Технологическая схема очистки сточных вод

В сточных водах присутствует множество растворимых и нерастворимых примесей, поэтому универсального метода удаления примесей не существует.

На выбор технологии влияют состав загрязняющих веществ, необходимое качество очистки, категория почвы и пропускная способность очистных сооружений.

В большинстве случаев при очистке сточных вод применяется сочетание нескольких методов.

Рассмотрим, какие стадии очистки сточных вод она проходит, какова типовая технологическая схема очистки и на примере сколько стадий имеет нейтрализация сточных вод рыбоперерабатывающего предприятия.

Технологическая схема обработки стоков

Типовую схему очистки промышленных сточных вод выбирают исходя из преобладающих примесей с учетом их концентрации.

По степени загрязнения сточные воды могут быть:

• слегка загрязненные одним или несколькими видами примесей;
• содержащие токсичные вещества;
• кислотно-щелочной;
• загрязнены органическими веществами;
• содержащие жир, масло и нефтепродукты;
• заражены болезнетворными микробами и бактериями.

Существует два метода очистки сточных вод:

1. Местная очистка, когда очистные сооружения расположены непосредственно на территории предприятия и находятся в его ведении.
2. Общая очистка, при которой промышленные сточные воды сбрасываются в канализацию, где они смешиваются с бытовыми сточными водами и очищаются перед сбросом в водоемы. Станции общей очистки воды находятся в ведении муниципальных служб района.

Местная очистка промышленных сточных вод обязательна, если состав небезопасен для городского водоочистного оборудования и может оказать разрушительное воздействие на материал труб и элементы очистных сооружений.

Не допускается сброс производственных сточных вод в систему канализации, если их температура превышает нормативную или если они содержат:

• масса взвешенных и жидких веществ, превышающая санитарные нормы;
• на стенках труб откладываются примеси, способные засорить сети;
• легковоспламеняющиеся примеси и растворенные газообразные вещества, образующие взрывоопасные смеси;
• вредные загрязнители, мешающие биологической очистке.

Сточные воды всего предприятия или отдельных технологических процессов подлежат местной очистке; Сточные воды, очищенные до нормативных показателей, могут сбрасываться в городскую сеть.

Местные и общие очистные сооружения работают одинаково. Последний характеризуется большими размерами и механизацией процессов.

Очистка сточных вод осуществляется:

• механический;
• физико-химические;
• химический;
• биологические методы.

Типовая схема очистки сточных вод:

1. Перед отправкой на очистку сточные воды в большинстве случаев подаются в гомогенизаторы, в которых регулируют расход и состав.
2. Схема предусматривает механоперерабатывающие мощности.
3. В зависимости от требуемого качества очистки их дополняют агрегатами других методов очистки (физико-химических, химических, биологических).
4. При более высоких нормативах в комплекс очистных сооружений включается оборудование глубокой очистки.
5. Перед сбросом в естественные водоемы очищенную воду обеззараживают в установках.
6. На всех стадиях образуется ил (или избыточная биомасса), который подается на очистные сооружения.
7. Очищенные до нормативных показателей сточные воды используются в системах оборотного водоснабжения, для сельскохозяйственных нужд и сбрасываются в водоем или бытовую канализацию.
8. Осадок обезвоживается, а затем передается на утилизацию или утилизацию.

Эффективность очистных сооружений определяется, в том числе, способом сброса сточных вод с производственных площадок и способом подачи сточных вод на очистные сооружения. По этой причине в конструкцию часто включают баки для усреднения сточных вод.

Стадии очистки

Схема очистки воды включает в себя следующие этапы:

1. Механический.
2. Биологические и биохимические.
3. Использование реагентов (коагуляция и флокуляция).
4. Окисление.
5. Восстановление.
6. Нейтрализация.
7. Магнитное лечение.
8. Сорбция.
9. Ультразвуковая и ультрафиолетовая дезинфекция.
10. Ионизирующего излучения.
11. Ионный обмен.
12. Отрывок.
13. Электрохимическая очистка.
14. Гиперфильтрация.
15. Отделочный агрегат.

Механическая обработка

Технология механической очистки сточных вод включает в себя:

• напряжение;
• фильтрация;
• гравитация успокаивается;
• ставит себя в зону действия центробежных сил.

Процеживание

Фильтрация воды от плавающего мусора осуществляется с помощью вертикальных или наклонных решеток. Размер зазоров между брусками – 15–20 мм.

Воду часто фильтруют через комбинированные дробильные сита – такие устройства не только задерживают крупные примеси, но и дробят их на частицы размером менее 10 мм. Захваченные загрязнения удаляются вручную или механически.

Фильтрование

Принцип метода фильтрации заключается в разделении дисперсных систем с помощью перегородок, пропускающих дисперсную среду и удерживающих твердую фазу.

Применяется для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей низкой концентрации как на начальных этапах, так и после физико-химической и биологической очистки с сопутствующим сбросом в воду взвешенных частиц.

В качестве фильтрующих материалов используются пористые материалы:

1. Природные — кварцевый песок, щебень, керамзит, бурый уголь.
2. Синтетика – пенополиуретан, полистирол, полипропилен.

Фильтры бывают восходящие и нисходящие. В последнем водоотводная система защищена от воздействия загрязнений, что работает надежнее. В вышележащих системах дренаж склонен к заиливанию, что приводит к эксплуатационным осложнениям.

Стандартный план работы фильтра (с частичной биоремедиацией):

1, 3, 7 – трубопровод; 2 – фильтр; 4 – водораспределительные агрегаты; 5 – фильтр-наполнитель; 6 – сеть поддержки

1. Сточные воды по трубопроводу 3 поступают в фильтр 2.
2. Вода распыляется равномерно через водораспределительные устройства 4 по всей площади фильтра. При этом вода поглощает кислород из воздуха.
3. На фильтрующем материале образуется биологическая пленка, микроорганизмы которой поглощают органические вещества. Интенсивность окисления органических веществ увеличивается при подаче сжатого воздуха по трубопроводу 1 и опорной решетке 6 — в направлении, противоположном фильтрации.
4. Очищенная от органических примесей жидкость отводится через патрубок 7.

Процесс биоочистки в фильтре начинается после образования биологической пленки на загружаемом материале. Период адаптации микроорганизмов в обычных температурных условиях к некоторым органическим веществам составляет 2-4 недели.

Гравитационное отстаивание

Технология очистки в гравитационных условиях основана на свободном осаждении (при плотности выше воды) или флотации (при меньшей плотности) примесей в пескоуловителях, отстойниках и жироуловителях.

При отстаивании дисперсионная среда разделяется на 3 слоя:

1. Верхний – жидкая пленка.
2. Средняя – водная среда.
3. Внизу – тяжелая масса (расчетные фракции).

Осаждение и удаление механических включений на этом этапе предотвращает их гидролитическое разложение, гниение и дальнейшее загрязнение воды растворенными и коллоидными примесями на дальнейших стадиях очистки.

Назначение отстойников – удаление органических веществ и коллоидов, снижение нагрузки на систему биологической очистки за счет снижения ХПК и БПК.

Отстойные резервуары бывают:

• горизонтальный;
• вертикальный;
• радиальный;
• комбинированный.

Отстойники часто совершенствуют путем установки тонкослойных модулей, перемещающих хлопья осадка под действием силы тяжести в межплоскостном пространстве конического днища. Из осадочной части ил откачивают с помощью насосного оборудования и направляют на механическое обезвоживание.

Целью пескоулавливания является удаление твердых фракций и уменьшение абразивного разрушения инструментов, арматуры и оборудования.

Вот как выглядит стандартная пескоуловитель:

1 – труба подачи отходов; 2 – съемный элемент крыши; 3 — люк для удаления грязи; 4 – труба для дренажа; 5 – спусковой карман

Песчаные ловушки бывают:

• горизонтальные (с линейным и круговым движением потока);
• вертикальный;
• в эфир.

Структуры удерживают минеральные частицы размером более 0,25 мм. Это водоемы, в которых вода движется со скоростью 0,1–0,3 м/с. Взвешенные вещества откладываются слоем на дне песколовки, через время слой осадка удаляется. Освобожденная от взвешенных примесей вода сбрасывается в выходной карман, а затем в канализацию, водоем или направляется на следующую ступень очистки.

Центробежное отстаивание

Центрифуга винтового типа:

Гидроциклон:

В открытых гидроциклонах и центрифугах вода очищается под действием центробежных сил. В основе процесса лежит принцип отделения тяжелых примесей от жидкой фазы под действием центробежных сил, создаваемых вращательным движением тока в устройстве.

Биологический и биохимический методы

Методы биологической очистки применяются для отделения от жидкостей мелкодисперсных и растворенных органических примесей. Биологическая очистка – экологически чистый метод разрушения (разложения) органического материала.

Кроме того, этот метод позволяет очистить стоки от:

• примеси железа;
• сероводород;
• аммоний;
• марганец;
• снизить жесткость воды;
• удалить ароматизаторы и цвет;
• провести дезинфекцию.

Технология основана на способности некоторых микроорганизмов усваивать спирты, белки и углеводороды для питания.

Биологические эффекты проявляются в:

1. Природные условия (поля фильтрации, поля орошения, биологические пруды).
2. Искусственно созданные условия (биофильтры).
3. Аэротанки.
4. Окситенках.

Биологический пруд – это искусственно созданный неглубокий водоём, в котором сточные воды проходят очистку и доочистку. Биопруды содержат множество водорослей, синтезирующих кислород, необходимый для комфортной жизни микроорганизмов. Наличие полей фильтрации, куда сбрасываются сточные воды, является одним из обязательных условий эксплуатации биодамбы.

Типы прудов:

• контактные водоемы – в стоячей воде ускоряются процессы биохимического окисления;
• проточные водоемы – СВ разбавляется водой из природных водоемов;
• анаэробные пруды – используются анаэробные технологии;
• проточные пруды — SW не разбавляется водой из естественных водоемов.

Поля орошения и фильтрации представляют собой участки, приспособленные для очистки сточных вод посредством естественных процессов самоочищения почвы.

При фильтрации сточных вод через почву взвешенные и коллоидные примеси задерживаются в верхнем слое. Они образуют на поверхности почвы пленку, густо заселенную микроорганизмами. Пленка адсорбирует растворенную органику под действием кислорода (это необходимое условие переработки). Микроорганизмы преобразуют органические примеси в минеральные соединения.

Конструкция аэротенков аналогична отстойникам. В резервуары помещают активный ил, содержащий микроорганизмы, и подают сжатый воздух для ускорения окисления органических веществ.

Кислородные баллоны являются модификацией воздушных баллонов. Вместо сжатого воздуха в конструкции подается кислород, что еще больше усиливает процессы. Недостатком установок является то, что при такой обработке условия эксплуатации усложняются из-за пожаровзрывоопасности газа.

Существует 2 вида биологической очистки:

1. Анаэробная (ферментация). Вода очищается с помощью бактерий, которым не нужен кислород. На этом этапе трудно окисляемые вещества превращаются в легкоусвояемые. Часть органических примесей подвергается разрушению, а основная часть используется для увеличения биомассы. Процесс происходит в варочных котлах – закрытых емкостях, снабженных трубой для удаления биогаза – результата ферментации. Эффективность очистки – до 85 %.
2. Аэробная чистка. Очистка происходит в результате деятельности микроорганизмов активного ила в присутствии кислорода. Очистка включает сорбцию загрязняющих веществ активным илом и их внутриклеточное окисление микроорганизмами. Растворенные органические комплексы и взвесь неседиментируемых твердых примесей переходят в биомассу активного ила. Для аэробной очистки используются биофильтры и воздушные резервуары. КПД достигает 99 %.

Использование реагентов

Коагуляция необходима в тех случаях, когда обычная механическая обработка не дает удовлетворительных результатов — для ускорения осаждения мелкодисперсных компонентов и эмульгированных смол и других веществ.

При воздействии коагулянтов (солей железа и алюминия, солей кислот) частицы загрязнений увеличиваются в размерах и начинают выпадать в осадок.

Для снижения расхода дорогостоящих реагентов коагуляции, ускорения осаждения взвешенных частиц и сокращения срока обработки применяют флокуляцию — введение в раствор флокулянтов природного и синтетического происхождения.

При флокуляции образуются не частицы, а хлопья, на которых адсорбируются фракции загрязняющих веществ.

В случае сильного загрязнения флокулянты способствуют осаждению частиц без добавления коагулянтов.

Окисление

Применяется для нейтрализации воды, содержащей токсичные загрязнители – цианиды, комплексы меди и цинка, сульфиды и сероводород.

Окислители:

• озон (самый эффективный);
• хлор;
• фторид;
• пероксид водорода;
• перманганат калия.

Недостаток этого способа в том, что он экономически дорог (такая обработка требует большого количества химических реагентов и помещений для хранения).

Восстановление

Способ предназначен для очистки сточных растворов с высокой концентрацией легковосстанавливаемых веществ — соединений ртути, хрома, мышьяка.

В качестве восстановителей эффективны:

• сульфит железа;
• гидросульфит натрия;
• диоксид серы;
• сероводород;
• активированный уголь.

Нейтрализация

Технология основана на химическом взаимодействии с веществами, придающими воде нейтральную реакцию, и предназначена для очистки солено-азотных и сернистых вод от щелочей и кислот.

Самый популярный метод – смешивание кислотных и щелочных растворов. Для смешивания кислых и щелочных сред используются емкости-гомогенизаторы.

Для нейтрализации кислой воды также применяют метод фильтрации с нейтрализующими добавками:

• гидроксид кальция;
• сода;
• мраморная крошка;
• доломит;
• щелочные соединения.

Магнитная обработка

Приводит к ускорению процесса кристаллизации солей, снижает концентрацию ионов кальция и магния, ускоряет коагуляцию с образованием мелкодисперсного осадка. В результате предотвращается отложение в системе и снижается отложение органических веществ, таких как парафины.

При электромагнитной очистке в воде сохраняются кальций и магний, что важно при очистке некоторых категорий сточных вод.

Сорбция

Это поглощение загрязняющих веществ твердыми веществами – сорбентами (активированный уголь, керамзит, цеолиты).

Сорбирующий элемент загружают в блоки в один или несколько слоев. Технология позволяет очищать воду от органических веществ, в том числе от тех, которые невозможно удалить другими методами. Дает хорошие результаты по удалению нефтепродуктов, находящихся в сточных водах в тонкоэмульгированной и растворенной форме.

Обеззараживание ультразвуком и ультрафиолетом

Методы применяются для очистки от бактерий и микроорганизмов бытовых сточных вод, сточных вод инфекционных больниц, животноводческих и птицефабрик, мясоперерабатывающих предприятий.

Ультрафиолетовая дезинфекция осуществляется с использованием уничтожающего микробы излучения (длина волны 200-400 нм). Бактерицидное излучение проникает в структуру ДНК бактерии и в результате фотохимических реакций уничтожает ее потенциал к делению и размножению.

Ультрафиолетовое излучение не провоцирует образование токсичных веществ, поэтому обработанные СВ безвредны для водного биоценоза.

При воздействии ультразвука возникает эффект кавитации – образуется множество мелких пузырьков, наполненных газом под высоким давлением. Когда пузырьки лопаются, они создают большой перепад давления, тем самым разрушая клеточную мембрану микроорганизма.

Часто эти два метода комбинируют, чтобы улучшить качество уборки.

Ионизирующее облучение

Данный вид очистки применяется для очистки сточных вод от токсинов, токсичных веществ, а также бактерий и микроорганизмов.

Энергия ионизирующего излучения ниже порога ядерных реакций, поэтому очищенная вода не будет радиоактивной, не будет представлять опасности для природных водоемов и может быть использована в цикле переработки.

Как правило, технологию совмещают с флотационной или адсорбционной очисткой. В сочетании с флотацией уровень очистки сточных вод практически максимальный (до 99 %).

Ионный обмен

Разработана технология опреснения сточных вод, очистки от ионов металлов и других веществ. Его производят с использованием ионообменников – гранул синтетических ионообменных смол, загружаемых в фильтры.

Экстракция

При экстракции растворенные примеси удаляются из жидкости и переходят в другую жидкость, не смешивающуюся с водой, — экстрагент.

В результате взаимодействия образуются экстракт (раствор экстрагированных примесей в экстрагенте) и рафинат (оставшийся водный раствор), из которого были удалены примеси. В качестве экстрагентов чаще других реагентов используют органические растворители.

Очищенная от уловленных загрязнений жидкость удаляется из бака через нижний слив на баке.

Электрохимическая очистка

Электрохимические методы основаны на воздействии электрического тока с помощью электродов. Электрогидравлический эффект, возникающий при разряде токов высокого напряжения, используется для разрушения сложных молекул. В результате очистки молекулы загрязняющих веществ расщепляются и превращаются в сильные окислители, способные очищать и обеззараживать воду.

Тип методов:

1. Электрокоагуляция. Применяется для удаления коллоидных и взвешенных частиц, примесей с высокой адсорбционной способностью для коагулянта – масел, жиров, нефтепродуктов, фенолов, ПАВ, красителей.
2. Электрофлотация. Если в сточной жидкости содержится высокая концентрация тонкоэмульгированных нефтепродуктов, жировых эмульсий, ПАВ и некоторых растворенных органических примесей, целесообразна автоклавная флотация. Метод основан на прилипании загрязнений к пузырькам воздуха, образующимся в процессе электролиза. В результате из воды извлекаются взвешенные вещества, нефтепродукты и жир.
3. Электрохимическое разрушение. Процесс расщепления сложных химических соединений на простые и малоопасные. Технология позволяет обеззараживать сточные воды от вредных бактерий и подходит для очистки сточных вод инфекционных больниц и фармацевтических производств.

Гиперфильтрация

Другое название гиперфильтрации – «обратный осмос». При гиперфильтрации растворы разделяются путем фильтрования через мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление.

Полупроницаемые мембраны пропускают молекулы воды, но задерживают ионы солей. Результатом обработки является очищенная вода и концентрированный раствор, который необходимо выбросить.

Блок доочистки

Это структура, включающая в себя:

• отстойник с тонкослойными модулями;
• фильтровальное помещение, где вода пропускается через зернистую загрузку (кварцевый песок, гравий), где происходит окончательное удаление взвешенных частиц и остатков активного ила, уносимых со стадии биологической очистки.

Финишный этап обеспечивает высокий очищающий эффект и уплотнение осадка на выходе.

Очистные сооружения

Как выглядит стандартная схема многоступенчатой ​​очистки сточных вод (в данном примере рыбоперерабатывающего завода):

1. Сточные воды с места образования самотеком поступают в гомогенизатор.
2. Затем с помощью насосов их закачивают в жироуловитель и далее направляют в электрофлотокоагулятор.
3. Сточные воды, прошедшие электрохимическую очистку, подаются на двухступенчатые аэрированные фильтры для доочистки.
4. Очищенная вода затем сбрасывается в систему бытовой канализации.

А теперь о каждом шаге подробно.

Механическая очистка решетками и жироловками

В резервуаре установлена ​​решетка для удержания крупных загрязнений, которые поднимаются ручным подъемником для загрузки отходов в специальный контейнер.

Для предотвращения осаждения взвешенных веществ воду в гомогенизаторе постоянно перемешивают путем рециркуляции части жидкости через систему перфорированных трубок. Обычно перемешивание ила осуществляется из напорного трубопровода, проложенного по периметру резервуара через патрубки.

Для удаления крупных жироподобных фракций и частиц органического происхождения применяют вертикальные или горизонтальные жироотделители и отстойники.

Вертикальные конструкции используются чаще; применение горизонтальных жироотделителей неэффективно для большинства категорий сточных вод (концентрация жира в результате отстаивания снижается всего на 30%). Еще одним недостатком таких устройств является трудоемкость сбора жировой массы и осадка.

Вертикальные жироотделители с:

• струйный водораспределитель;
• автоматизированный сбор жировой массы;
• периферийная подача сточных вод и нисходящее движение потока в зоне отстаивания

обеспечивают эффект удержания жира и взвешенных примесей до 60 %.

Влажность собранного жира определяется скоростью вращения струйного водораспределителя, оснащенного пенным насосом – чем она выше, тем выше содержание влаги. Концентрация жира в собранной массе составляет до 80% сухого вещества.

Осадок со дна жироуловителя удаляется под гидростатическим давлением и сбрасывается в емкость, откуда насосом перекачивается в устройство для обезвоживания осадка. Влажность осадка – до 98 %, концентрация жира – 35–40 % от сухого вещества. Высокое содержание жира в осадке и жировой массе означает, что от них можно эффективно избавиться.

Осадок (слой твердых частиц, оставшийся после фильтрации суспензии) собирается в контейнер и передается на утилизацию; очищенная жидкость и вода после промывки фильтров сбрасываются в производственную канализацию.

Физико-химическая очистка с использованием напорных и электрокоагуляционных устройств

Для улучшения качества очистки в схеме используются реагенты. Установки физико-химической очистки сточных вод (напорная с использованием реагентов и установок электрокоагуляции) компактны и легко размещаются на территории действующих предприятий.

Они обеспечивают стабильно высокий очищающий эффект сточных вод, который при последующей биологической очистке не нарушает технологию.

Для коагуляции используют известь (100 мг/л) и сульфат алюминия (90 мг/л).

При проведении электрокоагуляции алюминиевые анодные материалы растворяются под действием электрического тока, образуя гидроксиды – активные коагулянты.

Определяют кинетику процесса:

• начальная концентрация загрязняющих веществ;
• температура и pH среды;
• допустимая нагрузка по электрическому току;
• концентрация хлорида.

Пенный продукт образуется в аппаратах флотации под давлением и электрофлотационных коагуляторах. После автоклавной флотации его сливают в декантеры, а после электрофлотокоагуляции – в пенообразующую камеру. Для ускорения процесса обезжиривания в камере установлена ​​мешалка.

Слой жира, уловленный в жироуловителе, направляется в камеру пенного пожаротушения. Флотоконцентрат и образовавшаяся в процессе жировая масса подаются в резервуар с помощью вакуумного оборудования, а затем отправляются на утилизацию.

Биологическая очистка в биофильтре-стабилизаторе

Для глубокого извлечения органических примесей в технологическую схему очистки сточных вод рыбоперерабатывающего производства устанавливаются биофильтры-стабилизаторы.

Установка состоит из биологического фильтра и стабилизатора, расположенного под ним. Биологический фильтр – это заполненный загрузочным материалом элемент очистных сооружений, через который происходит фильтрация сточных вод после флотации или коагуляции. На поверхности биофильтра образуется биологическая пленка.

В результате разницы температур между отработанной жидкостью и окружающим воздухом происходит непрерывная вентиляция через загрузку биофильтра.

Таким образом, жизнедеятельность микроорганизмов обеспечивается достаточным количеством кислорода. Газ расходуется в стабилизаторе на минерализацию биопленки и очистку сточных вод. Объем растворенного кислорода доводят до желаемых параметров уровня рециркуляции и интенсивности орошения загрузки биофильтра.

Биофильтр загружается из перфорированной винилопластиковой рулонной пленки, которая подвешивается вертикально на раму. Пористость загрузки – 98%, удельная поверхность – 66 м2/м3, расстояние между полосами пленки – 50 мм. Данный тип загрузочного материала выдерживает высокую нагрузку органических загрязнений без заиления и позволяет биофильтру работать с естественной аэрацией.

По периферии биофильтра-стабилизатора расположена зона отстаивания, в которой очищенные СВ осветляются и затем сбрасываются; продолжительность стабилизации биомассы при концентрации 2 г/л составляет не менее 12 суток.

Биомасса стабилизируется при ее переработке вместе с отработанной жидкостью, очищенной на флотационной установке. Образующийся ил не требует стабилизации; его обезвоживают и отправляют на свалку.

Видео по теме

В этом видео ролике описана технологическая схема очистки сточных вод от специфических загрязнителей, особенно хрома, кислот и щелочей:

Заключение

В статье рассмотрены основные методы очистки сточных вод – механические, химические, физические и биологические.

Механическая очистка осуществляется с помощью решеток, пескоуловителей, центрифуг и гидроциклонов, методом отстаивания и фильтрации. Химические технологии — окисление и восстановление, нейтрализация. При физической обработке используют магнитное и электромагнитное воздействие, ультразвук, ультрафиолетовое и ионизирующее излучение.

Отдельно выделены физико-химические методы удаления примесей – коагуляция и флокуляция, флотация и электрофлотация, ионный обмен, сорбция, экстракция, электролиз. Биологические технологии представлены анаэробной и аэробной обработкой, биоплотинами и дезинфекцией.

В качестве завершающего этапа очистки используются электрохимические методы и гиперфильтрация.