Лекция №5.
Механическая очистка сточных вод.
План лекции:
1.
Основные методы очистки производственных сточных вод.
2.
Усреднители.
4.
Сооружения и аппараты для осаждения примесей из сточных вод:
4.1.
песколовки;
4.2.
отстойники;
4.3.
нефтеловушки и жироуловители.
5. Комбинированные
сооружения:
5.1. септики;
5.2. двухъярусные отстойники;
5.3.
осветлители-перегниватели.
1.
Основные методы очистки производственных сточных вод.
Для
очистки бытовых и производственных сточных вод используют следующие
методы:
- механические;
- химические;
-
физико-химические;
- биологические.
Метод очистки и
состав очистных сооружений выбирают в зависимости от требуемой степени очистки,
состава загрязнений, пропускной способности очистной станции, грунтовых условий
и мощности водного объекта с соответствующим технико-экономическим
обоснованием.
В настоящее
время требования к степени очистки сточных вод повышаются. В связи с этим их
подвергают дополнительной более глубокой очистке (доочистке). В процессе
очистки предусматривают также обработку осадков сточных вод и обеззараживание
сточных вод перед сбросом в водоем.
Механическая
очистка сточных вод применяется, как правило, в качестве предварительной, то есть
предшествует другим методам очистки. Назначение механической очистки
заключается в подготовке производственных сточных вод при необходимости к
биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки.
Она способствует удалению из сточных вод нерастворенных и частично коллоидных
минеральных и органических примесей. Механическая очистка обеспечивает
выделение из сточных вод до 90 – 95% взвешенных веществ и снижение органических
загрязнений (по БПКполн) на 20 – 25%. В ряде случаев
механическая очистка является единственным и достаточным способом для
извлечения из производственных сточных вод механических загрязнений и
подготовки их к повторному использованию в системах оборотного водоснабжения.
Механическую
очистку осуществляют способами процеживания, пескоулавливания,
отстаивания, центрифугирования, фильтрования.
Механическая
очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их
очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод
механическими методами.
Усреднители применяют для
регулирования состава или расхода сточных вод, поступающих на очистные
сооружения. Иногда усреднение осуществляют по двум показателям одновременно.
Это позволяет повысить эффективность и надежность работы устройств
механической, биологической и физико-химической очистки. Усреднители
выравнивают пиковые расходы и концентрации сточных вод, что позволяет
разработать более экономичные очистные сооружения, так как при этом для расчета
принимаются усредненные данные. Изменение концентрации в сточной воде может
произойти в результате ее залпового сброса или вследствие циклических колебаний
состава вод.
Усреднение
проводят в контактных и проточных усреднителях.
Контактные усреднители используют при небольших расходах
сточной воды, в периодических процессах и для обеспечения высоких степеней
выравнивания концентраций. В большинстве случаев применяют проточные усреднители, которые представляют собой многокоридорные
(многоходовые) резервуары или емкости, снабженные перемешивающими устройствами.
Многокоридорные усреднители представляют собой
прямоугольные или круглые резервуары, изготовленные из железобетона. Усреднение
в них достигается смешением струй сточной воды разной концентрации. В
отечественной практике применяются усреднители двух
типов: с дифференцированием потока сточных вод и с перемешиванием поступающей
сточной воды.
Для процеживания
сточных вод применяют решетки. Они задерживают грубые примеси размером 5 и
более мм (крупные, нерастворенные, плавающие
загрязнения). Попадание таких отходов в последующие очистные сооружения может
привести к засорению труб и каналов, поломке движущихся частей оборудования, т.
е. к нарушению нормальной работы.
Решетки бывают
различных типов:
- подвижные или
неподвижные;
-
устанавливаемые вертикально или наклонно;
- с ручной или
механизированной очисткой от отбросов (механическая очистка производится
движущимися граблями, зубцы которых входят в прозоры,
снятые отбросы поступают на конвейер и направляются в дробилку для
размельчения);
-
решетки-дробилки (комбинированные механизмы), измельчают задерживаемые примеси
без извлечения их из сточных вод.
Решетки,
требующие ручной очистки, устанавливают в случае, если количество загрязнений
не превышает 0,1 м3/сут. При большем количестве
загрязнений устанавливают решетки с механическими граблями. Уловленные на
решетках загрязнения измельчают в специальных дробилках и возвращают в поток
воды перед решетками. Решетки размещают в отдельных помещениях, снабженных
грузоподъемными приспособлениями.
4. Сооружения и аппараты для осаждения
примесей из сточных вод
Работа
многочисленных аппаратов, предназначенных для выделения из сточных вод твердых
и жидких примесей, основана на гидродинамических закономерностях процесса
отстаивания. К таким аппаратам относятся песколовки, первичные и вторичные
отстойники, илоуплотнители, нефтеловушки,
смоложиромаслоуловители.
4.1. Песколовки.
После решеток
сточные воды поступают в песколовки. Они предназначены для задерживания минеральных
взвесей, главным образом песка крупностью 0,2 – 0,25 мм и более. В результате
задерживания песка облегчается эксплуатация последующих сооружений. Легкие
частицы органического происхождения должны выноситься из песколовок. Работа
песколовок основана на использовании гравитационных сил. Их устанавливают при
пропускной способности станции очистки сточных вод более 100 м3/сут. Число отделений песколовок принимают не менее двух,
при этом все отделения являются рабочими. Песколовки устраивают из сборных железобетонных
унифицированных элементов.
В отечественной
практике используются следующие типы песколовок.
А)
Горизонтальные песколовки проектируют двух видов: с прямолинейным и круговым
движением воды.
Б) Аэрируемые
песколовки применяют в тех случаях, когда требуется наиболее полное разделение
примесей по крупности. Воздух способствует вращению воды в песколовке и тем
самым повышению эффекта осаждения. Они чаще проектируются в виде горизонтальных
резервуаров. Бывают также аэрируемые песколовки с круговым движением воды. В
горизонтальных аэрируемых песколовках (рис. 8) вдоль одной из стенок на
расстоянии 45 – 60 мм от дна по всей длине устраивают аэраторы в виде
перфорированных труб с отверстиями 3 – 5 мм. За счет аэрации потока в
песколовке создается вращательное движение, а в выпавшем песке почти не
содержатся органические загрязнения.
В)
Тангенциальные песколовки устраивают круглой в плане формы, с малой глубиной
проточной части и подводом воды, осуществляемым по касательной. Образующееся
вращательное движение способствует отмывке песка от органических веществ,
исключая их выпадение в осадок. Диаметр песколовок составляет не более 6 м.
Проточная часть песколовки имеет небольшую глубину. При скорости движения воды
в главном лотке 0,6 – 0,8 м/с в
песколовке задерживается примерно 90% песка.
Осажденный песок
удаляют шнеком, гидроэлеватором или смывают водой, подаваемой через
трубопровод, расположенный в песковом лотке. Глубину
песколовки принимают равной половине диаметра.
Песок, задержанный
в песколовках, обычно удаляют из них с помощью гидроэлеваторов (водоструйных
насосов) и в виде песчаной пульпы подают на песковые
площадки – земельные участки, разделенные на карты ограждающими валиками
высотой 1 – 2 м. Профильтрованную воду собирают дренажной системой и направляют
в резервуар, откуда перекачивают в канал перед песколовками. Песковые площадки устраивают на крупных очистных станциях.
Песок,
обезвоженный на песковых площадках, содержит много
органических веществ, способен загнивать. Для отмывки песка от органических
загрязнений и его обезвоживания на станциях производительностью до 80 тыс м3/сут
применяют песковые бункеры, гидроциклоны,
горизонтальные шнековые центрифуги, гидравлические и
механические пескопромыватели. После такой обработки
песок можно использовать для подсыпки и планировки территории и как
строительный материал.
4.2. Отстойники.
Отстойник
является основным сооружением механической очистки сточных вод. Отстойники
применяются для задерживания нерастворенных органических загрязнений.
По назначению
отстойники бывают:
-
первичные (устраиваемые перед сооружениями биологической или физико-химической
очистки);
- вторичные
(устраиваемые после сооружений для биологической очистки для отделения
очищенной воды от активного ила или биопленки).
По характеру
движения воды (по конструктивным признакам) отстойники делятся на три вида:
-
горизонтальные;
- вертикальные;
- радиальные.
Разновидностью
отстойников являются также:
- двухъярусные
отстойники;
- осветлители-перегниватели.
В них происходит
осветление сточной жидкости и одновременно перегнивание выпавшего осадка.
Первичные
отстойники применяют для выделения из сточных вод нерастворимых веществ,
которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника или
всплывают на его поверхность. Достигаемый эффект осветления по взвешенным
веществам составляет 40 – 60% при продолжительности отстаивания 1 – 1,5 ч.
Процесс также сопровождается одновременным снижением величины БПК в осветленной
сточной воде на 20 – 40% от исходного значения. Выбор типа и конструкции
отстойников зависит от количества и состава производственных сточных вод,
поступающих на очистку, характеристик образующегося осадка (уплотняемость,
транспортируемость) и от местных условий строительной площадки очистных сооружений.
В каждом конкретном случае выбор типа отстойников должен определяться в
результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов. Число
отстойников принимают не менее двух, но и не более четырех.
А)
Горизонтальный отстойник (рис. 11) применяется для очистки бытовых и близких к
ним по составу производственных сточных вод. Он представляет собой
прямоугольный в плане железобетонный резервуар, разделенный перегородками на
несколько отсеков (не менее двух) для возможности чистки и ремонта. Ширина
коридора составляет 3 – 6 м, глубина отстойника колеблется в пределах 1,5 – 4
м, длина отстойника должна в 8 – 12 раз превышать его глубину. В отстойнике
происходит гравитационное осаждение взвешенных частиц за счет резкого (по
сравнению с подводящим каналом) снижения скорости движения жидкости.
Максимальная скорость движения воды в горизонтальном отстойнике составляет 0,7
мм/с. Их применяют на станциях производительностью более 15000 м3/сут. Продолжительность отстаивания составляет 0,5 – 1,5 ч.
За это время основная масса взвешенных веществ выпадает в осадок. Эффективность
очистки в горизонтальном отстойнике достигает 50 - 60%. Осадок сгребается в
иловый приямок скребковым механизмом и удаляется насосами, гидроэлеваторами,
грейферами или под гидростатическим давлением.
Б) Вертикальный
отстойник (рис. 13) применяется для осветления производственных сточных вод, а
также их смесей с бытовыми сточными водами, содержащих грубодисперсные примеси.
Он представляет собой круглый или квадратный в плане железобетонный резервуар с
коническим или пирамидальным днищем соответственно. Отстойник имеет достаточно
большую глубину (около 7 м), но меньшую по сравнению с горизонтальным
отстойником занимаемую площадь. Диаметр отстойника колеблется в пределах 4 – 9
м. Отстойники просты по конструкции и удобны в эксплуатации, недостатком их
является большая глубина сооружений, что ограничивает их максимальный диаметр.
Вертикальный
отстойник имеет самый низкий эффект осветления (на 10 – 20% ниже, чем в
горизонтальных отстойниках). Его применяют на станциях небольшой
производительности (менее 20000 м3/сут).
В) Радиальный
отстойник применяется для очистки бытовых и близких к ним по составу
производственных сточных вод. Он представляет собой круглый в плане
железобетонный резервуар большого диаметра (18 – 60 м) и относительно малой
глубины проточной части (1,5 – 5 м). Радиальные отстойники по сравнению с горизонтальными имеют некоторые преимущества: простота и
надежность эксплуатации, экономичность, возможность строительства сооружений
большой производительности. Недостаток – наличие подвижной фермы со скребками.
Недостатками
всех рассматриваемых типов отстойников являются:
- большие
габаритные размеры и значительный расход материалов для их изготовления,
соответственно, стоимость их очень высока;
- большая
продолжительность отстаивания;
- сравнительно
низкая эффективность очистки;
- наличие в
процессе осветления турбулентного режима движения воды, что тормозит осаждение
взвесей и уменьшает эффект осветления.
4.3.
Производственные сточные воды, содержащие примеси с плотностью меньше плотности
воды, т. е. всплывающие примеси (нефть, смолы, масла, жиры и другие им
подобные), очищают также отстаиванием в нефтеловушках, смоло- и маслоуловителях.
А) Нефтеловушки применяются для очистки сточных вод,
содержащих грубодиспергированные нефть и
нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л. Нефтеловушки
сооружают трех типов: горизонтальные, многоярусные и радиальные. Горизонтальные
сооружения представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары. В
них происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и
нефтепродукты всплывают на поверхность, а содержащиеся в сточной воде
минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки.
Всплывающая нефть скребковым механизмом передвигается к щелевым поворотным
трубам и отводится из нефтеловушек. Осадок сгребается
в приямок, из которого удаляется гидроэлеватором
Б)
Жироуловители устроены по аналогии с нефтеловушками. Они используются для улавливания жиров
из сточных вод. Также для этой цели используются такие сооружения, как
прямоугольные и радиальные отстойники-смолоуловители.
5. Комбинированные сооружения.
Такие сооружения, как септики, двухъярусные
отстойники и осветлители перегниватели, являются
комбинированными устройствами ипредназначены для
механической очистки сточной воды с одновременным анаэробным сбраживанием
образующегося осадка. Область применения комбинированных сооружений
ограничивается небольшими и средними расходами сточной воды.
5.1. Септики.
Применяются при
расходах до 25 м3/сут в качестве сооружений
механической очистки перед сооружениями естественной механической очистки.
Септики представляют собой проточный резервуар, рассчитанный на время
пребывания сточной воды 1–3 сут, а выпавшего осадка –
6–12 месяцев. Септики бывают одно-, двух- и трехкамерными. При расходах сточных вод до 1 м3/сут применяют однокамерные септики, при расходах до 10 м3/сут –двухкамерные, при больших
расходах – трехкамерные. Осадок в септике уплотняется
и частично подвергается сбраживанию. Недостаток септиков заключается во
вторичном загрязнении воды частицами осадка, который может подниматься наверх
вместе с пузырьками выделяющихся при сбраживании газов. В результате на
поверхности образуется корка, которая существенно затрудняет выход газа.
5.2. Двухъярусные отстойники (эмшеры).
Применяются для
механической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу
производственных сточных вод при расходах до 10 000 м3/сут.
Двухъярусный отстойник имеет цилиндрическую или прямоугольную форму, с
коническим или пирамидальным днищем. В верхней части
отстойника располагаются осадочные желоба, в нижней – септическая (иловая)
камера. Из осадочных желобов, которые представляют собой горизонтальные
отстойники, оседающие частицы через щель проваливаются в септическую часть, где
происходит уплотнение и сбраживание осадка.
5.3. Осветлители-перегниватели.
По сравнению с
двухъярусными отстойниками, осадочные желоба в осветлителях-перегнивателях
заменены осветлителем с естественной аэрацией. Септическая камера отделена от
отстойника и расположена концентрически вокруг него, что способствует подогреву
осадка сточными водами. Естественная аэрация обеспечивается разностью отметок в
осветлителе и распределительной чаше, в результате в воду засасывается воздух из
атмосферы. Затем вода последовательно поступает в камеру флокуляции
и отстойную камеру, проходя через образовавшийся взвешенный слой.
Образовавшийся
на дне осветлителя осадок по напорному трубопроводу подается в верхнюю зону перегнивателя, в которой осадок подвергается сбраживанию. Область применения осветлителей-перегнивателей
– для осветления бытовых и производственныхстоков при
расходах не более 10 000 м3/сут.
Вопросы
к самоконтролю:
1.
Основные методы очистки производственных сточных вод.
2.
Усреднители.
3.
Решетки для процеживания.
4.
Песколовки.
5.
Отстойники.
6.
Нефтеловушки и жироуловители.
7. Септики.
8. Двухъярусные
отстойники.
Список
литературы
а) основная
Мамонтова Р.П.Санитарная гидротехника. Москва: Моркнига,
2012. - 496 с.
Демидова А.Г. Основы санитарной гидротехники: Учебное пособие для
студентов вузов.-Калининград:
КТИРПХ, -1988, 76 с.
б) дополнительная
Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ учебник
для вузов: М.:-Издательство Ассоциации строительных
вузов, 2006.- 704 с.
Калицун В.И. Основы
водоснабжения и канализации. Учебное пособие для техникумов. Изд. 2-е перераб. и дополн. Москва: Стройиздат, 1977.
Николадзе Г.И. Водоснабжение. Учебное пособие для техникумов. Изд. 3-е перер. и доп.- М.:Стройиздат.-
1989.- 596 с.