Тема: Механическая очистка сточных вод

Сооружения механической очистки сточных вод

Большинство очистных сооружений предприятий пищевой промышленности предусматривают только механическую очистку сточных вод. В состав этих сооружений обычно входят (табл. 40) жироловки, решетки, сита, песколовки, гидроциклоны, отстойники (горизонтальные, радиальные, вертикальные). Сооружения механической очистки входят в комплекс полной биологической очистки.

Примечание. Горизонтальные отстойники применяются для расхода до 10000 м3 в сутки при условии высокого уровня стояния грунтовых вод и соответствующего обоснования, метантенки — при соответствующем обосновании.

Набор сооружений зависит от характера взвешенных веществ и необходимого эффекта осветления сточных вод.

Особенностью эксплуатации очистных сооружений механической очистки является неравномерное поступление сточных вод и концентрация их загрязнений. Неравномерное поступление сточных вод в течение суток отрицательно сказывается на работе песколовок. Несоответствие фактического расхода расчетному создает условия, при которых скорости прохода сточных вод нарушают технологический режим осаждения песка. Поэтому песколовки необходимо предусматривать с несколькими отделениями. Это позволяет отключать отделение и производить выгрузку песка при условии ручной очистки и создает возможность регулирования проточной скорости путем отключения части отделений песколовки в период минимального притока сточных вод. Несмотря на это поддержание постоянных расходов и скоростей при проходе сточных вод через песколовки в процессе эксплуатации очень сложно.

Для создания благоприятного режима прохода сточных вод на выходе из песколовки рекомендуется устраивать пропорциональные водосливы, водомерные лотки Вентури, Паршаля или придавать сооружениям специальный профиль, а на отводном канале устанавливать измерительный лоток с критической глубиной.

Размеры водосливов с широким порогом для стабилизации скорости потока в песколовке при изменении расхода можно определять по формулам

, (68)
, (69)

где Р — перепад между дном песколовки и порогом водослива; Hмакс и Hмин—толщина слоя воды в песколовке при максимальном и минимальном расходах соответственно скорости V=0,3 м/сек;

qмакс и qмин— соответственно максимальный и минимальный расходы в песколовке; b — ширина водослива;

т — коэффициент расхода для водослива с широким порогом (0,35).

Работа первичных отстойников значительно влияет на качество очистки сточных вод на последующих очистных сооружениях. Так, например, повышенный вынос взвешенных веществ из первичных отстойников ухудшает качество циркулирующего и избыточного ила, увеличивает расход воздуха в аэротенках, в биофильтрах происходит значительное отложение взвешенных веществ, вследствие чего происходит заиление. Практика осветлении сточных вод в отстойниках показывает, что в результате двухчасового отстоя задерживаются только частицы размером не более 10—15 мк.

Результаты эксплуатации одиночных двухъярусных отстойников указывают на меньший эффект осветления сточных вод, чем по расчетным характеристикам (на предприятиях винодельческой промышленности 25,4—49,3%; на предприятиях плодоовощной консервной промышленности 18,25—51,0% при норме 40— 50%) .

Это относится к особенностям конструкции, у которой длина осадочных желобов находится в пределах диаметра отстойников.

Спаренные отстойники дают возможность увеличивать длину желоба, но при этом обязательно устройство периодического изменения впуска сточных вод в желобы, что выравнивает количество осадков в септической камере каждого из спаренных отстойников.

Интенсификация работы сооружений механической очистки сточных вод создает предпосылки к снижению эксплуатационных затрат на последующих сооружениях биологической очистки или сокращает их количество. Это целесообразно еще и потому, что строительство и эксплуатация сооружений биологической очистки сточных вод и обработки осадков обходится значительно дороже, чем строительство и эксплуатация сооружений механической очистки. Одним из методов интенсификации работы сооружений механической очистки является предварительная ее аэрация: без добавки активного ила (простая аэрация) либо с добавкой активного ила (биокоагуляция).

Жироловки. Содержащиеся в сточных водах некоторых предприятий пищевой промышленности жиры, масла и другие, легко всплывающие на поверхность вещества, подлежат удалению до спуска сточных вод в коммунальные канализации или перед направлением их на собственные очистные сооружения.

Попадая в водоемы, жировые вещества покрывают тонкой пленкой большие площади водной поверхности, прекращая доступ кислорода, его реаэрацию, и тем самым замедляют или исключают процессы самоочищения водоемов.

При поступлении на очистные сооружения жировые вещества отрицательно влияют на поля фильтрации и орошения (ухудшают структуру почвы, создают устойчивую пленку), на биофильтры (закупоривают поры фильтрующего материала), на аэротенки (нарушают структуру активного ила, затрудняют сбраживание осадка). Поэтому сточные воды, в которых содержится более 100 мг/л жиров и масел, подлежат предварительной очистке на жироловках.

По характеру использования жироловки бывают цеховые b общие, а по конструкции двух типов — горизонтальные и вертикальные (рис. 8).

Рис 8. Жироловка производительностью 10 м3/ч

а, б — рабочие отделения, 1 — подающий трубопровод; 2— распределительный лоток; 3 — плавающая доска, 4 — карман; 5 — труба; 6 — стаканы; 7 — ручной насос марки БКФ 4, 8 — сборный лоток; 9 — выпуск осветленной воды, 10, 11 — резервуары для жира, 12 — всасывающий трубопровод из резервуара, 13 — напорный трубопровод; 14— перешивной трубопровод, 15 — трубопровод, подающий жир на вторичную переработку

Техническая характеристика жироловок:

1. Количество секций — 2
2. Скорость движения жидкости, .мм/сек — 0,5
3. Продолжительность отстаивания, ч — 2,0
4. Концентрация жировых веществ, мг/л — 2,5-3.5
5. Удельный вес жировой массы, г/см3 — 0,85-0,9
6. Расчетный размер отдельных шариков жировых веществ (диаметр в микронах) — 80-100

Интенсификация работы жироловок может быть проведена при подогреве. В качестве теплоносителя можно рекомендовать острый пар.

Бензиноуловители. Располагаются на выходе из зданий и сооружений для улавливания бензина, керосина, растворенных масел и других горючих жидкостей, находящихся в сточных водах, от гаражей, автостоянок и от некоторых производственных цехов.

Попадая в канализационную сеть, легковоспламеняющиеся жидкости создают опасность взрыва уже при концентрации бензола или бензина в количестве 1—1,4% объема сточных вод. Опасность взрыва усугубляется еще наличием газа метана в канализационных сетях, который в смеси с бензолом представляет легковоспламеняющуюся смесь.

Технологическая схема работы бензиноуловителя предусматривает удаление по специальным трубопроводам бензиновых пленок различного удельного веса.

Бензиноуловители рассчитываются на улавливание 95% горючих жидкостей из поступающих сточных вод. Объем камеры, в которой происходит выделение, должен быть не менее чем в 30 раз больше максимального секундного притока сточных вод.

Строят бензиноуловители из огнестойких материалов с тщательным заделыванием швов и герметизацией.

ВОПРОС 2

Промышленные сточные воды в своем составе содержат взвешенные вещества растворимых и нерастворимых соединений: твердые и жидкие, которые можно разделить на три группы в зависимости от размеров частиц.

1. Грубодисперсные системы с размером частиц более 0,1мкм. (суспензии и эмульсии)

2. Коллоидные системы с размерами частиц 0,1мкм –1,0 мм

3. истинные частицы размеры, которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов.

Для удаления или снижения концентрации загрязняющих веществ применяют следующие методы очистки: механические, физико-химические, химические и биологические

Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют механические процессы периодического или непрерывного действия - процеживание, отстаивание (гравитационное или центробежное), фильтрование.

1. Процеживание - Первичная стадия очистки сточных вод, предназначенная для выделения из сточных вод крупнокусковых и волокнистых материалов и нерастворимых примесей. Сточные воды пропускают через решетки и сита, которые устанавливают в коллекторах сточных вод перед отстойниками с целью извлечения крупных примесей, которые приводят к засорению труб и насосов. Решетки устанавливаются в неподвижном состоянии так и съемными, а также совмещенные с дробилками (коммутаторами). Устанавливаются они как вертикально так и под углом 60 -70 к горизонтали и постоянно должны очищаться от примесей. Сита используют для удаления частиц размером менее чем 0,5мм.

2. Отстаивание – Этот метод основан на осаждении из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести и осуществляется в песколовках, отстойниках и осветлителях. Песколовки – происходит удаление минеральных примесей (в основном, песка) время прохождения СВ через песколовки составляет 0,5-2,0 минут. Первичные отстойники – под действием гравитационных и центробежных сил происходит оседание твердых частиц на дно отстойника или всплывают на поверхность (метод флотации). Оседающие твердые частицы поступают в шламосборник или оседают на дне песколовки. Шлам удаляют ежесуточно. Оборудование, которое применяют для удаления тв. частиц: открытые гидроциклоны, напорные гидроциклоны и в центрифугах. В пищевой промышленности использую жироловки, маслоотстойники, смолоотстойники и осветлители.

3. Фильтрование – Применяют для удаления тонкодиспергированных примесей жидких и твердых веществ, когда удаление отстаиванием затруднено. Процесс фильтрования основан на пропускании жидкости через пористые или зернистые перегородки, которые задерживают диспергированную фазу Т.Ф. или Ж.Ф. под действием повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки. В качестве перегородок применяют: 1. Перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др. 2. Тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, шерстяные, хлопчатобумажные, из искусственного и синтетического волокна. 3. Зернистые материалы (антрацит, песок, гравий, гранитный щебень и т.п.). После фильтрования осадок удаляют сжатым воздухом, либо промывают жидкостью под давлением.

Выбор того или иного метода зависит от размера частиц примесей, физических свойств, концентрации взвешенных частиц, расхода вод и необходимой степени очистки

Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию З.В. и способствующих выпадению нерастворимых или частично растворимых веществ: флотация, сорбция, коагуляция, хлорирование, флокуляция, экстракция, ионный обмен, диализ

Диализ – процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате

Электродиализ процесс сепарации ионов солей в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока, обычно этот метод используют для минерализации сточных вод.

Флотация основана на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками. Молекулы нерастворенных частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды. Воздух подают компрессами.

Сорбция – основана на пропусканиисточных вод через слой естественных или искусственных сорбентов

Коагуляция - введение коагулянтов (сульфат алюминия, железа, магния, шламовые отходы) в сточные воды агрегативная устойчивость нарушается, образуются более крупные частицы (хлопья), которые удаляются механическими методами, эффективная очистка может достигать 90-95%

Флокуляция- процесс агрегации мелких частиц загрязнений в воде за счет образования мостиков между ними и молекулами флокулянтов (крахмал, целлюлоза, синтетические органические полимеры, эфир). Процесс осветления сточных вод ускоряется.

Экстракция – очистка сточных вод основана на распределении З.В. в смеси двух взаимно нерастворимых жидкости в зависимости от его растворимости в них. В процессе экстракции экстрагент вводят в обрабатываемую воду. После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно превышает остаточную концентрацию в сточной воде, и экстракт отделяется от обработанной сточной воды. Его отделяют различными способами и утилизируют экстрагируемое вещество, экстрагент вновь используют в технологическом процессе

Биологические методы очистки сточных вод

Этот метод основан на способности микроорганизмов использовать органические и некоторых неорганические (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) соединения для питания в процессе жизнедеятельности. При этом микроорганизмы частично разрушают вещества, превращая их в воду, диоксид углерода, нитрат-, сульфат- ионы. Существует два способа биоокисления веществ: аэробный и анаэробный.

· Аэробный метод – основан на использовании аэробных групп организмов (бактерий, водорослей, грибков) для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40 С, концентрация растворенного кислорода не менее 2мг/дм, оптимальная среда обитания при рН воды равной 6,5-7,5. При изменении кислородного, температурного режимов и рН среды меняется состав и количество микроорганизмов, а также происходит снижение скорости утилизации органических веществ.

Анаэробный метод – основан на использовании анаэробных групп бактерий для жизнедеятельности которых необязателен приток кислорода. Данный метод применяют для обезвреживания осадков, образующихся при биологической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных С.В. (БПК 4-5 г/дм³), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Виды брожения : спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. продуктами, которого являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения диоксид углерода, водород, метан. Для очистки сточных вод обычно используют метановое брожение, процесс осуществляется герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособлением для ввода несброженного и отвода сброженного осадка (метатенки). Реакция, протекающая в резервуаре:

CO 2 + 4H 2 A→CH 4 +4A +2H 2 O

(4H 2 A – органическое вещество, содержащее водород).

Естественные и искусственные методы биоочистки

К естественным методам биологической очистки относятся почвенные методы и очистка сточных вод в биопрудах.

1.1. Поля орошения: это специально подготовленные земельные участки, которые одновременно используются для очищения сточных вод и агрокультурных целей: очистка происходит под действием солнца, почвенной микрофлоры, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

1.2. Поля фильтрации –предназначены для биоочистки: фильтрующий слой почвы в котором задерживаются взвешенные и коллоидные вещества, образуя в порах грунта микробиальную пленку, которая адсорбирует коллоидные частицы и раствор в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. 1.3.

1.3. Биологические пруды – в прудах осуществляется, как простая очистка так и более глубокая очистка бытовых и производственных сточных вод. Существуют пруды, как с естественной аэрацией, так и с искусственной. При естественной глубина прудов 1м, они хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. При искусственной аэрации происходит продувка воздуха через толщину воду при помощи механических аэраторов и глубина пруда увеличивается до 3м. Применение искусственной аэрации позволяет ускорить процесс очистки сточных вод.

2. Сооружения искусственной биологической очистки

Сооружения искусственной биологической очистки можно разделить на две группы: аэротенки и биофильтры

2.1. Аэротенки – Это- железобетонные аэрируемые резервуары. Активная биомасса в которых находится обрабатываемой сточной воде во взвешенном состоянии. Процесс очистки идет по мере протекания через него аэрируемой смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. Комплексы в состав которых входят аэротенки имеют производительность от нескольких десятков м³ сточных вод в сутки до 2-3млн.м³/сут.

2.2. Биофильтры – сооружения в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтрах фильтрация сточных вод осуществляется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Биофильтры целесообразно применять при суточных расходах до 20-30тыс.куб.м./сут.

Типовые схемы очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности

На пивоваренных и солодовенных предприятиях очистка осуществляется в несколько стадий:

· Механическая очистка. Сооружения механической чистки включают решетки для задержания грубых примесей, песколовушки для удаления тяжелых минеральных взвешенных веществ и отстойники различных конструкции для улавливания взвешенных веществ.

· Биологическая очистка.

Мясокомбинаты

· Предусматривает раздельное отведение стоков навозо-, каныго содержащих и жира и инфекционных вод санитарной бойни с обязательной локальной очисткой каждого потока.

· После очистки данные воды сбрасываются в сеть для хозяйственно-бытовых и малозагрязненных вод и поступают на станцию очистки, где проходят механическую очистку (решетки, песколовки, осветлители-перегниватели).

· Биоочистка – аэротенки, после дезинфекции сбрасываются в водоем.

Молочные комбинаты

· Механическая чистка (решетки, песколовки, первичные отстойники)

· Биоочистка – биофильтры

· Вторичные отстойники

· Камеры для ферментации ила и площадок для его обезвоживания

Масло-жировые комбинаты

· Механическая очистка (двух-, трехкамерные отстойники для жира). После предварительной очистки сточные воды направляются в центральный жироуловитель (трехкамерного типа), если жиры сильно эмульгированы, необходимо применять аэрируемые маслотделители. Сточные воды после прохождения центрального жироуловителя еще сильно концентрированны, поэтому их отправляют

· На биологическую очистку – поля орошения, окислительные каналы, активный ил.

В процессе производства образуется большое количество отходов, которые делят жидкие, твердожидкие и твердые:

1. Ж и ТЖ отходы (осадки СВ после обработки, шламы пыли минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов).

2. Т. отходы (это отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыли минерального и органического происхождения от очистных сооружений в системах чистки газовых выбросов промышленных предприятий, также промышленный мусор, состоящий из различных минеральных и органических веществ – резина, бумага, песок, ткань, шлак и т.д.

Обработка жидких отходов – осадков сточных вод

В процессе очистки сточных вод образуются осадки объемом 10-40% объема обрабатываемых вод, образующиеся при этом осадки делят на три группы:

1. Осадки минерального состава

2. Осадки органического происхождения

3. Смешанные осадки

Контролируемые параметры осадков: содержание сухого вещества, содержание беззольного вещества, элементный состав, кажущейся вязкостью и текучестью и гранулометрический состав.

Технологический цикл обработки осадков

Уплотнение - уменьшение влагосодержания осадка, что позволяет снизить затраты при последующей обработке. При уплотнении в среднем удаляется до 60% влаги и масса осадка сокращается в2,5 раза. Для уплотнения используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы.

Стабилизация – предотвращение загнивания осадков. Достигается минерализацией органического вещества с помощью метанового сбраживания, аэробного окисления, изменения активной реакции среды (подщелачивание), высушиванием.

Кондиционирование – осуществляется реагентным (флотация, коагуляция) и безреагентным (тепловая обработка, замораживание с последующим оттаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция, облучение) методами

Обезвоживание – осуществляется в вакуум-фильтрах, центрифугах, виброфильтрах, фильтр-прессах. Заключительной стадией является термическая сушка.

· Сжигание – (ликвидация) осуществляют в том случае когда сточные воды содержат токсичные вещества или их утилизация нецелесообразна. Процесс сжигания состоит из следующих стадий:

· Нагревание

· Отгонка летучих веществ

· Сжигание горючей органической части

· Прокаливание остатков углерода

Осадки сжигают в печах кипящего слоя, многоподовых, барабанных, циклонных, и распылительных. К временным мероприятиям по ликвидации осадков относятся сброс жидких осадков в накопители и закачка в земляные пустоты.

Обработка твердых отходов

В подавляющим большинстве случаев твердые отходы должны вывозятся на полигоны, места специально подготовленные (глинистый грунт, глубина 1,5 м). Токсичные промышленные отходы могут складироваться, перерабатываться и нейтрализовываться. Существуют 2 вида специальных полигонов для обезвреживания одного вида (захоронением или химическим способом или комплексные – для обезвреживания различных видов отходов. Переработка твердых отходов на компост.

Выходом из сложившегося положения может стать вторичная переработка отходов – рециклизация. Наиболее широко применяемые технологии: дробление, измельчение (макулатура, текстиль), грохочение, окускование, термическая обработка, обогащение, флотацию, экстрагирование и кристаллизацию, плавление (металл, пластмасс, покрышки) и т.д.