокопроизводительные напорные фильтры и фильтры с плавающей загрузкой — пенополиуретановой или пенополистирольной. Преимущество указанных процессов заключается в возможности применения их без использования химических реагентов.
Выбор метода очистки сточных вод от взвешенных частиц осуществляют с учетом кинетики процесса. Размеры частиц, содержащихся в производственных сточных водах, могут колебаться в очень широких пределах; для частиц размером до 10 мкм конечная скорость осаждения составляет менее 10~2 см/с. Если частицы достаточно велики (диаметр более 30-50 мкм), то они могут легко выделяться отстаиванием или процеживанием, например, через микрофильтры.
Коллоидальные частицы (диаметром 0,1-1,0 мкм) могут быть удалены фильтрованием, однако из-за ограниченной емкости фильтрующего слоя более подходящим методом при концентрациях взвешенных частиц более 50 мг/дм3 является ортокинетическая коагуляция с последующим осаждением или осветлением во взвешенном слое.
Повышение технологической эффективности сооружений механической очистки очень важно при создании замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий. Этому требованию удовлетворяют новые консгрук — ции много полочных отстойников, сетчатых фильтров, фильтров с новыми видами зернистых и синтетических загрузок, гидроциклонов (напорных, безнапорных, многоярусных). Применение этих сооружений приводит к сокращению в 3-5 раз капитальных затрат и на 20-40 % эксплуатационных расходов, уменьшению в 3-7 раз необходимых площадей для строительства по сравнению с применением обычных отстойников.
Рис. 4.7. Технологическая схема очис-шой станции с механической очисткой сточных вод: 1 — сточная вода; 2 — решетки; 3 — песколовки; 4 — отстойники; 5 — смесители; 6 — контактный резервуар; 7 — выпуск; 8 — дробилки; 9 — пес — ковые площадки; 10 — метатепки; 11 — хлораторная; 12 — иловые площадки; 13 — отбросы; 14 —■ пульпа; 15 — песчаная пульпа; 16 сырой осадок; 17 — сброженный осадок; 18 Дренажная вода; 19 —хлорная вода
Для некоторых производств требуется вода с меньшим содержанием взвешенных веществ, чем содержание, обеспечиваемое механической очисткой, поэтому необходима дополнительная физико-химическая и биологическая очистка, а также еще более глубокая очистка производственных сточных вод Схема механической очистки сточных вод показана на рис. 4.7. Приведенная схема предусматривает использование максимального числа операций механической очистки сточных вод. Для сточных вод металлургических предприятий чаще всего отсутствует необходимость в улавливании крупноразмерных отбросов; они характерны для хозяйственно-бытовых сточных вод. Поэтому на очистных станциях металлургических предприятий не устанавливают, как правило, решетки и оборудование для дробления уловленных крупно кусковых включений.
Отстаивание. Метод отстаивания как предварительная операция применяется практически всегда при очистке сточных вод.
Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким и дешевым методом выделения из сточных вод грубодиспергированных примесей с плотностью, отличной от плотности воды. Под действием силы тяжести частицы загрязнений оседают на дно сооружения или всплывают на его поверхность.
Относительная простота отстойных сооружений обусловливает их широкое применение на различных стадиях очистки сточной воды и обработки образующихся осадков.
В производственных сточных водах присутствуют взвешенные вещества с широким диапазоном дисперсности, различными адгезионными свойствами и, как следствие, различной их способностью к осаждению.
Скорость одиночно осавдения и, м/с, частиц шарообразной формы в условиях ламинарног о режима их обтекания жидкостью (Re < 2) описывается известной формулой Стокса:
u = d2 (р„ -p„)g/18r],
где d— диаметр частицы, м; рч —• плотность частицы, кг/м3; рв — плотность воды, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; t] — динамическая вязкость воды, Па с. Одиночное осаждение частиц возможно лишь в монодис — персной, агрегативно-устойчивой системе, когда частицы имеют одинаковы® размеры и при осаждении ие меняют своей формы и размеров. Однако взвешенные вещества, содержащиеся в сточных водах представляют собой поли — дисперсную агрегативно-неустойчивую систему с большим диапазоном «зме нения размеров частиц, обладающих хорошими адгезионными свойствами, что обусловливает их агломерацию при взаимных столкновениях в процессе осаждения (седиментации), что изменяет форму, размеры, плотность и скорость осаждения частиц.
В практике проектирования и эксплуатации отстойников широкое распространение получило использование зависимостей эффекта осветления сточной воды от продолжительности ее отстаивания. Эффект осветления
Э =(Со-С,)100/Со,%, (4.2)
для описания кинетики эффективности осветления сточных вод широко используют эмпирическое уравнение
Э = (//120)"’Э121), (4.3)
где С„ — начальная концентрация взвешенных веществ; т — продолжительность осветления; а — Эмпирический коэффициент, зависящий от концентрации взвешенных веществ, их способности к агломерации и высогы слоя вод, в котором происходит осаждение; Эрс — относительное содержание оседающих веществ в сточной воде к общей массе взвешенных веществ; Эац ~ (С0 — С1а)100/Со (здесь С„0 — остаточное содержание взвешенных веществ после 120 мин отстаивания в покое).
Кинетику эффективности осветления сточных вод определяют путем технологического моделирования отстаивания воды в лабораторных цилиндрах. Необходимая степень осветления определяется либо санитарными требованиями в случае сброса сточных вод в вещные объекты, либо технологическими требованиями в случае повторного использования.
Размеры хвостохранилища, отстойника или осветлителя выбирают на основе прямого эксперимента или по типовым размерам сооружения с учетом объема сточных вод, скорости потока, требуемой степени осветления.
Отстойники могут быть непрерывного и периодического действия. Аппараты периодического действия обычно представляют собой резервуары с коническим днищем; их используют при небольших расходах сточных вод (т. н. декантаторы)-
При больших расходах сточных вод применяют отстойники непрерывного действия; они могут быть горизонтальные, вертикальные, радиальные. Обший недостаток отстойников — значительные габаритные размеры. Горизонтальные отстойники — это обычно прямоугольные резервуары глубиной Н= 1,5—4,0 м, длиной 8-12Я (иногда до 20Н), с шириной коридора 3- 6 м. Удаление осадка из них осуществляется гидравлическим методом или движущимися скребками. Равномерное распределение сточной воды по ширине отстойника производится с помощью поперечного лотка с водосливом или дырчатой перегородки. Для задержания плавающих веществ у выхода из отстойника устанавливают перегородку, погруженную в воду на 0,25 м (рис. 4.8).
Механизированный сбор и удаление осадка препятствует чрезмерному уплотнению осадка.
Рис. 4.8. Горизонтальный отстойник с ленточным скребковым устройств
лоток; 2 ~ «точный скребок: 3 — ВДкютводящий лотов; 4 — п«пи>0 I — водаподЮдвді, іі
осадка “^«ошиервд «№;i_0Tew
Горизонтальная скорость движения воды в отстойнике 12 MM/с, а для сточных вод, содержащих хлопья гидроксил^ Лре“ЮИег м~ ляет 3-5 мм/с; продолжительность отстаивания ВОды Б *№талж® составной очистке сточных вод зга отстойники снабжают в~- к‘>аО’ляігасш-
хлопьеобразованш (флохулироватш). Для расчета каМеРаш
КОВ ИСПОЛЬЗУЮТ ДаННЫе О кинетике выпадения ВЗЙеСИ °HT0;i:bH№l 0ГС№Й№ фекта задержания взвешенных веществ в отстойнике С УЧЄТ0М зададнйго эф — Радиаяькые отстойники — это разновидность горизонта обычно круглые в плане резервуары диаметром д0 60 м, ошейников, вода в которых движется по радиусу от центра к пе Л ИИ°ГДй более 100 м)> ния воды переменна*: в Центре-максимальная, иаТ Т™’ С"°^0С1Ь Движе — Сточиая вода через центральное разделительное °Pllfepm ~ минимальная, стойннк, а осветленная вода собирается в круговойа° „Шсгупает в от — диальные отстой шдаї оборудуются подвижным» <^Пери®еР‘1ЙНЫЙ желоб. Ра — периферическвм приводом. Глубина проточной ^ М8мн с центральным или
! ,5-5 м, а отношение диаметра к глубине ох 6 ОТСТо®ника составляет
Выпавший осадок передіещаетея к приямку скоеб ^ИС‘4’5^ вращающейся ферме. Из приемника осадок удавд ами’ эа»Ф6плешьшя на Существенный недостаток радиальных отстойяи ^ ° ПоЫощш насосов.
в зоне выпуска води, что приводит к шэффеетивК08~~ПОВЬ1Шениаяскорость
Шму использованию значи-
|
рис. 4& Радиальный отстойник*. /— мшюшдаодда труба* 2 —■ делительная чаша: 4 — ведущая ферма со скребками; 5 юш, “хаивче«ие скребки: 3 — моте- ‘"ШВИОИ JKCJTOfv /Г _________________________________________ 4_______ “ °°>6 °ЇВ0Д осадка |
тельной части объема отстойника. Этот недостаток в значительной мере исчезает в радиальных отстойниках с периферийной подачей сточной воды. Сбор осветленной воды осуществляется с помощью кольцевого лотка, расположенного в центре отстойника. Такая конструкция отстойника позволяет в 1,3-1,5 раза повысить его пропускную способность.
Струйность потока снижает эффективность осветления сточных вод. Этот недостаток устранен в конструкции радиального отстойника с подвижным водораспределительным и водосбросным устройствами; эффективность осветления возрастает на 10-20 %.
Радиальные отстойники применяют на локальных установках, а также в качестве первичных и вторичных отстойников на биологических очистных сооружениях. Применение радиальных отстойников большой производительности (диаметром более 30-50 м) связано с отрицательным воздействием ветровой нагрузки на зеркало воды в отстойнике, т. е. на эффективность осветления воды. Под действием ветровой наїрузки нарушается гидравлический режим из-за неравномерного удаления осветленной воды через водосливную стенку отстойника.
Вертикальные отстойники — это, как правило, цилиндрические (или квадратные в плане) резервуары с коническим днищем диаметром до 10 м и производительностью до 3000 м3/сут. Движение осветленной воды в отстойниках происходит в вертикальном направлении — снизу вверх. Взвешенные частицы оседают в восходящем потоке воды. Расчетная скорость восходящего потока не должна превышать 0,5-0,6 мм/с; высота зоны осаждения обычно составляет 4-5 м. Сбор осветленной воды осуществляется с помощью периферийных или радиальных желобов через водослив. Осадок, выпавший в иловую часть отстойника, удаляется по иловой трубе. Уклон конической части днища отстойника принимается не менее 45—500 для обеспечения сползания осадка (рис. 4.10).
|
Рис. 4.10. Круглый вертикальный отстойник: і — центральная труба; 2 отражательный ідит, 3 иловая труба |
Эффективность осветления сточных вод в вертикальных отстойниках обычно на 10-20 % ниже, чем в горизонтальных или радиальных. Это объясняется тем, что гидродинамические условия осаждения взвешенных веществ в вертикальных отстойниках менее благоприятны. Их применяются в качестве первичных в общезаводских очистных сооружениях. Их преимущество — простота удаления осадка, осуществляемое гидростатическим давлением.
Жироуловители. Сточные воды у предприятий в некоторых случаях могут содержать определенное количество жиров и масел, представляющих значительную ценность. Наиболее полное извлечение этих примесей в значительной мере облегчает последующую очистку сточных вод до ПДК. Нераство — ренные жиры и масла удаляют, пользуясь теми же методами, что и для удаления других взвешенных веществ.
Широкое применение для очистки жиресдержащих сточных вод получил метод отстаивания в сооружениях различной конструкции, чаще всего в горизонтальных отстойниках (т. н. жироловках). Всплывающие масла удаляются с помощью периодически или непрерывно действующих скребковых устройств. Исходными параметрами при технологическом расчете отстойных сооружу ний являются гидравлическая крупность задерживаемых частиц и рабочая ту бина отстойников.
Нефте — смоло — v маслоуловители. Методы очистки нефте — смоло — и масло содержащих сточных вод определяются физической характеристикой этих за грязняющих примесей и их концентрацией. Грубодиспергированные смолы отделяют путем отстаивания в горизонтальных или вертикальных отстоини ках, рассчитываемых на относительно даительное (2-4 ч) пребывание в сточной воды. Расчетная скорость протока в горизонтальных отстойниках должна превышать 2-4, в вертикальных 0,5 мм/с. Выпадающий осадок удаля ется периодически с помощью скребковых устройств. В зависимости от Ф*130 ческих свойств смол может требоваться подогрев удаляемой массы. ^ Разделение в ноле центробежных сап. Для разделения суспензии в п центробежных сил могут применяться открытые, напорные, многоярусные ГИД роциклоны и центрифуги. Существенными преимуществами открытых ГИД роциклонов перед напорными являются большая производительность и лые потери напора, обычно не превышающие 0,5 м. Применяются они глав ным образом для выделения из сточных вод тяжелых примесей. Открь гидроциклоны нередко работают в комплексе с другими сооружениями механической очистки производственных сточных вод, являясь первой ее сту пеныо.
Большое влияние на эффективность работы открытого гидроциклона ока зывают физические свойства частиц (размер, форма, плотность и др.). Для Улав ливания которых он предназначен, а также геометрические размеры гидроИй Клона и гидравлический режим его работы.
Схема открытых гидроциклонов показана на рис. 4.11.
|
А — А |
В напорном гидроциклоне струя обрабатываемой жидкости поступает через тангенциальный патрубок в цилиндрическую часть и получает вращательное движение (рис. 4.12). Двигаясь по винтовой спирали вдоль наружной стенки аппарата, она направляется в коническую ее часть. Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной части аппарата. Выделяющийся в пристенной зоне осадок и наиболее насыщенная взвешенными веществами часть воды удаляются из аппарата через насадку для осадка.
|
Рис. 4.11. Открытый гидроциклон: о — с подачей и отводом воды в нижней части; 6 с отводом воды в верхней части; I — водоподающая труба; 2 — водоподводящая труба; 3 шламоотводящая труба; 4 — периферийный кольцевой водослив |
|
Рис. 4.12. Напорный підроцнклоп: 1 — водоподводящая труба; 2 патрубок для отвода осветлен — нон воды; 3 — труба для отвода пульпы |
Поток осветленной воды в центральной зоне аппарата движется ш цилиндрической спирали вверх к сливной насадке. Вращательное движение жидкости в гвдроциклоне обусловлено энергией входящего потока и зависит от вязкости суспензии.
В результате воздействия абразивных частиц механических примесей аппараты быстро изнашиваются; д ля увеличения срока службы их футеруют базальтом или резиной. При очистке сточных вод от грубых примесей используют аппараты диаметром свыше 100 мм; для очистки небольших количеств воды от тонкодиспергированных примесей более эффективны мультициклоны батареи напорных гидроциклонов, малого диаметра.
Для разделения неоднородных систем, состоящих из двух или более фаз, суспензий (жидкость — твердое вещество), эмульсий (жидкость — жидкость) и аэрозолей (газ — твердое вещество или газ — жидкость), применяют метод центрифугирования. Процесс разделения систем происходит под действием центробежных сил. Мощность силового поля в центрифугах превышает мощность поля сил тяжести в сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз, что позволяет получить любую степень полноты разделения. Напряженность развиваемого центрифугами силового поля (или фактор разделения) зависит от скорости вращения ротора и расстояния от оси его вращения до уровня обрабатываемой неоднородной системы.
Важной технической характеристикой центрифуг служит фактор разделения, который определяется как
да — центробежное ускорение; со — угловая скорость вращения ротора; Л — рздиус вращения.
Фильтрация. Для глубокой очистки (доочистки) сточных вся от взвешен — ных веществ применяются зернистые и микрофильтры.
Зернистые фильтры. Фильтры применяют для глубокой очистки сточных вод от суспендированных частиц после механической, химической, физикохимической или биологической очистки.
К конструкциям скорых фильтров, применяемых для очистки сточных вод, предъяаояют следующие основные требования: 1) фильтрация должна идти в направлении убывающей крупности загрузки для предотвращения образования малопроницаемого и трудноразрушаемого при отмывке осадка на поверх — ности загрузки; 2) необходима интенсивная промывка загрузки, обеспечивающая максимальное удаление загрязняющих веществ из загрузки; 3) фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества воды и ее расхода; 4) фильтрующий материал должен обладать высокой прочностью и химической стойкостью.
Рис. 4.ІЗ. Открытый скорый фильтр с направлением потока сверху вниз: 1 —дренажная система; 2 — поддерживающие іраеийньїе слои; 3 — загрузка фильтра; 4—желоба для подачи исходной воды; 5 — распределительный карман; 6 — подача промывной воды; 7 — отвод промывной воды; 8 — отвод фильтрата
Для очистки сточных вед используют фильтры с нисходящим (сверху вниз) и с восходящим (снизу вверх) потоком. В фильтрах с направлением потока сверху вниз дренаж защищен от попадания неочищенных вод. При соответствующем подборе крупности и высоты загрузки скорость фильтрации для фильтров с нисходящим потоком составляет 10—15 м/ч. На рис. 4.13 показана схема открытого скорого фильтра.
Загрузка фильтров с нисходящим потоком может быть однослойной или многослойной. В качестве фильтрующего материала могут быть использованы гравий, щебень, мраморная крошка, кварцевый песок, антрацит, керамзит, доменный шлак, горелая порода и т. д. Высокая стоимость традиционной загрузки из кварцевого песка, а также увеличение грязеемкости фильтров вызвали применение новых, дешевых, местных фильтрующих материалов с развитой удельной поверхностью и высокой пористостью.
Так, на территории Урала уже многие годы ведется разработка месторождений жильного кварца. При этом образуется большое количество низкосортного дробленого кварца, который может использоваться в качестве фильтрующей загрузкн.
Исследованы кварциты Бадавдихинского месторождения, кварцевая крупка Астафьевского месторождения кварцитов, кварцевая крупка Ларинского месторождения жильного кварца (Челябинская обл.) и кварцевая крупка месторождения «Гора Хрустальная» (г. Екатеринбург). Последний материал не только исследован, но разрешен к применению и успешно реализуется на рынке фильтрующих материалов предприятием ЗАО Карьер «Гора Хрустальная»
|
ПОКАЗАТЕЛИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
|
|
Таблица 4.10 |
|
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПАРАМЕТРОВ ФИЛЬТРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
|
«ыышж шиерес представляют гранулированные шлаки комбинатов цветных металлов, особенно гранулированный шлак Карабашского медеплавиш, його комбината КМК (Челябинская обл.). Были определены некоторые пока-
затели зернистых фильтрующих материалов (табл 49 4 ^ ^
По результатам определена механических показателей исследуемых материалов были сделаны следующие выводы: следуемы*
. пористость дробленых материалов и ишака несколько выше пористости пои родных кварцевых песков, что должно положите.!,^ ™ 1Р технологических свойствах; разиться на их
. гранулированный шлак отличается, большой плотностью имуществом при загрузке контактных осветлителей ’ ,ГОяБляетсяпРе’ предельной потери напора равна весу столба загрузки-’ В КОТорых,!еличина
. механическая прочность некоторых дроблених матепия существующим требованиям. Это объясняется нали« не соответствует дакрсфешин, образующихся в процессе дробления кГ*1 °СТрых гРаней 11 ка, при эксплуатации таких материалов около полутон* Показывает практической прочности приходят в норму, что связано сп показатели механи- промывках. окаїьіванием частиц при
Анализ результатов определения Химичес* — материалов выявил, что все исследованные ст°йкости и,.
|
Таблица 4.11 РЕЗУЛЬТАТЫ ФИЛЬТРАЦИИ ОСВЕТЛЕННЫХ НЕЙТРАЛИЗОВАННЫХ СТОКОВ
|
Сравнение полученных результатов с учетом стоимости этих подготовленных материалов (без доставки): Волгоградский песок—1075 руб/т; гран шлак КМК — 125 руб/т; кварцевая крупка «Горы Хрустальной» — 3170 руб/т позволяет констатировать, что граншлак КМК имеет несомненные преимущества. Результаты фильтрации осветленных нейтрализованных стоков с использованием различных зернистых материалов приведены в табл. 4.11.
Могут применяться загрузки комбинированного действия, например, доломит. Для фильтрации сточных вод с одновременной очисткой от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов доломит рекомендуют подвергать специальной обработке.
Однослойные фильтры с нисходящим потоком воды применяют в схемах с безреагентной очисткой воды или в схемах с коагуляцией для задержания мелкодисперсных взвешенных частиц, выносимых из отстойников или из осветлителей. В ряде случаев применяется двухступенчатая очистка (на грубозернистых, а затем на мелкозернистых фильтрах). Регенерация загрузки однослойных фильтров зависит от состава очищаемых сточных вод и материала загрузки. Промывку можно осуществлять фильтратом нли неочищенной сточной водой. Интенсивность промывки водой 16-18 дм /с-м, продолжительность промывки 6-8 мин. Применение сжатого воздуха и совместной воздушной промывки в ряде случаев обеспечивает хорошее качество промывки. Показатели эксплуатации однослойных фильтров при до очистке механически и биологически очищенных сточных вод следующие: крупность загрузки 0,5-3,0 мм, высота загрузки 1000-2000 мм, скорость фильтрации 5-10 м/ч.
Для многослойных фильтров в качестве загрузки используют антрацит, пе — сок, гранит и ильменит со средней плотностью соответственно 1,5; 2,6; 4,2; 4,8. В многослойных фильтрах наилучшим образом реализуется принцип фильтрации в направлении убывающей крупности загрузки. Грязеемкость многослойных фильтров в 2-3 раза больше грязеемкости обычных однослойных. Применение их позволяет увеличить скорость фильтрации или увеличить продолжительность фильтроцикла.
|
ис. . , Филыр с плавающей затрузкой: 1 — зона отстаивания; 2 — подала исходно! ваз> прижиміш решетка; 4 — отвод осветленной юдьі; 5 — мелкие фракции плавающей загруз ■ крупные фракции плавающей загрузки; 7 -— дырчатое дно фильтра |
Для очистки сточных вод иногда применяют фильтры с плавающей загру3^ кой (встроенные в отстойники). На рис. 4.14 показана схема фильтра с пяава ющей загрузкой.
Плавающую загрузку изготавливают из частиц полистирола различной круп ности. Он обладает определенной механической прочностью, химической екя костью, высокой активной свободной поверхностью и пористостью, к таким материалам относятся также газонаполненные гранулы керамзита, котельны и металлургические ишаки.
Фильтрация осуществляется снизу вверх и при этом часть взвешенных час тиц выпадает в отстойнике, а остальная задерживается плавающим фильтр®4 Плавающая загрузка допускает обрабатывать вода с содержанием взвешенных веществ 20-200 мг/дм3 при скорости фильтрации 0,5-2,0 м/ч. Разм<зР частиц полистирола находится в пределах 0,3-2,5 мм.
егенерацию этих фильтров проводят промывкой плавающей загрузки п0 дачей воды сверху вниз. Отмывка эффективна, так как направление вектора скорости водного потока совпадает с направлением силы тяжести вымываемых загрязнений.
Широкое применение получили хн. самопромывающдеся фильтры, в которых за счет непрерывной контактной фильтрации стадии коагуляции — фло1<У ’ осгцаденш и фильтрации выполняются в пределах одного фильтрующего слоя, а счет применения самопромывагощихся фильтров значительно экономится производственная площадь, увеличивается производительность системы в целом, упрощается весь процесс фильтрации, экономится элеИр0′ энергия и реагенты. Фильтры могут применяться для подготовки воды питьевого и технического назначения.
Производительность станций водоподготовки не ограничена. Станция может быть размещена в металлических или бетонных блоках. Производитель — экологический фонд «Вода Евразии» (г. Екатеринбург).
Сетчатые барабанные фильтры. Для выделения из сточных вод мелкодис — пергированных примесей иногда применяют сетчатые фильтры. Фильтрующим слоем служит сетка. В зависимости от требуемой степени очистки и условий применения фильтры оснащают сетчатым полотном с различными размерами ячеек. Условно барабанные фильтры разделяют на микрофильтры и барабанные сетки. Микрофильтры задерживают грубодесперсные частицы: растительные и животные структурные примеси, песок и др. Эффективность очистки составляет 40-60 %, что позволяет иногда заменять ими первичные отстойники. Микрофильтры оснащают сеткой с ячейками размером 0,04 х 0,04 мм. Сетки изготавливают из никеля, фосфористой бронзы, латуни, капрона, волокнистого стекла и комбинированные.
Барабанные сетки задерживают грубодисперсные примеси при отсутствии в воде вязких веществ, снижая содержание взвешенных частиц на 25-40 %. Размер ячеек барабанных сеток 0,3×0,3-Ю,5×0,5 мм. Чаще всего их устанавливают перед зернистыми фильтрами. Расход воды на промывку сетчатых фильтров составляет 1-2 % от пропускной способности фильтра.
Конструктивные разновидности этих аппаратов довольно многообразны. Основным рабочим элементом фильтра является сетка, покрывающая цилиндрическую поверхность вращающегося барабана. Схема устройства микрофильтра показана на рис. 4.15.
Барабан сетчатого фильтра погружен в камеру-резервуар примерно на 0,7 собственного диаметра. Вращается на подшипниках, закрепленных на неподвижном пустотелом валу, по которому подается очищаемая сточная вода. За-
|
ро&ан^СТР°^СТВ0 микрофильтра: 1 — барабан; 2 — камера; 3 — подающий канал; 4 — гтерфори- труба; 5 — канал для вывода осветленной воды; 6 — устройство для промывки сетки |
держанные на внутренней поверхности рабочей сетки примеси смываются с нее непрерывно. Промывная вода подается под напором 5-20 м и распределяется с помощью насадок, расположенных над вращающимся барабаном. Расход ее зависит от напора, начальной концентрации нерастворенных примесей в очищаемой сточной воде и от частоты вращения барабана. Скорость фильтрации колеблется от 30 до 90 м/ч в зависимости от характера задерживаемых примесей и их концентрации в очищаемой воде, а также от требуемой степени ее очистки.
Микрофильтры могут задерживать до 80 % поступающих на них примесей; степень очистки зависит от конструкции аппарата, характеристики очищаемой сточной воды и требуемых норм очистгси.
При очистке некоторых видов промышленных сточных вод на микросетке задерживаются примеси, которые могут быть использованы повторно в данном производстве или в качестве сырья на другом. Работа микрофильтров может быть полностью автоматизирована. Как показывает опыт применения сетчатых установок, они метут задерживать значительную часть жировых и эмульгированных загрязнений производственных сточных вод.
Одним из путей интенсификации метода очистки воды фильтрацией является применение электромагнитных фильтров.
Сущность метода электрохимической фильтрации заключается в следующем. Фильтр (рис. 4.16) загружают, как минимум, тремя слоями гранулированных материалов. Материалы слоя 3 и 5 должны быть электропровод! ін, иметь раз — ные значения стандартного потенциала. Материал слоя 3 должен был электроотрицательным, способен образовывать нерастворимый гидроксид, например, алюминий. Материал слоя 5 должен быть электроположительным. Слои 3 и 5 пространственно разделены слоем 4, состоящим из неэлектропроводного
Рис. 4.16. Электрохимический филь’ір: 1 подача исходной воды; 2 — распределительная система; 3 — гранулированный алюминий; 4 —фильтрующий зернистый материал, 5 — активированный уголь; 6 — сборная система; 7— отвод очищенной воды; 8 пода
ча промывной воды; 9 —- отвод промывной воды
При пропускании воды сквозь фильтрующую загрузку возникает электродвижущая сила между слоями 3 и 5 и гальванический ток. Под действием тока растворяется электроотрицательный материал 3, ионы которого образуют коагулянт на зернах загрузки 4.
В слоях 3 и 5 происходят окислительные и восстановительные реакции соответственно, которые существенно влияют на эффект очистки воды при наличии в ней органических загрязнителей.
В слое 5 использован активированный уголь, который выполняет, кроме указанных, функцию сорбента.
Фильтр испытан на нефте — и фенолсодержащих водах. Скорость фильтрации составляла 5 м/ч. В момент пуска требуется зарядка фильтра коагулянтом. Время зарядки составило 24 ч, после чего фильтр выходит нарежим. Результаты испытании приведены в табл. 4.12.
Таким образом, метод электрохимической фильтрации эффективен при очистке воды от нефти, нефтепродуктов и фенолов том случае, когда требуется глубокая очистка. Важным преимуществом является отсутствие энергозатрат на проведение коагуляции и окислительно-восстановительные процессы, простота аппаратурного оформления. Метод имеет широкие функциональные возможности, которые частично реализованы, как будет показано ниже.
Известно применение в качестве адсорбента в загрузке высокодисперсных порошков (т. н. ферромагнитные фильтры), состоящих из ферромагнитных материалов. По отношению к нефтезагрязнениям высокой активностью обладают: магнетит, гидрофобизированный магнетит, феррит. Порошки сорбируют загрязнения, после чего их извлекают магнитными сепараторами.
В качестве коагулянта используют смеси растворов FeSO„ и Fe;(SO,)1 в равном молярном отношении. В результате смешения растворов происходят реакции:
FeS04 + 2NaOH -» Fe(OH)., +Na2 S04; (4.5)
Fe2(SO,,)3-i — 6NaOH -» 2Fe(OH)3 + 3Na2S04; (4.6)
Fe(OH)3 + 2Fe(OH), -» Fe3044 + 4H20. (4.7)
|
Таблица 4.12 ЭФФЕКТ ОЧИСТКИ НЕФТЕ — И ФЕНОЛОСОДЕРЖАЩИХ ВОД ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ФИЛЬТРОМ
|
Гидроксиды железа сорбируют загрязнения, а затем образуют магнетит, Fe О вместе с которым загрязнения выпадают в осадок или задерживаются магний ным сепаратором.
Способ очистки заключается в пропускании сточной воды через фильтр, заполненный адсорбционным комплексом. Адсорбционный комплекс состоит из сфер магнитно-твердого материала с преимущественным диаметром 8- 10 мм, являющихся постоянными магнитами, гранул и порошка с диаметром частиц не более 100 мкм прокаленного гальваношлама, являющихся в основном у-оксидами железа. Указанные компоненты смешиваются в соотношении 8:2:1 (масс. ч.). Гранулы и порошок у-оксида железа являются адсорбентами и деэмульгаторами, удерживаемыми за счет магнитного поля на поверхности шариков магнитно-твердого материала.
Гальваношлам, содержащий, %:Fe203 — 40,9; Ni2* —1,05; Cu2+— 0,38; Zn2‘ — 10,4; Cr3+ — 0,5; влажностью 78% по действующей в производстве технологии подвергали промывке от водорастворимых солей, обезвоживанию, сушке, гранулированию и прокалке при 900 °С в течение 1,5 ч. Часть прокаленных гранул измельчали до крупности 100 мкм. Далее готовили адсорбционный комплекс смешением сфер (шариков) феррита бария, гранул и порошка прокаленного гальваношлама в соотношении 8:2:1 (по массе). Адсорбционный комплекс помещался в фильтр, через который 1 мл/мин троекратно пропускали отработанную СОЖ марки «РАТАК», содержащую 25 г/дм3 эмульгированных нефтепродуктов. Содержание нефтепродуктов после обработки составило 2 мг/ дм3. Обработанную воду можно направить в оборот для приготовления новых партий СОЖ. Адсорбционный комплекс необходимо регенерировать для восстановления его адсорбционной способности.
Регенерация проводилась последовательной сушкой адсорбционного комплекса при 105 °С до постоянной массы и дальнейшей прокалкой при 400 °С в течение 0,5 ч. Регенерированный таким образом адсорбционный комплекс полностью восстановил свой свойства.
Известен способ осаждения частиц дисперсной фазы, при кот ором магнитное осаждение частиц осуществляется в ферромагнитной насадке, находящейся в магнитном поле, при фильтрации воды сквозь насадку. В качестве насадки метут быть использованы любые гранулированные ферромагнитные частицы правильной илн неправильной формы. Высоким значением магнитной проницаемости обладают электротехнические стали, железо-иикелевые сплавы, маР" ганец-цинковые ферриты, никель-цинковые ферриты.
Под воздействием внешнего магнитного поля происходит намагничивание ферромагнитных частиц. Ферромагнитные частицы имеют высокое значение магнитной проницаемости, поэтому в порах фильтра возникает магнитное поле, напряженность которого иа несколько порядков превышает напряженность внешнего магнитного поля. Большинство извлекаемых частиц относятся к па
рамагнитным либо к ферромагнитным веществам, поэтому в магнитном поле на них действуют магнитные силы, закрепляющие их в фильтрующей насадке. Магнитные силы во много раз больше электростатических и молекулярных сил, действующих на извлекаемые частицы в обьлных фильтрах, поэтому эффект очистки воды и скорость фильтрации в магнитных фильтрах существенно выше. Оптимальная скорость фильтрации составляет 50-100 м/ч при напряженности магнитного поля 50-100 кА/м.
Коэффициент извлечения загрязнений зависит от скорости фильтрации, напряженности магнитного поля, магнитной проницаемости ферромагнитных и извлекаемых частиц.
Преимуществом ферромагнитных фильтров являются высокие скорости фильтрации, низкие энергозатраты, простота регенерации. Регенерацию производят обратной промывкой при выключенном источнике питания соленоида. Грязеемкость магнитных фильтров намного выше традиционных, т. к. размер фильтрующих частиц составляет 5-10 мм, а действующие на извлекаемые частицы магнитные силы исключает их отрыв от фильтрующего материала.