Механично пречистване на отпадъчни води

Отпадъчните води от различните промишлени производства и битовите отпадъчни води съдържат различни замърсители, които се намират в суспендирано, колоидно или разтворено състояние. Изборът на най-подходящ метод за пречистване зависи от количеството на отпадъчните води, концентрацията на примесите и преди всичко от физическото състояние на замърсяващите вещества. Замърсителите могат да се отстранят чрез механично пречистване, когато са с размер на частиците над 1.10-4 cm.

Това по принцип е първият етап от пречистването на водата и се провежда преди физикохимичното и биологичното пречистване. В механичното пречистване се включват няколко етапа – прецеждане на водата от влачените едри механични примеси чрез решетки и сита; утаяване на частиците от минерален произход в утаители и песъкозaдържатели; филтриране и отделяне на неразтворените частици чрез хидроциклони и центрофуги.

Механичното пречистване е задължително първо технологично стъпало за третиране на битови и промишлени отпадъчни води. Пречещите груби частици трябва да бъдат отстранени, за да се предпазят следващите технологични стъпала от повреди или замърсявания и да се облекчи тяхната работа. Механичното пречистване рядко се използва като самостоятелен и краен метод. При него се задържат до 60% от цялата маса на неразтворените вещества, а замърсяванията от органични вещества се понижават от 15 до 35%.

Прецеждане
Прецеждането е първият етап от механичното пречистване. Няколко вида са съоръженията, които не допускат попадане на големи отпадъци в последващия процес на пречистване. Това са сита, груби и фини решетки, ротационни барабанни решетки. Те задържат обемните плаващи предмети в пречиствателните станции.

Решетки
Решетките са първите съоръжения, участващи в схемата на пречиствателните станции за отпадъчни води. Тяхното поставяне е задължително, защото задържат най-грубите плаващи и влачени материали. По този начин те предпазват следващите съоръжения от блокиране. При големите пречиствателни станции по преценка на проектанта в началото на довеждащия канал могат да се предвидят защитни решетки с разстояние между прътите от 80 до 100mm. По принцип това разстояние е 5-30mm при обикновените (фини) решетки и 30-125mm при грубите решетки. В зависимост от формата си решетките са три основни вида – правоъгълни (рамкови), дъгови и решетки дробилки.

Правоъгълните решетки представляват метални рамки с успоредно наредени метални пръти и разстояние между тях от 5 до 200mm, като обикновено се приема 16-20mm. Разполагат се в разширението на довеждащия канал. Прътите се поставят вертикално или за удобство при почистването – под наклон 60-70° спрямо нивото на водния поток. Напречното сечение на прътите има съществено значение за нормалната и ефективна работа на решетките. Едни от най-употребяваните в практиката са прътите с правоъгълно сечение (с размери 10/60mm). Те задържат по-голямо количество отпадъчни материали, по-рядко се задръстват и имат улеснена експлоатация. За да се намалят хидравличните загуби, входните ръбове на прътите се закръглят. Установено е, че при трапецовидно сечение на прътите (с малката страна по течението) решетките имат по-добро самопречистване и в болшинството случаи по-лесно се поддържат чисти.

Дъговите решетки обикновено се препоръчват при по-големи количества задържани примеси, за отстраняването на които е необходима механизация. Филтриращата част се състои от дъгообразни шини. Оборудването за почистване представлява гребло, чието движение съвпада с радиуса на решетката. Това оборудване има предимството, че при него разходите на енергия са малки.

Решетките дробилки са подходящи най-вече за малки пречиствателни станции. Монтират се обикновено в открити канали задължително след груби решетки, които ги предпазват от задръстване. При тях прецеждането и раздробяването на задържаните отпадъци са обединени. Използват се напълно автоматизирани специални дробилни апарати. Те едновременно прецеждат и раздробяват по-едрите замърсители. Те са с производителност 1-2т/ч и са с по-малък разход на електроенергия.

Отстраняването на задържаните примеси върху решетките може да се извърши автоматизирано или ръчно при сравнително малки количества на отпадъците. Механизираното почистване е периодично в зависимост от нивото на водата пред решетката. Отпадъците задържани върху решетките могат да имат разнообразен състав и количество в зависимост от вида на отпадъчните води. Обемната им плътност също варира в широки граници.

Сита
Ситата са друг вид съоръжения за прецеждане на отпадъчните води. Обикновено се монтират след решетките. Те задържат останалите в отпадъчните води по-грубо диспергирани примеси. Прилагат се за пречистване на градски отпадъчни води и като технологично оборудване в цеховете на някои промишлени предприятия за задържане на ценни материали, които се използват повторно в производството. Ситата представляват филтърни мрежи или надупчени листове от неръждаема стомана, месинг или пластмаса и др. Отворите са кръгли или правоъгълни с големина в зависимост от естеството на задържаните материи от 1 до 6mm. Площта, която заемат отворите, е от 25 до 50% от общата полезна площ на ситото. Като цяло ситата заемат сравнително малка площ, но имат голям разход на енергия.

В практиката се използват различни видове сита – цилиндрични, дискови, дъгови, лентови и др. Те могат да се разделят още на подвижни и неподвижни. Към подвижните се отнасят ротационните, вибрационните и клатещите сита.

Цилиндричните сита представляват въртящи се на хоризонтална ос барабани, чиято околна повърхност е покрита с надупчена материя. Диаметърът на този вид сита се изменя от 2 до 5m. Те се въртят с периферна скорост от около 1,5м/сек. Почистването на ситата се извършва с вода или въздух под налягане, както и по механичен начин – с гребени или въртящи се в противоположна посока четки.

Дисковите сита представляват въртящи се дискове с диаметър от 2 до 5m. Отпадъчните води постъпват по периферната страна на диска и след прецеждане се отвеждат от централната му част. При някои конструкции дисковите сита са наклонени под ъгъл, така че една част от въртящото се сито да остава на сухо за по-удобно почистване. Периферната скорост на тези сита е от 20 до 30см/сек.

Лентовите сита представляват движеща се в улей безконечна перфорирана лента, наклонена под ъгъл 60÷700 по посока на движението на водата. Лентата се движи отдолу нагоре със скорост обикновено от 3 до 6см/сек. Почистването на лентовото сито се извършва най-често с въртящи се в противоположна посока четки. Този вид сито е подходящо за отпадъчни води с по-голяма неравномерност на оттока.

Утаяване
Процесът утаяване се използва за намаляване мътността и твърдите неразтворени частици от минерален и органичен произход, съдържащи се в отпадните води. Утаителите са проектирани да намалят скоростта на потока и механичните примеси се утаяват на дъното на съоръженията под действие на гравитационните сили. Скоростта на утаяването зависи от режима на движение на водата, формата на утаяващите се частици, концентрацията, температурата, рН и др.

Утаители
Утаителите, според предназначението си в технологичната схема на пречиствателната станция, могат да се разделят на два основни вида – първични и вторични. Първичните утаители са основна част от съоръженията за механично пречистване и се използват преди основния пречиствателен процес. Te обикновено се монтират след песъкозадържателя, в началото на пречиствателната станция. Вторичните утаители също са задължителен елемент, който се монтират след съоръженията за биологично пречистване. Служат за утаяване на вече коагулирани и минерализирани вещества.

Според конструктивните си особености и посоката на движение на водата, утаителите най-общо се разделят на няколко вида:

Хоризонталните утаители са правоъгълни резервоари, широчината на които по експлоатационни съображения не надминава 4-5m. Дълбочината им е 2-3m, поради което се изпълняват лесно. За всички хоризонтални утаители се препоръчва спазването на определени условия за размерите. Тези утаители се разделят минимум на две работни секции.

Радиалните утаители са подходящи да се прилагат за средни и големи пречиствателни станции. Те представляват кръгли резервоари с голям диаметър и сравнително малка дълбочина, в които суровата отпадъчна вода постъпва през централно разпределено устройство.

Вертикалните утаители са подходящи за малки и средни пречиствателни станции, защото утаителният им ефект не надвишава 40%. Те представляват резервоари с кръгло или квадратно напречно сечение и конично или пирамидално дъно. Отпадъчната вода постъпва през централната тръба. За равномерно разпределяне на водното количество по цялото напречно сечение значение има съотношението между диаметъра и дълбочината на утаителя и височината на водния слой между централната тръба и отражателя. Трябва да се наблюдава наклонът на стените за шахтата за утайки да не е по-малък от 500.

Тръбните и ламелни утаители са ефикасни съоръжения за пречистване на силно замърсени или коагулирани отпадъчни води. Тръбните утаители се изграждат от PVC тръбни модули с диаметър не по-голям от 150mm. Тези отделни модули се монтират под наклон 45 до 65°. Това осигурява, утаените механични примеси да се плъзгат и натрупват в утаителната част на съоръжението. През определен период от време тези наслаги се отстраняват.

Ламелните утаители се изграждат от плоскости (ламели), които могат да бъдат от метал или PVC. Те се различават от тръбните главно по това, че водата за пречистване постъпва отгоре и се движи надолу заедно с утайките, които се плъзгат по наклонените ламели и се натрупват в долната част на съоръжението. Посоките на движение на водата и утайката биха могли да съвпадат да са противопосочни или кръстосани. Повърхността на ламелите може да бъде гладка, вълнообразна или гофрирана.

Песъкозадържатели
Това са съоръжения, които се изпълняват предимно от стоманобетон. Използват се за утаяване и задържане на по-тежките минерални примеси в отпадъчните води – пясък, въглища, стъкло, сгурия и др. Изграждат се задължително, когато количеството на отпадъчните води е над 100м3/ден. В технологичния комплекс те се разполагат пред първичните утаители. Тук се утаяват от 55 до 95% от всички минерални частици, съдържащи се във водата. Те са предимно с диаметър 0.2 – 0.5mm. За да са ефективни песъкозадържателите, скоростта на водния поток трябва да се поддържа около 0.3м/сек. При по-големи скорости пясъкът не може да се утаи и се изнася от съоръженията, а при по-малки – в съоръженията се отлагат органични примеси. И двете явления са нежелателни. В пречиствателната техника се прилагат различни конструкции песъкозадържатели:

хоризонтални – това са най-разпространените песъкозадържатели. Те се характеризират с по-голям пречиствателен ефект. Най-често хоризонталните песъкозадържатели са правоъгълни, удължени в план резервоари. В тях постъпилата отпадъчна водата намалява скоростта си до 0,3м/сек и при протичането си водата се освобождава от пясъка. От своя страна те биват с праволинейно и кръгово движение. Времето за престоя на отпадъчните води в песъкозадържателите не трябва да бъде по-малък от 30сек.

вертикални – имат малка пречиствателна способност и заради това намират ограничено приложение в практиката. Подходящи са за сравнително малки водни количества. Не могат да се прилагат при пречистване на промишлени отпадъчни води, защото там дебитът е променлив и в резултат на това има голямата разлика в количеството на задържания пясък.

песъкозадържатели с въртеливо-постъпателно движение на водата - според начина на създаване на движението са тангенциални и аерируеми.

В тангенциалните песъкозадържатели се създава винтово вертикално движение, поради което има много добро отделяне на пясъка от отпадните води. Тези съоръжения са с цилиндрично напречно сечение.

Аерираните песъкозадържатели имат правоъгълна удължена форма в план и правоъгълно, трапецовидно или кръгло напречно сечение. Винтовото движение на водата в тях се постига с помощта на въздух под налягане, подаван от пневматични аератори. Скоростта на движение се поддържа постоянна независимо от колебанието на потока. Аерираните песъкозадържатели осигуряват по-висок процент на задържане на пясъка и по-добро отстраняване на органичните вещества.

Видове спомагателни съоръжения
Хидроциклоните са допълнителни съоръжения, които се използват за допречистване на отпадъчните води чрез филтрация. Освен хидроциклони се изграждат още бункери, площадки и събиратели на пясък за допълнителна обработка на утаилия се в песъкозадържателите пясък, характеризиращ се с висока влажност. В близост до пречиствателните станции се изграждат бункери. При по-големите пречиствателни станции, когато е необходимо се изграждат повече от един бункер. Преди самият бункер се монтира хидроциклон. Най-често се използват напорни хидроциклони, които обезводняват пясъка и отделят останалите в него органични вещества. Изградените площадки се използват единствено за обезводняването на пясъка, затова са с дрениращо дъно. Разделят се на секции и се ограждат с диги. Ако теренът позволява, могат да се изградят събиратели на пясък.

Мазниноуловител или маслоуловител се поставят след решетките и песъкозадържателя при необходимост – в зависимост от качеството на водата. Мазниноуловителите са предназначени за захващане на олиа и мазнини, които се оттичат в отпадни води от кухни, хранително-вкусови цехове, цехове за обработка на месо и други. Те служат за защита на канализацията и другите съоръжения в канализационната мрежа от полепвания и замърсяване.

Монтират се на отпадната канализация възможно най-близо до мястото на възникване на отпадни води съдържащи мазнини. Използването на мазниноуловители се препоръчва и преди домашни пречиствателни станции. Там водите съдържат голямо количество мазнини, чийто разграждане предизвиква окисление и причинява биохимични и механични повреди, следователно и понижаване на ефективността на пречиствателните станции за отпадни води.