Механические методы очистки сточных вод

Сточные воды, образующиеся в результате бытовой и хозяйственной деятельности человека, а также воды, отводимые с водосборных площадей, могут включать различные концентрации и фракции загрязняющих веществ. Применение механических методов на предварительном этапе очистки позволяет эффективно извлекать из объема сточных вод крупный бытовой мусор и наиболее грубодисперсные частицы, снижая нагрузку на последующие сооружения очистки.

К механическим методам очистки сточных вод относятся технологические решения, оборудование и сооружения, направленные на извлечение загрязняющих компонентов из объема сточных вод под действием таких физических явлений как процеживание, фильтрация, а также гравитационных и центробежных сил.

Как можно судить по определению выше, механические методы входят в обширную группу физических методов очистки. Однако данная дифференциация является условной, и, зачастую, механические методы выделяют в самостоятельную группу методов на основании схожести принципа действия оборудования и места их применения в технологических схемах.

Общей особенностью всех механических методов, является их применение на предварительном или начальном этапе очистки, когда из объема сточных вод извлекается крупный бытовой мусор (тряпки, остатки бумаги, картон, упаковки). Одновременно с этим, механические методы обеспечивают снижение концентраций таких показателей как ХПК, БПК, общий фосфор, аммонийный азот и взвешенные вещества за счет удаления крупных минеральных и органических примесей (песка, волокон, органических остатков пищи).

Стоит отметить, что в большинстве случаев, предварительная механическая очистка является комбинированной и удовлетворяет принцип удаления веществ от наиболее крупных к наиболее мелкодисперсным за счет различных сочетаний технологий и оборудования.

Ниже представлена классификация методов механической очистки на основании различий в принципах удаления загрязняющих веществ из объема сточных вод и используемых физических явлений.

Данный метод реализует сепарацию отходов от воды на основании габаритного размера мусора и диаметра частиц путем пропускания объема сточных вод через отверстия или прозоры (эффекте процеживания). В результате очистки, обеспечивается задержание мусора и частиц, размер которых превышает размер прозоров или отверстий. Задерживаемые отходы по мере накопления автоматически или вручную удаляются в контейнеры отходов для последующей утилизации на полигонах.

К сооружениям данного метода относятся процеживатели, решетки и сита различных конструкций, а также сетчатые, дисковые, ленточные и барабанные фильтры.

Отстаивание как метод первичного осветления сточных вод основывается на различной природе загрязняющих частиц, а именно, на различиях в их плотности и размере и их распределении в объеме воды под действием силы гравитации. За установленное время отстаивания (пребывания объема сточных вод в покое) более плотные частицы подоседают на дно, образуя со временем слой выпавшего осадка. Более «легкие», то есть, частицы, чья плотность меньше плотности воды, всплывают вверх, образуя на поверхности воды тонкую пленку (нефтяную, масленую). Таким образом, в результате отстаивания достигается разделение исходных сточных вод на несколько фракций.

Сооружения для отстаивания сточных вод могут иметь различные конструкции, включая зоны с коническим дном для сбора осадка и перегородки для улучшения процесса отстаивания. Также, для удаления всплывающих частиц может быть использовано скребковое оборудование.

К сооружениям данного метода относятся отстойники различных конструкций (вертикальные, горизонтальные), отстойники с тонкослойными модулями, нефте- и жироловушки, песколовки.

Оба метода базируются на использовании центробежных сил для разделения загрязняющих веществ и воды. Физическим явлением, лежащим в основе этих методов, является сила инерции. Конструктивно центрифуги и гидроциклоны представляют собой вращающиеся аппараты, в которых происходит разделение загрязняющих веществ. В центрифуге сточные воды разделяются на две фракции: тяжелые примеси оседают на стенках барабана, а легкие - всплывают вверх.

В гидроциклоне сточные воды движутся по спирали, и более тяжелые частицы отбрасываются к стенке, а более легкие - выносятся в верхнюю часть аппарата.

Фильтрование является методом механической очистки сточных вод, основанным на прохождении загрязненной воды через объем фильтрующего материала, в результате чего происходит задерживание частиц в порах загрузки. Чем меньше поры фильтрующего материала, тем меньше размер задерживаемых фильтром частиц. Процесс фильтрования также связан с явлением адгезии – способностью частиц загрязнителя прилипать к поверхности фильтрующего материала.

При фильтровании, в отличие от процеживания, примеси не остаются на поверхности материала, а задерживаются внутри объема материала. Это делает фильтрование более эффективным методом очистки, позволяющим осуществлять более тонкую очистку, но, в то же время, более сложным и дорогим в реализации и эксплуатации.

Для фильтрования могут использоваться различные виды оборудования, включая медленны и скорые фильтры с различными загрузками. Выбор типа фильтра и его загрузки зависит от характеристик загрязненной воды и требований к степени очистки, а также места в технологической схеме.

Механические методы могут применяться в качестве блока грубой предварительной очистки сточных вод различного расхода, состава и происхождения при наличии в их объеме крупногабаритного бытового мусора и грубодисперсных минеральных и/или органических примесей.

Локальные очистные сооружения поверхностных сточных вод, а также сточных вод, характеризующихся повышенной концентрацией нефтепродуктов, масел и взвешенных веществ в включают в свой состав такие сооружения механической очистки как: бензо-маслоуловители, коалесцентные модули, нефтеловушки или отстойники с возможностью удаления нефтесодержащей пленки с поверхности зеркала воды, песколовки, тонкослойные модули. В качестве доочистки могут быть использованы различные загрузки фильтрующих материалов, например цеолит, сорбент-AC.

Механические методы очистки производственных сточных вод определяются спецификой технологических процессов предприятия, в рамках которых происходит образование загрязненных вод.

Например, если такие процессы приводят к попаданию в воды крупногабаритного мусора или предполагается реализации общесплавной системы канализации, включающей отводимые хозяйственно-бытовые сточные воды предприятия, необходима установка решеток механической очистки различных конструкций и исполнений.

При высоком содержании нерастворенных минеральных и/или органических примесей рекомендуется установка песколовок, процеживателей, барабанных сит, дисковых или сетчатых фильтров, центрифуг или гидроциклонов. При реализации на производстве схемы с биологической очисткой необходимо возведение сооружений первичного отстаивания.

В случае с производственными сточными водами объем и состав сооружений механической очистки строго не регламентируется и должен определяться на основании детального изучения исходных данных и опыта технолога, закладывающего проектное решение.

Состав сооружений механической очистки для обработки хозяйственно-бытовых сточных вод регламентируется согласно положениям СП 32.13330.2018 Канализация. Наружные сети и сооружения.

Так, обязательным условием для станций очистки является наличие оборудования для предварительного процеживания, обеспечивающее задержание грубодисперсных примесей. В качестве такого оборудования может быть использованы грубые и тонкие решетки, сита, процеживатели и измельчители. Размер отверстий решеток и сит, а также количество резервного оборудования определяется в зависимости от выбранной технологической схемы и наличия сооружений первичного осветления (первичных отстойников). Например, для станций очистки, реализующих технологию МБР, необходимо предусматривать две стадии очистки – на решетке с прозорами 5-6 мм и решетке (сите) с прозорами 1-2 мм.

Аналогичным образом регламентируется наличие в составе очистных станций сооружений для сепарации песка – песколовок. Тип и конструкция, а также количество данного вида оборудования определяется на основание данных о расходе и составе поступающих сточных вод. Например, при реализации технологической схемой процесса биологического удаления фосфора, применение аэрируемых песколовок, несмотря их эффективность, является нецелесообразным.

В состав сооружений механической очистки также могут входить резервуары-усреднители различных конструкций, обеспечивающие выравнивание значений концентраций и расходов поступающих сточных вод при их значительных колебаниях во времени, а также сооружения первичного осветления – первичные отстойники, механические процеживатели, масло-, жиро-, нефтеловушки и гидроциклоны.

Преимущества и недостатки механических методов очистки исходят из условий эксплуатации сооружений, которые включают в себя ряд требований и рекомендаций, направленных на обеспечение эффективной и безопасной работы системы. Ниже приведены основные условия эксплуатации таких сооружений:

• регулярное техническое обслуживание: сооружения механической очистки должны регулярно проверяться и обслуживаться квалифицированным персоналом; обслуживание включает в себя проверку состояния оборудования, замену изношенных деталей, очистку фильтров и других элементов системы;
• контроль качества воды: необходимо регулярно проверять качество воды на входе и выходе из системы для определения эффективности очистки; при обнаружении проблем следует провести дополнительную очистку или ремонт системы;
• защита от замерзания: в зимний период необходимо обеспечить защиту системы от замерзания, используя соответствующие теплоизолирующие материалы и системы подогрева;
• регулярное удаление отходов: осадок, полученный в процессе механической очистки сточных вод, требует дальнейшей обработки и утилизации; песок и другие твердые частицы, задержанные решетками, необходимо удалять и отправлять на утилизацию.

Исходя из перечисленного выше, можно выделить следующие преимущества механических методов очистки.

1. Простота и надежность: механические системы очистки просты в использовании и не требуют сложных технологических процессов.
2. Эффективность: механические методы могут удалять до 90% нерастворимых загрязнений из состава сточных вод;
3. Экономичность: механические методы не требуют применения реагентного хозяйства, и, соответственно, имею минимальные эксплуатационные затраты.

Однако механические методы очистки также имеют некоторые недостатки, включая:

• неполное удаление загрязнений: сооружения механической очистки направлены на удаление только крупногабаритного мусора и грубодисперсных минеральных и органических включений, не обеспечивая очистку от растворенных органических веществ и ионов;
• необходимость регулярного обслуживания: механические системы требуют регулярной чистки и обслуживания для поддержания их эффективности, что накладывает определенные требования к автоматизации системы;
• утилизация отходов: задерживаемый мусор и образующийся осадок требуют регулярной утилизации, что приводит к дополнительным затратам.

Механические методы очистки сточных вод являются эффективным решением по удалению из состава сточных вод крупных включений и мусора, а также наиболее грубодисперсных частиц минерального и органического происхождения, и обладают большой вариативностью применяемого оборудования различного действия и конструкции. Благодаря низким эксплуатационным затратам, простоте и надежности данные методы являются неотъемлемой частью большинства технологических схем очистки сточных вод различного происхождения.