Механические методы очистки сточных вод

Процесс и методы очищения промышленных стоков

Процедура очистки сточных отбросов предприятий проходит в несколько этапов:

1. Механическую очистку.
2. Биологическую очистку.
3. Физико-химическую очистку.
4. Дезинфекцию.

нерастворимые отходы. крупнодисперсные

На следующем этапе стоки проходят через первичные и радиальные отстойники. Происходит минерализация воды, удаляется азот и фосфор. Со дна вторичных отстойников откачивается активный ил.

Этап биологической очистки может существовать как самостоятельный. Основан он на способности микроорганизмов в качестве своего питания использовать органические вещества, присутствующие в сточных водах. В результате происходит окисление загрязняющих веществ и их оседание в ил.

Главной задачей третьего этапа является обезвоживание осадка. Происходит это с помощью специальных прессов и центрифуг. Существует несколько технологий этого процесса. Для увеличения эффекта обезвоживания используются специальные химические реактивы.

На последнем этапе вода дезинфицируется путем применения ультрафиолетовых лучей и хлорки.

Стоки, прошедшие все четыре этапа очистки, становятся пригодными для сброса в грунт или водоем.

Зачастую для очистки промышленных стоков достаточно определенных одного-двух методов очистки. Выбор оптимального способа — задача довольно сложная. Применяемый метод очистки должен максимизировать дальнейшее использование очищенных вод в технологических процессах и минимизировать их сброс в окружающую среду.

На выбор самого оптимального способа очистки промышленных стоков влияют нижеперечисленные факторы.

1. Вид промышленности и тип загрязнения сточных вод. Загрязнения бывают механические (засорение твердыми частицами) и химические (засорение газообразными, жидкими и твердыми химическими элементами и соединениями).
2. Уровень загрязненности исходного сырья.
3. Требования к качественным показателям очищенной воды (зависит от дальнейших действий: повторное использование, выброс в центральную канализацию или окружающую среду).

Что это такое?

Механическая очистка сточных вод – это первый этап технологического процесса, значительного по своим объёмам. Сущность его заключается в выведении из жидкости взвешенных органических и нерастворимых твёрдых частиц. В зависимости от типа, степени загрязнения и количества стоков используется то или иное специально созданное сооружение для очищения, которое эффективно удаляет нежелательные компоненты, и которое доступно по стоимости. При этом из бытовых вод устраняется около 95% грубодисперсных и 60% включений более низкой плотности.

Любая очищающая система, таким образом, предназначена для удаления грубых и твёрдых отходов путём тщательной фильтрации и дробления на более мелкие элементы. Устройство обеспечивает подготовку стоковой жидкости к дальнейшему прохождению воды через прочие – химические, физические и биологические – очистные конструкции.

Остаётся добавить, что прогресс не стоит на месте, и на данный момент, используя нанотехнологии, в частности, новый наносорбент УСВР, появилась возможность механически очищать сточную воду даже от самых мелких взвешенных частиц, не считая того, что сообент впитывает особо опасные примеси.

Виды механических аэраторов

Аэратор с вертикальной осью состоит из частично погруженных рабочих колес, которые прикреплены к двигателям, установленным на поплавках или на неподвижных конструкциях. Рабочие колеса изготовлены из стали, чугуна, коррозионно-стойких сплавов и используются для взбалтывания сточной жидкости с осадком, поглощения воздуха и быстрого изменения среды воздух-вода.

Вертикальные аэраторы используются в полностью перемешивающем резервуаре очистки для обеспечения высокой интенсивности смешивания. Для аэрационных бассейнов глубже 4,5 м необходимо установить вытяжную трубу или вспомогательное погружное рабочее колесо.

Механический поверхностный аэратор с горизонтальной осью устанавливается после первоначального оборудования, используемого для обеспечения циркуляции в установках. Аэратор имеет горизонтальный цилиндр с щетинками, установленными над поверхностью воды. Щетинки погружены в жидкость, а цилиндр поворачивается электродвигателем, распыляя сточные воды через бак. Вместо щетины используются угловые стальные или пластиковые стержни очистки, или лезвия.

Высокотехнологичные методы химической очистки

К высокотехнологическим методам очистки стоков, относятся методы, использующие в своем технологическом цикле новые разработки, позволяющие при помощи специфического оборудования обеспечить очистку от вредных и ядовитых примесей широкого спектра загрязнителей.

Наиболее прогрессивным и перспективным методом очистки выступает метод озонирования стоков. Озон, при попадании в сточные воды воздействует как на органические так и на неорганические вещества, проявляя при этом широкий спектр действия. Озонирование сточных вод позволяет:

• обесцветить жидкость, значительно повысив ее прозрачность;
• проявляет обеззараживающий эффект;
• практически полностью устраняет специфические запахи;
• устраняет сторонние привкусы.

Озонирование применимо при загрязнении воды:

• нефтепродуктами;
• фенолами;
• сероводородными соединениями;
• цианидами и производными от них веществами;
• канцерогенными углеводородами;
• уничтожает пестициды;
• обезвреживает поврехностно-активные вещества.

Вдобавок к этому практически полностью уничтожаются опасные микроорганизмы.

Технологически озонирование как метод очистки может быть реализован как в локальных очистных установках, так и в стационарных станциях очистки.

Использование различных методов химической очистки сточных вод приводит к снижению вредных и опасных для человека и экосистем выбросов веществ от 2 до 5 раз, и сегодня именно химическая очистка позволяет добиться наиболее высокой степени очистки воды.

Современные технологии очищения

В современных системах водоподготовки приведенные методы используются в комплексе.

Ярким примером служат многоступенчатые бытовые фильтры с механическими предфильтрами, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полноценную подготовку питьевой воды вне зависимости от ее исходных параметров.

К инновационным тенденциям в сфере водоподготовки относят:

• Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисление жидким кислородом) и/или УФ-обработки.
• Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
• Вывод взвесей и растворенных органических примесей с помощью электроприборов фотокатализации.

При всех своих преимуществах такие технологии нельзя назвать бюджетными, соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы обходятся дорого и в быту не окупаются.

Проверенные новые методы (ионообмен, обратный осмос, многоступенчатое исполнение фильтра), наоборот, становятся более доступными для частных лиц.

Обновление Люберецких очистных сооружений

На Люберецких очистных сооружениях тоже работают над устранением неприятного запаха, который беспокоил жителей окрестных районов. Модернизация и тут идет уже несколько лет.

В 2006 году ввели в эксплуатацию блок удаления биогенных элементов, в 2007-м — блок ультрафиолетового обеззараживания очищенной сточной воды, в 2013 году — ТЭС на биогазе, которая обеспечивает больше половины потребностей предприятия в электроэнергии. С 2013 по 2017 год реконструировали цеха механического обезвоживания осадка и проводили другие мероприятия, которые должны были способствовать устранению неприятных запахов.

Чтобы избавиться от запаха сероводорода, на Люберецких очистных сооружениях перекрывают его основные источники. Здесь установили такие же плавающие крышки, как и на Курьяновских сооружениях. Накрыли 73,4 тысячи квадратных метров воды — это площадь десяти футбольных полей. Из эксплуатации вывели 79,3 тысячи квадратных метров сооружений, в том числе 18 уплотнителей сброженного осадка (15 тысяч «квадратов»).

На предприятии был создан единый центр обработки осадка. Устаревшие фильтр-прессы заменили на девять современных центрифуг (декантеров), открыли две автоматизированные станции мониторинга атмосферного воздуха. Все превышения по выбросам они могут фиксировать онлайн.

В 2020 году на Люберецких очистных сооружениях начинается масштабная реконструкция. Она должна будет улучшить качество очистки сточных вод, полностью автоматизировать производство, повысить его энергоэффективность, внедрить безотходные технологии производства и продолжить борьбу с дурно пахнущими выбросами.

Для реконструкции останавливать работу очистных сооружений не потребуется. На первом этапе построят головные сооружения цеха механической очистки воды (узел процеживания, песколовки и каналы), узел переработки мусора и новых каналов. После начнется строительство первого блока очистных сооружений, капитальный ремонт первичных отстойников и реконструкция главного машинного зала.

Следующим этапом реконструкции станет удаление фосфора и азота из осадка сточных вод. Для этого создадут систему удаления соединений азота с использованием специфических бактерий. В результате из осадка будут получать минеральное удобрение, а высвобождаемое в ходе реакций тепло можно будет использовать в производственных процессах.

Затем на очистных сооружениях начнут возводить второй блок, для которого реконструируют аэротенки и вторичные отстойники. Завершит реконструкцию строительство сооружений обеззараживания. Чтобы бороться с неприятными запахами, планируют построить новый узел обработки грубодисперсных примесей, установить дополнительное газоочистное оборудование, модернизировать перекрытия первичных отстойников. Кроме того, хранить и перевозить отбросы планируют в специальных закрытых пресс-компакторах.

Уже завершены строительные работы по реконструкции Зеленоградских очистных сооружений, проводятся пусконаладочные мероприятия.

Что это за методы биологического очищения?

Аэробные и анаэробные методы относятся к биологической очистке. Все они задействуют микроорганизмы, которые расщепляют органику на отдельные компоненты. В итоге бактерия получает строительный материал для роста и развития.

В сточных водах в большом количестве имеются органические соединения, которые и становятся питательной средой для микроорганизмов.

Сфера применения таких методов – это очистные конструкции для различных предприятий:

• по изготовлению соков, пива, алкогольной продукции и других напитков;
• по переработке сыворотки;
• сельского хозяйства;
• молокозаводы;
• фармацевтические компании;
• мясокомбинаты;
• производители косметики;
• предприятия химической промышленности.

Для аэробной очистки требуется непрерывное поступление кислорода. Это главный фактор, обеспечивающий деятельность микроорганизмов.

Анаэробный метод используется для ликвидации ила и других твердых осадков. При этом происходит отделение нерастворимых элементов, которые разлагаются с помощью бактерий.

Внимание! На выбор способа очищения влияют многие факторы: состав сточных вод, специализация и расположение предприятия, климат в регионе.

При анализе загрязненности используется термин ХПК – химическое потребление кислорода. Этот показатель отражает концентрацию органики в воде.

Переработка стоков

Полный цикл переработки стоков на производстве и в общественных линиях включает:

1. Подачу стоков на усреднитель при необходимости разбавления.
2. Отстаивание механическим способом.
3. Основную чистку (активное использование живых организмов).
4. Глубокую чистку (удаление всех посторонних примесей с помощью обратноосмотических мембран или тонких фильтров).
5. Обеззараживание (УФ-обработка, хлорирование, озонирование).

Выделяемый на 2, 3 и 4 стадиях осадок в обязательном порядке регенерируется или утилизируется. Эти процессы происходят в метатенках, отжимных или сушильных аппаратах.

прибегают лишь при повышенных требованиях к чистоте

Бытовое очищение стоков требует меньше усилий. Владельцы индивидуальных домов, но подключенных к канализационным сетям используют септики (как с днищем, так и без), сорбенты или коагулянты.

Важно! Вторичное использование очищенных стоков практикуется редко (при соблюдении ряда условий вода может направляться в системы полива).

Более подробно об очистке сточных вод читайте здесь.

Оборудование для очистки сточных вод

Для максимальной наглядности рассмотрим современные системы, оборудование и установки, используемые для очистки производственных и бытовых канализационных стоков.

Насосная станция для канализации

Такая станция предназначена и используется для перекачки сточных вод в случаях, когда не возможна их транспортировка самотеком. В зависимости от требований и условий работы промышленные насосные станции для откачки канализационных стоков могут быть самовсасывающими или погружными. Фото насосной станции представлено ниже.

Станция для механической очистки сточных вод

Система предназначена для начальной обработки сточных вод от загрязнений путем их осаждения. Основным конструктивным элементом большинства промышленных станций механической очистки является пескоотделитель. Именно с помощью этой системы производится очищение сточных вод от крупнодисперснных загрязняющих веществ. Фото промышленной установки для очистки сточных вод механическим путем показано ниже.

Система жироулавливания

Система жироулавливания предназначена для выделения из сточных вод жиров разного происхождения. Жироулавливатель является обязательным оборудованием канализационной системы, поскольку скапливание жиров существенно снижает пропускную способность всей системы. Системы жироулавливания применяются при очистке промышленных загрязненных вод. Система жироулавливания отображена на фото ниже.

Станция биологической очистки сточных вод

Такая станция являет собой некую емкость квадратной формы, выполненную из нержавеющего стального сплава или стеклопластика. Принцип работы такой системы базируется на использовании определенных микроорганизмов и чередовании аэрируемых зон с рециркуляцией ила. Данный метод и такие системы находят широкое распространение при организации бытовых, непроизводственных канализационных систем. Фото промышленной станции биологического очищения сточных вод отображено ниже.

Оборудование для биологической очистки может быть заглубляемого или наземного исполнения. В промышленности, как правило, используются подземные установки биологической очистки. Наземные станции биологической очистки применяются, если подземная установка невозможна или необходимо получить мобильное очистное сооружение сточных вод. Фото мобильной станции очистки показано ниже.

Следует отметить: очень часто станцию биологической очистки называют аэротенком. Такое название установка биологической очистки получила вследствие использования в ней технологии очистки посредством аэробных бактерий. Фото аэротенка отображено ниже.

Станция химической очистки стоков

Станции, в которых используется химическая технология очистки сточных вод, предназначены преимущественно для построения систем очистки на больших производствах. При этом следует отметить, что универсальных промышленных установок для подобной очистки стоков, как и универсальных технологий очистки, не существует. В каждом определенном случае требуется определенная станция, которая рассчитана для осуществления химической очистки тех или иных загрязнений и использует в своей работе соответствующий метод очистки. В случае если одной только системой химического очищения ограничиться нельзя такая технология используется в комплексе с механической или физико-химической очисткой сточных вод.

Фото станции химической очистки показано ниже.

Мембранный очиститель

Данную систему можно назвать одной из самых совершенных среди всех существующих. Основным преимуществом такой станции является очистка сточных вод на молекулярном уровне. После прохождения через такую систему очищенная вода впоследствии может использоваться для тех или иных технологически-производственных процессов. Фото промышленного мембранного оборудования:

Химические методы очистки сточных вод

Химическая очистка сточных вод часто применяется на предприятиях. Существуют 2 основных метода: нейтрализация и окисление. Нейтрализация включает в себя: применение реагентов, химических фильтров, кислот и щелочей.

Реагентами могут быть: кальцинированная сода, известь, аммиак и другие соединения. Известь используют для удаления жирных кислот. В качестве фильтров для нейтрализации применяют известь, доломит, мел, карбонат магния. Кислоты и щелочи могут взаимно нейтрализовать друг друга, если выделяются совместно. Однако сброс этих веществ на предприятии может происходить в разное время, поэтому для регулировки процесса смешивания устанавливают резервуары, где данные вещества временно накапливаются, а затем сбрасываются одновременно в один стокоотвод.

Окисление используется для токсичных стоков, а так же для выделения ценных компонентов из сточных вод. Для этого используют такие вещества, как хлор и его соединения, озон, кислород, иногда оксид марганца, пекись водорода и соединения калия.

Хлор используется для удаления из загрязненных вод сероводорода и цианидов. Кислород применяется для очистки вод от продуктов нефтепереработки, а также стоков, содержащих сульфиды и продукты нефтехимии.

Озон можно использовать для очистки от бытовых и промышленных загрязнителей. При этом получать озон можно практически в «комнатных» условиях, прямо на очистных сооружениях. Его недостатком является высокая химическая агрессивность, что ведёт к появлению на поверхности металлических стен коррозии.

Для очистки вод применяют и электрохимическое окисление. Таким способом можно эффективно удалять фенолы, цианиды, амины, спирты, альдегиды и другие соединения.

Методы нейтрализации (очистки) стоков

Сточную воду в зависимости от типа и вида примесей в ней сегодня очищают несколькими методами. Причем использоваться может как просто конкретный метод, так и комбинированная технология очистки, если это необходимо для качественной нейтрализации стоков. Чаще всего используют такие методы очистки:

• Механическая обработка воды (отстаивание и фильтрование). Это самый простой и недорогой способ очистки воды.
• Химическая очистка стоков (смешивание стоков с химическими нейтрализующими веществами). В результате добавления реактивов в воду происходят реакции, которые полностью или частично нейтрализуют вредные примеси в стоках.
• Физико-химическая обработка загрязненной воды (обработка ультрафиолетом или озонирование стоков).
• Биологический способ очистки стоков. В этом случае в водную среду загружается определенное количество бактерий, которые питаются конкретными патогенными микроорганизма, сводя их количество в воде к нулю.

Механическая

Механический метод очистки применяют для отделения из сточных вод достаточно больших загрязнений путем процеживания или фильтрации. Основные особенности метода механической очистки следующие:

• Для удаления крупнофракционных веществ применяют способ процеживания стоков через решетки и всевозможные сита.
• Для исключения из стоков веществ с большей/меньшей плотностью частиц (в сравнении с водой) применяется метод отстаивания. При способе отстаивания самые легкие соединения всплывают на поверхность, а самые тяжелые выпадают в осадок.
• Для удаления различных минеральных загрязнений используется метод осаждения с применением специальных систем отстойников. Фото отстойников показано ниже.
• Для удаления легких по сравнению с водой веществ (масла, нефть, жиры), которые при очистке всплывают на ее поверхность, используют специальные очистные установки – маслоулавливатели, нефтеулавливатели и т.д. В большинстве своем такой метод и такое оборудование применяются для очистки промышленных сточных вод.

Чаще всего методы механической очистки и оборудование для механической очистки используются при очистке промышленных сточных вод. Во всех иных случаях механическое очищение применяется в качестве начальной очистки перед осуществлением биологической обработки.

Технология механического очищения стоков детально рассмотрена в видео:

Этапы извлечения загрязнений

Существует 3 степени извлечения загрязнений из сточных вод:

• Первичная – удаление мусора, крупнодисперсных примесей, поверхностных загрязнений и взвешенных веществ.
• Вторичная – разложение органических стоков.
• Третичная (доочистка) – извлечение взвешенных и коллоидных частиц, пестицидов, фунгицидов, осаждение остатков фосфора, азота, снижение ХПК. Показатели доводятся до норм ОДУ или ПДК.

На этих стадиях прибегают к помощи следующих методов:

1. Механические – использование стационарных или подвижных фильтрующих установок: грубых фильтров, отстойников, ловушек поверхностных загрязнений. После механической очистки количество загрязнений в стоках снижается на 30-60%.
2. Биологический – очистка с помощью живых микроорганизмов: бактерий, грибков, простейших. Микроорганизмы используют органику как пищу и превращают ее в безопасный биогаз, метан и воду. Биологические методы избавляют от 92-96% загрязнений.
3. Физико-химический – очистка стоков от растворенных примесей и взвешенных веществ с помощью законов физики и химических реактивов. Из вод удаляется 96-98% мелкодисперсных частиц.
4. Дезинфекция – уничтожение болезнетворных бактерий, вирусов. По нормативам сточные воды не должны содержать возбудителей заболеваний, поэтому эффективность обеззараживания достигает 99,9%.

Для очистки от бензина, мазута, керосина, нефтяных масел наиболее активно используют нефтеловушки и пористые сорбенты:

• Активированный уголь;
• Глины;
• Кокс;
• Торф;
• Золу;
• Силикагели.

Справка. ПДК нефтепродуктов в стоках не превышает 0,01-0,3 мг/л. Такие малые значения обусловлены токсичностью соединений для живых организмов.

Общая схема работы очистных сооружений

Подготовка:

• Усреднение – смешивание вод с разной концентрацией загрязняющих веществ. Этап длится 18-24 часа;
• Нейтрализация – в кислые воды добавляют известковое молоко, в щелочные – хлороводород, сульфатную кислоту или углекислый газ;
• Охлаждение горячих стоков, извлечение взрывоопасных газов.

Механическое извлечение примесей:

• Осаждение в отстойниках;
• Центрифугирование;
• Удаление масел, жира, нефтепродуктов;
• Фильтрование через нейтрализующие, абсорбирующие и тканевые материалы;
• Реагентная обработка стоков коагулянтами;
• Аэрация для извлечения сероводорода, аммиака, углекислого газа, диоксида серы;
• Фильтрация через мембраны.

Деструктивная очистка – разрушение загрязнений и расщепление их на безвредные соединения:

• Окисление, восстановление, трансформация, деструкция органики аэробными и анаэробными микроорганизмами;
• Окисление активным хлором или пероксидом водорода, восстановление водородом, фотокаталитическое и электрохимическое окисление;
• Термическая деструкция – сжигание.

Доочистка (глубокая очистка) – физическая, химическая или биологическая обработка сточных вод:

• Осветление;
• Фильтрование через зернистые загрузки;
• Микрофильтрация;
• Дезинфекция.

После полной очистки сточные воды спускают в водоемы или возвращают в производственный цикл. Глубокую очистку можно не проводить при сбросе малого количества стоков в мощный водоем.

Оборудование

Для каждого из трех методов используется отдельная оснастка.

Песколовки

Эти приборы используются в составе осветлителей для выделения битого стекла, шлаков, песка и др. Для эффективной работы необходимо создать оптимальные условия.

Основной показатель – скорость движения потока, которая должна быть в пределах 15-30 см/сек. Если ее снизить, будут отделяться слишком мелкие фракции, что может создать проблемы.

Любая песколовка состоит из двух частей:

1. рабочей;
2. осадочной.

Через первую течет жидкость, во второй собирается осадок, который периодически удаляется гидроэлеватором (при очень больших объемах) или насосом. Если песколовка качественная, удаляется до 75% минеральных примесей.

Песколовки классифицируются по направлению движения жидкости:

• вертикальные;
• горизонтальные (стоки движутся прямо или по кругу);
• аэрируемые.

Самые распространенные горизонтальные.

Отдельная группа – уловители грязи, в которых зона улавливания дополнена отстойником особой конструкции. Это небольшие приборы, которые размещаются под землей. Оснащаются:

1. решеткой, улавливающей грубые примеси;
2. тонкой сеткой;
3. механизмом для удаления осадков.

Справка! По принципу действия на песколовки похожи смолоуловители, нефтеловушки, сгустители.

Жироловки

Жироловки разделяются по месту размещения. Доступны модели:

• под мойки;
• для отдельных цехов (с расходом воды до 3-х м3/час);
• для предприятий (подземные и наземные при расходе воды от 3-х м3/час).

Жироловки монтируются отдельно от очистных сооружений (чаще всего как первый элемент) в:

1. квартирах;
2. кафе;
3. ресторанах;
4. на предприятиях, производящих консервы, продукты из мяса.

Предназначение этого оборудования – защитить очистное сооружение от масел и жиров.

Жироловка – это герметичная емкость из металла или пластика, оснащенная сепарационными пластинами. Жидкость поступает в камеру сепарации, в ней оседают твердые примеси и крупные фракции масел и жиров.

После перетекания в отстойный отсек жировые отложения откладываются на поверхности жидкости и перемещаются в распределительный карман. Вода перетекает в канализационный трубопровод.

Иловые площадки

Визуально это участок, окруженный валками из грунта. Этот способ применяется для удаления остатков влаги путем испарения и ухода в грунт.

Располагается после отстойника, позволяет снизить содержание воды на 25% и уменьшить объем отбросов в 3-8 раз. Сухие остатки удаляются, жидкость возвращается в очистное сооружение.

Отстойники

Отстойники – главные элементы системы. Это оборудование бывает:

• вертикальное, горизонтальное, радиальное;
• первичное или вторичное.

Внимание! Если очистка полностью механическая, вторичные отстойники не требуются (они монтируются после оборудования, предназначенного для биологической чистки).

Решетки

Решетки для процеживания бывают:

• неподвижные;
• подвижные;
• совмещенные с дробилкой или фракционатором;
• оснащенные микропроцеживателем.

Самые распространенные неподвижные, изготовленные из металлических прямоугольных или круглых стержней, размещенных друг от друга на расстоянии 5 – 25 мм.

При наличии дробилки расщепляются самые крупные примеси, для отделения мелких частиц на выходе монтируется микропроцеживатель.

К решеткам относятся волокноуловители, которые используются на текстильных и целлюлозно-бумажных предприятиях.

Грабли

Это оборудование чистит решетки и подает на подвижную ленту отходы. Размещается в пазухах, функционирует за счет шестеренчатого привода, оснащенного шарнирно-пластинчатой цепью.