3.19. Водозабірні споруди для прийому води із підземних джерел

Вибір типу споруди для прийому підземних вод залежить від глибини їх залягання і потужності водоносного горизонту. Споруди для прийому підземних вод можна розділити на п’ять видів:

• водозабірні свердловини;

• шахтні колодязі;

• горизонтальні водозабори;

• променеві водозабори;

• кантагині камери.

Водозабірні свердловини використовують для підйому напірних і безнапірних підземних вод, залягаючих на глибин більше 10 м. Водозабірні свердловини це найпоширеніший вид водозабірних споруд, що використовуються для систем водо забезпечення міст, селищ і промислових підприємств.

Шахтні колодязі використовують для підйому підземних вод, що залягають на глибині не більше 30 м.

Горизонтальні водозабори облаштовують для прийому ґрунтових вод залягаючись на невеликій глибині (до 8 м), при малій потужності відносно горизонту.

Променеві водозабори служать для забору підземних вод залягаючись на глибині від 10 до 40 м.

Каптагині камери використовують при необхідності використання для водоспоживання джерельної води.

Водозабірні свердловини облаштовують шляхом буріння в землі свердловини, стінки яких укріплюють обсадними трубами. В міру заглиблення свердловини діаметр обсадних труб зменшують. В результаті свердловина набуває вигляду телескопічної форми (рис). Концентричні зазори між окремими обсадними трубами замазують (тампонують) цементним розчином. В шальних ґрунтах стінки свердловин обсадними трубами не украплюють.

1 – обсадні труби;

2 – глиныний замок;

3 – цементний розчин;

4 – грунт;

5 – водоупорны породи (глини, суглинки)

6 – пісок (водоносний горизонт);

7 – фільтр.

Рис. Водозабірна споруда

Над верхом водозабірної свердловини споруджують цегляну, бетонну або залізобетонну камеру, в якій облаштовують трубопровідні системи, системи автоматики і інші системи необхідні для функціонування роботи свердловини. В нижній частині свердловини установлюють фільтр, який складається з над фільтрової, водоприймальної (фільтрувальної) і відстійної частини. Водозабірні свердловини можна облаштувати фільтрами наступних типів: диргатими, щільовими, сітчатими, дротяними, гравійними.

В залежності від необхідної витрати і потужності водоносного горизонту облаштовують одну або декілька водозабірних свердловин, розташованих перпендикулярно напрямку потоку підземних вод, рис.

Рис. Схема розташування водозабірних свердловин

1 – самоточний або сифоний трубопровід; 2 – збірний колодязь; 3 – динамічний рівень води; 4 – напрям потоку підземних вод; водозабірні свердловини

Шахтні колодязі будують із бетону, залізобетону, цегли, бутового каменю і дерева. Найчастіше шахтні колодязі будують спускним методом, тому вони, як правило, мають круглу форм в плані. Дерев’яні колодязі роблять у вигляді зрубу із деревини і мають квадратну форму в плані.

Для прийому води дно шахтних колодязів викопують у вигляді зворотних фільтрів, шляхом пошарової засипки великозернистих матеріалів з поступовим збільшенням величини зерен знизу вверх.

В бокових стінках ботоних і залізобетонних колодязів виконують водоприймальні отвори шляхом розкладки в них труб при бетонуванні.

В цегляних і бутових колодязях водоприймальними отворами слугують незаповнені розчином наскрізні шви. При дрібнозернистих ґрунтах водоприймальні отвори в стінках шахтних колодязів доречно виконувати V – образної або похилої форми (гравітаційні фільтри), заповнюючи їх піском або щебнем по типу зворотних фільтрів. Така загрузка не вимивається в колодязь.

Для дебіту шахтних колодязів збільшують площу донного фільтру шляхом збільшення дна. Значного збільшення дебіту можна досягнути, облаштувавши радіально розташовані горизонтальні трубчасті фільтри. Такі водозабори називають променевими.

Навкруги шахти колодязя необхідно робити глиняний замок і відмостку із булижнику на піщаній основі. Стінки шахти колодязя рекомендовано виводити вище поверхні землі на висоту 800 мм. Це виключає засорювання колодязя і надходження в нього поверхневих вод.

Рис. – Шахтний колодязь із залізобетонних кілець

1 – залізобетонна кришка; 2 – вентиляційна труба діаметром 150 мм;

3 – відмостка щебенем; 4 – глина; 5 – зворотний фільтр

Горизонтальні водозабори виконують із залізобетонних, бетонних або керамічних труб із круглими або щільовимидними отворами. Для горизонтальних водозаборів доцільно використовувати труби овоїдального перетину у якій більше площа водоприймальної поверхні, рис.

Рис. Горизонтальний водозабір із залізобетонних труб овоідального перетину

1 – шар із зерном 12 – 15 мм; 2 – шар із зерном 5 – 7 мм; 3 – шар із зерном 1,5 – 2мм; 4 – шар із зерном 0,4 – 0,6 мм; 5 – бетон

Для запобігання вимивання водою часток ґрунту в водозабори їх обсипають фільтруючою пісчано-гравійню загрузкою. Для запобігання просочування в водозабори забруднених поверхневих стоків на поверхні землі над ними облаштовують глиняну подушку.

Променеві водозабори представлять собою вертикальні шахту (колодяь) до якої приєднується горизонтальні свердловини, що розходяться у вигляді променів від шахти. Розташовані в товщі водоносного шару горизонтальні свердловини являються приймачами води.

В залежності від місця розташування променеві водозабори розподіляються на: берегові – розташовані на березі річки; під руслові – розташовані під дном річки; комбіновані – з шахтою розташованою та береза річки і променевими свердловинами, розташованими на березі і під руслом ріки.

Використання джерельної води для цілей водоспоживання (каптаги джерел) здійснюється за допомогою каптагиних камер. Для забору вод висхідних джерел облаштовують каптагиині камери за подобою шахтних колодязів, розташовуючи їх над місцями виходу води, а для забору низхідних джерел облаштовують каптагині камери з прийомом води через бокові отвори в стінках.

4. Зворотний осмос

Спосіб зворотного осмосу полягає у фільтруванні розчинів під тиском крізь напівпроникні мембрани, які пропускають розчинник (воду) і повністю або частково затримують молекули або іони розчинених речовин. Цей спосіб ґрунтується на явищі осмосу – спонтанного проникнення розчинника (води) крізь напівпроникну мембрану в розчин, рис.

p<Π p=Π p>Π

а б в

Рис. Схема виникнення зворотного осмосу

«а» тиск, за якого встановлюється рівновага рис. «б» називається осмотичним. Якщо з баку розчину прикласти тиск, який перевищує осмотичний, то розчинник буде переноситися у зворотному напрямку рис «в». Цей процес називають зворотним осмосом.

Рушійну силу процесу зворотного осмосу у разі ідеальної напівпроникної мембрани визначають за формулою:

Δp = p – Π1,

де p – надлишковий (робочий) тиск над вихідним розчином; Π1 – осмотичний тиск розчину.

Однак на практиці напівпроникні мембрани не мають ідеальної напівпроникності, і тому крізь мембрану проникає деяка кількість розчиненої речовини. В цьому разі рушійну силу процесу визначають за формулою

Δp =p – (Π1 – Π2) = pΔΠ,

де Π2 – осмотичний тиск фільтрату, який проник крізь мембрану.

Для розрахунку осмотичного тиску Вант-Гофф запропонував рівняння стану ідеального газу:

Π = c R T,

де c – молярна частка розчиненої речовини; R – універсальна газова стала; T – абсолютна температура розчину, К.

Робочий тиск у зворотно осмотичному процесі значно перевищує осмотичний, оскільки потужність процесу визначається різницею тисків. Так для опріснення морської води за вмісту солей 3,5% робочий тиск у зворотно осмотичному апараті становить 7-8 МПа. Потреба застосування високих робочих тисків, які можуть досягати 10-25 МПа для очищення та опріснення концентрованих розчинів, є значним обмеженням використання зворотного осмосу, незважаючи на низькі питомі витрати енергії.

Істотним недоліком зворотного осмосу є також явище концентраційної поляризації, яке полягає у значному збільшенні концентрації розчиненої речовини в тонкому про мембранному шарі порівняно з її концентрацією в об’ємі розчину. Недоліком цього процесу є також потреба попереднього багатостадійного очищення розчинів від завислих, колоїдних часточок, мікроорганізмів, солей твердості та малорозчинних сполук.

Незважаючи на певні недоліки, спосіб зворотного осмосу широко застосовують для опріснення мінералізованих природних і стічних вод. Перевагою зворотного осмосу є те, що він відбувається без фазових перетворень і енергія здебільшого витрачається на створення підвищеного тиску над розчином та його продавлювання крізь мембрану. При цьому витрата енергії мінімальна і наближається до мінімальної термодинамічної роботи опріснення води. Важлива перевага зворотного осмосу та інших барометричних процесів – простота конструкції установок, які складаються з мембранних модулів, насосного обладнання та вузла попереднього очищення води.

Установки зворотного осмосу бувають періодичної і безперервної дії. В установках періодичної дії опріснювана вода циркулює у замкнутому контурі (із місткості вихідної води за допомогою насоса через мембранний апарат і знову в місткість вихідної води) до досягнення заданої концентрації солей у воді. В установках безперервної дії опріснювана вода проходить крізь мембранний апарат один раз і виходить з установки з певною концентрацією розчиненої речовини. Іноді застосовують комбіновані установки, так звані приливно-циркуляційні, в яких одна частина опрісненої води з відповідним вмістом солей подається споживачеві, а інша – повертається у вихідний розчин.

Застосовують одно- і багатоступінчате розділення з послідовним, паралельним та паралельно-послідовним сполученням мембранних елементів. Для очищення висококонцентрованих розчинів використовують багатоступінчате очищення, а для очищення та опріснення способом зворотного осмосу – рулонні та порожнинно-волокнисті елементи, інколи – плоско камерні і трубчаті.

Ультрафільтрування

Процес ультрафільтрування здійснюється під дією різниці тиску 0,05-0,5 МПа о обох боків мембрани Ультрафільтрування застосовують для розділення систем, в яких молекулярна маса розчинених компонентів набагато більша за молекулярну масу розчинника (води). На практиці ультрафільтрування використовують тоді, коли один із компонентів розчину має молекулярну масу понад 500 D (D – коефіцієнт дифузії).

В процесі ультрафільтрування застосовують дрібно-, середньо- і великопористі мембрани. Проникність і затримування речовин залежать від структури та складу ультрафільтру вальних мембран. Ці характеристики є досить важливими для їх практичного використовування, але недостатніми. Тому потрібно враховувати ще й механічну, хімічну і гідротермічну стійкість і інші фактори.

З метою оптимізації більшості характеристик мембран є створення композиційних дво- і багатошарових мембран. Кожний із шарів виконую певну функцію. Високу механічну, термічну, хімічну і біологічну стійкість мають плоскі або трубчаті неорганічні (керамічні) мембрани. Ці мембрани можна регенерувати термічним, хімічним або фізико-хімічним способами. Ці мембрани характеризуються нижчою продуктивністю та високою вартістю.

Нанофільтрування

Нанофільтрування – процес розділення речовин за робочих тисків 1-2 МПа з молекулярною масою 300-500 D. В процесі нанофільтрування можуть частково до (40-60%) затримуватися низькомолекулярні електроліти. Солі з двозарядними іонами затримуються на 80-98% і практично повністю (до 98-99,9%) органічні сполуки (спирти, цукри, пестициди, барвники та ін.). Дослідження довели, що цей процес за механізмом є зворотно осмотичним. Мембрани мають пори діаметром 1-3 нм.

Нанофільтруваня застосовують для очищення природних і стічних вод. Цей процес можна використовувати замість коагуляції і фільтрування для зм’якшення води, зменшення кольоровості.

Нанофільтрування можна застосовувати для підготовки питної води з поверхневих водойм без традиційного фізико-хімічного оброблення.

Мікрофільтрування

Мікрофільтрування – процес, який застосовують для відокремлення (води) завислих та колоїдних часточок розмірами 0,1-10 мкм. Рушійна сила процесу – різниця тисків 0,01-0,05 МПа з обох боків мембрани.

Для мікрофільтрування застосовують мембрани з розмірами пор 0,05-10 мкм. Їх виготовляють в вигляді полімерних плівок, трубок або порожнинних волокон із розчинів гідрофільних і гідрофобних полімерів. Зараз застосовують керамічні мікрофільтри у вигляді пластин і трубок. Одержують їх стіканням дисперсних порошків оксидів алюмінію, титану, цирконію. Неорганічні мікрофільтри виготовляють способом золь-гель-технології з нанесенням утворених золів та пористу керамічну підкладку з наступною термообробкою за температури 400 – 800 ˚С.

Мембрани

Мембрана (від грецького «перегородка») – пристрій у вигляді тонної розділювальної перегородки, яка здатна пропускати одні компоненти розчинів (чи сумішей) і затримувати інші. Вони належать до основних елементів конструкції установок, які визначають ефективність та надійність їх експлуатаційних можливостей і відповідати наступним вимогам:

– висока роздільна здатність (селективність);

– висока питома продуктивність (проникність);

– хімічна стійкість проти дії середовища розділювальної системи;

– сталість характеристик в процесі експлуатації;

– достатня механічна міцність, що задовольняє вимогам монтажу, транспортування, зберігання мембран;

– низька вартість.

Коефіцієнт селективності (затримування) розчиненої речовини визначається як:

R_c = 1 – C_ф / С_о, або R_c = (1 – C_ф / С_о)·100%,

та продуктивність (об’ємний потік) крізь мембрану

γ₀ = Δq / S Δt,

де C_ф і С_о – відповідно концентрації розчиненої речовини в початковому розчині і в фільтрі: Δq – об’єм фільтрату, що пройшов крізь мембрану площею S за проміжок часу Δt.

Селективність та продуктивність не є константами напівпроникних мембран і залежать від технологічних параметрів процесу (температури, тиску, концентрації забруднюючих речовин, гідродинамічних умов і ін.), то для характеристики їх функціональних властивостей використовують що такі показники, як коефіцієнт фільтрування (l_ф) та коефіцієнт відбиття мембрани (σ):

l_ф = γ₀ / Δp = Δq / S Δt·Δp;

σ = (Δp / ΔΠ) y → 0,

де ΔΠ – різниця осмотичних токів розчину з обох боків мембрани.

Коефіцієнт σ дорівнює нулю для повністю проникної (для певної розчиненої речовини) мембрани та одиниці – для ідеально напівпроникної мембрани. Цей коефіцієнт характеризує властивість мембрани без урахування умов здійснення процесу.

За природою матеріалу,з якого виготовляють мембрани їх поділяють на полімерні та неорганічні. Полімерні мембрани залежно від хімічного складу полімеру бувають: ацетат целюлозні, целюлозні, поліамідні, полісульфонові, полісульфоамідні, полівінілхлоридні, а неорганічні мембрани – металеві, керамічні, скляні, графітові і ін.

За пористою структурою мембрани поділяють на пористі та непористі (дифузійні). Непористі полімерні мембрани є квазігомогенними гелями, крізь які розчинник і розчинені речовини проникають під дією градієнта концентрацій (молекулярна дифузія). Пористі мембрани бувають ізотропними та анізотропними. Ізотропні мембрани мають однаковий діаметр пор у всьому об’ємі, тоді як в анізобронних мембран діаметр пар поступово зменшується у поперечному перерізі. Асиметричні анізотропні мамбрани характеризуються також збільшенням діаметра пор робочої тапідстиляючої поверхні. В цьому разі вирізняють шари мембрани з приблизно однаковим діаметром пор.

За геометричною формою мембрани виготовляють у вигляді пластин, плівок, трубок і порожнистих волокон. Плівки і пластини мають товщу 100 – 150 мкм, пластини – 2 – 3 мм, трубки – внутрішній діаметр 5 – 25 мм, порожнисті волокна – внутрішній діаметр 20 – 100 мкм і товщину стінки 10 – 50 мкм.

Мембрани за функціональними ознаками бувають діалізні, електродіалізні (іоннообмінні), зворотноосматичні, ультра-, мікро-, нано-, мікрофільтрувальні.

За способом отримання і станом мембрани бувають сухі, мокрі (навряклі в розчиннику), динамічні, мембрани з жорстко структурою, які виготовляють виготовляють способом осадження, стікання, просочування, напилення тощо.

Відомо три основних способи виготовлення напівпроникних мембран: сухий (спонтанний), мокрий (коагуляційний), термічний. Найпоширеніним способом виготовлення полімерних мембран є коагуляційний. Його застосовують для виготовлення пратично всіх типів мембран за винятком іоннообмінних.

Суть цього способу полягає в фазоводисперсному перетворенні концентрованного розчину полімеру у вигляді гелевої плівки чи волокна на жорстку пористку структуру. Цей процес є багатостадійним і складається з таких процесів: розчинення полімеру в органічному розчинику; очищення розчину від домішок; дегазації і коричування складу; часткового випаровування розчинника з поверхні плівки розчину, налитого на підкладку; осадження мембрани і промивання її водою, гідротермічне оброблення за 80 – 90˚С, дефектоскопія та змотування в рулони.

Сухий спосіб виготовлення мембран полягає в повному випаровуванні розчину полімеру.

Каналізація

Системи та схеми каналізації

Види стічних вод

Вода, що була використана для різних потреб у побуті або на виробництві і отримала при цьому додаткові домішки (забруднення), які змінили її хімічний склад або фізичні властивості, називають стічною водою. До стічних вод належать також атмосферні води, води для лиття доріг, які відводяться з території населених пунктів і промислових підприємств.

Побутові стічні води – це води, які утворюються в житлових адміністративних і комунальних будинках, а також в побутових приміщеннях промислових підприємств. Це стічні води, які надходять в каналізаційну мережу від санітарно-технічних приладів (умивальники, раковини, унітази, трапи, бані, пункти прання білизни і ін. побутові прилади).

Виробничі стічні води – це води які утворюються в процесі виробничої діяльності при виготовленні товарів, виробів, продуктів, матеріалів і іншої діяльності де в технологічних процесах використовується, як правило прісна вода. До них потрібно віднести відпрацьовані технологічні розчини, кубові останки, маточники, технологічні промислові води, води барометричних конденсаторів, вакуумних насосів і охолоджуючих систем; шахтні і кар’єрні води; води від миття обладнання, хім. водоочищення, від миття виробничих приміщень; охолодження газоподібних відходів і викидів, очищення твердих відходів і їх транспортування.

Атмосферні стічні води – це води які утворюються при випаданні дощів, танення снігу, та поливу і миття твердого покриття доріг, тротуарів як на території населених пунктів так і на території промислових підприємств. Дощові води іноді називають зливовими в наслідок того, що максимальні розрахункові витрати води утворюються в результаті випадання зливових дощів. Води для поливу і миття твердого покриття доріг, тротуарів, а також автозаправних станцій, стоянок автомобілів, пункти миття автомобілів мають значні витрати води, а також мають суттєві забруднення, особливо ПАР і СПАР.

Основними характеристиками стічних вод є: кількість стічних вод, що характеризується витратами, які вимірюються в л/с, м³/с, м³/год, м³/зміну, м³/добу; питомими витратами, види (компоненти) забруднень і їх кількість в стічних водах, які характеризуються концентрацією, забруднень що вимірюють в мг/л чи г/м³. Важливою характеристикою стічних вод є ступінь рівномірності (чи нерівномірності) їх утворення і надходження в водовідвідні каналізаційні мережі. Вона вимірюється характеристикою нерівномірності скидання стічних вод за годинами доби в році. Ці характеристики зважаються при проектуванні каналізаційних систем.

В побутових стічних водах містяться забруднення мінерального і органічного походження. Ті й інші знаходяться нерозчиненому і розчиненому колоїдному стані. Частину нерозчинених забруднень називають зависями, Найбільшу санітарну безпеку становлять забруднення трагічного походження. В стічних водах завислих речовин органічного походження знаходиться 100…300 мг/л. Вміст органічних забруднень, що містяться в стічних водах в розчиненому стані, оцінюється значеннями біохімічного споживання кисню (БСК) і хімічного споживання кисню (ХСК). Побутові стічні води мають БСК = 100…400 мг/л, а ХСК = 150…600 мг/л, що говорить про те, що вони дуже забруднені.

За концентрацією забруднень виробничі стічні води можна поділити на три основні групи:

– чисті води (після охолодження поверхонь устаткування, компресорів, двигунів. Однак і ці води іноді містять незначну кількість забрудників, тому їх іноді відносять до умовно чистих);

– малозабруднені води (умовно чисті, головним чином це води після промивання готової продукції);

– брудні води (рівень їх забруднення визначається багатьма чинниками).

Стічні води першої і другої групи, використовують як оборотні або для розбавлення брудних вод у разі недопустимих високих концентрацій у них забрудників.

Методи і принципи каналізування

Під час вибору принципових методів і схем каналізування певного району необхідно насамперед розглянути можливість сумісного відведення та очищення стічних вод населених пунктів і промислових підприємств, які знаходяться в межах міста чи певного району. Сумісна каналізація такого комплексу є економічна доцільність за деякими показниками, насамперед більш надійне в санітарному і екологічному відношенні впливу на довкілля. Питання відносно доцільності приєднання до централізованої системи каналізації підприємств, розташованих далеко від каналізаційних систем, чи створення системи автономної каналізації вирішується техніко-економічним порівнянням варіантів.

В деяких випадках виробничі стічні води неможливо очистити на підприємстві через особливості їх складу. Очищення таких вод значно спрощується, якщо в разі змішування їх з побутовими стічними водами за певними умовами і вимогами вони можуть скидатися в каналізаційні мережі.

У відповідності до цих умов виробничі стічні води піддають обробці, що відповідає умовам і вимовам скидання цих вод у каналізацію. Спосіб обробки вибирають з урахуванням характерних особливостей домішок, які необхідно видалити.

Якщо в каналізацію складають виробничі стічні води насичені вмістом сильних кислот або лугів, які можуть негативно вплинути на каналізаційні споруди або на процес біохімічного очищення суміші побутових і виробничих стічних вод, то їх необхідно обов’язково нейтралізувати відповідними реагентами.

Для забезпечення нормальних умов роботи очисних споруд необхідно окрім зазначених витримати і наступні необхідні умови:

– температура суміші, яка очищується, не повинна виходити за межі 6 – 30˚С;

– загальна концентрація розчинених солей в суміші не повинна перевищувати 10 г/л, біологічне споживання кисню (БСК₂₀) суміші не повинно бути більшим за 500 мг/л (для звичайних біологічних фільтрів і аеротенків) і 1000 мг/л (для аеротенків з системами розбризкуванням стічної рідини);

– вміст біогенних елементів повинен становити: при БСК₂₀ < 500 мг/л – мінімум 15 мг/л амолійного азоту і 3 мг/л P₂O₅, при БСК₂₀ = 500…1000 мг/л – мінімум 25 мг/л амонійного азоту і 8 мг/л P₂O₅.

У тих випадках, коли концентрація суміші виробничих і побутових стічних вод перевищує наведені вище норми, то для забезпечення регламентного процесу очищення на міських очисних спорудах необхідно знизити концентрації шляхом обробки стічних вод безпосередньо на самому підприємстві, або ввести в стічну суміш необхідну кількість біогенних елементів на самих очисних спорудах.

Під час вибору методів і принципових положень каналізування стічних вод промислових підприємств слід брати до уваги наступне:

– кількість, склад, властивості стічних вод окремих виробничих цехів і режим їх відведення;

– можливість зменшення кількості забруднених виробничих стічних вод підприємства за рахунок раціоналізації технологічних процесів;

– можливість повторного використання виробничих стічних вод у системі оборотного водопостачання, або використання їх в інших цехах, де менш жорсткі вимоги до якості води;

– доцільність вилучення і використання цінних речовин, що містяться у виробничих стічних водах підприємства;

– можливість і доцільність сумісного каналізування кількох поряд розташованих промислових підприємств та інших об’єктів, а також можливість приєднання їх до міської або районної каналізації;

– умови скидання виробничих стічних вод у водойми і потрібний ступінь їх очищення;

– можливі способи очищення стічних вод;

– техніко-економічні показники з кожного варіанта рішення.

На промислових підприємствах багатьох галузей періодично виникає необхідність разового скидання збільшеної кількості стічних вод, а також аварійних скидань стоків. У зв’язку з цим споруди каналізації і очищення стічних вод обладнують приймальними резервуарами відповідної місткості, які дають змогу регулювати надходження стічних вод до каналізаційної мережі і на очисні споруди.

Несталість складу виробничих стічних вод зумовлює необхідність в усереднювальних резервуарах, які повинні забезпечувати надійне вирівнювання складу стоків за допомогою їх механічного перемішування чи за рахунок хімічної взаємодії.

В разі каналізування низки поряд розташованих промислових підприємств, в тому числі підприємств, які скидають дуже різні за складом стічні води, комплексність вирішення питань каналізування стоків набуває особливого значення. Взаємодія різних стоків може значно змінити фізичні властивості і хімічний склад виробничих стічних вод і полегшити як умови їх транспортування по трубам, так і здійснення очищення об’єднаного стоку. Спільне каналізування промислових підприємств зменшує вартість будівництва очисних споруд і їх експлуатацію.

Системи каналізування

Система водовідведення – це технологічний прийом об’єднання або роз’єднання потоків стічних вод різного походження. В практичному використанні були розповсюджені загально сплавні і комбіновані системи каналізації. Роздільні системи підрозділяються на повні роздільні, неповні роздільні, напівроздільні.

Загальносплавна система водовідведення має єдину водовідвідну систему для відведення стічних вод всіх видів: побутових, виробничих, дощових, а також вод для миття і поливу доріг і тротуарів і інших територій. Ці системи використовують за наявності біля об’єкту каналізації великого проточного водоймища, яке має великі само очищаючи властивості. Особливістю цієї системи є те, що головний колектор обладнується зливовим випуском безпосередньо в водойму без очищення стічних вод.

З агальносплавна система водовідведення забезпечує задовільний санітарний стан житлової забудови і промислової зони об’єктів каналізації. Але при експлуатації такої системи відзначається відсутність біологічної рівноваги в водоймі. Якщо при загальносплавній системі каналізації стічні води, що мають мінералізацію, яка допускає біологічне очищення стічних вод, а загальна кількість мінеральних солей у стоках не змінює вмісту солей у водоймі – приймаючи більше, ніж на величину, що визначається ГДК, то допускається скидання стічних вод без очищення.

Рис. Загальносплавна система каналізації

Повна роздільна система каналізації передбачає збирання і транспортування з міських територій і територій виробничих підприємств зливових, побутових і виробничих стічних вод окремими каналізаційними мережами. У неповній роздільній системі каналізування деякі види стічних вод згруповують і використовують об’єднану каналізаційну мережу.

П овна роздільна система каналізування стоків (що найменше з трьома роздільними каналізаційними мережами – зливовою, побутовою і виробничою) обов’язково застосовуються в тих районах де неможливо використання об’єднаної системи за умовами неможливості очищення побутових, виробничих і дощових стічних вод. Недоцільність змішування виробничих, побутових і зливових стічних вод виникає тоді коли виробничі стічні води містять велику кількість механічних домішок мінерального походження або домішок, наявність яких значно ускладнює очищення суміші, обробку та утилізацію осаду, що утворюється в результаті очищення. В цьому випадку на підприємстві споруджують очисні споруди, де використовують фізичні, фізико-хімічні процеси локального очищення виробничих стічних вод. Якщо територія не забруднена токсичними продуктами виробництва, зливові води можна безпосередньо скидати у водойму або після їх відстоювання в контрольному басейні використовувати для виробничого водопостачання, зокрема для підживлення системи оборотного водопостачання.

Рис. Повна роздільна з трьома мережами каналізації

Методи очищення стічних вод

Методи очищення стічних вод можна розподілити на такі групи: механічні, фізико-хімічні, хімічні, біохімічні.

Механічне очищення застосовують для стічних вод, що містять переважно завислі, плаваючи та грубоемульговані тверді і рідкі нерозчинні забруднюючі речовини. Здійснюють його методами, що ґрунтуються на використанні гравітаційних і відцентрових сил, а також проціджування та фільтрування.

Для очищення виробничих стічних вод від таких неорганічних забруднень як іони важких металів, отрути та інші токсичні речовини, застосовують хімічне або фізико-хімічне очищення.

Хімічне очищення – застосовують у випадку, коли виділення забруднень із стічних вод можливе тільки внаслідок хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і реагентами, які вносять у стічні води. Очищення ґрунтується на використанні хімічних (електрохімічних), окисно-відновних процесів, в результаті яких забруднення перетворюється на нові нешкідливі сполуки, що частково чи повністю випадають в осад, або виділяються у вигляді газів. У разі хімічного очищення часто застосовують і просту нейтралізацію, яка супроводжується коагуляцією з властивими їй фізичними процесами.

Фізико-хімічне очищення. Основними методами фізико-хімічного очищення стічних вод є сорбція, екстракція, коагуляція, електрокоагуляція, флотація, іонний обмін, кристалізація, електродіаліз, випаровування, ректифікація, мембранні технології осмосу і зворотного осмосу. Ці ж методи передбачають видалення із каналізаційних стічних вод цінних речовин і відносяться до регенеративних та рекуперацій них технологій.

Біохімічне очищення застосовують тоді, коли стічні води містять переважно органічні забрудники, або слабо концентровані забрудники, які видаляються (нейтралізуються) шляхом їх окиснення.

Біологічні методи очищення промислових і побутових стічних вод ґрунтується на використанні мікроорганізмів, які використовують органічні речовини як джерело енергії та їжі. При цьому органічні сполуки розкладаються на продукти окиснення при аеробному та анаеробному очищенні. Анаеробний метод передбачає одержання твердого осаду (пластівців) і метану, аеробний метод передбачає вирощування біологічної плівки на відповідній загрузці (щебінь, біологічні фільтри і ін.).

Очищення стічних вод здійснюється на очисних установках, спорудах і станціях. За місцем розташування вони розподіляються на локальні (які використовуються для окремих об’єктів); загальнозаводські (для окремого підприємства або групи споріднених за технологією підприємств) і районні і міські очисні споруди (міста, населеного пункту, району).

Умови скидання стічних вод у водойми

Скидання стічних вод після очищення в водойми відноситься до спеціального водовикористання і здійснюється на основі дозволу міського органу екологічної безпеки. Відведення стічних вод у водойми регламентується значущістю останніх для водокористування, особливо господарсько-питного.

Нормативи якості води встановлюються для водойм двох типів: господарсько-питного і культурно побутового призначення та рибогосподарського призначення.

Дія нормативів якості води поширюється на акваторію для проточних водойм – на 1 км вище від найближчого за течією населеного пункту, водозабору; а для непроточних водойм на 1 км по обидва боки від місця водокористування. Водозабори це особлива охоронна зона, яка охороняється.

Скидання стічних вод у водойми регламентується нормативами ГДК шкідливих речовин у воді водойм. Практично у складі стічних вод у водойми можуть потрапляти багато видів забрудників, що приводить до комплексної дії на якість води в водоймі. Комплексну дію багатьох речовин неможливо встановити тому використовують метод оцінки сумарного ефекту впливу на санітарний стан водойми кількох шкідливих речовин за формулою:

С₁ / ГДК₁ + С₂ / ГДК₂ +…+ С_i / ГДК_i ≤ 1

де С₁, С₂, С_i – концентрації шкідливих речовин у воді водойми; ГДК₁, ГДК₂, ГДК_i – їх гранично допустимі концентрації.

Ще одна методика відведення стічних вод у водоймища базується на нормах гранично допустимих скидань шкідливих речовин ГДС – це максимально допустима маса речовини, яка відводиться зі стічними водоймами в одиницю часу і яка дозволяє забезпечити виконання норм якості води в контрольному створі водного об’єкту для найгірших умов водокористування. ГДС встановлюють для кожного випуску стічних вод у водойму. ГДС для кожного показника якості води визначається як добуток максимального добового скидання стічних вод на його гранично допустиму концентрацію

ГДС = Q_год · ГДК_гдс

де Q_год – максимальне годинне скидання стічних вод у водойму, м³/год; ГДК_гдс – гранично допустима концентрація збудника, г/м³.

Розрахунок базується на наступних методологічних положеннях:

ГДК_гдс розраховується для найгірших умов використання. Вони характеризуються наступними параметрами:

– розрахункова витрата водотоку відповідає максимальній середньомісячній витраті року 95 % водної забезпеченості для незарегульованих водотоків або мінімальній гарантованій витраті через греблю – для зарегульовних водотоків;

– значення показника в фоновому створі (фонова концентрація) визначається розрахунковим шляхом як статичного обгрунотована верхня межа можливих середніх значень;

– норми якості води в контрольному створі повинні виконуватися в найбільш забрудненій частині потоку.

– ГДК_гдс установлюється для визначення необхідного ступеню очищення стічних вод, які скидаються в водні об’єкти при додержанні нормативів екологічної безпеки водоспоживання;

– якщо фонова концентрація по якимось показникам не відповідає нормам якості води, то ГДК_гдс повинно забезпечуватись безпосередньо в стічній воді;

– розрахункова величина ГДК_гдс не повинна бути більшою за фактично досягнуту (проектну) величину концентрації;

– випуск стічних вод в межах населеного пункту дозволяється в виняткових обставинах; в такому випадку екологічні норми якості води повинні виконуватися в стічних водах;

– для міських стічних вод, які пройшли повне біологічне очищення встановлюються наступні ГДК_гдс: БСК₅ – не більше 15 г/м³, ХСК – не більше 80 г/м³, завислих речовин – не більше 15 г/м³; скидання решти забруднюючих речовин нормується виходячи із умов виконання досягнутої категорії якості води водного об’єкту;

– якщо скидання стічних вод відбувається в межах населеного пункту, але здійснюється через ефективний розшочий випуск, до ГДС повинне забезпечувати виконання норм якості води в зоні початкового розбавлення розсію чого випуску;

– якщо природна якість водного об’єкту (природний фон) за окремими показниками перевищує ГДС, то величина ГДС повинна забезпечувати збереження фонового стану водного об’єкту.

Вихідними даними для розрахунку ГДС є: тип водного об’єкту, який приймає стічні води; розрахункові значення фонової концентрації; кратність розбавлення стічних вод, яке відповідає найгіршим гідрологічним умовам; тип випуску стічних вод; місце розташування виписку; фактичні (проектні) значення концентрацій в стічній воді; затверджена максимальна погодинна витрата стічних вод.

Класифікація випусків стічних вод у водойми

Випуски стічних вод в водні об’єкти можна класифікувати:

– За типом водойми: річні, озерні, морські;

– За місцем розташування: берегові, руслові, глибинні;

– За конструктивним виконанням: затоплені, незатоплені, зосереджені, розсіюючи. інжекторні.

Берегові зосереджені випуски проектуються у вигляді відкритих каналів. При цьому відбувається незначне розбавлення скидаючи стічних вод з водою водойми. Тому використання самоочисних спроможностей водойми дуже низька. Такі випуски використовують для скидання дощових або мало забруднених стічних вод. Берегові випуска можуть бути затопленими і незатопленими. Затоплені випуски представляють собою берегові колодязі з виходом стоків під рівень води в водоймі.

Рис. Незатоплений береговий випуск: 1– бетонна стіна; 2 – лоток.

Русловий випуск представляє собою трубопровід, висунутий в русло ріки. Випуски цього типу розподіляються на зосереджені, розсіюючи і ежекторні. Зосереджений русловий випуск закінчується оголовком у вигляді бетонного блоку.

A

УМВ

Б

3

УМВ

Схема руслових випусків: А – зосереджений, Б – розсіючий

1 – береговий колодязь, 2 – бетонний оголовок, 3 – оголовки з насадками

Р озсіючи випуски мають горизонтальний участок трубопроводу, по всій довжині котрого розміщено декілька оголовків або зроблені прорізі. Такий участок може бути розташований в канаві с засипкою або приподнятий над дном ріки. Ежекторні випуски мають декілька ежектируючих насадок та трубопроводі. Оголовки можуть бути найрізноманітніших конструкцій (див. рис.), які споруджені для збільшення швидкості рідини.

А

2

3

1

Оголовки розсічи випусків

А – з конусним розтікачем, Б – з відведенням і соплом, В – без насадки

1 – розподільчий трубопровід, 2 – розтікач, 3 – сопло, 4 – гравійна засипка

Глибині випуски аналогічні русловим. Вони застосовуються при видалені стоків в озера, водосховища і моря. Ці випуски відрізняються великим заглубленим оголовком.

Трубопроводи для руслових випусків виготовляються з стальний або пластмасових труб.

Споруди фізико-хімічного очищення стічних вод

Область застосування і класифікація споруд

фізико-хімічного очищення стічних вод

Методи очищення стічних вод в основі, а основі яких лежать процеси що описуються фізико-хімічними законами, називають фізико-хімічними.

Стічні води, як термодинамічні системи, володіють запасом внутрішньої енергії (енергія зв’язку молекул і атомів в структурі речовин забруднюючів енергія зв’язку речовини з водою) і зовнішньою енергією (механічна, спричинена рухом потоку води). Цей енергетичний запас енергії забезпечує динамічну стійкість забруднень в стічних водах. Зменшення кінетичної енергії потоку стічної води приводить до видалення спливаючих або осідаючих забруднень. В процесах біохімічного очищення стічних вод використовується частина внутрішньої енергії, яку поставляють біоценози.

Структура забруднень стічних вод, обумовлена внутрішньою енергією, що не доступна до біоценозів і не може бути зруйнована біологічними і механічними методами очищення стічних вод, відноситься до категорії тяжкоокиснюваних або стабільних. Як правило це стоки промислових підприємств. Очищення таких стічних вод можливо при порушенні їх стабільності шляхом використання зовнішньої енергії. Ефективним енергетичним впливом на структуру забруднень стічних вод можуть бути фізико-хімічні процеси. Найбільше використання фізико-хімічні процеси знайшли в системах очищення промислових стічних вод. На міських очисних спорудах фізико-хімічні методи використовуються для доочищення стічних вод, а також для швидкого вводу очисних споруд в дію після великих перерв постачання стічних вод на очищення, відсутності або нестабільності енергопостачання, присутності в стічних водах токсичних для біоценозів речовин і інших.

Очисні споруди, що використовують фізико-хімічні методи очищення стічних вод модна визначити, як розподільні і деструктивні. На спорудах першої групи забруднень вилучають із стічної води в виді концентрованих розчинів, шламів і осаду. В спорудах деструкторів забруднення руйнуються безпосередньо в стічній воді і продукти деструкції залишаються в самій воді.

В схемах станцій очищення стічних вод населених пунктів знайшли використання такі методи як флотація, коагуляція, сорбція, які використовують на різних етапах обробки води.

Очищення стічних вод флотацією

Флотація один із видів адсорбційно-бульбашкового розділення, що ґрунтується на формуванні спливаючих агломератів (флотокомплексів) забруднень з дисперсною газовою фазою. Всі наявні способи можна розподілити на наступні групи:

– подрібнення газової фази в товщі рідини;

– безпосереднє виділення із оброблюваної води;

Способи одержання дисперсних газових фаз

Барботажні системи одержання дисперсного газового середовища являються найбільш застосованими. Диспергуючий газ проходить через отвори газорозподільного пристрою, зануреного у стічну воду і утворює потік бульбашок.

Механічні системи одержання дисперсного газового середовища. Чисто механічні системи для одержання дисперсного газового середовища використовуються не часто. Найбільше використовують комбіновані системи де застосовують барботажні системи з наступним диспергуванням турбіною. При цьому газова фаза утворюється при витіканні газу із барботера, розташованого нижче мішалки, або газ подається безпосередньо в мішалку, яка обладнана отворами для витікання газу.

Розмір часточок газової дисперсії залежить від інтенсивності перемішування, часу і температури.

Одержання дисперсного газового середовища із пересичених газових розчинів. Пересичений розчин газу в воді можна одержувати при попередньому насиченні, або в результаті проходження хімічних, електрохімічних, мікробіологічних і інших процесів що супроводжуються утворенням газоподібних продуктів реакцій.

Формування дисперсно-газового середовища при протіканні реакцій, що супроводжуються виділенням газів. Про протікання в очищувальній воді хімічних, біохімічних і інших реакцій, що супроводжуються виділенням газів одержують пересичені газові розчини із яких виділяються бульбашки газу. Відмінність цього метода від попереднього заклечається в термінах одержання перенасичених розчинів. На початку реакції потрібний час для появи стану перенасичення рідкої фази газовим компонентом.

Якщо для реакцій використовуються тверді продукти, то газ виділяється на їх поверхні і такі реакції називаються саморегулюючими.

Для електрохімічних процесів швидкість одержання дисперсного газового середовища залежить від густини току і електрохімічного виходу реакції. Розмір бульбашок залежить від поверхневих властивостей межі розподілу «газ-рідина-тіло».

Розміри бульбашок газової дисперсії непостійні по висоті флотаторів при любих способах їх одержання. Окрім умов утворення , дисперсний склад бульбашок суттєво залежить від гідродинамічного режиму флотаційної споруди.

Ефективність флотаційного очищення залежить від виду флотаційної споруди і умови формування в очищуваній воді флотаційного комплексу, рис

Дисперсні частинки

а ) б) в)

ПАР

бульбашки газу

Рис. Основні типи елементарних флотокомплексів

а – газово-дисперсний; б – дисперсно-газовий; в – газово-мелукулярний

Тип «а» утворюється в результаті зіткнення дисперсних частинок забруднень (твердих або рідких) зі спливаючими бульбашками повітря або іншого газу. Структура такого флотокомплексу складається за невеликого числа відносно великих бульбашок. Умовно такий комплекс можна назвати газово-дисперсним. Він характерний для флотаційних споруд з пневматичною, гідромеханічною системою одержання дисперсно-газової фази.

Тип «б» утворюється при ділі лені газу із обробленої води в умовах зменшення його розчинності, де дисперсні часточки забруднень стають центрами формування флотокомплексів. В подальшому, в результаті формування коалесценції газової фази, тип «б» може трансформуватися в тип «а». Але за присутності в воді ПАР тип «б» достатньо стійкий. Флотокомплекси цього типу характерні для компресійних, вакуумних і інших спорудах з одержанням дисперсно-газового середовища, видалення його із води. Структурно він визначається як дисперсно-газовий.

Багато органічних речовин що входять до системи забруднень стічних вод проявляються сорбційні якості на поверхні розподілу фаз «вода-газ». Контакт спливаючих бульбашок з такими речовинами приводить до появи на їх поверхні адсорбційного шару, що формує тип «в» флотоком комплексу – газово-молекулярний. Прикладом є флотокомплекс який виникає при контакті бульбашок з молекулами ПАР.

Технологічні схеми флотаційних споруд

Основні технологічні схеми використання флотаційних методів очищення стічних вод приведені на рис.

а ) б)

в ) г)

Рис. Технологічні схеми флотаційних установок

1 – камера флотаціі; 2 – сатуратор (апарат для насичення рідини газом)

На схемах зазначено: Q_o – витрата стічної води на камеру флотації; Q_пов – витрата повітря на створення дисперсно-газового середовища в камері; Q_к – видалення із стічної води в камері забруднень; С_о – концентрація забруднень до камери флотації; С_к – концентрація забруднень в флотошламі; С_очищ – концентрація забруднень в очищеній воді; Q_дис – дисперсна фаза; Q_р – рециркуляційні витрати; Q_к – витрати флотошламу.

За схемою «а» виконуються флотаційні процеси, в яких використовують барботажний, пневмомеханічний, електрохімічний і інші способи одержання дисперсно-газового середовища у флотаційній камері. Схеми «б» і «в» виконуються для одержання дисперсно-газового середовища в компресійному і вакуумних способах, «г» – при компресійному і гідромеханічному методою

Матеріальний баланс потоків флотатора в загальному вигляді можна записати в наступному вигляді

С_о · Q_о – С_к · Q_к = С_очищ (Q_о – Q_к)

З розгляду технологічних схем флотаційних методів видно, що у всіх схемах використовуються флотаційна камера, яка може бути одно і багатосекційною.

Конструктивною особливістю різних типів флотаційних споруд є склад допоміжного обладнання що в значній мірі обумовлюється способом одержання дисперсного газового середовища, системою розподілення стічних вод, що подаються на очищення пристрою для збору і видалення флотошламу, системи випуску очищеної води, що забезпечує гідравлічний рівень у флотаторі.

На рис. представлені флотатори. Конструкція – це барботажна споруда, що відрізняється простотою і малими витратами енергоспоживання. Для зменшення негативного впливу продольного перемішування в камері флотації виділяються дві і більше послідовні секції. Повітря у флотаційну камеру подається через фільтроносні пластини, труби, насадки розташовані на дні камери. Розмір пор становить 50 – 200 мкм, а тиск повітря 0,1 – 2 МПа, термін флотації 20 – 40 хвилин. Робоча глибина камери флотації становить 1,5 – 3 м.

Недоліки:

– значна інтенсивність змішування;

– заростання пор фільтроносних елементів;

– важкість підбору пористих матеріалів для одержання близьких за розмірами бульбашок.

6

2

5

1

4

Рис. Барботажний флотатор

Подача стічної води:

відведення флотошламу

відведення стічної води

система одержання газової дисперсії

камера флотації

піновиділяючий пристрій

імпелерні – наводненість піни (ПАВ)

компресійні –

електрохімічні –

Очищення стічних вод коагулянтами

В якості коагулянтів використовують сульфат амонію Al₂(SO₄)₃·18H₂O; амолінат натрію NaAlO₂; і ін., а також залізовмісні коагулянти Fe₂(SO₄)₃·2H₂O; Fe(SO)₄·3H₂O; FeSO₄·7H₂O; FeCl₃ – хлорне залізо.

Технологічні схеми методу коагуляції

Для ефективного проведення процесу коагуляції необхідно забезпечити найбільш сприятливими умовами протікання гідролізу коагулянтів і утворення міцних пластівців достатніх розмірів для їх швидкого осадження або доброму флотокомплексу. Змішування коагулянту з водою повинно проходити таким чином, щоб одразу утворювалась велика кількість малих агрегатів, що в подальшому стануть центрами кристалізації гідроксидів, забезпечуючими формуванню великих пластівців.

В технологічних схемах когуляції використовуються різні схеми, забезпечуючі надшвидкісні результати очищення стічних вод в конкретних умовах. Схеми коагуляції представлені на рис.

а ) неперервна

б) неперервна з поверненням

частини осаду

в) роздільна

г) порційного типу

д) періодичне

Рис. Технологічні схеми методу коагуляції

а – неперервні; б – неперервні з поверненням частини осаду; в – роздільні; г – дробові; д – переривисті;

1 – подача стічних вод; 2 – змішувач; 3 – камера флокуляції; 4 – розподільча споруда; 5 – відведення очищеної води; 6 – подача коагулянту; 7 – відведення осаду.

Імпелерна система

1

1 – 3 подача стічних вод і відвід очищеної води

2 – відведння флотошламу

4 – система отримання газової дисперсії

5 – камера флотації

6 – піновиділяючий пристрій

За схемою «а» розчин коагулянту подають в очищену воду безперервно в змішувач. Ефективність коагуляції залежить від системи управління процесом, яка повинна швидко реагувати на зміну кількості надходження води.

Інтенсифікацію процесу коагуляції можна досягти шляхом повернення частини раніше с коагульованих і відокремлених домішок. Рециркуляція прискорює процес утворення найбільш міцних пластівців. Розчиняють рециркуляцію по внутрішньому і зовнішньому контурах. При рециркуляції по внутрішньому контуру пластівці, що утворились повертають в місце подачі коагулянту без виходу із рециркуляційної ємкості. В випадку рециркуляції по зовнішньому контуру передбачається відведення шламу із камер пластівцеутворення, прояснювачів, відстійників, фільтрів і флотаторів і повернення в змішувач.

Введення реагентів в відносно невеликий об’єм очищуваної води, а потім швидке змішування з рештою її частиною, інтенсифікує і стабілізує процес коагуляції (схема «в»). Це відбувається внаслідок найбільш швидкого початку формування пластівців при збільшених концентраціях коагулянту в відокремленій частині потоку стічних вод. В результаті такої обробки утворюються великі пластівці, що збільшує ступінь прояснення води.

Ефективним способом коагуляції є дробова (порційна) подача коагулянту декількома порціями, або послідовно різні коагулянти (схема «г»). В цьому випадку одержуємо полідисперсні агрегати коагулянту, а також збільшується період існування позитивно заряджених полі ядерних гідрокомплексів, в результаті чого інтенсифікується процес коагуляції.

Періодичне коагулювання (схема «д») базується на суміщенні роздільного і порційного способів. Терміни подавання збільшених доз коагулянту чергуються з термінами повного припинення подачі коагулянту. В результаті такого оброблювання стічної води проходять коливання pH, що сприяє зародженню центрів коагуляції в стічних водах із складною структурою забруднень.

Споруди для коагулювання стічних вод

Коагулянти змішують зі стічною водою, що обробляється в змішувачах. Використовують перегород часті, шайбові, дірчаті і вертикальні змішувачі, а також механічні з поперечним очищенням і лопаточними змішувачами.

За видом руху потоку очищуваної рідини камери пластівцеутворення можуть бути водоворотні, перегородчаті, вихрові, а також з механічним змішуванням.

Перегородчаті камери можуть бути горизонтальними і ветрикаотними. В горизонтальних камерах стічна вода протікає по декількох послідовно з’єднаних коридорах. Змішування здійснюється за рахунок декількох поворотів стічної води.

Водоворотні камери пластівцеутворення представляються собою циліндр, в верхню частину якого із змішувача вводиться стічна вода через діаметрально розташовані сопла з протилежним напрямом виходу води із сопел в камері підтримується круговий рух води. В нижній частині камери перед виходом у відстійник знаходяться гасптерь обертового руху стічної води.

Вихрова камера пластівцеутворення представляє собою конічний або циліндричний з розширяючим до верху резервуар, з нижнім випуском стічної води. Кут похилу стінок камери до лінії горизонту становить 70˚.

В камерах пластівцеутворення, обладнаними лопаточними змішувачами, термін перебування стічної води 20 – 30 хвилин, а швидкість руху води 0,15 – 0,2 м/с.

Наступне прояснення стічної води проводиться в горизонтальних, радіальних і вертикальних відстійниках, прояснювачах з завислим осадом або флотаторах. Для очищення міських стічних вод доцільною являється двохступенева схема відстоювання стічних вод. На першому ступеню використовують просте відстоювання у відстійниках без коагулянту, а на другому ступеню проводиться обробка стічних вод коагулянтами і флокулянтами з наступним відстоюванням у відстійниках.

Сорбційне очищення стічних вод

Сорбція – це рівно важкий динамічний процес поглинання речовини із оточуючого середовища твердим тілом, рідиною або газом. Поглинаюче тіло називають сорбентом, а поглинене – сорбатом. Розрізняються поглинання речовини всією масою рідкою або газоподібного сорбенту (абсобція) і поверхневим шаром твердого або рідкого сорбенту (адсорбція). Сорбція, це супроводжується хімічною взаємодією сорбенту з поглинаючого речовиною називають хемосорбцією.

В технології очищення стічних вод використовують в основному сорбційний процес на твердій поверхні сорбентів.

Адсорбція розчинених речовин – це результат переходу молекул розчинює речовини із розчину на поверхню твердого тіла сорбенту під дією силового поля поверхні. При цьому спостерігають два види міжмолекулярної взаємодії: молекул розчиненої речовини з молекулами (або атомами) поверхні сорбенту і молекул розчиненої речовини з молекулами води в розчині (гідратація). Різниця цих двох сил міжмолекулярних взаємодії і є та сила з якою утримується вилучена із розчину речовина на поверхні сорбенту.

Чим більше енергія гідратації молекул розчиненої речовини, тим більгу протидію відчувають ці молекули при переході на поверхню сорбенту і тим слабше адсорбується речовина із розвину. Сорбційне очищення стічних вод вмісне тоді, коли в стічних водах є речовини, енергія зв’язку яких з твердою поверхнею сорбенту значно переважає енергію гідротації.

Сорбційні методи застосовують для глибокого очищення стічних вод від розчинених органічних речовин. Сорбційні методи очищення можуть використовуватися як самостійні очисні споруди так і спільно з іншими методами попереднього і глибокого очищення.

Перевагою сорбційного методів є вилучення забруднень із багатокомпонентних стічних вод і висока ефективність при малих концентраціях забруднень а також вилучення цінних розчинених речовин з наступною утилізацією цих речовин.

В якості сорбентів застосовують природні матеріали, відоди виробництв, активоване вугілля і синтетичні сорбенти. Природні пористі матеріали (торф, глина) виробничі відходи (попіл, дрібний кокс, силікагелі, амомогелі) володіють малою сорбційною ємкістю, яка характеризується кількістю поглинаючої речовини на одиницю об’єму або маси сорбенту (кг/м³, кг/кг).

Ефективними сорбентами є активоване вугілля різних марок. Пористість вугілля становить 60 – 75 %, п також питома поверхня 400 – 900 м²/г (950 – 1050). Адсобційні властивості активованого вугілля залежать від структури пор, їх величини. За розмірами пор розподіляють на три види: макропори розміром 0,1 – 2 мкм; перехідні пори 0,004 – 0,1 мкм; мікропори розміром менше 0,004 мкм. Деякі автори виділяють четвертий вид – супермікропори розміром менше 1,5 нм.

Технологічні схеми методі адсорбції

Процес сорбції може здійснюватися при інтенсивному змішування адсорбента з стічною водою, при фільтруванні через нерухомий шар на спорудах періодичної дії чи непереривної дії. Основні схеми адсорбційного процесу очищення стічних вод приведені на рис.

а

1

б

1

7

в)

Рис. Схеми споруд для сорбційного очищення стічних вод

а) сорбційна установка з послідовним введенням сорбенту;

б) сорбційна установка з противотечним введенням сорбенту;

в) сорбеційна установка з нерухомим шаром сорбенту.

1 – надходження очищуваної води; 2 – подача сорбенту; 3 – резервуари зі змішуючим пристроєм; 4 – відстійники для відділення сорбенту від очищеної води; 5 – відведення очищеної води; 6 – випуск відпрацьованого сорбенту; 7 – система подавання сорбенту на попередню ступінь; 8 – адсорбційний фільтр.

Процес сорбції в статичних умовах рис. … «а» виконується шляхом інтенсивного змішування стічної води з сорбентом на протязі визначеного часу і наступного відокремлення сорбенту від води фільтруванням, відстоюванням і ін. методами. При послідовному введенні нових доз сорбенту в очищувану воду теоретично можна очистити її до любої концентрації, але кількість ступенів при цьому може бути значною.

В противоточній схемі використання сорбенту його вводять тільки в останню ступінь. Після відділення сорбенту від очищуваної води на цьому ступеню очищення він послідовно подається на попередні ступені. Ця схема рис. «б» дозволяє вести процес очищення безперервно при значно менших витратах сорбенту внаслідок найбільш повного використання його сорбційних властивостей. Сорбційні процеси за такими схемами знайшли значно більше застосування. Недоліком такої схеми є складнощі в експлуатації і великих енергетичних затратах.

Процес сорбції в динамічному режимі виконують шляхом фільтрування стічних вод через шар щільного укладеного сорбенту рис. «в». Швидкість фільтрування залежить від концентрації розчинених в стічних водах речовин і становить 1 – 12 м/год; величина зерен сорбенту 0,8 – 5 мм. Найбільш раціональний напрямок руху рідини знизу вверх в цьому випадку здійснюється рівномірне послідовне замовлення об’єму колони з витісненням бульбашок повітря і газу що попадає в шар сорбенту разом за стічною водою.

Зазвичай сорбційна установка представляє собою декілька паралельно працюючих секцій, що складаються з трьох – п’яти послідовно розташованих фільтрів. При досягненні граничного насичення головний фільтр відключається на регенерацію, а оброблювана вода подається на наступний фільтр. Після регенерації головний фільтр включається в схему очищення уже в якості останнього ступеню.

Фільтри з нерухомим шаром сорбенту використовують при регенеративному очищенні цехових стічних вод з метою утилізації видалених із води чистих речовин.

При очищені води із високим вмістом в стічній воді дрібнодисперсних завислих часточок, що не відділяються механічними методами очищення, доцільно використовувати процеси з псевдо зрідженим шаром сорбенту.

Псевдозрідження шару сорбенту наступає при підвищенні швидкості потоку стічної води, яка проходить знизу вверх через поперечний перетин споруди до величини, рівній гідравлічній величині зерен завантаження. Важним показником роботи установки є показник зрідження ε:

ε = H_п.з. / H_щіль

де H_п.з – висота псевдо зрідженого шару; H_щіль – висота щільного шару сорбенту.

Споруди для сорбційного очищення стічних вод

Апарати з нерухомим шаром адсорбенту конструктивно виконують на подобу фільтрам з зернистою загрузкою напірними (закритими) розрахованими на роботу під тиском і безнапірними (відкритими) у вигляді резервуарів прямокутного або круглого перетину. Адсорбери обладнуються необхідним числом вентилів для управління їх роботою, відбору проб і випуску повітря або газу, що попадають в споруду разом з очищувальною водою.

Відпрацьований сорбент вивантажують із адсорбера насосом, гідроелеватором, ерліфтом, шнеком при відносному розширенні загрузки на 20 – 25 %. Металічні конструкції, трубопроводи, арматури і ємкості сорбційних споруд що контактують з вологим сорбентом, повинні бути захищені від корозії.

Апарати з рухомим шаром адсорбенту застосовують у вигляді циліндричних одноярусних адсорберів з всевдозрідженим шаром сорбенту. Такі апарати представляють собою колону до 4 м висоти, в верхній частині якої виконане розширення у 1,5 – 2 рази більше діаметру нижньої частини. Нижній конус колони днища має центральний кут 30 – 60˚. Над конусним днищем встановлюється решітка з отворами 5 – 10 мм і кроком отворів до 5 – 10 мм на яку завантажують активоване вугілля. Висота нерухомого шару вугілля може досягати 2,5 – 2,7 м. Циліндричний одноярусний адсорбер представлений на рис.

5

4

6

3

2

9

1

8

Рис. Циліндричний одноярусний адсорбер

1 – подача стічних вод; 2 – колона; 3 – центральна труба з дифузором; 4 – завантажувальний конус; 5 – трубопровід для подачі сорбенту; 6 – відведення очищуваної води; 7 – збирання відпрацьованої сорбенту; 8 – випуск відпрацьованого сорбенту; 9 – решітка.

В практиці очищення води використовують і інші схеми адсорберів, а саме схеми адсорберів безперервної дії з псевдо зрідженим шаром активованого вугілля, які можуть бути багато ярусними з пересічними трубами і з секціонуванням шару адсорбенту.

1 – адсорбент; 2 – стічна вода; 3 – решітка; 4 – очищена вода; 5 – перетічні труби; 6 – відпрацьований сорбент; 7 – вода.

Рис. Схема багатоярусного адсорбенту з пересічними трубами

1

4

5

3

7

6

2

Іонообмінні процеси в технології водо підготовки

Іонообмінні процеси, які застосовують у водо підготовці та водоочищенні, ґрунтуються на вибірковому поглинанні одного або кількох компонентів з водних розчині за допомогою іонітів. Іоніти – тверді, майже нерозчинні у воді та органічних розчинниках матеріали, що мають іонообмінні властивості.

До складу іонітів входять функціональні групи, здатні до іонізування та обміну з електролітами. В результаті іонізації функціональних груп утворюються фіксовані іони, які закріплені на каркасі і не переходять у розчин, та проти іонні (обмінні іони). Кількість проти іонів еквівалентна кількості фіксованих іонів. Останні здатні переходити у розчин і обмінюватися з розчину на еквівалентну кількість інших іонів, що мають заряд з тим самим знаком.

Обмін між іонітами і водним розчином здійснюється з перебігом хімічних реакцій між іонітами та хімічними сполуками, розчиненими у воді:

K₁[R] + K₂A ↔ K₂[R] + K₁A

де [R] – каркас фіксованих іонів іоніту; K₁ – обмінний катіон іоніту; K₂A – розчинена у воді сполука з катіоном K₂ і аніонам А.

До складу іоніту входять матриця, фіксовані іони та проти іони.

Іоніти за типом іоногенниих груп у їх складі поділяються на нерозчинні кислоти – катіони і нерозчинні основи-аніоніти. Згідно зі ступенем іонізації, іоніти поділяються на сильно- і слабо кислотні катіоніти та сильно- і слабо основні аніоніти. До сильно кислотних належать катіоніти, які містять сульфогрупи, до слабо кислотних – катіоніти, що містять карбоксильні, сульфгідрильні та інші групи. До складу сильно основних аніонітів входять групи амонієвих або сульфонієвих основ, а до слабо основиних – аміногрупи з різним ступенем заміщення. Іоніти одночасно можуть містити різні кислотні та різні основні групи.

Іонообмінну здатність іонітів характеризують статичною і динамічною обмінною ємністю іоніту (відповідно СОЄ і ДОЄ).

Статична обмінна ємність – це кількість функціональних іоноген них груп, що припадають на одиницю маси його об’єму іоніту. За динамічних умов, тобто при фільтруванні розчину крізь шар іоніту до проскакування у фільтрат іонітів, які вилучаються, використовуються лише частина статичної ємності іоніту – так звана динамічна обмінна ємність до проскакування (ДОЄпр). Після проскакування іонів у розчин концентрація їх у фільтраті поступово підвищується і досягає вихідної концентрації цих іонів у розчині. При цьому ємність іоніту досягає певної динамічної ємності (ПДЄ). Оскільки динамічна ємність залежить від концентрації іонів у воді та швидкості фільтрування води, коефіцієнта масообміну і довжини зони масообміну, вона не дорівнює статичній ємності.

За природою матриці іони поділяються на неорганічні (мінеральні), органічні, природні та штучні (синтетичні).

Природні мінеральні катіоніти – цеоліти, глини, глауконіти та ін.; аніоніти – апатити [Ca₅(PO₄)₃]F, гідроксоапати [Ca₅(PO₄)₃]OH. Обмінні ємність цих іонітів невелика.

Природними іонітами органічного походження є гумінові кислоти ґрунтів, вугілля, особливо бурого.

Найбільше значення мають синтетичні полімерні іоніти (іонообмінні смоли), які мають високу поглинальну здатність, механічну міцність та хімічну стійкість.

За дисперсністю й зовнішнім виглядом іоніти бувають порошкоподібні, зернисні, гранульовані, формовані, волокнисті, рідкі; за ступенем пористості – гелеві, ізопористі, макропористі; за типом і знаком проти іонів – катіоніти, аніоніти, амфоліти (обмінюються як катіони так і аніони).

Іонообмінні процеси застосовують для зм’якшення, опріснення і знесолення води, очищення стічних вод та різних розчинів, вловлювання і концентрування цінних металів із розбавлених водних розчинів, розділення суміші речовин у розчині, вловлювання і концентрування радіоактивних іонів, корегування мінерального складу очищених стічних вод.

Регенерація іонітів

Процес регенерації іонообмінних смол є оберненим до процесу сорбції іонів з очищуваної води і полягає у відновленні початкової іонної форми смоли. Регенерацію іонітів здійснюють хімічним (реагентним), термохімічним і електрохімічним способами. Найуніверсальнішим і найефективнішим є хімічний спосіб генерації, для здійснення якого застосовують розчин мінеральних кислот, солей, лугів та органічні розчинники.

Регенерацію катіонітів проводять промиванням кислотою (якщо Н-катіон) або розчинником хлориду натрія (якщо Na-катіоніт).

Регенерація слабко основних аніонітів відбувається фільтруванням крізь шар аніоніту 2 – 4 % – х водних розчинів NaOH, Na₂CO₃, NH₄OH.

Іоніти маркують так:

КУ – катіоніт універсальний, сильно кислотний;

КБ – катіоніт буферний, слабо кислотний;

КФ – катіоніт фосфатний;

АВ – аніоніт високо основний;

АН – аніоніт слабо основний;

АНКБ – аніоніт слабко основний, катіоніт буферний;

АНКФ – поліамфоліт, що містить слаькоосновні та фосфатні групи.

Цифра, яка стоїть після літер і відокремлена рискою означає вміст (у відсотках) агента, що змиває полімер. Для макропористих іонітів додають літеру П (або цифру 1). За літерою П стоїть цифра, відокремлена вертикальною рискою, це вміст пороутворювача у відсотках або частинах. Наприклад, марка КБ-2-1-П означає: катіоніт буферний макропористий із 10%-м вмістом зливного агента. Іноді марки іонітів маркують за сировиною основною: ЕДЕ (етилендіамін), ПАН (полі акрил натрія), ВП (вінілпіридин).

Регенараційні розчини можуть використовуватися як сировина для виробництва (наприклад виробництво відбілювача).

Технологія іонообмінної підготовки води

Іонообмінне очищення води здійснюється в апаратах періодичної (фільтрах) або безперервної дії.

1 – вихідна і промивна вода; 2, 2' – регенераційний розчин; 3, 3' – очищена вода; 4, 4' – відведення відпрацьованого розчину і промивної води; 5 – подавання води на розпушування; 6 – відведення води після розпушення.

Рис. Принципова схема роботи іонітового фільтру

2

Апарат іонообмінної підготовки води – це закритий циліндричний резервуар з розміщеним біля днища щільним дренажним пристроєм, який сприяє рівномірному розподілу води по всьому перетину фільтра. Висота шару завантаження іоніту становить 1,5 – 2,5 м. Фільтр може працювати за паралельно-течійною схемою (у разі подавання очищуваної води і регенерувального розчину звурху) і за протитечійною схемою (очищувана вода подається знизу, а регенераційний розчин зверху).

Споруди для біологічного очищення стічних вод методом біофільтрації

Теоретичні основи методу біофільтрації

Біологічний фільтр (біофільтр) – це споруда, в якій стічна вода фільтрується через загрузочний матеріал, покритий біологічною плівкою (біоплівкою), яка утворюється колоніями мікроорганізмів, рис.

Рис. Схема біологічного фільтру

1 – надходження повітря через трубопровід;

2 – фільтр;

3 – надходження стічної води по трубопроводу;

4 – водорозподільні пристрої;

5 – загрузка (щебінь, пісок, кокс, керамзит і ін.) фільтрувала;

6 – опорні решітки;

7– збір очищеної води.

Біофільтр складається з наступних основних складових:

– фільтруючої загрузки, яка розташована в круглому або прямокутному в плані резервуарі;

– водорозподільчого механізму, який забезпечує рівномірне зрошення стічної водою всю поверхню загрузки біофільтру;

– дренажу для відведення стічної води, яка пройшла через загрузку;

– вентиляційного пристрою для продування загрузки і організації окисного процесу (аеробного).

Товщина біоплівки, яка знаходиться на елементах загрузки залежить від гідравлічної загрузки, концентрації органічних речовин пористості і питомої поверхні загрузочного матеріалу, впливу зовнішнього середовища (температура,кліматичні фактори) і ін. До цього часу не розкриті процеси, які протікають в різних шарах біоплівки. Але відомо, що товщина анаеробного шару значно більше аеробного. Товщина біоплівки може складати від мікрон в верхніх шарах до 3 – 6 мм в нижніх.

Стічна вода залишає на загрузці нерозчинні домішки, колоїдні і розчинні органічні речовини, які адсорбуються біологічною плівкою. Біофільтр це не фільтруючий пристрій, а споруда біологічного очищення, переробки забруднень із стічних вод. Мікроорганізми біоплівки в процесі ферментативних реакцій окиснюють речовини, одержуючи їжу і енергію, необхідні для своєї життєдіяльності. Частину органічних речовин мікроорганізми плівки використовують для зростання біомаси. Таким чином в процесі метаболічних реакцій проходить забруднень від складних до простих сполук (вода, мінеральні сполуки, гази). В результаті із стічної води видаляється органічні забруднення, протікають процеси деніпріфікації, зростає маса біоплівки.

Відпрацьована і відмерла біоплівка зливається і виноситься з біофільтру стічної водою. Необхідний для біохімічного окиснення кисень надходить в загрузку шляхом природної чи примусової вентиляції, рис.

Біофільтр представляє собою відкриту екологічну систему обмежену в просторі. Екосистема біофільтру складається з двох середовищ живого (біоценоз біоплівки) і неживий (конструктивна частина біофільтру, рухомі компоненти рідкої і газової фаз). Біологічна плівка, як живе середовище екосистеми біофільтру забезпечує їжею і енергією шляхом вилучення і переробки забруднень із стічних вод.

Рис. Схема обміну речовин в елементарному шарі біофільтру

1 – анаеробний шар біоплівки; 2 – аеробний шар біоплівки; 3 – шар стічної води.

Екосистема біофільтру відрізняється стійкою рівновагою і саморегуляцією у відношенні вертатися в вихідне положення пропуску і ефективності роботи після відхилення від стабільного стану в результаті дії зовнішнього середовища і умов функціонування.

Ефективність і пропускна спроможність біофільтрів залежить від багатьох факторів: дії зовнішнього середовища; складу і режиму надходження стічних вод, експлуатаційних особливостей, конструкції біофільтру, видового складу біоплівки.

Класифікація біофільтрів

Біофільтри можуть працювати на повне і неповне біологічне очищення стічних вод і можуть класифікуватися за різними признаками. Основними признаками класифікації є конструктивні особливості і вид матеріалу загрузки.

За видом матеріалу загрузки біофільтри розподіляються на: біофільтри з об’ємною загрузкою (гравій, шлак, керамзит, щебінь і ін.) і біофільтри з плоскою загрузкою (пластмаси, кераміка, тканин і ін.).

Біофільтри з об’ємною фільтрацією розподіляються на наступні:

крапельні, які мають величину фракції загрузочного матеріалу 20 – 30 мм і висоту шару загрузки 1,5 – 2 м;

високонавантажені, які мають величину завантаження і висоту шару завантаження 2 – 4 м;

біофільтри великої фільтрації, які мають величину фракцій завантаження 60 – 80 мм і висоту завантаження 8 – 16 м.

Матеріал об’ємного завантаження має щільність (густина) 500 – 1500 кг/м³ і пористість 40 – 50 %.

Біофільтри з плоским завантаженням розподіляються на наступні види:

– жорстким засипним завантаженням. В якості завантаження використовується керамічні пластмасові, металічні засипні матеріали В залежності від виду матеріалу завантаження її щільність складає 100 – 600 кг/м³, пористість 70 – 90 %, а шар завантаження складає 1 – 6 м;

– з жорстким блочним завантаженням. Блочне завантаження виконується з різних видів пластмас. Щільність пластмасового завантаження складає 40 – 100 кг/м³, а пористість 90 – 97 %, висота шару завантаженням 2 – 16;

– з м’яким або рулонним завантаженням, яке виконується з синтетичних тканини (нейлон, капрон), що закріплюється на металевих каркасах або закладається рулонами. Щільність завантаження складає 5 – 60 кг/м³, пористість 94 – 99 %, висота шару завантаження 3 – 8 м.

Продуктивність біофільтрів залежить від конструктивних особливостей того чи іншого типу і складом активної біомаси на одиницю об’єму біофільтру.

Технологічна схема роботи біофільтрів

В класичній схемі процес очищення стічних вод на біофільтрах виконується в проточному режимі з періодичними або безперервним зрошенням поверхні загрузочного матеріалу і включає споруди біофільтрації і вторинного відстоювання, обладнання і комунікації для подачі і розподілення стічної води, відведення і рециркуляція очищеної води, вентиляції біофільтру.

За технологічною схемою роботи біофільтри можуть бути одно і двохступінчатими, при цьому режим роботи може бути з рециркуляцією і без неї. В деяких випадках біофільтри використовують в якості споруд першого чи другого ступеню біологічного очищення разом з іншими біоокиснювачами.

На рис. приведена класична схема очищення стічних вод при концентрації органічних забрудників за БСК_пов < 300 мг/л. За цією схемою стічна вода, після первинного відстоювання поступає на біофільтр і далі біологічно очищена вода прояснюється на вторинному відстійнику.

Рис. Технологічна схема роботи біофільтру

1 – прояснені стічні води після споруд механічного очищення;

2 – біологічне очищені стічні води;

3 – надлишкова біоплівка;

ПВ – первинний відстійник; Б – біофільтр; ВВ – вторинний відстійники.

Т ехнологічна схема рис. призначена для очищення стічних вод, якщо концентрація забруднень по БСК_пов > 300 мг/л. За цією схемою частина біологічно очищеної води відбирається після вторинного відстійника і подається перед біофільтром. Цією технологічною досягається необхідне розбавлення стічної води, що подається на біологічне очищення. Використання технологічної схеми з рециркуляцією стічної води збільшує ефективність роботи очисних споруд по БСК і дозволяє знизити концентрацію азоту.

Рис. Технологічна схема очищення стічних вод на біофільтрі з рециркуляцією

1 – прояснені стічні води після споруд механічного очищення;

2 – біологічно очищені стічні води;

3 – надлишкова біоплівка;

4 – рециркуляційна лінія;

ПВ – первинні відстійники; Б – біофільтр; ВВ – вторинний відстійник.ж

Для очищення стічних вод з високою концентрацією органічних забруднень по БСК, або речовин, важко окиснюваними забрудненням необхідно використовувати двохступеневі технологічні схеми. При цьому в якості першого ступеню використовують біофільтри, а другого – інші види біологічних окисників, наприклад аеротенки, рис.

а )

б)

в )

Рис. Технологічні схеми для очищення важко оксинюваних стічних вод

а – двох степенева схема очищення; б – двохступеневе з біофільтрами об’ємного завантаження на першому ступеню і аеротенком на другому ступеню; в – двохступенева схема з біофільтром з плоским завантаженням на першому ступені і аеротенком на другому ступеню; 1 – прояснені стічні води після механічного очищення; 2 – біологічно очищені стічні води; 3 – надлишкова біоплівка; 4 – рециркуляція стічних вод; 5 – рециркуляційний активний мул; 6 – надлишковий активний мул.

Система розподілення стічних вод по поверхні біофільтрів.

1. Сиринклерне зрошення

2. Водоструйна система зрошення

3. Реактивні поворотні системи зрошення

Система вентиляції біофільтрів

В залежності від типу і конструктивного виконання біофільтрів розрізняють два типи вентиляції: природну і штучну. Необхідність використовування природної чи штучної вентиляції визначається типом біофільтру і кліматичними умовами розташування споруд очищення стічних вод.

Штучна вентиляція використовується в високонавантажених біофільтрах (аерофільтрах). Для інших типів фільтрів штучна вентиляція (аерація) застосовується тільки для забезпечення необхідного ступеню повітрообміну всередині приміщення де розміщується біофільтр, або підтримання необхідної температури.

Технологічні схеми очищення стічних вод

Я кщо при розрахунках необхідного ступеню очищення стічних вод концентрація завислих, плаваючих та грубо дисперсних твердих речовин повинна бути знижена на 40 – 50 %, а величина БСК_пов – на 20 – 30 %, то можна обмежитися механічним очищенням. Склад споруд технологічної схеми моно прийняти за наступною схемою:

Рис. Технологічна схема станції х механічним очищенням стічних вод

1 – стічна вода; 2 – решітки; 3 – пісковловлювачі; 4 – відстійники; 5 – змішувачі; 6 – контактний резервуар; 7 – випуск очищеної води; 8 – подрібнювачі; 9 – піскові майданчики; 10 – метантенк; 11 – хлораторна; 12 – мулові майданчики; 13 – відходи; 14 – пульпа; 15 – піщана пульпа; 16 – сирий осад; 17 – збрижений осад; 18 – дренажна вода; 19 – хлораторна вода.

Стіна вода надходить на станцію очищення і проходить через решітки, пісковловлювачі, відстійники і знезаражується з використанням хлору.

Н а рис. приведена технологічна схема біологічного очищення стічних вод на біофільтрах. Такі схеми використовуються для очищення 10-20 тис м³/добу стічних вод.

Рис. Технологічна схема станції з біологічним

очищенням стічних вод на біофільтрах

1 – стічна вода; 2 – решітки; 3 – пісковловлювачі; 4 – первинні відстійники; 5 – біофільтри; 6 – вторинні відстійники; 7 – контактний резервуар; 8 – випуск очищеної води; 9 – відходи; 10 – подрібнювачі; 11 – хлораторна установка; 12 – осад з первинних відстійників; 13 – біоплівка з вторинних відстійників; 14 – пісок; 15 – бункер для піску; 16 – мулові майданчики; 17 – рециркуляція.

Після споруд механічного очищення (решітки, пісколовки, первинні відстійники) вода попадає на біофільтри, вторинни відстійники, де затримується біоплівка, яка виноситься водою з біофільтрів Далі стічна вода направляється до контактного резервуару, де виконується операція знезараження і після дезінфекції хлором скидається у водойму.

Проходячи через фільтраційну загрузку (щебінь, керамзит і ін.) стічна вода оставляє в ній колоїдні і завислі органічні речовини, що створюють біоплівку, яка чусто заселена мікроорганізмами. Мікроорганізми біоплівки окислюють речовини і одержують для своєї діяльності енергію. Таким чином із стічної води видаляються органічні речовини, а в тілі бофільтру зростає маса біологічної плівки. Відпрацьована і відмерла плівка змивається стічною водою і виноситься з біофільтру.

Іноді для нормального ходу біологічного очищення стічної вод використовують процес рециркуляції – подачі проясненої води з вторинних відстійників перед біофільтрами і змішувати з водою з первинних відстійників. Необхідність рециркуляції визначається розрахунками.

При великих об’ємах очищення стічних вод – від 50 тис. м³/добу до 2 – 3 млн м³/добу і більше використовується технологічна схема, станції очищення стічних вод з біологічним очищенням в аеротенках (Рис. ). Механічне очищення стічних вод виконується на решітках, пісколовках і відстійниках.

Для інтенсифікації утворення осаду з завислих речовин перед первинимими відстійниками використовують пре аератори, в які подається визначена кількість надлишкового активного мулу в якості біофлокулятору. Сирий осад з первинних відстійників направляють в метантенки.

Біологічне очищення стічних вод за цією схемою виконується в аеротенках. Аеротенк представляє собою відкритий резервуар, в якому знаходиться суміш активного мулу і проясненої стічної води.

Для нормальної життєдіяльності мікроорганізмів активного мулу в аеротенк повинно поступати повітря, яке подається спеціальними установками машинного залу. Суміш очищеної стічної води і активного мулу з аеротенка направляється на вторинний відстійник, де активний мул осаджується і основна його маса вертається в аеротенк.

Рис. Технологічна схема станції з біологічним

очищенням стічних вод в аеротенках

1 – стічна вода; 2 – решітки; 3 – пісколовки; 4 – про аератори; 5 – первинні відстійники; 6 – аеротенки; 7 – вторинні відстійники; 8 – контактний резервуар; 9 – випуск; 10 – відходи; 11 – подрібнювачі; 12 – піскові майданчики; 13 – осадо ущільнювачі; 14 – пісок; 15 – надлишковий активний мул; 16 – циркуляційний активний мул; 17 – газгольдери; 18 – котельна; 19 – машинне відділення; 20 – метантенк; 21 – цех механічного обезводнення зброшеного осаду; 22 – газ; 23 – зтиснене повітря; 24 – сирий осад; 25 – зброшений осад; 26 – на добриво; 27 – хлораторна установка; 28 – хлораторна вода.

В системі аеротенк – вторинний відстійник маса активного мулу збільшується за рахунок його приросту. Частину його (надлишковий активний мул) видаляється із вторинного відстійника і подається в мулоущільнювач, при цьому його об’єм зменшується в метантенк. Очищена стічна вода знезаражується в контактному резервуарі і скидається в водойму.

Сброшений осад із метантенків направляється для механічного зневоднення на вакуумних фільтрах або фільтрах пресах. Зневоднений осад може бути підданий термічному сушінню і використовувати в я кості добрива.

Н а міських станціях очищення стічних вод продуктивністю 10 – 20 тис. м³/добу може використовуватись технологічна схема фізико-хімічного очищення. На рис. зображена технологічна схема станції фізико-хімічного очищення стічних вод.

Рис. Технологічна схема станції фізико-хімічного очищення стічних вод

Вода, яка пройшла решітки і пісколовки направляється в змішувач куди в визначених концентраціях подаються розчини реагентів – мінеральних коагулянтів і органічних флокулянтів. При введенні в стічну воду мінеральних коагулянтів утворюються оксигідрати металів, на яких збираються завислі, колоїдні і частково розчинені речовини. Флокулянти збільшують пластівці і покращують їх структурно-механічні властивості. Після камер пластівцеутворення осад відділяється від стічної води в горизонтальних відстійниках. Для грубого очищення від зависей використовують барабанні сітки і двохшарові фільтри або фільтри з висхідним потоком води. Знезаражена хлором вода скидається у водойму. Осад у відстійниках ущільнюється і зневоджується на центрифугах і може використовуватись як добриво.

Приведені технологічні схеми широко використовуються як в вітчизняній так і в закордонній практиці. Технологічні схеми можуть змінюватися, насичуватися новітнім обладнанням.

Технологічні схеми очищення виробничих стічних вод можуть складатися з використанням різноманітних методів очищення стічних вод. Вибір методів залежить від виду забруднюючих речовин, їх концентрації і ГДК скидання в міську каналізацію. При проектуванні технологічних схем очищення виробничих стічних вод необхідно максимально використовувати оборотні, поворотно-оборотні, і інші зберігаючи технології використання води.

Зливові стічні води з територій міст, виробничих підприємств можуть очищатися на очисних спорудах при використанні механічних методів очищення, а також з використанням апаратів нафтопродуктів.

Обладнання механічного очищення стічних вод

Решітки застосовують для вилучення із стічних вод крупних домішок. Вони встановлюються на каналах насосних станцій перепошнування стічних вод на очисні споруди. Найефективніше встановлювати решітки і в приймальному резервуарі і в каналах по яким підводять стічну воду. Решітки є першим елементом технологічних схем очищення стічних вод.

В більшості конструкцій решіток виконують із розташованих паралельно один одному стальних стержнів різного поперечного перерізу, закріплених в спеціальних рамах для забезпечення необхідної жорсткості. Забруднення, які затримуються на стержнях при проціджуванні стічної води, знімають механічним граблями, які можуть розташовуватися як перед так і після стержнів. Стержні і арматура для їх обвєзки виконується із високоякісної нержавіючої сталі. Клиновидні стержні в перетині мають розміри 4 х 10 мм. Стержні жорстко закріпляються в донній частині каналу і вільні вверху. На безкінечно гнучкому приводі закріплюють граблі, які знімають забруднення зі стержнів і скидають на транспортер, який розташований за решітками. Окрім транспортерів використовують шнекові механізми і гідротранспорт. Решітки випускають з шириною просвіту між стержнями від 1 до 50 мм і робочою шириною від 340 до 1200 мм.

Розмір решіток визначається за умови забезпечення в просвітах швидкості руху стічної води V_p = 0,8 – 1,0 м/с при максимальному притоці води на очисні споруди. При швидкості більшу 1 м/с зависі що затримались на решітках можуть продавлюватися течією води через просвіти між стержнями, а при швидкості меншій ніж 0,8 м/с перед решіткам в каналі може випадати осад з піску і інших фракцій, що потребує додаткового видалення з каналу.

Для решіток з просвітом в метрах справедливе наступне співвідношення:

q = ω·V·p = b·h·n·V_p, м³/с

де q – максимальні витрати стічних вод; ω – площа поперечного перетину просвіту всієї решітки, м²; h – глибина води перед решіткою, м; n – число просвітів в решітці.

Число просвітів в решітках, необхідних для проходження стічних вод складе:

n = q·K_ст/b·h·V_p,

де K_ст = 1,05 – 1,1 – коефіцієнт, що враховує затримку швидкості потоку стічної води граблями.

Загальна ширина решіток буде дорівнювати:

B = S (n - 1) + b·n, м

де S – товщина стержнів.

Виходячи із загальної ширини решіток, підбирають необхідну кількість решіток (проектують). Додатково встановлюють решітка на обводних каналах для роботи системи в аварійному режимі.

П оміж решітками передбачають для їх обслуговування проходи шириною 1,2 м. Підлогу будівлі розташовують не менше ніж 0,5 м вище рівня води в каналі.

Рис. Схема решітки

1 – стержні (профіль); 2 – граблі; 3 – опора грабель; 4 – направляюча опори грабель; 5 – привід грабель; 6 – транспортер; 7 – забруднення зняте з решіток; Z₁, Z₂ – рівень води до і після решіток.

Пісколоки. В стічних водах міститься значна кількість нерозчинених мінеральних домішок (пісок, шлак, щклянки від розбитого посуду і ін.). При спільному видаленні мінеральних і органічних речовин (домішок) в відстійниках становить на заводі видалення осаду і зменшується його текучість. При цьому може відбуватися процес розділення осаду на тяжку (пісок з великою густиною (щільність)) і легку (органічні домішки з невеликою щільністю) фракції і нагромадження його в відстійниках. Для видалення такого осаду необхідно мідні скребки. Осад, до складу якого входять пісок, погано транспортується по трубопроводах, особливо самотьоком. Пісок може нагромаджуватися в метантенках, виводячи з дії корисний об’єм, що призначається для бродіння органічного осаду. Продуктивність метантенків знижується, а вигрузка піску зв’язана з великими труднощами. Можливі труднощі в роботі наступних споруд в разі попадання в них піску. Таким чином в складі очисних споруд за решітками встановлюють спеціальні споруди, які називають пісколовками. Основною ціллю пісколовок є видалення із стічних вод нерозчинених мінеральних домішок (піску, шлаку, шкляноу і ін.). Видалення домішок в них відбувається під дією сил гравітації.

За напрямом руху води пісколовки розподіляються на горизонтальні, вертикальні і з круговим рухом рідини; останні на тангенціальні та з аерацією.

Горизонтальні пісколовки, представляють собою подовжні прямокутні призми з прямокутником в поперечному перетині. Вхідна частина пісколовки представляє собою канал за шириною рівний самій пісколовці, а вихідний канал звужений на ширину відвідного каналу. На початку пісколовки є бункер, розташований від днищем пісколовки. Для збору осаду обладнують наступним обладнанням; механізмом транспортування осаду з бункеру на піскові майданчики чи майданчики зневоднення; гідроелеватори і насоси для видалення осаду із пісколовки. Механізми використовують двох видів: ланцюгові зі скребками і візкового типу. Скребки, закріплені на ланцюгах безконечного типу, встановлених на краях пісколовки, рухаються по днищу пісколовки проти течії, а над пісколовкою за течією. Механізми візкового типу складаються із візка, який рухається над пісколовкою по рейкам чи монорейку вперед і назад. При оборотному русі скребок підіймається. Механізми для переміщення осаду складні і ненадійні так як експлуатуються в агресивному середовищі, рис.

О сад з бункеру може переміщуватись гідроелеваторним методом.

Рис. Схема горизонтально пісколовки (прокольний переріз)

1 – ланцюговий скребковий механізм; 2 – гідроелеватор; 3 – бункер для збору осаду; 4 – вхідна частина пісколовки; 5 – вихідна частина пісколовки.

Стремління до спрощення вигризки осаду з пісколовок привело до розродки і створення пісколовок з гідромеханічною системою видалення осаду і тангенціальні пісколовки з вихровою водяного лейкою; пісколовуи з аерацією і ін.

Вертикальні пісколовки мають циліндричну, а підводення води виконується ао дотичній з двох сторін в нижній частині пісколовки. Конусна частина служить для збору осаду. При вертикальному русі води вверх пісок осідає вниз. Швидкість води вверх повинна бути меншою гідравлічної величини піщинок, що рухається в стічній воді, V b = V n. Вертикальні пісколовки для збирання великих обсягів осаду. Їх доречно використовувати в напівроздільних системах і на станціях очищення поверхневих вод. На Рис. зображено вертикальну пісколовку з круговим рухом стічної води.

Рис. Вертикальна пісколовка з круговим рухом стічної води

1 – канал підведення стічної рідини; 2 – кільцевий лоток; 3 – введення води в робочу зону; 4 – вихідний канал; 5 – осад; 6 – канал відведення осаду.

П ісколовки з аерацією одночасно можуть використовувати для збору забруднень які можуть випливати на верх (нафтопродукти, жири, нетонучі частинки і ін.). При цьому доцільно вдовж всієї пісколовки встановити спеціальні відділення для накопичення на поверхні води спливаючих забруднень. Ці відділення відділяються від пісколовлюючого відділень напівзаглибленою решітчатою перегородкою. В цьому відділенні із спокійного потоку ефективно відділяється забруднення, що спливають і видаляються на очисні споруди. Для їх видалення обладнується періодично затоплюємим бункером і відвідним трубопроводом. Рис. Пісколовки з аерацією можно використовувати і як пре аератори.

Рис. Поперечний розріз пісколовки з аерацією з насосом

для видалення осаду з пісколовочного латка

1 – зона улавлювання піску; 2 – щільно видна перегородка; 3 – зона спливання та уловлення легких забруднень; 4 – система подачі повітря; 5 – відпомповування піску насосом з пісковловлючого лотка; 6 – лоток скидання піскової пульпи; 7 – трубопровід відводу легких забруднень (то продуктикти, жири).

Пісок, що вигружається з пісколовок, насичений значною кількістю органіки і є небезпечним з санітарної точки зору і потребує спеціальної обробки. Технологічна схема включає промивання осаду висхідним потоком води з наступним розділенням піску і органічних включень на барабанному сітчатому сепараторі з одночасним промиванням осаду водою, Рис.

Рис. Технологічна схема з обробки осаду з пісколовок

1 – пісколовка; 2 – гідроелеватор; 3 – піскопромивач; 4 – повернення води в пісколовку; 5 – промивна вода; 6 – повітря; 7 – осад в барабанний сепаратор; 8 – барабанний сепаратор; 9 – промивна вода; 10 – органіка із сепаратора; 11 – бункер для органіки; 12 – пісок; 13 – фільтрат; 14 – пропарочна камера для дезінфекції; 15 – стрічковий фільтр; 16 – обезводнений пісок.

Литература

1. Гидравлика, водоснабжение и канализация. В.И. Калицун, В.С. Кедров, В.Ю. Ласков. Издание 4-е. М.: Издательство «Стройиздат», 2004 – 397 с.: ил.

2. Водопостачання, водовідведення та якість води. К.: Вища школа, 2005 – 671 с.: іл.. Запольський А.К.

3. Фізико-хімічні основи технології очищення стічних вод. К.: Лібра, 2000 – 552с.: іл.. А.К. Запольський, Н.А. Мішкова-Кліменко, І.М. Астреліс, М.Т. Брик, П.І. Гвоздяо, Т.В. Клязькова.

4. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: АСВ, 2004 – 704с. с ил.

5. Экология города: Учебник – К.: Либра 2000 464с. под общ. ред Ф.В. Стольберга.

6. Современные проблемы питьевой пресной воды: Х.: Факт, 2002 – 232с.: ил. Котляр А.М.

7. Кравченко В.С. Водопостачання та каналізація: «Кондор», 2003 – 238с.