Водоочистные сооружения

Виды очистки сточных вод, их принципы действия, линии в схемах. Таблица загрязняющих веществ. ...

Содержание
Введение…………………………………………………………………………3
1.Состав и свойства производственных сточных вод………………………4
2.Технологическая схема водоотведения…………………………………………6
2.1. Краткие сведения……………………………………………………………7
2.2. Хозяйственно-бытовые стоки………………………………………………7
2.3. Промышленные сточные воды……………………………….……………7
2.4. Смешанные сточные воды…………………………………………………15
3.Механическая очистка…………………………………………………………..17
3.1. Решетки…………………………………………………………………….18
3.2. Песколовки………………………………………………………………….18
3.3. Отстойники…………………………………………………………………21
4.Физико-химическая очистка…………………………………………………...24
5.Химическая очистка……………………………………………………………..29
5.1.Нейтрализация сточных вод……………………………………………….29
5.2.Окисление загрязнителей сточных вод…………………………………...30
6.Биологическая очистка…………………………………………………………35
6.1. Аэротенки…………………………………………………………………..37
6.2. Биологический фильтр ……………………………………………………38
6.3. Вторичные отстойники…………………………………………………….40
Заключение……………………………………………………………………….41
Список использованных источников…………………………………………42

Одной из важнейших задач, стоящих перед современным человечеством, является предотвращение загрязнения водоемов неочищенными сточными водами, в которых содержатся вредные вещества. Обязательным условием для достижения поставленной цели является установка очистных сооружений.
Под этими объектами подразумеваются инженерно-технические решения, предназначенные для решения таких задач, как фильтрация и обеззараживание сточных вод. После прохождения через установку очищенные стоки могут быть вновь применены промышленным предприятием или спущены в природные водоемы.

После этого сточная вода поступает в отстойник, где происходит осаждение взвешенных веществ и концентрирование их в области дна конуса отстойника в виде осадка. Осадок удаляется под гидростатическим давлением и подается в систему обезвоживания осадка (фильтр-пресс), где смешивается с суспензией избыточного активного ила очистных сооружений биологической очистки. Вода из верхнего уровня отстойника поступает в систему полной биологической очистки для финального преобразования органических компонентов в неорганические, разрешённые нормативом для сброса в водоёмы рыбохозяйственного назначения.2.4. Смешанные сточные водыСмешанные сточные воды состоят из предварительно очищенных промышленных сточных вод п.2.4. и хозяйственно-бытовых сточных вод п.2.3. и поступают в систему полной биологическойочистки, представленной пятью линиями одинаковой производительности по 100 м3/сут (Схема 3).линия (модуль) биологической очисткиблоки физ-хим очистки(Схема 3)Технология очистки смешанных сточных вод является технологией очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, концентрации загрязняющих веществ которых находятся в диапазоне допустимых концентраций на входе в установку биологической очистки. В блоках физико-химической очистки происходит нейтрализация стока до величины рН 6,5 – 7,5; частичное осаждение органических компонентов и связывание фосфатов, переведённых в нерастворимое состояние. Очищенная таким методом вода смешивается с хоз-бытовым стоком жилой застройки и поступает в первичные зоны линий биологической очистки.3 Механическая очистка3.1. РешеткиРешетки на очистных станциях применяются для задержания крупных загрязнений, в том числе плавающих (тряпок, бумаги и т.п.). Решетки состоят из ряда прутьев, установленных вертикально или под углом 45…600 к горизонту .Рис. 1 Схема устройства решеток: 1 — решетки; 2 — контейнер для твердых отходов; 3 — пол; 4 — канал притока сточных вод Решетки бывают с ручной очисткой − обычными вилами (граблями), но только при количестве отбросов не более 0,1 м3/сут, в иных случаях применяются механизированные решетки с движущейся бесконечной цепью, на которой установлены скребки (рис.1). Они протаскивают отбросы наверх на транспортеры. Далее отбросы поступают в дробилки или вывозятся на захоронение. В последнее время дробилки применяются не всегда, поскольку они все равно забиваются волокнистыми веществами.Полагается предусматривать не менее двух решеток. Путем выключения или включения в работу разного числа решеток можно регулировать скорость течения жидкости. Расстояние между прутьями − прозоры − раньше рекомендовали делать 16 мм. Однако опыт Мосводоканала и Водоканала Санкт-Петербурга показал, что прозоры лучше назначать 4-6 мм, при этом производительность решеток по количеству задерживаемых отбросов возрастает в 5 раз.По конструкции они напоминают движущиеся эскалаторы метро, но с прорезями на каждой ступеньке. Ширина решеток от 630 до 1960 мм, они входят в существующие, построенные ранее каналы для решеток .Максимальный уровень воды перед решеткой от 600 до 2200 мм. Производительность решетки от 210 до 5900 м3/ч.3.2. ПесколовкиПесколовкислужат для удаления из сточных вод тяжелых примесей минерального происхождения главным образом песка. Они предусматриваются во всех случаях, когда производительность очистной станции более 100 м3/сут и состоят не менее чем из двух отделений (оба рабочие).Песколовки, как и отстойники, работают по принципу осаждения взвеси при небольшой скорости течения. Для песколовок скорость течения должна быть не более 0,3 м/с и не менее 0,15 м/с .Такой диапазон изменения скорости объясняется тем, что по данным опытов превышение скорости сверх 0,3 м/с приведет к выносу песка из песколовки, а ее уменьшение ниже 0,15 м/с вызовет осаждение в песколовке легких органических загрязнений, которые для песколовок нежелательны по причине сложности их дальнейшей обработки. Регулирование скорости обычно обеспечивается водосливными устройствами на выходе из песколовок и числом их секций. При количестве песка менее 0,1 м3/сут разрешается его ручное удаление, а при больших расходах − только механизированное.Песколовки бывают:- горизонтальные-с прямолинейным или круговым течением воды;- аэрируемые;- тангенциальные.Большое распространение получили компактные горизонтальные песколовки с круговым течением воды(рис. 2).Рис. 2Песколовка (Рис.2) с круговым движением рабочего потока (рис 2) представляет собой круглый резервуар 1 с коническим днищем 3. внутри резервуара расположен цилиндр с усечённым конусом 2, которые с корпусом песколовки образуют кольцевой лоток 5, имеющий в нижней части щелевое отверстие 6 для отвода осадка.Нефтесодержащие сточные воды поступают к песколовке по открытому лотку и направляются затем в кольцевой лоток песколовки по тангенциальному вводу. Для поддержания в песколовке постоянного уровня на выходе из неё установлен водослив с широким порогом 8. Всплывающие нефтепродукты задерживаются в лотке полупогружённой перегородкой 9, расположенной перед водосливом. Далее через специальное отверстие 10 они направляются в центральную часть песколовки. Накопившиеся нефтепродукты удаляются из песколовки через погружную воронку 4. Выделенный песок удаляется из песколовки гидроэлеватором 7.Аэрируемые песколовки(с винтовым поступательно − вращательным течением жидкости) также относятся к горизонтальным, но отличаются от них тем, что вода в этих песколовках протекает вращательным путем. Такое движение создается впуском воздуха через дырчатые (пористые) трубы, расположенные вдоль одной из стенок песколовки (рис.3).Рис.3 Схема аэрируемой песколовки. Для разделения механических загрязнений по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки (рис.3), в состав которых входят входная труба -1, воздуховод- 2, воздухораспределители- 3, выходная труба- 4, шламосборник -5 с отверстием- 6 для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются,как и в горизонтальных песколовках. Мелкие же частицы, обволакиваясь пузырьками воздуха, всплывают наверх и с помощью скребковых механизмов удаляются с поверхности.При вращательном течении воды из нее выпадают органические примеси, поскольку они как более легкие поддерживаются во взвешенном состоянии. Поэтому осадок в таких песколовках на 90…95 % состоит из песка и после выгрузки на поверхность земли не загнивает.Дырчатые трубы устанавливаются на подставках (выступах) на глубине 0,7 Н (Н − глубина воды в песколовке, может достигать до3,5 м). Интенсивность аэрации 3…5 м3/м2ч. Днище песколовки имеет уклон 0,2…0,4 к песковому лотку. Из этого лотка песок сгребается механическим способом или смывается водой в приямок, откуда удаляется гидроэлеватором. Впуск стоков в песколовку совпадает с направлением течения воды в ней, выпуск − затопленный.Гидравлическая крупность песка 13,2…18,7 мм/с. Объем задерживаемого песка определяется при норме задержания песка 0,03 дм3/(чел∙сут); влажность устанавливается на основе экспериментов.Продолжительность протекания воды, как и в обычных горизонтальных песколовках, не менее 30 с. Скорость продольного течения воды Vм м/с.Песок из песколовок имеет сравнительно большую влажность (до 60 %), поэтому его следует обезвоживать.При расходах сточных вод до 80 тыс.м3/сут для обезвоживания песок сначала загружается в песковые бункеры, где песок частично отстаивается и хранится от 1,5 до 5 суток. Дренажная вода направляется в начало очистных сооружений.В простейшем и наиболее распространенном случае песчаная смесь из песколовок гидроэлеваторами перекачивается на песковые площадки. Это спланированные участки земли, огражденные валиками высотой 1…2 м. Размеры площадок рассчитываются исходя из нагрузки 3 м3/м2 в год. Отстоянная вода с площадок переливается в боковые каналы через водосливы, устроенные в валиках, и снова направляется в начало очистных сооружений.3.3. ОтстойникиОтстойники по направлению течения жидкости делятся на: горизонтальные; вертикальные; радиальные, в которых вода течет в горизонтальном направлении, но по радиусам, т.е. от центра к периферии.Для интенсификации процессов отстаивания загрязнений применяются специальные сооружения-осветлители и биокоагуляторы.Выбор типа отстойников с учетом экономических соображений производится в зависимости от расхода сточной жидкости, уровня грунтовых вод, технологии очистки воды и обработки осадка, размеров площадки очистных сооружений и других факторов. При расходах сточных вод q = 10 − 20 тыс. м3/сут и при низком уровне грунтовых вод наиболее экономичны вертикальные отстойники. При расходах сточных вод q ≥ 15 тыс.м3/сут и при высоком уровне грунтовых вод рекомендуется применять горизонтальные отстойники. При расходах q ≥ 20тыс.м3/сут можно использовать как радиальные, так и горизонтальные отстойники, но тоже при условии высокого уровня грунтовых вод. Осветлители и биокоагуляторы обычно полностью или частично заменяют вертикальные отстойники, в основном при содержании взвешенных веществ более 300 мг/дм3.Горизонтальные отстойники в плане представляют собой прямоугольные резервуары, по которым жидкость течет в горизонтальном направлении, а длина отстойника Ls, как правило, существенно превышает глубину воды Hs. Они выполняются обычно из железобетона и состоят не менее чем из двух секций, причем обе секции рабочие. Если секций две или более, то общий объем отстойников следует увеличить на 20…30 %.Дну отстойника придают уклон 0,005…0,05 в сторону приямка для осадка, который устраивается в начале отстойника и выполняется в виде усеченной пирамиды. Осадок, выпавший на дно отстойника, сгребается в приямок при помощи движущейся бесконечной цепи со скребками или посредством одиночного скребка (Рис.4).Рис. 4 Горизонтальный отстойник1 - подводящий лоток; 2 - полупогружная доска: 3 - скребковая тележка: 4 - отводящий лоток: 5 - жиросборный лоток: 6 - удаление осадка.Скребки перемещаются вдоль отстойника при помощи электрифицированной тележки, движущейся в прямом и обратном направлении по верхней кромке стены отстойника. Из приямка осадок периодически удаляется по иловой трубе D ≈ 200 мм и под гидростатическим напором Нг=1,5 м.В отстойнике находятся две полупогруженные доски. Первая, установленная в начале отстойника, служит для равномерного распределения воды по ширине и глубине отстойника, вторая − в конце отстойника − имеет лоток для отведения и задержки всплывших загрязнений. Между проточной частью отстойника и днищем предусматривается нейтральный слой воды, предохраняющий выпавший осадок от размыва.Вертикальные отстойники − круглые в плане, обычно железобетонные резервуары, сравнительно небольшого диаметра D ≤ 9 м (рис.5).Pис. 5. Bертикальный отстойник c камерой хлопьеобразования: 1 – переливной трубопровод; 2 – отводящий трубопровод; 3 – подводящий тангенциальный трубопровод; 4 – камера хлопьеобразования; 5 – горизонтальные перегородки; 6 – вертикальные перегородки; 7 – зона осветления; 8 – зона накопления осадка; 9 – илоотводная труба.На очистку сточная вода поступает по лотку в центральную трубу и по ней протекает вниз. В конце трубы устроен раструб, вследствие чего скорость течения по ней несколько уменьшается. Далее поток воды отражается от щита, попадает в отстойную часть и с медленной скоростью поднимается вверх, где и происходит отстаивание взвеси. Выпавший осадок скапливается в конической части отстойника, где находится не более двух суток во избежание слеживания. Щит предохраняет осадок от размыва. Длина центральной трубы принимается равной высоте зоны отстаивания Нs=2,7…3,8 м.5. Физико-химические методы очискткиЭти методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ. Они применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами. Физико-химические методы очистки сточных вод наиболее активны при локальной очистке.Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами, которые в воде образуют хлопья гидрооксидов металлов.Рис.6 Схема установки для очистки вод коагуляцией: 1 – емкость для приготовления растворов; 2 – дозатор; 3 – смеситель; 4 – камера хлопьеобразования; 5 – отстойник.Хлопья, обладая способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их, быстро оседают под действием силы тяжести на дно резервуара. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси.Флокуляция – процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении вводу высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. При этом процесс образования хлопьев гидрооксидов алюминия и железа интенсифицируется для повышения скорости их осаждения. Таким образом, введение коагулянтов в сточные воды позволяет, с одной стороны, снизить массу используемых коагулянтов, а с другой – уменьшить процесса хлопкообразования и повысить скорость их осаждения.Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод эмульгированных веществ и тонкодисперсных частиц размером 8¸100 мкм. Эффективность очистки может достигать 0,9¸0,95.Наибольшее применение в качестве коагулянтов получили сульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия и хлорид железа. Их расход составляет 0,1¸5 кг на м3 сточных вод.Весьма перспективным методом очистки сточных вод гальванических и травильных отделений от хрома и других тяжелых металлов, а также цианов является электрокоагуляция – процесс образования нерастворимых гидрооксидов в сточных водах при их прокачке через электрокоагулятор. Электрокоагуляционная установка включает приемные емкости, усреднитель, электрокоагулятор с пеногасителями, илонакопитель, отстойник, обезвоживающую установку и осадкоуплотнительНесмотря на повышенный расход электроэнергии электрокоагуляционный метод очистки сточных вод позволяет перейти на оборотное водоснабжение, т.к. в результате действия электрического поля вода практически полностью очищается от бактерий. Это приводит к увеличению сроков службы воды, а также исключает возможность появления у обслуживающего персонала экзем, грибковых и других заболеваний кожи, неизбежно возникающих при обращении с бактериально загрязненной водой.Флотация применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые частицы. Сам процесс флотации заключается в образовании в толще воды газовых пузырьков (чаще воздушных), прилипании частиц к поверхности раздела газовой и жидкой фазы, всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой сточной жидкости и удаление образовавшегося пенного слоя.Различают следующие методы флотационной очистки сточной воды: перенасыщение сточной воды воздухом, механическую и электрофлотацию.Флотацию за счет перенасыщения сточной воды воздухом подразделяют на вакуумную и напорную. При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 30¸40кПа (225¸300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в верхнюю часть камеры пузырьки воздуха выносят загрязнения на поверхность воды. Процесс флотации длится около 20 минут. Концентрация взвешенных частиц не должна превышать 30 мг/л.Напорная флотация протекает в 2 стадии: насыщение сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующее резкое снижение давление до атмосферного. Напорные флотационные установки позволяют обрабатывать сточные воды с начальной концентрацией загрязнений до 5 г/л при производительности от 5 до 2000 м3/час. Давление в напорной емкости поддерживают в пределах 0,17¸0,39 МПа, время пребывания сточной воды в напорной емкости 14 минут, а во флотационной камере 10¸20 минут. Объем подаваемого воздуха составляет 1,5¸5% объема очищаемой воды. В ряде случаев сточную воду насыщают кислородом или озоном. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмом для сгребания пены в пеносборник.Для механической флотации используют турбины насосного типа, форсунки и пористые пластины.Суть метода электрофлотации состоит в том, что в процессе электролиза воды выделяющиеся на электродах пузырьки газов (водорода и кислорода) сталкиваются со взвешенными частицами, прилипают к ним и «флотируют» их на поверхность жидкости. Основную роль в процессе флотации частиц выполняют пузырьки водорода, выделяющиеся с поверхности катода. Эффективность процесса флотационной очистки связана с числом и размером пузырьков. Поэтому размер отрывающихся пузырьков зависит не только от краевого угла, но и от кривизны поверхности электродов, последние изготавливают в виде проволочной сетки. При этом на размер пузырьков влияет толщина проволоки: с её увеличением размеры пузырьков возрастают. Число пузырьков зависит от плотности тока и материала электродов. Электрофлотацию можно осуществлять либо с применением дафрагмы, либо ьез неё. Во избежание перемешивания газов и образования гремучей смеси (2/3 водорода и 1/3 кислорода) предпочтение отдается диафрагменному варианту, тем более что при этом можно уменьшить расстояние между электродами.Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если эти вещества биологически не разлагаются или являются сильно токсичными при небольшой их концентрации. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 0,8¸0,95.В качестве адсорбентов используют активизированные угли, синтетические вещества и некоторые отходы производства (золу, шлаки и т.д.).Процесс адсорбционной очистки сточных вод ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой или фильтрованием воды через слой адсорбента.Расход вводимого в воду адсорбента для одноступенчатого процесса: G=Q(Cн-Ск)/а, где Q – объём сточных вод; Сн, Ск – начальная и конечная концентрация загрязненной воды; а –коэффициент адсорбции.Ионный обмен – обмен ионами, находящимися в растворе и присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита), позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть) и радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до ПДК вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.Иониты, которые способны поглощать из воды положительные ионы, называются катионами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые – основными. Иониты бывают неорганическими (минеральными) и органическими, природного происхождения или полученными искусственно. Наиболее распространены синтетические ионообменные смолы, представляющие синтетические полимеры с сетчатой структурой. Они отличаются высокой поглотительной способностью, механической прочностью, химической устойчивостью. Применение ионитов позволяет обеспечить высокую эффективность очистки, а также выделить из сточных вод металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.Экстракция – способ разделения и извлечения из жидкости компонентов смеси. С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот и др. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. В общем случае экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3¸4 г/л.Очистка сточных вод экстракцией состоит из 3 стадий. Первая – интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим раствором), в результате чего образуются 2 жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстрагент, и рафинат, который содержит сточную воду и экстрагент. Вторая стадия – разделение экстракта и рафината и заключительная стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов – бензол.