В данной статье уделим особое внимание показателю содержания взвешенных веществ в жидких отходах различной жизнедеятельности человека, как одному из важнейших, используемому при анализе стоков для расчета и подбора необходимого технологического оборудования механической очистки.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОЧИСТКУ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
В настоящее время существует множество способов механического высвобождения из сбросов загрязнителей.
Применение того или иного зависит от их качественных (природы) и количественных (концентрации) характеристик сброса, расхода очищаемой жидкости, степени извлечения, соответствующей нормативным требованиям.
Изъятие частиц в нерастворенных формах из сливов необходимо осуществлять на начальном этапе, до их поступления на сооружения дальнейшей обработки – физико-химической и биологической. Они представлены в минеральном виде - частицы песка, глины, в форме органических веществ животного происхождения - белков, жиров, углеводов, органических веществ техногенной природы –нефтепродуктов и т.п.
Неудаленные включения органической природы при попадании в анаэробные условия разлагаются, приводя к дополнительному загрязнению среды. Повышенное их содержание инициирует образование большого количества осадков с высокой влажностью на биологической ступени, что соответственно ведет к увеличению затрат на оборудование для механического обезвоживания данных осадков. Попадание грубодисперсных составляющих минерального происхождения на ступень, где осуществляются биологические реакции, приводит к возрастанию зольности активной биомассы. В результате чего наблюдаются следующие негативные последствия: снижение скорости образования новых клеток, нарушение оптимального соотношения по нагрузке между субстратом и микрофлорой, проскоки хлопков в очищенных сбросах.
Содержание в хозяйственно-бытовых сточных водах включений составляет ориентировочно до 500 мг/л. Концентрация же их в промышленных сливах колеблется в гораздо более широких пределах в зависимости от технологического цикла производства.
При превышении концентрации грубодисперсных примесей в стоках более 150 мг/л необходимо задуматься о включении в технологическую схему очистных сооружений оборудования для механического изъятия загрязняющих веществ.
При анализе качественных показателей жидких отходов следует обращать внимание на соотношение между суспензированной фракцией и растворенными веществами.
Если количество суспензии превышает количество растворенных веществ, то важное значение приобретает установка специальных сооружений – отстойников.
При сбросе в водоем неочищенных стоков, содержащих в своем составе вредные примеси в количествах, превышающих допустимые нормы сброса, наблюдается засорение биосферы. Минеральные частички травмируют гидробионтов, населяющих водную среду. Крупные частицы органики загнивают, вызывая вторичное загрязнение водоема, легкие фракции загрязняющих веществ образуют на поверхности водоема пленку, препятствующую распространению кислорода на его глубину.
ХАРАКТЕР ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД ВЗВЕШЕННЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Вещества в зависимости от крупности и плотности примесей подразделяются на следующие группы:
Первая – включения большой величины, плотность которых больше водной среды. Они характеризуются повышенной оседающей способностью
Вторая – легкие взвеси мелкой крупности, которые в свою очередь разделяются на две формы:
- не оседающие и не всплывающие (взвешенные в жидкости)
- обладающие плохими седиментационными свойствами
Третья – всплывающие на поверхность, плотность которых меньше жидкой среды.
В стоках пищевой промышленности основная часть мехвключений представлена органическими веществами белкового происхождения.
В сбросах предприятий отраслей металлургии и машиностроения они представлены загрязнениями минерального происхождения.
В хозяйственно-бытовых сливах присутствуют и тот и другой тип загрязняющих веществ. Причем содержание тяжелых форм в них составляет около 50-75 % от общей концентрации. На долю легких фракций приходится 30-40% от общей концентрации. Частицы обладают хорошими агломерационными свойствами, т.к. содержат в своем составе органические вещества, масла и жиры в достаточном количестве.
Анализ на определение массы отхода, образующегося при высокотемпературной обработке пробы, позволяет определить соотношение между органической и минеральной фракциями. Органическая фракция при этом улетучивается. Если потери ее при прокаливании невелики, то загрязнения представлены в форме, благоприятной для проведения осаждения.
Включения отраслей пищевой промышленности представлены в основном в виде:
- частицек мяса, крови (мясопереработка)
- творожных крупинок, сырной крошки, молочной пленки (молочный комплекс)
- кусочков шоколада, смывов теста и т.п. (кондитерские фабрики)
Данные примеси имеют небольшие габариты, поэтому легко проскакивают через обычно установленные на первой ступени решетки с прозорами 10-16 мм. Для их изъятия успешно используются механизированные барабанные сита с прозорами 2-3 мм.
Также эффективно такого рода частицы удаляются с помощью включения физико-химической стадии (напорные флотаторы). На поверхности пузырька воздуха, барботируемого в толще жидкости, налипают мелкие частички, образующийся комплекс всплывает наверх. Более подробно об этом рассмотрим в следующем разделе статьи.
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Крупность частиц является диктующим фактором при выборе специалистами по водоочистке эффективного механического метода.
Первый этап очистки заключается в выделении из сточных вод включений, величиной 10 мм и более (лоскуты, бумага, стекло, остатки пищи, волокнистые материалы), которые приводят к закупорке трубопроводов канализации и поломке насосных агрегатов.
Вторым этапом выделяются более мелкие отбросы, крупностью 2-6 мм. Несвоевременное их выделение дает дополнительную нагрузку на биологические сооружения. Для этих целей используется процеживание.
Третьим этапом стоит необходимость в удалении составляющих, имеющих крупность частичек от 0,1-0,25 мм.
Самым эффективным способом их выделения, с величиной частиц 0,25–1мм, является отстаивание. Процесс осаждения отстаиванием проводится при ламинарном режиме движения жидкости со скоростями от 0,1 до 0,2 м/с.
Скорость высаживания зависит от их концентрации в поступающих сливах. Чем выше количество взвешенных частиц, тем с большей скоростью осуществляется их оседание.
Метод основан на воздействии на мехвключения силы тяжести. Чем больше их крупность, тем интенсивней процесс. Легкие частицы всплывают на поверхность. К таким частицам относятся жир, масло, нефть. Эффективность очистки отстаиванием составляет ориентировочно 40-50%.
Малые частички, плохо подвергающиеся осаждению, выделяются из очищаемой жидкости при проведении вначале их укрупнения. Оно может организовываться несколькими путями:
- Преаэрацией – насыщением жидких отходов растворенным кислородом перед началом высаживания дисперсной составляющей непосредственно в отстойных резервуарах. Эффект изъятия данным методом достигает до 25%
- Перемешиванием – созданием определенного скоростного режима, предотвращающим разрушение агломерированных агрегатов.
- Коагуляцией – при введении в обрабатываемую воду рабочих растворов коагулянта алюмо- или железосодержащего? ,лагодаря чему происходит объединение взвесей в крупные комплексы под влиянием сил сцепления. Время осаждения уменьшается, а эффективность очистки повышается до 70%. Для укрупнения мелких примесей используются специальные камеры флокулообразования. Они бывают с установленными в них перегородками, где используется принцип многократного изменения направления потока, и водоворотного, где укрупнение мелких взвесей получается при создании вращательного движения сверху вниз. Эффективность очистки достигает 30%
- Флокуляцией – введением высокомолекулярных очищающих веществ – флокулянтов. За счет длинной цепочки в их молекулярном составе наблюдается интенсификация образования хлопьев и увеличение их размера. Эффективность очистки повышается до 80%.
Четвертый этап – сорбция взвесей на хлопьях активного ила при биологической очистке в анаэробных реакторах и в аэротенках.
Пятый этап – удаление веществ, которые не подверглись сорбции на биомассе и биологическому окислению. Ориентировочное их количество после биологии составляет 15-20 мг/л. При нормативах сбросов в водоемы по качественному показателю взвешенных веществ, в зависимости от назначения и категории водоема, 3,0 - 10,0 мг/л, необходимо осуществить на завершающем этапе более глубокую очистку, с доведением концентрации до указанных норм.
Поэтому необходимо применение метода фильтрации. Фильтрование протекает при пропускании сточных вод через слой пористого материала – песка, гравия или через пластмассовые загрузки.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЗВЕСЕЙ
РЕШЕТКИ И СИТА
Для улавливания крупных частичек процеживанием применяются решетки и сита.
Для улавливания крупнодисперсных содержаний процеживанием используется узел грубого выделения, который представляет собой решетчатый контейнер с прозорами 10-16 мм. Оптимальное место установки решетки – в канализационной насосной станции на трубопроводе подачи водной массы.
Улавливание мелкодисперсионной фракции осуществляется на новых современных ступенчатых или барабанных ситах.
Принцип действия ступенчатой решетки основывается на совершении круговых движений подвижного механизма относительно неподвижного. Отбросы при этом поднимаются в верхнюю часть оборудования и сбрасываются в пластиковый контейнер для мусора.
При работе решеток образуется фильтрующее полотно, на котором помимо мехвключений, задерживаются еще и плавающие отходы (жир, нефть и т.п.), на поверхности которых адсорбируются 10-25% песка от его изначального количества. Это препятствует высвобождению его на стадии аэрации и перемешивания.
Барабанные сита широко используются для предварительного исключения из жидких отходов мясной, молочной, масло-сыродельной промыщденности, загрязнений с большим содержанием жировых составляющих. На них осуществляется задержание жиров, волос, перьев. Особенность их заключается в том, что при забивке полотна жирными частицами предусмотрена промывка барабана горячей водой через форсунки. Барабанная решетка разделена на две секции: камеру гашения напора и отделение, в котором установлено барабанное щелевое сито. Вся механическая примесь задерживается на барабане.
На работу решеток большое влияние оказывает скорость прохождения через них жидкости, которая лежит в диапазоне 0,8-1,0 м/с. При высокой скорости примеси проскакивают на дальнейшую ступень, а при малой – осаждаются крупно фракционные мехвключения.
Тангенциальные песколовки
Для задержания минеральных примесей применяется специальное оборудование – песколовки.
Принцип действия песколовок – гравитационный.
При изъятии из стоков песка важно недопустить попадание вместе с ним органических фракций на ступень мех.обезвоживания пескопульпы, проводимого на песковых площадках. Органика склонна к быстрому загниванию, вследствии чего создадутся антисанитарные условия.
Данные сооружения, по рекомендациям нормативных документов, должны быть заложены в технологическую схему при объемном расходе сточных вод свыше 100 м3/сут. При невыполнении данных условий возможно возникновение проблем в ходе обслуживания очистные сооружения. Ведь песок обладает абразивными свойствами, что приводит к выводу из строя насосов, аэраторов.
В песколовках тангенциального типа создается режим работы, препятствующий задержанию органических веществ. Обрабатываемая среда подводится по касательной, что создает поступательно-вращательное движение с круговой осью. В тангенциальных песколовках песчинки подвержены влиянию кроме сил тяжести двух центробежных сил, обусловленных движением стоков по кругу в плане и вращательным движением. Это способствует более эффективному отделению мелких фракций песка.
Стоки, освобожденные в песколовках от минеральных примесей, поступают в специальное оборудование для осаждения взвесей – отстойники.
Тангенциальные песколовки по своим конструктивным особенностям более совершенны по сравнению с горизонтальным типом.
Горизонтальные песколовки должны быть обязательно оснащены скребковым механизмом с электроприводом для перемещения осадка, ообразующегося на плоском днище, в специальный песковой бункер. Из него пескопульпа откачивается с помощью гидроэлеваторов на ступень обежвоживания. Вспомогательное оборудование часто выводится из строя, истирается. Кроме этого, увеличиваются энергозатраты.
Конструкцию отстойника выбирают в зависимости от объема сточной воды, концентрации и необходимой степени обработки. Эти же показатели определяют вид и способ удаления выпавших в осадок нерастворенных примесей.
Гидроциклоны и центрифуги
Минеральные примеси и тяжелые вещества можно также убирать на гидроциклонах и центрифугах. Их принцип действия схож с работой тангенциальных песколовок. В них осуществляется тангенциальный подвод к цилиндрическому корпусу, что вызывает вращательное движение жидкости, приводящее к сепарации частиц. Далее твердые фракции движутся к коническому днищу, а самые легкие частицы уходят вместе с потоком.
Гидроциклоны можно использовать вместо решеток и сит на первой ступени обработки.
Отстойники с тонкослойными модулями
В последнее время широкое распространение получил метод тонкослойного отстаивания.
Принцип работы отстойника с тонкослойными модулями: поступающая в него загрязненная вода заполняет объем и, поднимаясь вверх, проходит через блок тонкослойные ламели – наклонные полиэтиленовые пластины, собранные в блоки или пакеты, твердые частички осаждаются на них, слипаются в более крупные и, увеличиваясь в размерах, сползают на дно, образуя осадок.
Осветлители
Для выделения из обрабатываемых стоков взвешенных веществ также используются осветлители. В которых они проходят через объем отстойника снизу вверх, профильтровываясь при этом через взвешенный слой осадка.
Содержащиеся в стоках взвешенные частицы прилипают к поверхности взвешенного слоя, при этом происходит утяжеление осадка и под действием силы тяжести осаждение на дно резервуара. Перед началом осветления возможна обработка в смесителе рабочими растворами реагентов для интенсификации процесса. Эффективность в таких сооружениях составляет 60-70%.
Фильтры
На заключительной стадии обработки устанавливаются фильтры.
Они по режиму работы подразделяются на периодического и непрерывного действия, напорные и безнапорные.
К первому варианту можно отнести каркасно-засыпные фильтры, широко используемые в настоящее время. В режиме работы заложено оптимальное время фильтрации (фильтроцикл), в течение которого фильтрующий материал эффективно отделяет взвешенную массу. По окончанию фильтрации на поверхности откладывается слой осадка, в результате чего наблюдаются проскоки взвесей. Поэтому работа данного фильтра должна быть прервана на непродолжительное время на проведение промывки загрузки. Загрузкой является кварцевый песок с различной крупностью зерен. В качестве поддерживающего слоя используется гравийная засыпка. Зернистые фильтры могут быть напорного типа.
Напорный фильтр представляет собой стальной резервуар, рассчитанный на давление 0,6 МПа. Направление фильтрации в них обычно сверху-вниз.
К фильтрам непрерывного действия можно отнести барабанные, дисковые, ленточные. Самый распространенный - барабанный ячейковый вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью, применяемый для разделения суспензий, которые содержат не менее 5% твердой фаз.
