Механично пречистване на индустриални отпадни води

Механичното пречистване се явява предварителен етап за пречистване на промишлените отпадни води в пречиствателните станции. Използва се за приготвянето на отпадните води за последващото им биологично, физико-химично и другите методи за дълбоко пречистване. То осигурява до 90-95% отделяне на неразтворимите твърди и суспендирани частици и снижаване концентрацията на органичните замърсители във водата до 25% по БПК. Механичното пречистване на промишлените отпадни води е много важно за повторното им използване в производството. Освен защита на оборудването от навлизането на твърди частици при използване на пречистена оборотна вода, то може да се използва и за извличане на ценни химични съединения от водите с цел повторна употреба в производството.

Замърсяващите частици в промишлените отпадни води могат да имат различни размери, плътност и маса. За подобряване ефективността на стандартните механични методи за пречистване на водите от различни видове замърсители се използват различни физически принципи и инженерни решения. Прилагането на един или друг метод за механично пречистване зависи от количеството и качеството на отпадната вода, от характера на неразтворените вещества и от необходимата степен на пречистване. За по надеждна работа на съоръженията за механично пречистване на промишлените отпадни води се препоръчва не по-малко от две работни единици от основното технологично оборудване: решетки, пясъкозадържатели, усреднители, утаители или филтри.

Съвременни методи за механично пречистване
В промишлените отпадни води почти винаги, заедно с разтворените замърсяващи вещества в тях, се съдържат и неразтворени примеси от минерален и органичен произход. Те могат да бъдат твърди - суспензии, или течни - емулсии. По размер и плътност отделните частици на неразтворимите примеси са много разнообразни.

Според степента на дисперсия, веществата, замърсяващи отпадните води, се разделят на груби суспензии, колоидни разтвори и истински разтвори. Частиците на суспендираните твърди вещества, чийто диаметър е повече от 0,00001 cm не се задържат в суспендирано състояние дълго време, защото под влиянието на гравитационните сили се утаяват или изплуват на повърхността. Скоростта на утаяване или изплуване зависи от плътността и размера на частиците. Малките частици с диаметър по-малък от 0,00001 cm могат да се намират в състояние на кинетична стабилност - суспензия, много дълго време. Затова първата стъпка е пречистване от неразтворените замърсители. За тяхното отделяне най-често срещаните методи за механично почистване са прецеждане, утаяване и филтриране.

Прецеждането се използва за отстраняване на по-едри плаващи и влакнести неразтворими вещества. В предприятията на химическата, нефтопреработвателната, хранително-вкусовата, текстилната промишленост прецеждането се използва за защита на пречиствателните съоръжения от попадане в тях на големи замърсители - камъни, дървета, трески и др. Последните могат да причинят задръстване на тръби и канали или излизане от строя на движещите се части на оборудването. Прецеждането се извършва с помощта на решетки и сита. Някои видове сита могат да се използват и за допречистване на отпадните води.

Утаяването е метод, който се използва за отстраняване от промишлените отпадни води на суспендирани частици с различни плътности под действието на гравитационните сили. Под тяхното действие частиците се утаяват на дъното на утаителя или изплуват на повърхността му. За целите на механичното пречистване се ползват специални утаителни резервоари. Утаяването обикновено се използва за подобряване на качеството на водата в затворени оборотни системи за водоснабдяване. Те са намерили приложение, например, в обектите на металургичната, рудодобивната и химическата промишленост. За пречистването на отпадните води чрез утаяване се използват утаители - избистрители, пясъкозадържатели, маслоуловители, смолоуловители, шлакоутаители. Разновидност на гореизложения метод е центробежното утаяване, използвано в хидроциклони и центрофуги.

Филтрирането е необходимо за отстраняване от отпадните води на много фина суспензия с различен произход. Основният пречистващ елемент в този случай са мрежестите и гранулирани филтри. Като насипни филтърни материали могат да се използват въглища, пясък, частици от метал, стъкло или пластмаса. Отпадните води преминаващи през тях, се пречистват от съдържанието на грубите и финодиспергирани твърди вещества. Филтрите се избират в зависимост от продуктовата специализация на предприятието. Например, в целулозно-хартиената промишленост особено приложение са намерили вакуумните и мрежестите филтри. За по „мръсните“ отрасли вече са необходими хидроциклони и центрофуги, осъществяващи по-дълбоко пречистване на водите.

Технологична схема за механичното пречистване
Технологичната схема за механично пречистване на промишлените отпадни води с дебит не повече от 10000m3/d има следния състав на основните съоръжения. Решетки за задържане на едрите замърсявания от органичен и минерален произход. Пясъкозадържатели за отделяне на пясък. Усреднители за регулиране дебита на отпадните води и концентрацията на замърсяващите вещества в тях. Утаители-избистрители за отделяне на неразтворените примеси. Филтри за по-пълно избистряне на водата. Съоръжения за обработка на утайките.

Постъпващите промишлени отпадни води в пречиствателната станция преминават последователно от приемния резервоар през решетките, пясъкозадържателите, усреднителите, утаителите и филтрите. Отпадъците от решетките се подават в дробилната машина и във вид на пулп - каша, се изхвърлят в канализацията пред или зад решетката. Възможен е също вариант за извозване на отпадъците в контейнери за обезвреждане.

За интензифициране утаяването на суспендираните вещества от водите в съвременните пясъкозадържатели и усреднители се подава въздух за аериране. Чрез него се създава въртеливо движение на водата. Водата след филтрите се подава в помпена станция. От нея една част от водата аерирана с въздух се подава във филтрите за промиване. Промивните води от филтрите се препомпват пред осреднителите. След помпената станция водата се подава за водоочистване и повторно използване в системата на производственото водоснабдяване.

Основни съоръжения за прецеждане
Решетките са съоръжения за предварително пречистване на промишлените отпадни води. Използват се за задържане на най-грубите материали в отпадните води - дървени парчета, парцали, опаковъчни материали, полимерни и влакнести материали. Решетките представляват метални рамки с успоредно наредени метални пръти, монтирани в канали, по посоката на течението на водата. Решетките се поставят вертикално или под наклон 60-75° спрямо нивото на водния поток, за да могат лесно да се почистват. За избягване образуването на вихрово движение на потока, каналът пред решетката плавно се разширява. Разстоянието между прътите на решетката трябва да съответства на изискванията на БДС EN 12255-3:2004 „Пречиствателни станции за отпадъчни води. Част 3: Предварително пречистване на отпадъчни води“. В стандарта е посочено, че разстоянието между прътите на решетка може да бъде от 50-2mm, което позволява отделянето на твърди и груби вещества.

Широчината на разстоянията се избира в съответствие с целта за пречистване. От предварителното общо третиране на водата, например, в хранително-вкусовата промишленост, до преработване на промишлената вода или регенериране на вещества-например, от хартиената промишленост. При определяне размерите на решетката с цел предотвратяване от натрупване на замърсители върху прътите, скоростта се определя на 0,3m/s при минимален воден поток пред решетката, както и максимална скорост от 1,2m/s през решетката. В зависимост от общата ширина на решетките, се определя количеството на работните решетки. Допълнително се поставят 1-2 резервни решетки. Предвижда се също обходен канал за пропускане на водата в случай на аврийно запушване на решетките. Напречното сечение на прътите има голямо значение за нормалната и ефективна работа на решетките. Най-често използваните форми на сечение на прътите на решетката са правоъгълната, правоъгълната със закръгление, кръглата форма. Правоъгълната форма със закръгление е най-разпространена. С по-голямо приложение са решетките с дебелината на прътите е 3-10mm и разстояние между тях 3-16mm.

Според конструктивните си особености решетките се разделят на неподвижни, подвижни, решетки-дробилки с обединени процеси на прецеждане, раздробяване и задържане в един агрегат. В зависимост от начина на почистване решетките биват с ръчно почистване при количество на задържаните отпадъци до 0,1m3/d, и с механизирано почистване при денонощен обем на задържаните отпадъци по-голям от 0,1m3/d. В Западноевропейските страни популярни са самопочистващите се решетки от стъпаловиден тип MEVA Rotoscreen, с разстояние между прътите от 2 до 6mm.

Ситата се използват за задържане на грубодиспергираните примеси в промишлените отпадни води. Намерили са приложение за пречистване на водите от предприятията на текстилната, хартиената и кожарската промишленост, а също така и от кланици, животновъдни ферми и др. В цеховете на изброените предприятия ситата са технологично оборудване за задържане на нишки, влакна, вълна и др., които успешно се използват повторно в производството. Пречиствателният ефект на ситата-коефициента на полезно действие, не е голям. Пред тях винаги се монтира решетка с разтояние между прътите не повече от 30 mm. Основният елемент на ситата са надупчени листове или мрежи от неръждаема стомана, месинг, пластмаса и др. Формата на отворите на ситата е кръгла или правоъгълна. Големината на отворите трябва да съответства на изискванията на БДС EN 12255-3:2004. Стандартът въвежда следната класификация на ситата. Голямо сито, с ширина на отворите по-големи от 1mm. Фино сито, с ширина на отворите по-малки от 1mm. Микро сито, с ширина на отворите 0,005-0,5mm (5-500 микрометъра). Площта, която заемат отворите, е от

25 до 50% от общата полезна площ на ситото. Най-важният експлоатационен параметър на ситата е намаляване на работното налягане. За неговото определяне, трябва да се вземат под внимание данните на производителя. Според принципа на действие ситата се разделят на подвижни-ротационни, вибрационни, клатещи. Ширината на отворите на автоматичните сита е от 5,0 до 0,5mm. Широко се използват и отвори от 1 до 3mm. По-малките диаметри на отворите-1-1,5mm, се запушват по-малко, отколкото големите 2-3 mm. Използват се също филтърни мрежи с нарязани повърхности, перфорирани пластини и клетъчни тъкани. При микропречистване с барабанен филтър, частиците на твърдите вещества се отделят механично от отпадните води, като се използва микроскопично тънка тъкан.

Микроситата се използват за допречистване на отпадните води след биологиното пречистване. Според начина на почистване ситата биват със сухо и с мокро почистване. Сухото почистване се осъществява с четки и въздух под налягане, а мокрото с промивна вода. Микроситата се промиват с хлорна вар или се почистват механично.

В хранително-вкусовата промишленост с помощта на пясъкозадържателите се отделят от отпадните води пясъчните частици с диаметър по-голям от 0,2-0,1mm. Пясъкозадържателите се изграждат задължително, когато количеството на отпадните води е над 100m3/d. В тях се утаяват от 55 до 95 % от всички съдържащи се минерални частици във водите. Изработват се предимно от стоманобетон. При пречистването на промишлените отпадни води най-голямо практическо приложение са намерили хоризонталните, тангенциалните и аерируемите пясъкозадържатели.

Хоризонталният пясъкозадържател представлява дълъг правоъгълен утаител с хоризонтален поток на отпадната вода. Той задържа пясъчни и неорганични материали с диаметър на частиците от 0,2 до 0,1mm. В идеалния случай пясъчните частици се задържат, когато натоварването на повърхността е по-малко или равно на скоростта на утаяване на частиците. Това обаче е само теоретичен подход, който не отчита движението на водата в областта на притока и отока.

В тангенциалния пясъкозадържател отпадните води се подават тангенциално в резервоар с форма на кръгла фуния. Линията на отичане е от същата страна, както и захранващата линия. Така отпадните води практически текат по пълен кръг. Поради принудителното кръгово движение, благодарение на центробежната сила, нивото на водата се издига извън оста на въртене. По този начин, под въздействие на повишеното налягане в крайната зона, се формира вертикално кръгово движение насочено от дъното към центъра. От едновременното постъпателно и въртеливо движение се получава спирален поток. Благодарение на него органичните вещества се отмиват от пясъка. Последният се насочва към дъното и се събира във фуниеобразното пространство, откъдето се изпомпва. По този начин се постига определено селективно разделяне на твърдите вещества.

В аерираните пясъкозасържатели въздухът се подава през устройства за аериране, инсталирани от всяка страна. С увеличаването на въздушните мехурчета потокът вода се насочва нагоре. Това става причина за вихровото движение на цялата маса на водата с пясъчните частици. Движението на водата перпендикулярно на сечението и в надлъжната посока на пясъкозадържателя се превръща в спирален поток. Във вихровия поток пясъчните частици, донесени с отпадната вода, се пренасят в края на водната маса и се отлагат върху наклоненото дъно на пясъкозадържателя. Под влиянието на силата на тежестта и водното движение пясъкът се плъзга в събирателния улей. Съотношението на ширината към дълбочината е 0,8.