Механические методы очистки сточных вод

Возможные проблемы и последствия плохого очищения

Требования к очистке ХБС с каждым годом становятся строже. Поскольку объемы отработанной жидкости после жизнедеятельности человека и производственных процессов увеличиваются, значительно повышается и уровень загрязнения. Это негативно сказывается на качестве жизни людей.

Нецелесообразная установка очистных сооружений приводит к ряду негативных последствий. Бытовые сточные воды попадают в водоемы, в которых на фоне загрязнения понижается процент содержания кислорода. Это приводит к размножению микроорганизмов, что отрицательно сказываются на растительном и животном мире.

Важно! При обилии органических веществ в такой воде становится опасно даже купаться.

Актуальность проблемы

Сточные воды можно условно разделить на бытовые и промышленные. Бытовые – это результат деятельности человека, продукты его существования. К ним относится в первую очередь канализация. При попадании в воду грязные стоки уменьшают количество кислорода, способствуют размножению инфекции, паразитов. Употреблять в пищу такую воду крайне опасно.

Уровень очистки сточных вод зависит от качества оборудования, которое массово фильтрует и обеззараживает жидкость, возвращая ее в водоемы или обратно в систему водообеспечения города.

Промышленные отходы также опасны. К ним относятся:

• отработанная вода с предприятий, насыщенная токсинами;
• стоки после сельскохозяйственных работ, содержащие фосфаты, нитраты и другие минеральные вещества;
• сточные воды с неорганическими отходами – песок, частицы грунта, соли тяжелых металлов.

Промышленную жидкость условно разделяют:

• по степени токсического воздействия;
• концентрации опасных веществ;
• кислотности;
• составу.

Способов очистки сточных вод множество. В зависимости от того, что требуется удалить из воды, применяют определенные технологии. Например, для очищения домашней канализации достаточно построить двухкамерный резервуар и запустить анаэробные микроорганизмы. Вода в таком случае чистится на 70% и уходит в грунт, где продолжается процесс оседания взвешенных частиц и органики.

Способы дезинфекции очищенных вод

Дезинфекция применяется на последнем этапе комплексной очистки воды. Самое популярное применение имеет обработка её УФ излучением и хлором. Хлор традиционно используется на большинстве очистных сооружений. Но, поскольку он сам является токсичным загрязнителем, во многих странах от него стали отказываться, отдавая предпочтение таким соединениям, как гипохлорит и озон.

Пирогенная очистка

Такой способ очистки сточных вод применяется в случае образования стойких химических соединений. Для этого используют специальные печи и факелы. Печи больше распространены в развитых странах, но этот способ довольно дорогой. В России используют факельный метод, который обходится гораздо дешевле. Для этого загрязненные стоки вводятся в зону горения факела и обезвреживаются термическим методом.

Мобильные средства очистки воды

Если необходимость очистки возникает лишь периодически, а объём стоков не велик, то бывает целесообразно использовать не стационарные, а передвижные конструкции для очищения вод. Они включают в себя угольный фильтр, барботёры, насос и обеззараживающую ёмкость.

Что нужно учесть при выборе очистных систем

На современном рынке существует большое количество разных установок для очистки воды

Что бы выбрать из них оптимальную, необходимо обратить внимание на следующие моменты:

1. Технология, используемая для очистки. Её эффективность и производительность.
2. Срок эксплуатации.
3. Из каких материалов выполнена конструкция очистных.
4. Безопасность и лёгкость в эксплуатации.
5. Наличие у производителя гигиенического заключения.

Помимо этого важно будет учесть и географические особенности местности, размеры участка, структуру почвы, уровень грунтовых вод, сезонность или круглогодичность пользования

Отстаивание

Принципиально важный и первый этап очистки сточных вод промышленных предприятий – это отстаивание (осветление). На этом этапе применяется оборудование, называемое отстойниками. Они представляют собой железобетонный (иногда стеклопластиковый) резервуар, с небольшим уклоном днища в сторону приямка. На данном этапе вода в прямом смысле отстаивается (пребывает в отстойнике) в течение минимум 3 суток. За это время выделяются все нерастворенные примеси: тяжелые взвешенные вещества оседают на дно и сползают в приямок, а нефтепродукты всплывают наверх и удаляются специальным устройством (скиммером) или механическим скребком.

Данный этап очистки действительно самый важный, так как всё дальнейшее оборудование не сможет работать при попадании в него грубодисперсных примесей (песка, ржавчины), которые задерживаются в отстойнике.

Физико-химические методы очистки воды

К физико-химическим методам очистки воды относятся:

• Коагуляция.
  Метод имеет эффективность до 95%.
  Начинается очистка воды с того, что в воду добавляются активные коагулянты: Соли аммония, меди, железа. Вредные вещества выпадают в осадок, после чего удаляются без труда. Метод используется на многих предприятиях текстильной, легкой, нефтехимической, целлюлозабумажной, химической и др. Хорошим коагулянтом считается двухвалентное железо FeSО 4 , которое является отходом процесса травления стали.
  Травильные стоки содержат до 15 % железа. При его использовании очистка по ХПК – до 75%, мутность снижается до 90%, количество фосфора – на 98%, бактерий – до 80%.
• Адсорбция.
  При адсорбции адсорбент впитывает в себя все вещества и примеси, не задерживая при этом ток воды. Популярные адсорбенты: уголь, торф, цеолиты, бентонитовые глины
  . В зависимости от вида используемого адсорбента и удаляемого химического вещества можно достигнуть эффективности до 95%.
• Флотация.
  Флотация основана на образовании воздушных пузырьков, которые поднимают примеси вверх. Образуется слой пены, которую легко удалить.
  Метод действенен при обработке сточных вод от нефтепродуктов, волокнистых частиц, масел и других веществ. Вода после флотации может направляться на внутренние нужды предприятия или подвергаться более тщательной очистки.
  
• Экстракция.
  Используют для удаления со сточных вод органики, которую впоследствии перерабатывают: жирные кислоты, фенолы. Здесь работает физико-химический закон распределения: при активном перемешивании двух нерастворимых жидкостей всякое вещество, растворенное в одной из них, начнет распределяться согласно своей растворимости
  . После выделения первой жидкости из второй, одна из них будет частично очищена. Когда примеси начинают скапливаться в экстракционном слое, покидая воду, экстракт удаляется. Для эффективности очистки сточную воду подвергают экстракционной очистки несколько раз.
  
• Ионный обмен.
  Иониты твердой фазы и ионы в растворе происходит обмен. Благодаря этому можно забирать из сточных вод нужные радиоактивные вещества и примеси: фосфор, мышьяк, ртуть, свинец и др. Особо результативен ионный обмен при высокой токсичности воды.
• Диализ. В процессе диализа полупроницаемая мембрана освобождает коллоидные растворы и низкомолекулярные соединения из высокомолекулярных веществ.
  Низкомолекулярные вещества способны пройти через мембрану. Главный недостаток диализа – долгий период очистки
  . Для ускорения процесса прибегают к увеличению активной площади и повышают температуру. Диализ объединяет в себе осмос и диффузию.
• Кристаллизация.
  Удаление кристаллов примесей. Применяется в водоемах и прудах выпариванием. Возможно только при высоком содержании примесей.

Очистка вод за счет окисления

Данная методика применяется в следующих случаях:

• для обезвреживания производных стоков от токсинов;
• когда отсутствует необходимость в извлечении соединений из стоков;
• невыгодно либо нецелесообразно использовать другие методы.

Для реализации рассматриваемой методики применяют разные окислители, включая диоксид хлора, хлор разной консистенции, гипохлорит натрия, бихромат калия, озон и прочие соединения. Они попадают в воду, связываясь с химическими токсинами. В результате реакции появляются токсичные примеси, для удаления которых применяются иные технологии.

Сильнодействующим окислителем считается хлор. Он агрессивен, поэтому не пользуется большим спросом для реализации разных современных технологий в области очистки стоков. Его часто заменяют озоном, реже – перманганатом калия либо перекисью водорода.

Рассматриваемая технология заключается в очистки вод путем окисления их загрязнений. После такой химической реакции формируются вещества меньшей токсичности, которые легко удаляются из жидкости. Активность используемого окислителя – это величина окислительного потенциала. Первым и самым эффективным окислителем является фтор. Он обладает высокой агрессивностью, поэтому его не используют на практике. У других веществ значение этого показателя не превышает 2,1.

Чтобы очистить жидкость от сероводорода, фенола, гидросульфида, применяется хлор. Если в стоках присутствует аммиак или его производные, хлор, вступая с ними в реакцию, образует дикло- и монохлорамины.

Окислительная технология может основываться на применении кислорода. Такая реакции происходит в жидкой фазе, если наблюдается высокое давление и температура. Если аналогичная ситуация наблюдается в случае применения сульфидов, тогда глубина их окисления увеличивается.

Чтобы очистить жидкость от железа, используется кислород. Для разрушения сульфидных соединений применяют диоксид углерода с отходящим дымовым газом.

Хозяйственно-бытовые сточные воды

Данный вид сбросов характерен для любого здания и сооружения, оборудованного санузлом, а потому состав таких сбросов, как правило, всегда одинаковый. Хозяйственно-бытовые стоки отличаются большим содержанием органики, присутствием азота, фосфора и грубодисперсных примесей. Очистка такого типа загрязнений, как правило, биологическая и не вызывает трудностей, больших энергозатрат, а потому производится силами систем коммунального хозяйства.

Состав сточных вод промышленных предприятий данного вида отличается только тем, что работники могут сливать в туалет и раковину жидкости, которые туда сливать нельзя. Это очень характерно для лабораторий, химических заводов, гальванических производств, фармацевтических заводов.

Каков процесс?

Если в стоках большинство механических составляющих большого размера, достаточно пропустить жидкость через решетки с ячейками различного размера.

При наличии масел и жиров перед решетками монтируются жироловки.

На дне отстойников оседают мелкие фракции.

От оставшихся микроскопических частиц избавляются фильтрованием.

Внимание! Повысить эффективность можно, если установить по 2 единицы технологического назначения, образующие отдельные секции (2-3 решетки, 2-3 фильтра из различных материалов). При комплексном подходе сокращаются затраты на устройство систем биологической либо химической обработки.

Схема очистного сооружения

1. Выбросы в системе канализации собираются в очистном сооружении. Практически всегда на первом этапе проводится процеживание. Примеси удаляются для утилизации или переработки.Если примеси очень грубые, процеживание дополняется измельчением дробилками. Для промышленных стоков могут использоваться системы для прессования отходов и промывания решеток, фракционирование, позволяющее разделить примеси по размерам.
2. Второй этап – отстаивание. В процессе перемещения потока тяжелые частицы оседают на дно. Для повышения эффективности отстойники оснащаются аэраторами, создающими поток воздуха, отделяющий органику от минеральных соединений. Осадок необходимо периодически удалять, чтобы  предотвратить процесс брожения.
3. Заключительный этап – фильтрация, при помощи которой удаляются самые мелкие фракции.

Механические системы очистки

Существует множество типов систем для очистки твердых веществ, в том числе аэрированные зернистые камеры, вихревые (лопастные или струйно-вихревые) системы удаления песка, отстойники-резервуары (кратковременные осадочные бассейны), горизонтальные зернистые камеры (канал с контролируемой скоростью) и гидроциклоны (циклоническое инерционное разделение).

Необходимо учитывать различные факторы при выборе процесса очистки твердых веществ, включая их количество и характеристики зернистости, потенциально неблагоприятно влияющие на процессы в нисходящем потоке, потери напора подачи, требования к пространству, эффективность, органическое содержание и стоимость. Тип системы очистки твердых элементов сточных вод, выбранный для конкретного объекта, должен быть тот, который наилучшим образом уравновешивает все эти требования.

Как происходит очистка городских сточных вод?

Классическая схема очистки хозяйственно-бытовых сточных вод включает несколько этапов.

1. Механическая очистка городских сточных вод.

Первичная обработка стоков, поступающих по канализационной системе, производится в блоке механической очистки. Здесь происходит удаление загрязнений, главным образом находящихся в нерастворённом и частично коллоидном состоянии.

Первоначально из сточных вод извлекается твёрдый мусор, представленный такими загрязнениями, как тряпки, бумага, остатки овощей, фруктов и других включений. Эти отходы задерживаются решётками (ситами, процеживателями) и направляются в решётки-дробилки.

Частицы минерального происхождения, удельный вес которых выше удельной массы сточной воды, осаждаются в песколовках. Они направляются в виде песчаной пульпы на специальные площадки для обезвоживания перед дальнейшей утилизацией.

Крупнодисперсные органические загрязнения извлекаются из сточных вод с помощью первичных отстойников, при этом тяжёлые фракции оседают на дно, а лёгкие (жиры и нефтепродукты) всплывают на поверхность. Иногда для повышения эффекта осветления перед отстойниками устанавливают преаэраторы.

1. Биологическая очистка городских сточных вод.

Метод основан на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, с помощью которых находящиеся в сточных водах в растворённом или коллоидном состоянии органические вещества разлагаются и удаляются.

По принципу работы биологические очистные сооружения можно разделить на два типа:

• удаление загрязнений происходит в условиях, максимально приближенных к естественным (биологические пруды, поля фильтрации). Сточные воды очищаются в них малоэффективно, так как используется запас кислорода, присутствующий в воде;
• обработка сточных вод осуществляется искусственно в специальных резервуарах (аэротенках, биологических фильтрах, MBBR-реакторах и т. д.). В данных сооружениях создаются особые условия, при которых очистка происходит довольно интенсивно. В искусственных очистных сооружениях за счет чередования анаэробных и аэробных зон возможно удаление из сточных вод не только органических соединений, но и таких элементов, как фосфаты, нитраты и нитриты.

1. Доочистка сточных вод.

Применяется для финишной доочистки стоков до норм сброса в водоем рыбохозяйственного назначения. Здесь часто задействуются многослойные песчаные фильтры, контактные осветлители, фильтры с полимерной загрузкой, сорбционные фильтры.

1. Обеззараживание.

Выполняется с целью приведения бактериологических показателей сточных вод в соответствие с санитарными нормами. Для дезинфекции используются сильные окислители и их производные (хлор, озон), а также методы специальной обработки (облучение ультрафиолетом, кавитация).

1. Обезвоживание осадка.

В процессе очистки городских сточных вод образуется большое количество осадка. С целью обработки и снижения объема осадка применяется следующее оборудование:

• стабилизаторы осадка;
• осветлители-перегниватели;
• метантенки;
• вакуумные фильтры;
• фильтр-прессы;
• центрифуги;
• шнековые обезвоживатели и пр.

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.

Как сделать оборудование своими руками

Изготовить сооружение для очистки сточной воды можно самостоятельным образом. Используются следующие виды материалов:

• железо;
• пластик;
• бетон.

Наиболее простым по конструкции считается однокамерный отстойник. Чтобы его собрать потребуются железобетонные кольца, имеющие диаметр 1,0 м.

Перекрытие колодца будет сборно-разборным, с применением стальной трубы в качестве естественной вентиляции. Она обязательно покрывается кузбаслаком. Лоток выходящей трубы располагается ниже находящийся внутри жидкости на 0,02 м, а выходящей трубы — выше на 0,05 м.

Внутренняя часть конструкции отделывается раствором цемента (1:2), толщина которого бывает 1,5 см (с затиркой).

Расход сточных вод в трехкратном количестве, является основным параметром вместимости сооружения. Примерная схема расчетов однокамерного отстойника при использовании стоков до 0,5 м3 за день:

• вместимость составляет — 1,5 м3;
• железобетонные кольца с диаметром — 1,0 м;
• глубина колодца достигает — 2,95 м.

Процесс установки:

1. Выбирается подходящее место.
2. Выкапывается яма нужных размеров.
3. Опускается выбранный резервуар в котлован.
4. Соединяется с дренажным колодцем.
5. Проводятся трубы.
6. Проверяется герметичность.
7. Зарывается.

Сооружение отличается простотой эксплуатации. Чистка проводится в год один-два раза.  После чего в отстойнике должно остаться незначительное количество осадка для брожения поступающих стоков.

Внимание. Сооружение обязательно должно быть герметичным.. Предлагаем посмотреть видео-сюжет, где наглядно изображен процесс установки отстойника своими руками

Предлагаем посмотреть видео-сюжет, где наглядно изображен процесс установки отстойника своими руками.

Как выбрать методы очистки

Методы очистки воды достаточно разнообразны, по этой причине выбрать оптимальный вариант – не простая задача. Это объясняется тем, что в водах находится много видов загрязняющих веществ, а требования к очищенному продукту достаточно высоки. Чтобы выбрать метод очищения, нужно учитывать и состав, и дальнейшие требования к готовому продукту. Чтобы получить техническую воду нужно обязательно оценивать метод очистки с экономической стороны. Экономически выгодными являются системы очистки с замкнутым механизмом использования.

Обеззараживание сточных вод

Чтобы провести обеззараживание (дезинфекцию) сточных вод применяется хлор или же хлорная известь. Используются специальные емкости, в которых происходит соединения хлора или хлорной извести с жидкостью. По своей конструкции данные резервуары напоминают отстойники. В процессе возникает осадок, его нужно обработать. Делают это такими способами:

• С помощью сушки;
• Обезвоживания;
• Перегнивания (сбраживания).

Также используют приборы с ультрафиолетовым облучением. Его используют вместе с обработкой хлором на протяжении получаса.

Кроме стационарных станций очищения есть и мобильные очистные станции. Они подходят для очистки небольших объемов жидкости.

Если все перечисленные методы очистки производственных сточных вод бессильны и не могут дать необходимого результата, то в таком случае проводят термическую утилизацию. Сточные воды сжигают в разных установках, печках, горелках.

За границей популярным является термическое разложение, но, к сожалению, этот способ достаточно дорогой, поэтому в нашей стране он не распространен. У нас используется другой метод. Он предусматривает впрыскивание технологических стоков в распыленном состоянии в факел, которые, когда сжигает, образует жидкое топливо. Жидкость при этом испаряется, и все вредные вещества разлагаются до воды и углекислый газ.