С. В. ЯКОВЛЕВ, чл.-кор. АН СССР,
Я. А. КАРЕЛИН, д-р техн. наук,
Ю. М. ЛАСКОВ, д-р техн. наук,
Ю. В. ВОРОНОВ, канд техн. наук
ОЧИСТКА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ
вод
ВТОРОЕ ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Под редакцией чл.-кор. АН СССР С. В. ЯКОВЛЕВА
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальностям (Водоснабжение и канализация»
и ^Рациональное использование водных ресурсов и обезвреживание
промышленных стоков»
МОСКВА СТРОИИЗДАТ 1985

Порожня сторінка 2
Empty page 2
Пустая страница 2

¦вящается крупному ученому
власти очистки сточных вод
шре Александровне Карюхиной
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время вопросы охраны окружающей природной среды и рационально-
іспользования природных ресурсов приобретают исключительное значение. Актуаль-
ъ этой проблемы подтверждена в принятых на"XXVI съезде КПСС Основных на-
злениях экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на
юд до 1990 года. В статье 18 Конституции СССР говорится о том, что в1 интересах
оящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охра-
и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных
'рсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды,
іпечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека
1Ы. Саннтариое состояние водоемов является одним из аспектов социально-экоио-
еского развития различных районов нашей страны.
В материалах декабрьского A983 г.) и последующих Пленумов ЦК КПСС укаэы-
эсь на то, что при современных масштабах и темпах развития производительных
должны предъявляться повышенные требования к вопросам, связанным с охраной
і'жающей среды и рациональным использованием природных ресурсов, так как речь
:уществу идет о здоровье людей н о бережном, хозяйском подходе к национальному
ітству страны; более того, это вопросы и будущего, от решения которых зависят
)вия жизни последующих поколений.
ЦК КПСС и Советом Министров СССР еще в декабре 1978 г. было принято по-
ювление «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению
>льзования природных ресурсов». В этом постановлении также намечен комплекс
эприятий, направленных на защиту водоемов от загрязнения и истощения, внедре-
малоотходных технологических процессов, разработку новых методов и сооруже-
по очистке производственных и городских сточных вод.
Бурное развитие промышленности вызывает необходимость в предотвращении
отдельного воздействия производственных сточных вод на водоемы. В связи с чрез-
зйным разнообразием состава, свойств и расходов сточных вид промышленных
іприятий необходимо применение специфических методов, а также сооружений по
іокальной, предварительной и полной очистке.
Коренным вопросом экономической политики нашей партии является ускорение
іно-технического прогресса, чему было посвящено совещание, проведенное в ЦК
^С 11 июня 1985 г. Одним из основных направлений научно-технического прогрес-
вляется создание малоотходных и безотходных технологических процессов. В об-
н очистки сточных вод таким направлением является разработка канализацион-
систем с минимальным сбросом сточных вод в водоем или без сброса — бессточ-
Настоящее учебное пособие охватывает вопросы канализования промышленных
прнятий и очистки производственных сточных вод, входящие в курсы «Каиализа-
и «Технология очистки сточных вод». Последовательность изложения материала
ветствует программам этих курсов, утвержденным Министерством высшего и сред-
специального образования СССР в 1975 г.
При написании учебного пособия использованы материалы последних научных
а,боток научно-исследовательских и проектных институтов и лабораторий треста
>чиствод, Союзводоканалниипроекта, НИИ КВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова,
(И ВОДГЕО, МИСИ им. В. В. Куйбышева, ЛИСИ и др., а также опыт работы
туатационных организаций.
Лредисловие и глава 5 написаны чл.-кор. АН СССР С. В. Яковлевым; главы 1, 3
- каид. техн. наук доц. Ю. В. Вороновым; главы 2, 6 и 9 — д-ром техн. наук проф.
Карелиным; главы 7 и 8 — д-ром техн. наук проф. Ю. М. Ласковым.
\вторы приносят благодарность заведующему кафедрой водоснабжения и канали-
л Горьковского инженерно-строительного института им. В. П. Чкалова д-ру техн.
проф. В. В. Найденко и сотрудникам этой кафедры за полезные советы, данные
юдготовке рукописи к печати.

ГЛАВА 1. ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
В составе инженерных коммуникаций каждого промышленного
предприятия имеется комплекс канализационных сетей и сооружений, с
помощью которых осуществляется отведение с территории предприятия
отработанных вод (дальнейшее использование которых либо
невозможно по техническим условиям, либо нецелесообразно по
технико-экономическим показателям), а также сооружений по предварительной
обработке сточных вод и извлечению из них ценных веществ и примесей.
Переход на бессточные системы канализации или системы с
минимальным сбросом сточных вод может быть осуществлен путем
многократного использования отработанных вод и замены водяного
охлаждения на воздушное. При переводе ряда отраслей промышленности на
безводные технологические процессы исключается образование
сточных вод.
При проектировании очистных сооружений необходимо учитывать
состав и свойства производственных сточных вод, нормы водоотведения
иа единицу продукции, условия выпуска производственных сточных вод
в городскую канализацию и водоемы, а также необходимую степень их
очистки.
§ I. СОСТАВ И СВОЙСТВА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД.
РЕЖИМ ВОДООТВЕДЕНИЯ
Классификация. Сточные воды, отводимые с территорий
промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделены на три
вида:
1) производственные —использованные в технологическом процессе
производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых
.(угля, нефти, руд и т. п.);
2) бытовые — от санитарных узлов производственных и
непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок,
имеющихся на территории промышленных предприятий;
3) атмосферные — дождевые и от таяния снега.
Производственные сточные воды делятся на две основные категории:
загрязненные и незагрязненные (условно чистые).
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные
примеси и подразделяются на три группы:
1) загрязненные преимущественно минеральными примесями
(предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и
угледобывающей промышленности; заводы по производству минеральных
удобрений, кислот, строительных изделий и материалов и др.);
2) загрязненные преимущественно органическими примесями
(предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной,
химической, микробиологической промышленности; заводы по
производству пластмасс, каучука и др.);
3) загрязненные минеральными и органическими примесями
(предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической,
текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по
производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза,
бумаги, витаминов и др.).
По концентрации загрязняющих веществ произвдоственные сточные
воды разделяются иа четыре группы: 1—500, 500—5000, 5000—30 000,
более 30 000 мг/л.
Производственные сточные воды могут различаться по физическим
свойствам загрязняющих их органических продуктов (например, по
температуре кипения: менее 120, 120—250 и более 250°С).

По степени агрессивности эти воды разделяют на слабоагрессивные
(слабокислые с рН=6-т-6,5 и слабощелочные с рН = 8-=-9),
сильноагрессивные (сильнокислые с рН<6 и сильиощелочные с рН>9) и
неагрессивные (с рН = 6,5-s-8).
Незагрязненные производственные сточные воды поступают от хо-
лоднльиых, компрессорных, теплообмеиных аппаратов. Кроме того, они
образуются при охлаждении основного производственного
оборудования и продуктов производства.
На различных предприятиях, даже при одинаковых технологических
процессах, состав производственных сточных вод, режим водоотведения
и удельный расход на единицу выпускаемой продукции весьма
разнообразны.
Большое значение в формировании состава производственных
сточных вод имеет вид перерабатываемого сырья. Так, например, основным
загрязняющим компонентом сточных вод на нефтедобывающих и
нефтеперерабатывающих предприятиях является нефть; на рудообогати-
тельных фабриках — руда; на мясокомбинатах — отходы мяса,
непереваренная пища животных; на бумажных фабриках — целлюлозные
волокна; на фабриках первичной обработки шерсти (ПОШ) — жир,
шерсть н т. д. Состав сточных вод зависит также от технологического
процесса производства, применяемых компонентов, промежуточных
изделий и продуктов, выпускаемой продукции, состава исходной свежей
воды, местных условий и др.
Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки
возможности повторного использования производственных сточных вод
изучается их состав, и режим водоотведения. При этом анализируются
физико-химические показатели сточных вод и режим поступлення в
канализационную сеть не только общего стока промышленного
предприятия, но и сточных вод от отдельных цехов, а при необходимости от
отдельных аппаратов.
В анализируемых сточных водах должны определяться: содержание
компонентов, специфичных для данного вида производства (фенолов,
нефтепродуктов, поверхностно-активных, ядовитых, радиоактивных,
взрывоопасных веществ); общее количество органических веществ,
выражаемое величинами БПКполн и ХПК; активная реакция;
интенсивность окраски; степень минерализации. Необходимо установить такие
параметры, как кинетика оседания или всплывания механических
примесей н их объем, возможность коагулирования сточных вод и др. Эти
данные позволяют выбрать наиболее целесообразный и экономически
обоснованный метод очистки сточных вод для определенного
предприятия.
Физико-хнмическне показатели производственных сточных вод
отдельных предприятий (табл. 1.1) свидетельствуют о широком
диапазоне колебаний состава этих вод, что вызывает необходимость
тщательного обоснования выбора оптимального метода очистки для каждого
вида этих вод.
На промышленных предприятиях значительная часть воды (на
отдельных производствах до 70—90%) расходуется на охлаждение
продуктов в теплообменных аппаратах (вода практически не загрязняется,
а лишь нагревается). Кроме того, вода используется: для
транспортирования и поглощения растворенных или нерастворенных (минеральных и
органических) примесей; в качестве растворителя реагентов; в качестве
среды, где происходят физико-химические реакции; для промывки
промежуточной и готовой продукции (вода загрязняется продуктами, с
которыми она соприкасается).
Таким образом, вода на промышленных предприятиях используется,
как правило, для вспомогательных целей и в состав продукции входит
лишь в некоторых технологических процессах и сравнительно в
небольших количествах.

ТАБЛИЦА 1.1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОСТАВА СТОЧНЫХ ВОД
НЕКОТОРЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
Показатель
Содержание, мг/л:
плотного остатка
взвешенных веществ
азота аммонийного
фосфатов
.. нефтепродуктов
жиров
ПАВ
фурфурола
Интенсивность окраски по
разбавлению
БПКз, мг/л
БПКпоЛа, МГ/Л
ХПК, мг/л
pH

Металлургический
комбинат
600
500
—
40
—
—
—
—
50
8
Фабрика
ПОШ
33 500
28000
210
—
—
7800
—
—
6300
17 800
44 000
9,5

Гидролизный завод
8600
950
150
40
—
—
50
—
2400
3300
4900
5,5
Спиртово-
крахмальный
завод
1400
470
45
15
—
—
—
360
580
830
7,2
Красильно-
отделочная
фабрика
1200
170
12
1
—
—-
100
—
1:150
200
250
600
9
Соответственно назначению воду в системах производственного водо-
обеспечения можно разделить на четыре категории:
вода I категории используется для охлаждения жидких и
конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без
соприкосновения с продуктом; вода нагревается и практически не загрязняется;
могут наблюдаться лишь аварийные утечки жидких и газообразных
продуктов в воду при неисправных теплообменных аппаратах,
загрязняющие ее;
вода II категории служит в качестве среды, поглощающей различные
нерастворимые (механические) и растворенные примеси; вода не
нагревается (обогащение полезных ископаемых, гидротранспорт), но
загрязняется механическими и растворенными примесями;
вода III категории используется так же, как и вода II категории, но
с нагревом (улавливание и очистка газов в скрубберах, гашение кокса
и т. п.);
вода IV категории служит в качестве экстрагента и растворителя
реагентов (например, при флотационном обогащении природных
ископаемых) и др.
Значительное влияние на количество и состав производственных
сточных вод имеет система водообеспечения: чем больше используется
воды оборотного цикла на технологические нужды в тех же или в
других операциях данного или соседнего предприятия, тем меньше
абсолютное количество сточных вод и тем большее количество загрязнений
в них содержится.
Количество производственных сточных вод определяется в
зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам во-
допотребления и водоотведения для различных отраслей
промышленности.
Нормой водопотребления считается целесообразное количество
воды, необходимое для производственного процесса, установленное (или
рекомендуемое) на основании передового опыта или научно
обоснованного расчета. Нормой водоотведения является установленное среднее
количество сточных вод, отводимых от производства в водоем, при
целесообразной норме водопотребления.
В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на
предприятии как производственные, так и хозяйственно-питьевые, на
душевые установки и т.1 а. Норма водоотведения включает количество
выпускаьмы.ч в водоем сточных вод — очищенных производственных и
бытовых: прг.иэволственных, не требующих очистки, фильтрационных из
прудои-осисілителей, хвостохранилищ и шламонакопителей.

Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения выражаются
в м3 воды на единицу готовой продукции или используемого сырья. Эти
нормы расхода производственных сточных вод следует применять при
проектировании вновь строящихся и реконструируемых систем
канализации промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют
дать оценку рациональности использования воды на любом
действующем предприятии.
Укрупненные нормы водоотведения в различных отраслях
промышленности колеблются в широких пределах. Так, например, при добыче
1 т нефти образуется 0,4 м3 сточных вод, при добыче 1 т угля в шахтах—
0,3 м3, при выплавке 1 т стали или чугуна — 0,1 м3, при производстве
1 т вискозного штапельного волокна — 233 м3, 1 т удобрений — 3,9 м3,
1 т синтетических ПАВ — 1 м3, 1 т сульфитной целлюлозы — 218 м3,
1 т бумаги — 37 м3, 1 т цемента — 0,1 м3, 1 т льняных или шелковых
тканей—соответственно 317 или 37 м3, 1 т мяса — 24 м3, 1 т хлеба —
3 м3, 1 т масла — 2,6 м3, 1 т сахара-рафинада — 1,2 м3, при
изготовлении одного легкового автомобиля — 15,5 м3, одного автобуса — 80 м3,
одного магистрального тепловоза — 710 м3. При выработке 1 МВт-ч
электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях с системами
оборотного водоснабжения образуется в среднем 5 м3 сточных вод.
При отсутствии норм водоотведения количество сточных вод
определяется по технологическим расчетам в соответствии с регламентом
производства. Количество сточных вод'от крупных промышленных
предприятий достигает 200—400 тыс. м3/сут, что соответствует количеству
сточных вод от городов с населением 1—2 млн. человек.
Расчетные расходы производственных сточных вод, поступающих
на очистные сооружения, QcyT, иэ/сут, и <JWp.c. л/с, определяются по
следующим формулам:
Q'eyt = NM; A.1)
МИманосм „ ., „,
Яиаке.с = г>з 6 ч* 1 '
где N — норма водоотведення на единицу продукции или перерабатываемого сырья с
учетом водооборота, м3; М и Мм<шсхм—число единиц продукции или
перерабатываемого сырья при максимальной выработке соответственно в сутки и смену; Т — число
рабочих часов в смену, Кч — коэффициент часовой неравномерности.
Если в состав комбината или завода входит ряд производств,
выпускающих различную продукцию, то' необходимо определить количество
сточных вод для каждого производства и комбината или завода в
целом:
&Mn, A.3)
где Nu N2 Nn — нормы водоотведения на единицу продукции или
перерабатываемого сырья на отдельных производствах; Ми М2, ..., Мп — число единиц продукции или
перерабатываемого сырья на отдельных производствах в суткн.
В ряде случаев необходимо определять количество сточных вод,
сбрасываемых аппаратами и образующихся при отдельных операциях,
а также количество сточных вод, отличающихся по характеру и
концентрации загрязнений.
Расчетные суточные, часовые и секундные расходы бытовых
сточных вод на промышленных предприятиях определяются по смене с
максимальным числом работающих людей, с учетом числа рабочих часов
в смену по следующим формулам:
25пі + 45гс2
Iі-Ч
1000 '
1 '
Г-1000
'.5ц,
*¦ '
T- 3600

ТАБЛИЦА 1.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
РАСХОДОВ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
НА ПРОМЫШЛЕННОМ ПРЕДПРИЯТИИ
В ТЕЧЕНИЕ СМЕНЫ (% СМЕННОГО
РАСХОДА)
з
1
2
3
4
sal
та*
12,5
6,25
6,25
18,75
12,5
8,12
8,12
15,65
5
6
7.
8
6,25
6,25
6,25
37,5
8,12
8,12
8,12
31,25
где П\ и Пч — число работающих в сутки в цехах при нормах водоотведения
соответственно 25 и 45 л на одного человека (холодные и горячие цехи); п2 и »4 —
максимальное число работающих в смену при тех же нормах водоотведения; Ki и Ki —
коэффициенты часовой неравномерности, соответствующие тем же нормам водоотведения и
равиые 3 н 2,5.
Пример распределения расходов сточных вод от бытовых
помещений по часам суток в зависимости от коэффициента
часовой неравномерности приведен в табл. 1.2.
Расходы сточных вод от
душевых установок в бытовых
помещениях промышленных
предприятий вычисляют в
зависимости от числа душевых сеток тл,
которое определяется в
зависимости от характера
производственного процесса, санитарной
его характеристики, числа
работающих (пользующихся душем)
в наиболее многочисленную
смену и расчетного количества
человек на I душевую сетку.
Число рабочих,
пользующихся душем, зависит от
санитарных условий технологического
процесса производства и может
устанавливаться в процентах от общего числа работающих на
производстве. Ориентировочно число рабочих, пользующихся душем для
текстильной промышленности, составляет 10 %, машиностроительной —
25 %, металлургической, металлообрабатывающей, химической,
целлюлозно-бумажной— 40%.пищевой, кожевенной, строительных
материалов —75 % и т. д.
Расчетное число людей на 1 душевую сетку зависит ,от категории
производства и составляет: для мартеновских, прокатных, термических,
кузнечных, литейных, огнеупорных, нефтехимических, вискозных,
хлорных, фенольных цехов — 3 чел.; для пищевых, фармацевтических,
металлообрабатывающих, хлопчатобумажных, красильных, стекольных,
моечных цехов — 5 чел.; для прядильных, ткацких, текстильных, су-
шальных цехов — 7 чел.; для механосборочных, инструментальных,
деревообрабатывающих — 15 чел. и т. д.
Расход воды на 1 душевую сетку составляет 500 л/ч при
коэффициенте неравномерности /Сч= 1- Расход душевых вод принимается в
первый час последующей смены в объеме 100 % сменного расхода
предыдущей смены, при этом продолжительность пользования душем равна
45 мин.
Расчетные расходы душевых сточных вод определяются по
следующим формулам:
A.7)
A.8)
1000-60
. = 500т„/3600 = 0,139т,
где <Эмакссм —расход душевых вод в смену с максимальным числом рабочих, мэ/ч;
Омане с — максимальный расход душевых вод, л/с.
Суточный расход душевых вод зависит от расходов воды по сменам,
а также от числа смен.
На промышленных предприятиях определяются также расходы
сточных вод от столовых, прачечных и др.
Расчетные расходы дождевых вод определяются в зависимости от
местных условий — географического местонахождения промышленного
предприятия, рельефа местности и* степени^благоустройства территории.

Дождевые воды с территории промышленного предприятия отводятся
самостоятельной сетью или совместно с производственными сточными
водами.
Режим водоотведения. При проектировании канализационных сетей
и сооружений необходимо знать не только суточное количество сточных
вод, но и режим их поступления по часам суток,, иначе говоря, часовой
график притока сточных вод. Производственные сточные воды в течение
смены могут поступать равномерно и неравномерно. На ряде
производств химической, легкой, текстильной, фармацевтической, пищевой и
других отраслей промышленности происходят залповые поступления
высококонцентрированных и высокотоксичных сточных вод, при этом
периодичность сброса может быть 1 раз в смену, в сутки, в неделю.
Режим спуска производственных сточных вод целиком определяется
регламентом технологического процесса производства отдельных цехов и
промышленного предприятия в целом.
Расчет лотков и труб для отвода сточных вод от отдельных
аппаратов и их групп производится по максимальному секундному расходу.
Цеховые лотки и трубопроводы, а также наружные коллекторы от
отдельных цехов или заводских корпусов рассчитывают по
максимальному часовому расходу от цеха или по сумме максимальных часовых
расходов от отдельных цехов, если их в корпусе несколько; общезаводские
и внеплощадочные лотки и коллекторы — по совмещенному графику
часовых расходов от нескольких цехов или корпусов. В большинстве
случаев наблюдается несовпадение максимальных часовых расходов и
уменьшение общего коэффициента часовой неравномерности
водоотведения.
Специфика технологии различных производств требует в ряде
случаев учитывать режим притока сточных вод не только в течение суток,
но и по месяцам или сезонам года (спиртово-крахмальные, сахарные,
консервные, первичного виноделия и другие заводы). Коэффициенты
часовой неравномерности общего стока для различных отраслей
промышленности, по данным ВНИИ ВОДГЕО, равны: для предприятий
металлургической промышленности 1—1,1; химической 1,3—1,5; пищевой
1,5—2; целлюлозно-бумажной 1,3—1,8 и т. д.
Для промышленных предприятий, кроме режима водоотведения
сточных вод по часам суток, следует учитывать графики суточного
колебания состава этих вод по основным физико-химическим показателям,
а также по специфическим загрязняющим, компонентам (поверхностно-
активным, токсичным, ядовитым и радиоактивным веществам).
На рис. 1.1 показаны колебания отдельных физико-химических
показателей сточных вод производства гигроскопической ваты. Следует
отметить, что получить какую-либо закономерность между графиком
колебания расхода и состава производственных сточных вод можно
далеко не для всех технологических процессов.
.1-3350
Часы суток
Рис. 1.1. Колебания показателей качества сточных вод производства гигроскопической
ваты
/-активная реакция pH; 2 - окисляемость; 3-цветность по разбавлению
9

§ 2. СХЕМЫ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ "
Согласно требованиям «Основ водного законодательства Союза ССР
и союзных республик», система водообеспечения промышленных
предприятий должна быть, как правило, с оборотом воды для всего
предприятия или в виде замкнуты^ циклов для отдельных цехов; при этом
необходимо предусматривать очистку отработанной воды.
Последовательная или прямоточная система подачи воды на производственные
нужды со сбросом очищенных сточных вод в водоем допускается только
при невозможности или нецелесообразности применения системы обо-
poTHorq водоснабжения.
При'прямоточном водообеспечении (рис. 1.2, а) вся забираемая из
водоема вода QHcT после участия в технологическом процессе (в виде
отработанной) возвращается в водоем, за исключением того количества
воды, которое безвозвратно расходуется в производстве QnoT.
Количество отводимых в водоем сточных вод Qc6P составляет:
<?сбр = <3ист-<?пот- A-9)
Сточные воды в зависимости от вида загрязнений и других условий
перед сбросом в водоем должны проходить через очистные сооружения.
В этом случае количество сбрасываемых в водоем сточных вод
уменьшается, поскольку часть воды отводится со шламом.
Рис. 1.2. Схемы водообеспечения промышленных предприятий
/ — вода свежая чистая, ненагретая; 2 — сточная вода, нагретая; 3 — то же, нагретая и
загрязненная; 4 — то же, очищенная; ПП, ПП-1 и ПП-2 — промышленные предприятия; ОС — очистные
сооружения; <3ИСТ— вода, подаваемая из источника на производственные нужды; <3П0Т. "пот. і
и QB0T j —вода, безвозвратно потребляемая на промышленных предприятиях; <3ШП —вода,
удаляемая со шлаком; Q сбр — вода, сбрасываемая в водоем
Jin«» ft Jt«*t
-/; 2\ —y—5; —¦ «;
Рис. І-.3.- Схемы оборотного водоснабжения промышленных предприятий
а — с охлаждением сточных вод; б — с очисткой сточных вод; в — с очисткой и охлаждением
сточных вод; / — вода свежая, чистая, иенагретая; 2 — сточная вода, нагретая; 3 — то же,
ненагретая и загрязненная; 4 — то же, очищенная; 5 — сточная ¦ вода, загрязненная; 6 — оборотная вода;
ОУ — охладительные установки; Q — вода, подаваемая на производственные нужды; Qog
—оборотная вода;' <3ТН —вода, теряемая на испарение и уносиз охладительных установок.
Остальные обозначения те же, что и на рис. 1.2

При схеме водообеспечения с последовательным использованием
воды (рис. 1.2, б), которое может быть двух-трехкратным, количество
сбрасываемых сточных вод уменьшается в соответствии с потерями на
всех производствах и на очистных сооружениях, т. е.
Qoflp = <Эист — Юпот.і + QnoT.2 + <Эшл) • 0-105
Повторное использование сточных вод после соответствующей их
очистки получило в настоящее время широкое распространение. В ряде
отраслей промышленности (черной металлургии,
нефтеперерабатывающей) 90—95 % сточных вод используется в системах оборотного
водоснабжения и лишь 5—10 % сбрасывается в водоем.
Если в системе оборотного водоснабжения промышленного
предприятия вода является теплоносителем и в процессе использования лишь
нагревается, то перед повторным применением ее предварительно
охлаждают в пруду, брызгальном бассейне, градирне (рис. 1.3, а); если
вода служит средой, поглощающей и транспортирующей механические
и растворенные примеси, и в процессе использования загрязняется ими,
то перед повторным применением сточная вода проходит обработку, на
очистных сооружениях (рис. 1.3, б); при комплексном использовании
сточные воды перед повторным применением подвергаются очистке и
охлаждению (рис. 1.3, в).
При таких системах оборотного водоснабжения для компенсации
безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных
установках (испарение с поверхности, унос ветром, разбрызгивание), на
очистных сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемой в канализацию,
осуществляется подпитка из водоемов и других источников
водоснабжения. Количество подпиточной воды определяется по формуле
<Эист = <Эпот + <Эун + <Эшл + <Эсбр • 0 • И)
Подпитка систем оборотного водоснабжения может осуществляться
постоянно и периодически. Общее количество добавляемой воды
составляет 5—10 % общего количества воды, циркулирующей в системе.
Следует отметить, что приведенные выше схемы прямоточного и
оборотного водоснабжения промышленных предприятий (см. рис. 1.2 и 1.3)'
носят общий характер. В практике часто встречаются комбинированные
системы водоснабжения и водоотведения с различными схемами в
зависимости от специфики производства, местных условий,
напряженности водного баланса и др.
Эффективность использования воды на промышленных предприятиях
оценивается тремя показателями.
1. Техническое совершенство системы водоснабжения оценивается
количеством использованной оборотной воды Роб, %:
4-П 10°' (М2)
hct + Qo
где Qoe, Qhct и Qc — количество воды, используемой соответственно в обороте,
забираемой из источника и поступающей в систему водоснабжения с сырьем.
2. Рациональность использования воды, забираемой из источника,
оценивается коэффициентом использования Кис:
„ ФиСТ + Qc — Qc6P , /1 1Э\
*= <l A13)
3. Потери воды, %, определяются по формуле
р _ Qbct + Qc — Qccp .nn .. ,.t
^Ш>Т=7 і П _L П і n IUU» A.147
Qhct + Qo + Qnoon + Qo6
где Qnocn —количество воды, используемой в производстве последовательно.
Для систем водообеспечеиия промышленных предприятий
рекомендуется составлять баланс воды, включающий потери на сбросы и
необходимое добавление компенсирующих расходов воды в систему. Поступ-
п

Рис. 1.4. Балансовая схема водопотреблеиия и водоотведення завода вискозного
штапельного волокна производительностью 120 т/сут (расходы воды указаны в м3/сут)
/> — свежая вода; Ф — фильтрованная вода; У — умягченная вод»; О — охлаждающая вода
(до 25 С); 00 — отработанная охлаждающая вода; ОИ — искусственно охлажденная вода (до
4°С); ООН — отработанная, искусственно охлажденная вода; С— сточные воды
ление воды в систему осуществляется не только из источников
водоснабжения и после повторного ее использования, но также с исходным
сырьем и полуфабрикатами, со вспомогательными веществами (топливо,
реагенты и т. п.), с атмосферными осадками (дождь, растаявший снег),
в виде шахтного или рудничного водоотлива, а также подземной
(дренажной), инфильтрационной воды и др.
Общий дефицит воды в системах1 водообеспечения складывается из
расходов на безвозвратное потребление (унос с продуктом и отходами),
мойку полов, полив проездов и насаждений, испарение в охладителях
оборотной воды, унос с воздухом в виде капель из охладителей
оборотной воды, естественное испарение с в_ідной поверхности, транспирацию
растительностью в водоемах, фильтрацию из системы в почву, сброс
оборотной воды в водоемы при ухудшении ее качества (продувка), сброс
сточных вод в водоем.
Безвозвратное потребление и потерн воды в производстве
складываются из количеств уносимой с продуктом и с отходами воды,
определяемых технологическим расчетом.
Расход воды на мойку полов, полив проездов и насаждений, а
также потери воды на испарение и унос при ее охлаждении в градирнях,
брызгальных бассейнах, прудах-охладителях и на испарение в
естественных водоемах, принимающих нагретую воду, определяются по СНиП
П-31-74.
Потери воды на испарение с водной поверхности естественных
водоемов, а также иа транспирацию воды растительностью следует
определять по инструкции «Указания по расчету испарения с водной
поверхности водоемовэ (М., Гидрометеоиздат, 1969).
Потери воды на фильтрацию из таких сооружений, как наливной
(искусственный) пруд-охладитель или пруд-осветлитель (шламонакопи-
тель)', применяемых при использовании воды для охлаждения или
обогащения ископаемых, определяют специальным расчетом.
Для соблюдения водного баланса в системе водообеспечения все
виды потерь компенсируют эквивалентным количеством добавляемой
воды.
12

JSu__
381—
¦ 724—
—ш;
Рис. 1.5. Балансовая схема водопотреблення и водоотведения завода по производству
медицинских препаратов (расходы воды указаны в м3/ч)
/ — хозяйственно-производственный водопровод; //, /// — производственные водопроводы с
температурой воды соответственно 12 и 22°С; IV — трубопровод оборотной воды t—35°C; V —бытовая
канализация; VI, VII — канализации производственных соответственно загрязненных н
незагрязненных сточных вод; 1 — артезианские скважины; 2, 7, 13 — камеры задвижек; 3, 8 — резервуары;
4. 9— насосные станции II подъема; 5 — водонапорная башня; 6 — артезианские скважины пронз»
водственного водопроводе; 10 — градирня; It — насосная станции оборотной воды; 12 — резервуар
охлажденной воды; 14 — резервуары теплей воды; IS — производственные корпуса
Для расчета систем водоснабжения и водоотведения необходимо
составлять графики притока сточных вод, а также графические схемы
водного баланса по каждому потребителю воды на территории
промышленного предприятия. В этих балансовых схемах указывается количество
воды, подаваемой каждому потребителю (аппарату, цеху, корпусу),
сбрасываемой каждым потребителем, теряемой безвозвратно в
производстве, на охладительных установках, очистных сооружениях и т. д.
В схемах, кроме того, указывается: направление движения воды; виды
водоподводящих и водоотводящих коммуникаций или категории
транспортируемой по коммуникациям воды; расположение потребителей
воды, сооружений по ее охлаждению, очистке и т. д. Такие схемы
составляются либо в абсолютных количествах циркулирующих вод за
единицу времени (м3/сут, м3/ч), либо в удельных расходах воды на единицу
продукции или потребляемого сырья (м3/т). На рис. 1.4 и 1.5 в качестве
примеров приведены балансовые схемы водопотребления и
водоотведения, дающие наглядное представление о состоянии водного хозяйства
промышленного предприятия.
В ряде случаев составляются также балансовые схемы поступления
в канализацию загрязнений от отдельных аппаратов и цехов. Эти
поступления могут характеризоваться величинами ВПК, ХПК,
содержанием в воде взвешенных веществ или отдельных токсичных
компонентов.
§ 3. ОСОБЕННОСТИ КАНАЛИЗОВАНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
При проектировании и эксплуатации систем канализации
промышленных предприятий различают внутриплощадочную и внеплощадочиую
канализацию. К первой относится размещаемый на территории про«
1?

мышленной площадки комплекс канализационных сетей, сооружений,
насосных станций и локальных установок по очистке цеховых сточных
вод. Канализационные сети и коллекторы, сооружения, насосные
станции и очистные сооружения, расположенные за территорией
промышленной площадки, относятся к внеплощадочной канализации. Если
производственные сточные воды направляются в канализационную сеть
или непосредственно на очистные сооружения населенного пункта
(города), то внеплощадочная канализация ограничивается системой сетей,
коллекторов и сооружений, обеспечивающей присоединение коллекторов
промышленного предприятия к канализационной сети населенного
пункта или к комплексу объединенных очистных сооружений.
Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем
наружной канализации населенных пунктов и промышленных
предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном
порядке схем развития и размещения отрасли народного хозяйства,
отраслей промышленности и схем развития, размещения
производительных сил по экономическим районам и союзным республикам. При
решении систем и схем канализации должна учитываться техническая,
экономическая и, санитарная оценка существующих сооружений,
предусматриваться возможность интенсификации их работы.
Очистные сооружения канализации промышленных предприятий
должны, как правило, размещаться на территории канализуемых
предприятий. При выборе системы и схемы канализации промышленных
предприятии необходимо учитывать:
1) требования к качеству воды, используемой в различных
технологических процессах, и нх количество;
2) количество, состав и свойства сточных вод отдельных
производственных цехов и предприятия в целом, а также режимы водоот-
ведения;
3) возможность сокращения количества загрязненных
производственных сточных вод предприятия путем рационализации
технологических процессов;
4) возможность повторного использования производственных
сточных вод в системе оборотного водоснабжения или для технологических
нужд другого производства, где допустимо применять воду более
низкого качества;
5) целесообразность извлечения и использова-ния ценных веществ,
содержащихся в сточных водах;
6) возможность разделения производственных сточных вод для
повторного использования незагрязненных в производстве и обработки
загрязненных сточных вод;
7) возможность и целесообразность совместного канализования
нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также
возможность комплексного решения канализования промышленного
предприятия и населенного пункта;
8) возможность использования в технологическом процессе
очищенных бытовых сточных вод;
9) возможность и целесообразность использования
производственных сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических
культур;
10)' целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных
производств и цехов;
11) самоочищающую способность водоема, условия спуска
производственных сточных вод в него и необходимую степень очистки этих вод
по лимитирующим показателям;
12) целесообразность применения каждого метода очистки.
При вариантном проектировании систем канализации,
промышленного предприятия иа основании технико-экономических показателей
принимается оптимальный вариант.
14

Канализование промышленных предприятий, как правило,
осуществляется по полной раздельной системе.
Производственные сточные воды в зависимости от вида
загрязняющих веществ и их концентрации, а также от количества сточных вод и
мест их образования отводятся несколькими самостоятельными
потоками: слабозагрязненные, содержащие один или несколько видов
загрязнений; содержащие токсичные и ядовитые вещества; кислые; щелочные;
сильноминерализованные; содержащие масла и жиры, волокно, ПАВ и
т. д. Незагрязненные сточные воды, как правило, объединяют в
отдельный поток.
Бытовые сточные воды, образующиеся на промышленном
предприятии, отводятся и очищаются отдельно, если производственные сточные
воды по своему составу не требуют биологической очистки. Совместное
отведение бытовых и производственных сточных вод целесообразно,
если последние загрязнены органическими веществами, деструкция
которых возможна биологическим путем; при этом концентрация токсичных
примесей не должна превышать предельно допустимую.
¦ Дождевые воды, стекающие с незагрязненных территорий
промышленного предприятия, отводятся отдельной системой канализации или
объединяются с незагрязненными производственными сточными водами
и спускаются в водоем без очистки. Дождевые воды, стекающие с
площадок для складирования сырья, жидкого и твердого топлива, масел,
красителей и т. п., отводятся вместе с загрязненными
производственными сточными водами и подлежат совместной очистке перед выпуском в
водоем.
Целесообразность разделения или объединения отдельных потоков
сточных вод при проектировании систем канализации промышленного
предприятия является одним из наиболее актуальных вопросов, от
правильного решения которого зависят сметная стоимость строительства и
затраты на эксплуатацию очистных сооружений, надежность . охраны
водоемов от загрязнения и рентабельность основного производства.
Для некоторых предприятий при технико-экономическом
обосновании может быть запроектирована общесплавная канализация
(например, при расположении предприятия в городе и наличии городской
общесплавной канализации, рис. 1.6,а). На предприятиях, где
производственные сточные воды по своему составу близки к бытовым (например,
предприятия пищевой промышленности), отвод сточных вод можно
осуществлять по двум сетям: производственно-бытовой и дождевой. В
дождевую сеть могут сбрасываться и незагрязненные производственные
сточные воды (рис. 1.6, б). В большинстве случаев производственные
сточные воды очищать совместно с бытовыми нельзя. Так, сточные воды
фабрик ПОШ содержат значительные концентрации шерстяного жира
и волокна; сточные воды гальванических цехов — хром и цианиды;
сточные воды производства кислот имеют рН<2ч-3 и т. д. В этом случае
следует устраивать локальные прицеховые очистные сооружения: жи-
роловушки, маслоуловители, бензоуловители, нефтеловушки, смолоот-
стойники, волокноуловители, нейтрализаторы, установки по
обезвреживанию сточных вод от хрома и цианидов и т. д. (рис. 1.6, в). После
локальной очистки сточные воды могут объединяться и очищаться
совместно.
Разделение производственных сточных вод может быть
продиктовано санитарными причинами, пожаро- и взрывоопасностью,
возможностью зарастания и разрушения канализационных трубопроводов и т. д.
Например, объединение кислых сточных вод с сульфидными приводит к
выделению сернистого газа; со сточными водами, содержащими
цианиды, — к образованию ядовитой синильной кислоты (в виде газа); с
вискозными — к образованию сероуглерода. Если объединить сточные
воды, содержащие серную кислоту, со сточными водами, содержащими
известь, то образуется сульфат кальция, который выпадает в осадок, что
16

Рис. 1.6. Схемы канализации промышленных предприятий
а — общесплавной, системы; б — раздельной системы с дождевой и производственно-бытовой
сетями; в —то же и локальными очистными сооружениями; г—раздельной системы с дождевой,
бытовой и производственными сетями, локальными очистными сооружениями и частичным водообо-
ротом; д — то же и полным оборотом производственных сточных вод; г —раздельной системы
бессточной канализации; /—дождевые воды; 2 — бытовые сточные воды; 3 — производственные
сточные воды; 4 — очистные сооружения; 5 —выпуск в водоем; 6 — сеть бытовых и загрязненных
производственных сточных вод; 7 — сеть незагрязненных ироизводствеииых сточных вод; 8 — сеть
дождевых вод; 9 — локальные очистные сооружения; 10 — сооружения по охлаждению
незагрязненных сточных вод; //, 12—сеть оборотного водоснабжения соответственно после локальной
очистки загрязненных и незагрязненных (после охлаждения) производственных сточных вод; 13,
14 — сеть оборотного водоснабжения после очистки соответственно загрязяенных производственных
ц бытовых сточных воя
приводит к зарастанию труб. Объединение сточных вод, насыщенных
сероуглеродом, со сточными водами, млеющими температуру выше 40 °С,
может привести к взрыву и т. д.
Не всегда целесообразно совместное отведение даже сточных вод
одинакового состава, но различных по концентрации в них
загрязняющих веществ. Если эти вещества представляют собой товарную ценность,
то экономичнее извлекать их из наиболее концентрированных сточных
вод и уже потом смешивать слабоконцентрированные сточные воды для
их последующей очистки. Такой прием применим при использовании
крепких щелоков сульфатцеллюлозного производства, при утилизации
шерстного жира из промывных вод после I и II барок моечной машины,
при получении медного и железного купороса из травильных растворов
цехов металлообработки и т. д.
Раздельная очистка сточных вод предпочтительна и в том случае,
если в каких-либо сточных водах загрязняющее вещество легко удаляется
из воды. Например, в некоторых кислых сточных водах содержится
сероводород, который весьма эффективно удаляется с помощью отдувки
и последующего поглощения его щелочью. Если же такие сточные воды
с целью нейтрализации смешать с каким-либо щелочным стоком, то в
этом случае сероводород связывается в сульфиды или гипосульфиды,
что осложняет последующую очистку.
При ионообменном способе очистки слабоконцентрированные
сточные воды нельзя смешивать с сильноминерализованными, поскольку это
приводит к сокращению рабочего цикла фильтров и увеличению объема
регенерационных растворов.
Нецелесообразно также объединение сточных вод, содержащих
значительное количество механических примесей минерального
происхождения, а также нефть и масло, с бытовыми сточными водами. Такое
объединение усложняет технологию очистки, препятствует возможности
повторного использования нроизводственных сточных вод и извлечению
из них ценных примесей. Поэтому на большинстве промышленных пред-

приятии (металлургических, химических, нефтеперерабатывающих,
целлюлозно-бумажных, пищевых) канализация проектируется по полной
раздельной системе (рис. 1.6, г) с устройством производственных,
бытовых и дождевых сетей. По этой схеме производственные и бытовые
сточные воды очищаются раздельно, а дождевые отводятся в водоем.
Незагрязненные производственные сточные воды могут проходить
очистку (охлаждение) и частично или полностью использоваться в
системе оборотного водоснабжения. В эту систему могут также частично
поступать и загрязненные производственные сточные воды после их
предварительной очистки на локальных очистных сооружениях.
В соответствии с основными направлениями научно-технического
прогресса в области очистки производственных сточных вод ведущее
место занимает вопрос повышения процента вод, находящихся в
системе оборотного водоснабжения, с целью дальнейшего полного перехода
на малоотходные и бессточные системы канализации (рис. 1.6, д, в).
При разработке таких систем практически все производственные
загрязненные и незагрязненные сточные воды находятся в системе оборотного
водоснабжения. Естественно, технология очистки усложняется, она
становится многоступенчатой. В бессточных системах водоснабжения и
водоотведения промышленных предприятий в оборот включаются также
и бытовые сточные воды после соответствующей очистки и доочистки, а
в водоем спускаются лишь дождевые.
На рис. 1.7 приведена схема оборотного водоснабжения и
водоотведения транспортерно-моечных вод картофелеперерабатывающих
предприятий. Количество воды на 1 т перерабатываемого картофеля
составляет 1—3 м3. Транспортирующие воды должны быть очищены от
взвешенных веществ до остаточной загрязненности, не усугубляющей
загрязненности картофеля, который поступает в моечные машины.
Поскольку с осадком (камни, песок, земля и т. д.) из системы оборотного
водоснабжения удаляется циркулирующая вода, то для подпитки
используются отработанные воды от последующего крахмального
производства.
На разных предприятиях применяются различные методы очистки
сточных вод. На нефтехимических комбинатах (при производстве
синтетического спирта, фенола, ацетона, синтетических жирных кислот,
каучука и др.) основными местами образования загрязненных сточных вод
являются цехи пиролиза углеводородов, гидратации этилена и
ректификации спирта. Сточные воды цеха пиролиза углеводородов содержат
этилен, пропилен, бутан, изобутан, бензол, толуол, ксилол, нафталин. В
сточных водах цеха гидратации этилена и ректификации спирта
присутствуют спирты, ацетальдегид, продукты полимеризации, смола. При
применении биологических методов очистки содержание органических
веществ (бензола, толуола, ксилола, нафталина'и др.) в сточных водах
значительно снижается.
На заводах синтетического каучука в сточные воды попадают
полимеры, смолы, масла, ацетилен, винилацетат, ацетальдегид, акрилонит-
рил, бутадиен и др. Методами биологической очистки достаточно полно
могут быть окислены этиловый спирт и карбоновые кислоты, хуже —
ароматические углеводороды. Весьма устойчивы к окислению диметил-
и триметилформамид. В этом случае применяется комплексная очистка,
включая и утилизацию, физико-химическим ( сорбция, дистилляция,
ионный обмен) и биологическим методами.
Сточные воды предприятий органического синтеза, содержащие
бензол, толуол, пиридин, нейлон и другие, подвергаются механическим и
физико-химическим методам очистки. При очистке сточных вод
производства капролактама от нитроциклагексанона может быть применено
мокрое сжигание. Сточные воды, содержащие трудноокисляемые
примеси, проходят двух- и трехступенчатую биологическую очистку. Для
очистки сточ!рвЯИ&»«$~»»1Мии*,'!%[итробензола1 нитротолуола, нитрофе-
»7

Ряс. 1.7. Схема оборотного водоснабжения и водоотведения транспортерно-моечных
вод картофелеперерабатывающих предприятий
/ — моечная машина; 2 — песколовки; 3 — ковшовый элеватор; 4 — водоотделитель 5 — гядроло-
ток; « — гидроциклон; 7 — площадка для песка и ила-, 8 — дреиы; 9 — коллектор; /0 —камнело-
вушка; // — водосборник
-ж-
г
¦5
¦5
¦5
¦6
Рис. 1.8. Принципиальная схема очистных сооружений группы промышленных предпряя-
тин города
I — здание решеток и насосной станции; // — песколовки; ///. VI, VIII — соотаетствеино первичные,
вторичные и третичные отстойники; IV — смесители; V, VII — аэротенкн соответственно I и II
ступени; IX — хлораторная; X — рассеивающий выпуск; XI — усреднители. Потоки: / — городские
сточные воды; 2 — сточные воды завода синтетического каучука; 3 — То же,
нефтеперерабатывающего комбината; 4 — то же, завода пластмасс и изоляционных материалов; 5 — смесь сточных вод
рредприитий и города; 6 — то же. сточных вод завода синтетического каучука и города; 7 —
очищенные сточные воды; « — хлорная вода; 3 —очищенные и обеззараженные сточные воды
нола, хлорбензола, альдегидов, кетонов применяются сорбционные
методы очистки. При производстве этилена и пропилена содержащиеся в
сточных водах смолы, сажа и ароматические углеводороды могут быть
экстрагированы бензином, в результате чего концентрация эфирораст-
воримых веществ снижается в 30 раз.
В ряде случаев после полной биологической очистки для снижения
цветности и разрушения трудноокисляемых компонентов применяются
следующие методы глубокой очистки: коагулирование, фильтрование,
ионный обмен, озонирование и др.
Таким образом, для удаления из сточных вод органических веществ
наиболее универсальным методом является биологическая очистка в
аэротенках или на биофильтрах как самостоятельный метод, а также в
18

сочетании с другими методами предварительном очистки и доочистки.
Для удаления трудноокисляемых биологическим путем органических
веществ, а также неорганических применяются механические,
химические и физико-химические методы очистки. Применение тех или иных
методов .осуществляется на основании экспериментальных-исследований
реальных сточных вод или при их отсутствии имитата, составленного на
основании технологического регламента производства. Как правило,
производственные сточные воды перед очистными сооружениями
должны быть максимально утилизированы.
Приведенная табл. 1.3 позволяет облегчить выбор метода
обезвреживания производственных'сточных вод в зависимости от их состава и
концентрации загрязняющих веществ. /
ТАБЛИЦА 1.3. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД
Концентрация
загрязняющих
веществ, мг/л
Методы очистки сточных вод. содержащих вещества
преимущественно органические с температурой кипения. °С
<120
120—250
S>250
преиму ществ енно
неорганические
1—500
500—5000
Биологический, .химический, сорб-
циоииый
Химический
(озонирование,
хлорирование), сорбцн-
онный, жидкофаз-
ное окисление с
биологической до-
очисткой,
сжигание в печах
Химический,
сорбционный,

экстракционный, жидко-
фаэиое
окисление с
биологической до-
очисткой,
сжигание в печах
Химический,
сорбционный
Сорбционный,
жидкофазное
окисление с
биологической
доочисткой,
сжигание в
печах
Механический,
химический, сорб-
циоиный
Механический,
сорбционный,
выпаривание
5000—30000
>30000
Химический, экстракционный, жидкофазное
окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах
Экстракционный, жидкофаэиое окисление с
различными методами доочистки, сжигание в печах
Механический,
выпаривание, сброс
в море,
захоронение в земле,
сушка в кипящем слое
То же
Схемы водоснабжения и канализации промышленных предприятнй и
населенных пунктов в целях достижения наиболее экономичных и
комплексных решений разрабатываются, как правило, одновременно на
основании проекта районной планировки и застройки по единому
генеральному плану.
В случае расположения промышленного предприятия или группы
промышленных предприятий в городской черте либо в непосредственной
близости от жилого массива, имеющего централизованную
канализацию, необходимо в первую очередь рассматривать вопрос о совместном
отведении и очистке производственных и городских сточных вод. При
невозможности совместной очистки следует предварительно
обрабатывать производственные сточные воды либо на очистных сооружениях,
расположенных на территории предприятия, либо на общих очистных
сооружениях. Совместная очистка этих сточных вод, как правило,
экономически целесообразна, а с санитарной точки зрения более надежна.
При значительном удалении объектов канализования друг от друга
вопрос о целесообразности совместной или раздельной очистки сточных
вод этих объектов решается путем технико-экономнческого сравнения
вариантов централизованной и децентрализованной схем канализации.
На рис. 1.8 приведен пример очистных сооружений централизованной
схемы канализации города и группы промышленных предприятий. На
19

a)
fg..2
J
91W
I
Л
Щ
200
5
Л7
«7200^
1
Рис 1 9 Схемы баланса потребления воды и использования сточных вод (расходы
' ' ' даны в М3/сут)
Рис 1 10 Комплексная схема очистки, использования и ликвидации сточных вод хи-
' ' мического комбината
объединенные очистные сооружения поступает 415 тыс. м3/сут
городских и 150 тыс м3/сут высококонцентрированных сточных вод от
нефтеперерабатывающего комбината, заводов синтетического каучука,
пластмасс и изоляционных материалов. Совместная полная биологическая
очистка производственных и городских сточных вод в двухступенчатых
аэротенках-смесителях позволила снизить стоимость строительства и
уменьшить годовые эксплуатационные затраты.
На рнс. 1.9 приведены комплексные технологические схемы водообес-
печения и водоотведения химического комбината н города.
При разработке схемы, приведенной на рис. 1.9, б, было
запроектировано пять различных канализационных сетей с целью разделения и
отведения сточных вод, которые могут быть использованы в
производственном водообороте (сточные воды с органическими загрязнениями,
еяабо-« сильномянерализованные, незагрязненные, дождевые, бытовые).

В каждом производстве были разработаны самостоятельные
(локальные и кустовые) водооборотные системы с устройством необходимых
установок. Предусмотрены установки по опреснению
сильноминерализованных сточных вод, получению товарной продукции при утилизации
отходов, глубокой очистке биологически очищенных сточных вод, а также
общекомбинатские сооружения по совместной биологической очистке
сточных вод комбината и города. Кратность повторного использования
воды в промышленном водообороте составляет 150. Путем внедрения
этой комплексной схемы потребление химическим комбинатом (рис.
1.10) свежей воды уменьшилось в 33 раза, а его суммарный сток на
биологические очистные сооружения сократился почти в 17 раз.
Все сточные воды, образующиеся на территории промышленного
предприятия, транспортируются по системе труб и каналов. Выбор
системы транспортирования и схемы канализования зависит от
количества, состава и свойств сточных вод, а также от местных условий.
Наибольшее распространение получила закрытая канализационная
сеть. Сточные воды, опасные в санитарном отношении, а также
содержащие взрыво- и пожароопасные примеси, транспортируются только по
закрытой сети трубопроводов.
Предприятия чаще канализуются по централизованной схеме,
однако при определенных условиях возможно применение и
децентрализованной схемы.
§ 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
И ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ НИХ ЦЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
При снижении расходов сточные воды, поступающие на очистные
сооружения, практически всегда имеют повышенное количество
загрязнений, поскольку при неизменном технологическом процессе общее их
количество в сточных водах остается постоянным. Это обстоятельство
может осложнить работу очистных сооружений, особенно при
биологическом методе очистки сточных вод. Для уменьшения концентрации
загрязнений целесообразно предусматривать частичное удаление их на
локальных очистных установках, а также возможность последующей
утилизации.
При строительстве новых и реконструкции действующих
промышленных предприятий большое значение имеет внедрение новых
технологических процессов и разработка систем оборотного водоснабжения вместо
прямоточных. Так, например, при прямоточной системе для выработки
1 т высококачественной целлюлозы требуется 350—400 мэ воды, а при
оборотной — 150—200 м3.
Наиболее широко применяются системы оборотного водоснабжения
при наличии сточных вод, имеющих лишь термальные загрязнения. В
этом случае эти воды проходят через охладительные сооружения
(градирни, брызгальные бассейны, пруды) и вновь подаются в производство.
В процессе мокрого обогащения руд и при гидрозолоудалении воды
загрязняются, и перед повторным использованием их следует отстаивать.
За последнее время оборотное водоснабжение внедрено практически во
всех охлаждающих системах. Опыт эксплуатации таких систем
показывает, что повторное использование отработанных вод более экономично,
чем освоение новых источников водоснабжения. Большое значение
имеет также научное обоснование норм расхода воды на единицу готовой
продукции или используемого сырья.
Значительная экономия воды и снижение потерь ценных продуктов
достигаются в результате замены водяного охлаждения воздушным.
Применение аппаратов воздушного охлаждения на
нефтеперерабатывающих заводах позволяет уменьшить расход воды для производственных
целей в 3—5 раз.
На металлургических предприятиях сокращение водопотребления
21

возможно при замене парового привода в кислородных и паровоздушных
станциях электрическим, а также при замене в газоочистках доменного
и сталеплавильного цехов водяной очистки на воздушную.
Целесообразно применение воздушного охлаждения и на предприятиях химической
промышленности в производствах капролактама, аммиака и т.д. Для
сокращения водопотребления на металлургических заводах и
предприятиях цветной металлургии весьма перспективным является
применение испарительного охлаждения. Годовой экономический
эффект от внедрения такой системы составляет ПО—200 тыс. руб. на одну
доменную печь. Следует также учитывать, что количество пара,
отходящего от установок испарительного охлаждения, вполне достаточно
для нужд технологического процесса, а также отопления, вентиляции и
горячего водоснабжения предприятия.
Применение аппаратов воздушного охлаждения сводит к минимуму
потребность в охлаждающей воде. Кроме того, аппараты с воздушным
охлаждением надежнее аппаратов с водяным охлаждением.
Одним из путей утилизации производственных сточных вод является
использование их в сельском хозяйстве для нужд орошения.
Естественно, сточные воды, имеющие преимущественно минеральные загрязнения,
применять для орошения нецелесообразно, поскольку удобрительная
ценность их невелика, а содержание в них токсичных веществ или солей
отрицательно влияет на жизнедеятельность почвенной микрофлоры.
Кроме того, эти вещества разрушают структуру почв. Сточные воды,
содержащие органические вещества, могут быть использованы для
орошения самостоятельно, а также вместе с бытовыми сточными водами
после предварительной механической очистки. Наиболее пригодными
для орошения являются сточные воды некоторых производств пищевой
(табл. 1.4), химической и легкой промышленности. Целесообразно
применение в целях орошения сточных вод предприятий по производству
минеральных удобрений, азотной кислоты и т. д.
ТАБЛИЦА 1.4. СОДЕРЖАНИЕ УДОБРИТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В СТОЧНЫХ ВОДАХ
ПРЕДПРИЯТИИ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Предприятия
Сахарные заводы
Молочные »
Крахмальные
заводы
Скотобойни и
мясокомбинаты
Удобрительные
г
азот об
щий
30
36
265
290
на 1 ма
оксид
калия
50
23
486
142
вещества,
воды
фосфор
ный
ангидрид
10
18
93
102
известь
170
40
76
160
Предприятия
Дрожжевые
заводы
Плодоовощные
фабрики
Удобрительные вещества,
* а
§§
254
23
г на 1
оксид
калия
480
129
м* воды
фосфор
иый
ангидрид
100
25
известь
—
Сточные воды, опасные в санитарном отношении '(например, от
кожевенных заводов), применять для орошения запрещается. Воды с
высокой концентрацией органических загрязнений от дрожжевых и
крахмальных заводов перед использованием необходимо разбавлять, а от
ликеро-водочных и спиртовых заводов — обрабатывать известью.
Нормы орошения зависят от многих факторов — концентрации
сточных вод, вида выращиваемых культур, климатических условий, типа
почв. Использование производственных сточных вод на полях орошения
должно быть согласовано с органами Государственного санитарного
надзора. Основным требованием к предназначенным для орошения про-
изводстзенным сточным водам является исключение возможности
вредного их воздействия на почву, подземные воды, выращиваемые
культуры, а также на здоровье людей.
22

Весьма перспективны для орошения сельскохозяйственных культур
сточные воды крахмальных заводов, которые могут быть использованы
во всех почвенно-климатических зонах; при этом наибольшей
удобрительной ценностью обладают сточные воды производства
картофельного крахмала. За счет высокого содержания элементов питания в этих
водах повышается плодородие почв и урожай сельскохозяйственных
культур (урожай кукурузы и многолетних трав при орошении
повышается в 2—3 раза).
Меньшей удобрительной ценностью обладают сточные воды
сахарных заводов. Применение их целесообразно (после предварительного
осветления) для орошения черноземных почв. Урожай кукурузы,
многолетних трав, сахарной свеклы, пшеницы, гороха, овса при орошении
этими водами возрастает в 1,5—2 раза по сравнению с урожаем, полу1-
ченным на неорошаемых участках. Урожай таких культур, как овес и
горох, возрастает с увеличением нормы полива; если без орошения он
составлял 58 ц/га, то при норме полива 1000 м3/га он достигает 94 ц/га,,а
при норме полива 2000 м3/га — 145 ц/га. При использовании сточных
вод для орошения значительная часть площади полей фильтрации, .где
ранее очищались сточные воды сахарных заводов, может быть
возвращена в сельскохозяйственное землепользование.
Представляет интерес также использование спиртовой барды,
которая образуется при производстве спиртов на основе растительного
сырья, как добавки в корм для скота. В этой связи целесообразно
расположение животноводческих ферм в непосредственной близости от
промышленного объекта.
Эффективным путем снижения загрязненности производственных
сточных вод является извлечение из них ценных веществ, которые
попадают в сточные воды в виде отходов в процессе производства.
Извлечение ценных веществ осуществляется либо в цехах сразу после выхода
отработанных сточных вод из технологического аппарата, либо в прице-
ховых локальных установках. Как правило, ценные вещества извлекают
из сточных вод не только для снижения концентрации загрязнений, но
и для их утилизации.
Из сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтедобывающих
заводов извлекаются и утилизируются нефть и нефтепродукты; из сточлых
вод целлюлозно-бумажных комбинатов — целлюлозное волокно. В суль-
фатцеллюлозном производстве после варки целлюлозы регенерируются
крепкие щелоки; сульфитцеллюлозные щелоки используются для
получения спирта и дрожжей. Из сточных вод фабрик ПОШ извлекают
шерстный жир, который идет на изготовление ланолина — ценного
продукта, применяемого в медицинской, электронной, парфюмерной и
других отраслях промышленности. Извлечение и утилизация шерстного
жира происходит в специальных цехах, находящихся в составе фабрик
ПОШ.
В сооружениях механической очистки сточных вод от производства
минеральных пигментов задерживается практически чистый пигмент.
Для очистки от сероводорода дренажных вод законтуренных скважин
и вод внутрикарьерного водоотлива горно-химических комбинатов
может быть применен физико-химический метод очистки с последующей
аэрацией в скрубберах—дегазаторах (при концентрации сероводорода
50—100 мг/л). Выделяющийся сероводород используется для получения
серной пасты.
Для обезвреживания сернисто-щелочных сточных вод
нефтеперерабатывающих заводов рекомендуется карбонизировать их диоксидом
углерода, содержащимся в дымовых газах, с получением раствора
кальцинированной соды. Может быть применен также метод электролиза, при
котором регенерируется щелочь.
Очистка сточных вод предприятий вискозного волокна включает
применение регенеративных методов с целью возврата цинка в производст-

PdtniEof
FeSO,
Рис. 1.11. Схема регенерации серебра
/ — резервуар; 2. 7 — насосы; 3 — емкость; 4 —
реактор; 5 — отстойник; 6 — подача сточных вод
на очистные сооружения: 8 — сушилка; 9 —
подача регенерированного продукта в производство
во. На кожевенных заводах
проектируются установки по
извлечению и утилизации хрома и
шерсти.
Способы извлечения ценных
примесей из производственных
срочных вод могут быть
различны, и их применение
обосновывается многими факторами.
Для извлечения тяжелых
металлов применяются химические
и физико-химические методы.
При производстве фото- и
киноматериалов образуются воды,
содержание серебра в которых
составляет 20—70 мг/л. В
локальной установке по регенерации
серебра (рис. 1.11) сточные воды
собираются в резервуар, из
которого насосом перекачиваются в
емкость и в ней подогреваются
острым паром до температуры
35—45 °С. В эту же емкость
подается 10 %-ный раствор
сульфата, железа. Затем воды
самотеком поступают в реактор, в
котором при рН=9,2-4-10,2
образуется осадок, содержащий серебро.
Вместе с водой осадок поступает
в отстойник, откуда насосом
перекачивается в сушилку. В
подсушенном виде осадок
отправляют на завод, где его
утилизируют. Вода, освобожденная от
серебра, из отстойника
направляется на очистные сооружения.
В течение года на установке
перерабатывается 25 тыс. м3 воды,
содержащей серебро, и
утилизируется около 500 кг серебра.
При производстве калиевой
селитры отходом является
рассол с содержанием хлорида
натрия 220—250 г/л. С вводом на
заводе цеха утилизации хлорида
натрия (рис. 1.12) содержание
последнего в общем стоке
снизилось с 4800 до 1200 мг/л. При
этом ежегодно утилизируется
свыше 3500 т хлорида натрия,
40 % которого выпускается в виде химической продукции реактивной
чистоты.
Таким образом, сточные воды промышленных предприятий
представляют собой сложные водные растворы. Методы их обработки, пути
использования и возможность утилизации содержащихся в них ценных
веществ должны обосновываться с учетом технологии производства,
экономических факторов, санитарных требований и местных условий.
Рие 1.12. Схема утилизации хлорида натрия
/ — приемный сборник рассола; 2 — фильтр-пресс;
3 — сборник фильтрованного рассола; 4 —
теплообменник; 5 —напорный бак; 6 — выпарной
аппарат с выносной греющей камерой; 7 — солеот-
делнтель; 8 — центрифуга; 9—разгрузочный шнек;
10 — барабанная сушилка; П — разгрузочный
шнек готового продукта; 12 — бункер готового
продукта; 13, 14 — сборники соответственно ма-
точиых растворов и производственных сточных
вод
24

§ 5. УСЛОВИЯ ВЫПУСКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
В ГОРОДСКУЮ КАНАЛИЗАЦИЮ
При расположении промышленных предприятий в городах или
вблизи них, а также при решении о совместной очистке сточных вод группы
предприятий промышленной зоны и близлежащего жилого массива
загрязненные производственные сточные воды могут сбрасываться в
городскую канализацию. Очистка смеси бытовых и производственных
сточных вод в этом случае осуществляется на единых очистных
сооружениях. В связи с тем что в сточных водах промышленных предприятий
могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую
канализацию ограничен комплексом требований.
Выпускаемые в канализацию производственные сточные воды не
должны:
нарушать работу сетей и сооружений;
содержать более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ;
содержать вещества, которые способны засорять трубы
канализационных сетей или отлагаться на стенках труб;
оказывать разрушающее действие на материал труб и элементы
сооружений канализации;
содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества,
способные образовывать взрывоопасные смеси в канализационных
сетях и сооружениях;
содержать вредные вещества в концентрациях, препятствующих
биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом
эффективности очистки);
иметь температуру выше 40 °С.
Производственные сточные воды, не удовлетворяющие указанным
требованиям, должны подвергаться предварительной очистке. Степень
этой очистки должна быть согласована с исполкомом Советов народных
депутатов и организациями, проектирующими очистные сооружения
населенного пункта.
Объединение сточных вод, способных вступать в химические реакции
с выделением ядовитых или взрывоопасных газов и образовывать
змульсии, а также имеющих большое количество нерастворенных
веществ, не допускается. Запрещаются залповые сбросы
сильноконцентрированных производственных сточных вод. При значительных
колебаниях их состава в течение суток необходимо предусматривать емкости —
усреднители, обеспечивающие равномерный выпуск воды.
Сточные воды, в которых могут содержаться радиоактивные,
токсичные и бактериальные загрязнения, перед выпуском в городскую
канализацию должны быть обезврежены и обеззаражены. Выпуск
концентрированных маточных и кубовых растворов непосредственно в канализацию
запрещается. Незагрязненные сточные воды принимают в
городскую канализацию в тех случаях, когда необходимо разбавление
сильноконцентрированных загрязненных стоков. Ограничение приема
незагрязненных сточных вод обусловлено нецелесообразностью перегрузки
городской канализации водой, которая не требует очистки и может
быть использована на производстве или спущена в водосточную сеть.
При наличии в производственных сточных водах только минеральных
загрязнений выпуск этих вод в городскую- канализационную сеть также
нецелесообразен, так как после локальной обработки эти воды могут
быть использованы в производстве или выпущены в водоем.
Во избежание коррозии канализационных' коллекторов и
сооружений или нарушения процессов биологической очистки кислые и
щелочные производственные сточные воды при спуске в канализацию следует
либо нейтрализовать, либо усреднять-.
Для обеспеченеия нормальной работы очистных сооружений
городской канализации при совместной очистке производственных и бытовых
as

сточных вод необходимо соблюдать ряд условий. Очищаемая смесь этих
сточных вод в любое время суток не должна иметь:
температуру ниже 6 и выше 30 °С;
активную реакцию pH ниже 6,5 и выше 8,5;
общую концентрацию растворенных солей более 10 г/л;
БПКполн более 500 мг/л при поступлении на биологические фильтры
и аэротенки-вытеснители и более 1000 мг/л при поступлении в аэротенки
с рассредоточенной подачей сточной воды;
нерастворенных масел, а также смол и мазута;
биологически жестких синтетических ПАВ (практически не
окисляющихся на сооружениях биологической очистки);
концентрацию вредных веществ, более указанной в табл. 1.5 и 1.6.
ТАБЛИЦА 1.5. ВЕЛИЧИНЫ БПК, ХПК И ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ (ДК)
ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ЧИСТЫХ РАСТВОРАХ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД
В АЭРОТЕНКАХ-СМЕСИТЕЛЯХ
Вещество
Анилин
Ацетальдегид
Ацетон
Бензойная кислота
Бутанол
Глицерин
Капролактам
Кротоновый альдегид
Метаиол
Пропанол
Резорцин
Толуол
Уксусная кислота
Уксусно-этнловый эфир
Фенол
Этанол
2-этилгексанол
бпкпопн I Хпк
IX U Л Н |
мг/мг вещества "
1,9
1,07
1,68
1,61
1,8
0,86
1,8
1,6
1,05
1,68
1,5
1,1
0,86
1,49
1,18
1,45
1,55
2,4
1,82
2,17
1,97
2,58
1,23
2,12
2,5
1.5
2,4
1,89
1,87
1,06
1,8
2,38
2,08
2,95
ДК. мг/л
100
750
600
150
600
1150
300
400
950
600
500
200
200
500
1000
700
400
Средняя скорость
окисления, мг
БПКПОЛЯ на 1 г
сухого вещества
активного ила в 1 ч
9
12
28
14
15
30
22
5,5
23
18
12,2
8
26
20
14
19
100
ТАБЛИЦА 1.6. ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ДК) ВРЕДНЫХ
В СТОЧНЫХ ВОДАХ ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ
Вещество
Кадмий
Кобальт
Красители:
сернистые
синтетические
Медь
Мышьяк
Нефть и нефтепродукты
Никель
Ртуть
Свинец
ДК.
мг/л
0,1
1
25
25
0,5
0,1
25
0,5
0,005
0,1

Эффективность
удаления, %
60
50
90
70 .
80
50
90
50
—
50
Вещество
ПАВ биологические
мягкие (окисляющиеся на
сооружениях
биологической очистки):
анионные
неионогенные
ПАВ промежуточные:
анионные
неионогенные
Сульфиды
Формальдегид
Хром (трехналентный)
Цианиды
Цинк
ВЕЩЕСТВ
ДК,
мг/л
20
50
20
20
1
25
2,5
1,5
1

Эффективность уда.
ленив. %
80
90
60
75
99
80
00
—
70
При совместной биологической очистке производственных и бытовых
сточных вод ХПК не должно превышать БПКполн более чем в 1,5 раза.
Минимальное содержание биогенных элементов в смеси определяется
из соотношения 100:5:1 (БПКполн : аммонийный азот : фосфор). Если
это соотношение не выдерживается, то перед сооружениями биологиче-
26

ской очистки в сточные воды необходимо вводить дополнительное
количество биогенных элементов в виде растворов аммиачной воды,
фосфорнокислого калия и др.
При совместной биологической очистке производственных и бытовых
сточных вод механическая очистка может быть как.совместной, так и
раздельной. Раздельную механическую очистку следует принимать для
взрывоопасных производственных сточных вод. При необходимости
химической или физико-химической очистки производственных сточных
вод, а также при раздельной обработке осадков производственных и
бытовых сточных вод также применяется раздельная механическая
очистка.
Расчет сооружений биологической очистки следует производить по
сумме органических загрязнений, выраженных величиной БПКполн-
Состав сооружений должен выбираться в зависимости от характеристики и
количества поступающих на очистку сточных вод, требуемой степени их
очистки, метода использования осадка и местных условий.
§ 6. УСЛОВИЯ ВЫПУСКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
В ВОДОЕМЫ
Общие условия выпуска сточных вод любой категории в
поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и
характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается
некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно
заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего
использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных
и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.
В СССР принята система нормирования на основе предельно
допустимых концентраций (ПДК) вредных загрязнений. ПДК, определяемые
на основе гидрологических и гидродинамических особенностей водоема,
позволяют наметить комплекс технологических и санитарно-техниче-
ских мероприятий для предупреждения его загрязнения и истощения
при проектировании и реконструкции промышленных предприятий, а
также при изменении технологии производства.
Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы
регламентируются «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения
сточными водами» и «Правилами санитарной охраны прибрежных
районов морей» Министерства здравоохранения СССР, содержащими
указания по предупреждению и устранению загрязнения
производственными сточными водами поверхностных водоемов — рек, озер,
искусственных каналов, водохранилищ и морей.
Наблюдение за выполнением условий спуска производственных
сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими
станциями и бассейновыми управлениями.
Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового водопользования. Правила устанавливают нормативы
качества воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому
виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для
централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого
водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой про-;
мышленности; ко второму виду — участки водоемов, используемые для
купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте
населенных пунктов.
Отнесение водоемов к тому или иному виду водопользования
производится органами Государственного санитарного надзора с учетом
перспектив использования водоемов.
Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов
относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше
ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяй-
27

ственно-питьевого водоснабжения, места купания и организованного
отдыха, территория населенного пункта и т. д.), а на непроточных
водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта
водопользования.
Для каждого из двух видов водопользования правилами
установлены приведенные ниже показатели состава и свойств воды водоема в
пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
Растворенный кислород. В воде водоема (после смешения с ней
сточных вод) количество растворенного кислорода не должно быть менее
4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня.
Биохимическая потребность в кислороде. Полная потребность воды
в кислороде при температуре 20 °С не должна превышать 3 и 6 мг/л для
водоемов соответственно первого и второго вида, а также морей.
Взвешенные вещества. Содержание взвешенных веществ в воде
водоема после спуска сточных вод не должно увеличиваться более чем на
0,25 и 0,75 мг/л для водоемов соответственно первого и второго вида.
Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/л природных
минеральных веществ, допускается увеличение концентрации взвешенных
веществ в воде до 5 %. Сточные воды, содержащие взвешенные
вещества со скоростью осаждения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и
более 0,2 мм/с для водохранилищ, спускать запрещается.
Запахи и привкусы. Вода не должна приобретать запахов и
привкусов интенсивностью боле*е 3 баллов для морей и 2 баллов,
обнаруживаемых для водоемов первого вида непосредственно или при
последующем хлорировании и для водоемов второго вида непосредственно. Вода
не должна сообщать посторонних запахов и привкусов мясу рыбы.
Окраска не должна обнаруживаться в столбике воды высотой 20 см
для водоемов первого вида и 10 см для водоемов второго вида и морей.
Реакция воды водоема после смешения ее со сточными водами
должна быть 6,5^рН^8,5.
Ядовитые вещества не должны содержаться в концентрациях,
которые могут оказать прямо или косвенно вредное действие на здоровье
населения.
Плавающие примеси. Сточные воды не должны содержать
минеральных масел и других плавающих веществ в таких количествах, которые
способны образовать на поверхности водоема пленки, пятна и
скопления.
Возбудители заболеваний не должны содержаться в воде. Сточные
воды, содержащие возбудителей заболеваний, должны подвергаться
обеззараживанию после предварительной очистки. Методы
обеззараживания биологически очищенных сточных вод должны обеспечивать ко-
ли-индекс не более 1000 при содержании остаточного хлора не менее
1,5 mf/л. Коли-индекс для морской воды должен быть согласован с
органами Государственного санитарного надзора.
Минеральный состав для водоемов первого вида не должен
превышать по плотному остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов 350 мг/л и
сулъфатов 500 мг/л, а для водоемов второго вида нормируется по
приведенному выше показателю «Привкусы».
Температура воды водоема в результате спуска с него сточных вод
не должна повышаться летом более чем на 3°С по сравнению со
среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за
последние 10 лет.
Нормативы качества воды водоемов, используемых в рыбохозяйст-
венных целях, установлены применительно к двум видам
водопользования: к первому виду относятся водоемы, используемые для
воспроизводства и сохранения ценных сортов рыб; ко второму — водоемы,
используемые для всех других рыбохозяйственных целей. Вид рыбохозяй-
ственного использования водоема определяется органами Рыбоохраны
с учетом перспективного развития рыбного хозяйства и промысла.
28

Нормативы состава и свойств воды водоемов, используемых для ры-
бохозяйственных целей, в зависимости от местных условий могут
относиться к району выпуска сточных вод при быстром смешении их с водой
водоема или к району ниже выпуска сточных вод с учетом возможной
степени их смешения и разбавления на участке от места выпуска до
ближайшей границы рыбохозяйственного участка водоема. На участках
массового нереста и нагула рыб выпуск сточных вод не разрешается.
При выпуске сточных вод в рыбохозяйственные водоемы предъявляются
более высокие требования, чем при выпуске сточных вод в водоемы,
используемые для питьевых и культурно-бытовых нужд населения.
Растворенный кислород. В зимний период количество растворенного
кислорода не должно быть ниже 6 и 4 мг/л для водоемов
соответственно первого и второго вида, в летний период — не ниже 6 мг/л в пробе,
отобранной до 12 ч дня, для всех водоемов.
Биохимическая потребность в кислороде. Величина БПКполн при
температуре 20°С не должна превышать 3 мг/л в водоемах обоих
видов. Если в зимний период содержание растворенного кислорода в воде
водоемов первого и второго вида водопользования снижается
соответственно до 6 и 4 мг/л, то можно допустить сброс в них только тех сточных
вод, которые не изменяют ВПК воды.
Ядовитые вещества не должны содержаться в концентрациях,
которые могут оказать прямо или косвенно вредное действие на рыб и
водные организмы, служащие кормом для рыб.
Температура воды в результате спуска сточных вод не должна
повышаться в летний период более чем на 3°С, а в зимний период более
чем на 5 °С. Следует учитывать, что с повышением температуры
восприимчивость организмов к токсичным веществам увеличивается.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) радиоактивных
веществ в воде водоемов регламентируются «Санитарными правилами
работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих
излучений».
В табл. 1.7 и 1.8 приведены ПДК некоторых вредных веществ в воде
водоемов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и
рыбохозяйственного водопользования.
Большое внимание в последние годы уделяется вопросам
предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей.
Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при
спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных
границах и к створам на расстоянии 300 м в стороны от этих границ.
При использовании прибрежных районов морей в качестве
приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в море
не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологи-
ческому, общесанитарному и органолептическому лимитирующим
показателям вредности. При этом требования к спуску сточных вод
дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море
рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный
оздоровительный, культурно-бытовой и гигиенический фактор. Правила
относятся не к морю вообще, а только к тем прибрежным его районам, которые
предназначены для лечения, отдыха, купания, спортивных мероприятий
и находятся в пределах границ населенных пунктов, санаториев, домов
отдыха, туристических баз и пр.
Основы нормирования в санитарной охране водоемов базируются на
ПДК отдельных вредных вешеств, поступающих в водоемы с
производственными сточными водами. Практически же в их составе после
соответствующей очистки при спуске в водоемы содержатся десятки
различных вредных веществ. Возможных сочетаний загрязняющих воду
29

ТАБЛИЦА 1.7. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК) ВРЕДНЫХ
ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ ВОДОЕМОВ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО И КУЛЬТУРНО-БЫТОВОГО
ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Вещество
ПДК. мг/л
Л. По санитарно-токсикологическому
лимитирующему показателю
Анилин
Бензол
Бериллий
Гексоген
Гексаметилендиамнн
Гексахлорбензол
Мышьяк
Нитраты (по азоту)
Нитрохлорбензол
Пиридин
Полнакрнламнд
Роданиды
Ртуть
Свинец
Тетраэтнлсвинец
Формальдегид
вредности
0.1
0,5
0,0002
0,1
0,01
0,05
0,05
10
0,06
0,2
2
0.1
0,005
0,1
0
0,05
Б. По общесанитарному лимитирующему
показателю вредности
Аммиак (по азоту)
Диметилформ амид
Кадмий
Капролактам
Кобальт
Медь
Никель
* * ¦ 11¦ Np W Д V
Тринитротолуол
Хлор активный
Цинк
2
10
0,01
1
1
0.1
0 1
0,5
0
1
Вещество
ПДК. мг/л
В. По органолептнческому
лимитирующему показателю
Бензин
Гексахлоран
Диннтробензол
Дихлор бензол
Дихлорфенол
Дихлорэтан
ддт
Железо
Керосин
Нафтеновые кислоты
Нефть:
многосернистая
прочая
Пикриновая кислота
Пропилен
Сероуглерод
Скипидар
Тиофос
Толуол
Фенол (карболовая кисло-
та)
Хлорбензол
Хлорофос
Хром:
трехвалентный
шестивалентный
Четыреххлористый углерод
вредности
0,1
0,02
0,5
0,002
0.002
2
0,1
0,5
0,1
0,3
0,1
0,3
0.5
0,5
1
0,2
0 003
0а5
0,001
0,1
0,05
0,5
0,1
5
ТАБЛИЦА 1.8. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК) ВРЕДНЫХ
ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ ВОДОЕМОВ РЫБОХОЗЯИСТВЕННОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Вещество
Аммнак
Кадмий
Магний
Медь
Мышьяк
Нефть н нефтепродукты в
растворенном и
эмульгированном состоянии
Никель
Свинец
ПДК, мг/л
0,1
0,005
50
0,01
0,05
0,05
0,01
0,1
Вещество
Сероуглерод
Смолистые вещества,
вымываемые из хвойных
пород древесины
Танниды
Фенолы
Хлор свободный
Цианиды
Цинк
ПДК. мг/л
1
2
10
0,001
0
0,05
0,01
компонентов может быть такое множество, что нормирование по
комплексному присутствию различных вредных веществ не представляется
возможным.
Проф. С. Н. Черкинским была предложена методика расчета
условий спуска производственных сточных вод при совместном присутствии
в них нескольких вредных веществ. В соответствии с этой методикой
сумма концентраций всех веществ, выраженных в долях от
соответствующих ПДК для каждого вещества в отдельности, не должна превышать
30

единицы. Суммарный эффект воздействия на санитарное состояние
водоема нескольких вредных веществ определяется по формуле
Сі/С1п.д + С2/С2п.д +...+ Сі/Сіп.д < 1. A •15)
или
)<1, A.16)
где Сі, Сі, .... Сі — концентрации вредных веществ в воде водоема (обнаруженные или
расчетные); Cm д, Сгп.д, ..., С-;п.д —ПДК, установленные для соответствующих вредных,
веществ в воде источника.
Если при расчете условие формулы A.16) не соблюдается, то
санитарное состояние водоема не удовлетворяет нормативным требованиям
и необходимо осуществить мероприятия по повышению эффективности
очистки производственных сточных вод перед их спуском в водоем.
Все расчеты по определению условий спуска сточных вод в водоем
следует производить для самых невыгодных гидрологических условий:
для незарегулированных рек — на средний расход наиболее
маловодного месяца гидрологического года 95%-ной обеспеченности;
для нижних бьефов зарегулированных рек — на минимальный
гарантированный пропуск гидроузла;
для озер и водохранилищ — при наименьших уровнях воды в них;
для морей, озер, водохранилищ — при наиболее неблагоприятном
направлении течений к ближайшему пункту водопользования.
Условия спуска сточных вод в водоемы, изложенные в правилах,
распространяются на все объекты канализования независимо от их
ведомственной подчиненности.
§ 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Для правильного ипределения необходимой степени очистки сточных
вод, спускаемых в водоем, в каждом случае нужно иметь подробные
данные об их количестве и составе, а также данные детальных
обследований водоема, характеризующие местные гидрологические и
санитарные условия. Необходимая степень очистки сточных вод определяется
применительно к общесанитарным и органолептическим показателям
вредности и к каждому из нормативных показателей загрязнения.
Расчеты по определению необходимой степени очистки сточных вод,
спускаемых в водоем, производят по количеству взвешенных веществ,
допустимой величине БПК в смеси речной воды и сточных вод, по
потреблению сточными водами растворенного кислорода, по температуре
воды, окраске, запаху и солевому составу, по ПДК токсичных примесей
и других вредных веществ, а также по изменению величины активной
реакции воды водоема.
Взаимосвязь между санитарными требованиями к условиям спуска
сточных вод в водоемы (соответствие состава и свойств воды водоема,
который используется для водопользования, установленным
нормативам) и необходимой степенью очистки сточных вод перед спуском их в
водоем в общем виде выражается формулой
A.17)
где Сет — концентрация загрязнения (вредного вещества) сточных воя, при которой
не будут превышены допустимые пределы (расчетный показатель состава и свойств
воды в соответствии с санитарными требованиями); Ср— концентрация этого же вида
загрязнения (вредного вещества) в воде водоема выше места выпуска
рассматриваемого стока; Си.я — предельно допустимое содержание загрязнения (вредного вещества)
в воде водоема; а — коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода воды
в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе; Q — расход воды в
водоеме; q — расход сточных вод, поступающих в водоем.
31

Величина Q определяется по данным гидрометеорологической
службы, величина q — по технологическим расчетам, а величина Ср — по
литературным данным или на основе натурных замеров.
Коэффициент смешения а зависит от многих факторов: конструкции
выпуска, расстояния до расчетного створа, гидравлических и
гидрологических параметров водоема. Значение коэффициента а определяется
по методу В. А. Фролова и И. Д. Родзиллера.
Преобразуя формулу A.17), получим значение Сст, т.е. величину
концентрации загрязнения (вредного вещества) в сточных водах,
которая должна быть достигнута в результате их очистки и обезвреживания:
(СС) + С. A.18)
Расчетные створы ближайших пунктов водопользования
устанавливаются органами Государственного надзора с учетом перспектив
использования водоема.
Определение необходимой степени очистки по количеству
взвешенных веществ. Допустимое содержание взвешенных веществ т в
спускаемых сточных водах в соответствии с санитарными правилами может
быть определено из уравнения
aQbfqm
откуда
где р— допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешенных
веществ в водоеме после спуска сточных вод (в зависимости от вида
водопользования), г/м3; Ь — содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных
вод, г/м3.
Необходимая степень очистки D по взвешенным веществам, %:
D = ?zL^100) A.21)
с
где С — количество взвешенных веществ в сточной воде до очистки, г/м3.
Определение необходимой степени очистки по БПКполв- В основу
расчета положено изменение степени загрязненности путем разбавлена
сточных вод водой водоема, а также за счет биохимических процессе»
самоочищения сточных вод от органических веществ.
Баланс ВПК смеси речной и сточной воды в расчетном створе (бе:
учета реаэрации) выражается уравнением
qLCT- 1<Г*ст (+ aQLp. 1<Г*р ' = (q + aQ) La.n, A.25
где Let — БПКполн сточной жидкости-, которая должна быть достигнута в процесс
очистки; Lp—БПКполя речной воды до места спуска сточных вод; La,n — предельн
ДОПуСТИМаЯ БПКполн СМЄСИ реЧНОЙ И СТОЧНОЙ ВОДЫ В раСЧеТНОМ СТВОре; ket И fep-
константы скорости потребления кислорода соответственно сточной и речной водоі
t—продолжительность перемещения воды от места спуска сточных вод до растетне
го пункта, сут, равная отношению расстояния по фарватеру от места спуска сточны
вод до расчетного пункта Up к средней скорости течения воды в реке на данно
участке Dop.
Отсюда
Если фактическая БПКполн подлежащей сбросу сточной воды La.
>/-ст, то вода до выпуска в водоем должна быть очищена. Необходим?
степень очистки Э, %, определяется выражением
Э = La ~ LcT 100.
'-а
Для упрощения расчетов можно воспользоваться табл. 1.9.
32

ТАБЛИЦА 1.9. ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН 10 *ст 'и 10 *Р 'пРИ ПЕРЕМЕННЫХ ftCT. *р И
икр
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0,22
0,24
0,26
0,28
0,3
0,4
0,5
і, > k і
Значения величин К) ст и ы ]i при /, сут
U.2S
0,981
0,966
0,955
0,944
0,933
0,922
0,912
0,903
0,891
0,881
0,871
0,861
0,851
0,841
0,794
0,75
0.5
0,955
0,933
0,912
0,891
0,871
0,851
0,832
0,813
0,794
0,776
0,759
0,741
0,724
0,708
0,631
0,565
1
0,912
'0,871
0,832
0,794
0,759
0,724
0,692
0,661
0,631
0,603
0,575
0,55
0,525
0,501
0,398
0,316
1,5
0,871
0,813
0,759
0,708
0,66
0,617
0,575
0,537
0,501
0,478
0,437
0,407
0,38
0,355
0,251
0,178
2
0,832
0,759
0,692
0,631
0,575
0,523
0,479
0,437
0,393
0,363
0,331
0,302
0,275
0,251
0,158
0,1
2.5
0,794
0,708
0,631
0,572
0,501
0,447
0,398
0,355
0,316
0,283
0,251
0,224
0,199
0,178
0,1
0,056
3
0,759
0,661
0,575
0,501
0,436
0,38
0,331
0,258
0,251
0,219
0,191
0,166
0,145
0,126
0,063
0,032
4
0,692
0,575
0,479
0,398
0,331
0,275
0,229
0,191
0,158
0,132
0,11
0,091
0,076
0,063
0,025
0,01
5
0,631
0,501
0,398
0,316
0,251
0,2
0,159
0,126
0,1
0,079
0,063
0,05
0,04
0,032
0,01
0,003
6
0,575
0,437
0,331
0,25i
0,191
0,145
0,11
0,083
0,063
0,049
0,036
0,025
0,021
0,016
0,004
0,001
Константа kp имеет различные значения в зависимости от
температуры воды:
Т, °С
ftp .
о
0,04
5
0,05
10
0,063
15
0,08
20
0,1
25
0,126
30
0,158
Константу скорости потребления кислорода kCT следует либо
определять на основе литературных данных и аналогичных показателей для
родственных предприятий, либо проводить специальные исследования.
По полученным данным строится кривая потребления кислорода, на
основании которой и рассчитывается ?сТ-
Определение необходимой степени очистки по растворенному в воде
водоема кислороду. В соответствии со схемой изменения кислородного
баланса водоема после спуска сточных вод наблюдается уменьшение
концентрации растворенного кислорода до определенного минимума
(так называемая «критическая точка»), после которого содержание
растворенного кислорода начинает возрастать. Если условно принять,
что в «критической точке» содержание растворенного кислорода Опз
будет не менее 4 или 6 мг/л (соответственно для водоемов-питьевого и
культурно-бытового или рыбохозяйственного вида водопользования),
то во всех остальных пунктах по течению реки оно, очевидно, будет
выше. Этим самым удовлетворяется требование санитарных правил.
Наиболее простой из существующих способов расчета основан на
учете поглощения сточными водами только того растворенного
кислорода, который содержится в речной воде выше места спуска сточных
вод. При этом полагают, что если концентрация растворенного в воде
кислорода не станет ниже Оп.д в течение первых 2 сут, то она не
снизится и в дальнейшем.
Это условие выражается уравнением
aQOp — (aQLp + qLcl,)k^(aQ + q)On.Ki A.25)
где Op — концентрация растворенного кислорода в речной воде выше места спуска
сточных вод, г/м3; k — коэффициент пересчета БПКмлн, определяемый лабораторным
путем, в БПК^; О„.л — минимальная концентрация растворенного кислорода, которая
должна сохраниться в воде водоема ниже места спуска сточных вод, г/м3; k —
величина, определяемая расчетным путем; она изменяется в зависимости от содержания
в производственных сточных водах легко- и трудноокнеляемых органических
соединений.
Приведенное выше уравнение составлено из условия, что весь на:
личный запас растворенного в водоеме кислорода QOP должен быть в
3-179
33

такой мере израсходован на окисление органического загрязнения
речной и сточной воды (QLp-\-qLCT)k, чтобы в общей их смеси (Q + Q)
концентрация растворенного кислорода была равна или больше Оп.д, как
это требуется санитарными правилами. Допустимая концентрация
сточных вод при этом условии
(Op-Rp-Оп.д)--^. A.26)
Если полученная величина LCT меньше расчетной концентрации в
проектируемых к спуску в водоем сточных водах, то последние должны
быть очищены до концентрации органических загрязнений по БПКпсуш,
равной концентрации LCT.
Второй способ расчета позволяет учитывать процессы поглощения
кислорода сточными водами из речной воды и поверхностную реаэ-
рацию.
При расчете кислородного баланса реки по этому способу, кроме
указанных выШе величин, учитывают: среднюю скорость движения воды
в водоеме аСр, м/с; температуру воды в реке в расчетный период Т, °С;
константы (постоянные величины в соответствующих уравнениях)
скорости биохимического поглощения кислорода k\ и скорости
поверхностной реаэрации k2.
Определение необходимой степени очистки по температуре воды
водоема производится в соответствии с санитарными требованиями,
ограничивающими повышение летней температуры воды за счет термальных
загрязнений сточных вод, поступающих в водоем. Это условие описы-
Еается уравнением
Тст = (aQlq+ 1) Тд + Тр, A-27)
где Тст — максимальная температура сточных вод, при которой соблюдается
санитарное требование относительно температуры воды в расчетном створе; Тр —
максимальная температура воды водоема до места выпуска сточных вод в летнее время;
Тя — допустимое повышение (не более чем на 3 СС) температуры воды водоема.
Определение необходимой степени очистки по общесанитарному
показателю вредности, а также по санитарно-токсикологическому и орга-
нолептическому показателям вредности, по которым установлены ПДК,
производится по формуле A.18).
Обычно в процессе очистки производственных сточных вод
различные вещества одной группы лимитирующего показателя вредности
очищаются неодинаково. Поэтому необходимую степень очистки следует
находить для наиболее трудно извлекаемого из сточных вод
компонента. Концентрация же этого вещества в расчетном створе Са должна
быть
(-і
Если условие необходимой степени очистки будет выдержано для
этого вещества, то эффект очистки от других загрязняющих
компонентов также будет обеспечен, а санитарные нормы на присутствие
нескольких веществ одной группы лимитирующего показателя вредности
выдержаны.
Определение необходимой степени очистки по изменению активной
реакции воды. При спуске кислых и щелочных сточных вод необходимо
учитывать нейтрализующую способность водоема, что в ряде случаев
позволяет обойтись без специальных сооружений по нейтрализации
сточных вод.
Вода водоемов содержит бикарбонаты кальция Са(НСО3J и магния
Mg(HCO3J, обусловливающие ее карбонатную жесткость, а также
угольную кислоту в виде растворенного диоксида углерода СО2.
Кислоты, поступающие в водоем вместе с производственными сточными вода-
34

8.25 pfl
Рис. 1.13. Номограмма для расчета
допустимого количества кислых и щелочных
сточных вод, спускаемых в водоем
ми, взаимодействуют с
бикарбонатами, вытесняя из них
углекислоту, в связи с чем'
количество бикарбонатов в воде (т. е. ее
щелочность) уменьшается, а
количество растворенного диоксида
углерода увеличивается.
Реакция нейтрализации
(например, серной кислоты) в
водоеме за счет бикарбонатов
кальция протекает по формуле
Ca(HCO3J+H2SO4=CaSO4-}-2H2O+2CO2.
Поступление в водоем вместе
со сточными водами щелочей
приводит к взаимодействию их с
диоксидом углерода, что
увеличивает щелочность воды
водоема. Реакция в этом случае может
протекать по формуле
2№ОН + СО2 = Na2CO3 -f H2O.
Согласно санитарным правилам в водоемах всех видов-
водопользования в расчетных створах изменение величины pH не должно
выходить за пределы 6,5—8,5.
Для установления допустимого количества кислоты или щелочи,
которое может быть вместе со сточными водами сброшено в водоем,
необходимо знать щелочность Щ и pH воды водоема. Для облегчения
расчетов можно воспользоваться номограммой (рис. 1.13),
позволяющей с достаточной для практических расчетов точностью установить
максимальное количество кислоты Ск или щелочи Сщ (в мл
нормального раствора), которое может быть нейтрализовано 1 л воды водоема
при условии, что в расчетном створе pH воды останется в пределах
санитарных требований.
На номограмме сплошные кривые линии относятся к Ск, а
пунктирные к Сщ. Каждая из этих линий соответствует определенному
значению щелочности воды водоема Щ=В. Определение Ск и Сщ производят
восстановлением перпендикуляра из точки, соответствующей pH воды
водоема, до пересечения с соответствующей кривой щелочности воды
водоема и последующим проведением из этой точки пересечения
горизонтальной прямой до оси ординат.
Из условий смешения сточных вод с водой водоема получается
зависимость для определения допустимого содержания кислоты Сот.к или
щелочи Сст.щ в сточных водах, спускаемых в водоем:
Сет.к ~
aQ
A.29)
A.S0)
Если расчетные концентрации щелочи или кислоты будут меньше
фактических концентраций в производственных сточных водах, то перед
сбросом в водоем сточные воды необходимо нейтрализовать.
Приведенные выше формулы расчета необходимой степени очистки
производственных или смеси производственных и бытовых сточных вод
относятся к проточным водоемам, т. е. основным приемникам сточных
вод.
Но в ряде случаев возникает необходимость спуска сточных вод в
непроточные водоемы (озера, водохранилища, моря). Исследования,
35

проведенные на водохранилищах, озерах и морях, показали, что
основную роль в перемешивании сточных вод с водами непроточных
водоемов играют конструкция и глубина расположения выпуска, наличие
прибрежных течений, ветровые воздействия и др. В соответствии с
разработанными М. А. Руффелем и Н. Н. Лаптевым методами расчета
смешения сточных вод с водами непроточных водоемов определяется
либо общее разбавление (для озер, водохранилищ и морей), либо
наименьшее разбавление (для озер и водохранилищ) п.
Следует отметить, что в проточных водоемах кратность разбавления
в расчетном створе пр определяется по формуле
np = (aQ + q)/q. A.31)
При расчете необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых
в непроточные водоемы, в расчетные формулы A.18), A.20), A.23),
A.26), A.27), A.29) и A.30) вместо выражения aQjq [см. формулу
(!.31)] вводится выражение п—1 и они приобретают следующий вид:
1) предельно допустимая концентрация загрязнения (вредного
вещества) в спускаемых сточных водах
Сст<Св + п(СП.л-Св), A.32)
где Си — концентрация загрязнения (вредного вещества) в воде непроточного
водоема;
2) концентрация взвешенных веществ в спускаемых сточных водах
m = b + np; A.33)
3) допустимая величина БПКполн в спускаемых сточных водах
где La — БПКполн воды в непроточном водоеме до сброса сточных вод; kB —
константа скорости потребления кислорода в воде непроточного водоема;
4) допустимая величина БПКполн в спускаемых сточных водах по
растворенному в воде кислороду
?ст = ^(Ов-*?в-Оп.д)-.%?-, A.35)
я я
где Ов — концентрация растворенного кислорода в воде непроточного водоема до
спуска сточных вод; Ов.д — ПДК растворенного кислорода, которая должна быть в
расчетном створе после спуска сточных вод;
5) допустимая максимальная температура в спускаемых сточных
водах
ТСт = пТя+Тві A.36)
где Т„ — расчетная температура в воде непроточного водоема до спуска сточных вод;
6) допустимое содержание кислоты или щелочи в спускаемых
сточных водах
1 оСт.к = (п-1)Ск; A.37)
Сст.ы = («— 1)СЩ. A.38)
ГЛАВА 2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД*
Механическая очистка применяется для выделения из сточной воды
нерастворенных минеральных и органических примесей.
Назначение механической очистки заключается в подготовке
производственных сточных вод при необходимости к биологическому, физико-
химическому или другому методу более глубокой очистки. Механиче-
В написании гл. 2 принимала участие канд. ггехн. наук О. Я. Евсеева.

скля очистка ня современных очистных станциях состоит из
процеживания через решетки, пескоулавливання, отстаивания и фильтрования.
Типы и размеры этих сооружений зависят в основном от состава,
свойств и расхода производственных сточных вод, а также от методов
их дальнейшей обработки.
Как правило, механическая очистка является предварительным,
реже—окончательным этапом для очистки производственных сточных
вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ из этих вод до
90—95 % и снижение органических загрязнений (по показателю
БПКполн) до 20-25%.
Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными
способами интенсификации гравитационного отстаивания — преаэрациен,
биокоагуляцией, осветлением во взвешенном слое
(отстойники-осветлители) или в тонком слое (тонкослойные отстойники), а также с
помощью гидроциклонов.
Процесс более полного осветления сточных вод осуществляется
фильтрованием.— пропуском воды через слой различного зернистого
материала (кварцевого песка, гранитного щебня, дробленого антрацита
и керамзита, горелых пород, чугунолитейного шлака и других
материалов) или через сетчатые барабанные фильтры и микрофильтры, через
высокопроизводительные напорные фильтры и фильтры с плавающей
загрузкой — пенополиуретановой или пенополнстирольной.
Преимущество указанных процессов заключается в возможности применения их
без добавления химических реагентов.
Выбор метода очистки сточных вод от взвешенных частиц
осуществляется с учетом кинетики процесса. Размеры взвешенных частиц, со-,
держащихся в производственных сточных водах могут колебаться в
очень широких пределах (возможные диаметры частиц составляют от
5-10~9 до 5-10~4 м), для частиц размером до 10 мкм конечная скорость
осаждения составляет менее 10~2 см/с. Если частицы достаточно
велики (диаметром более 30—50 мкм), то в соответствии с законом Стокса
они могут легко выделяться отстаиванием (при большой концентрации)
или процеживанием, например, через микрофильтры (при малой
концентрации). Коллоидальные частицы (диаметром 0,1 — 1 мкм) могут
быть удалены фильтрованием, однако из-за ограниченной емкости
фильтрующего слоя более подходящим методом при концентрациях
взвешенных частиц более 50 мг/л является ортокинетическая
коагуляция с последующим осаждением или осветлением во взвешенном слое.
Повышение техиологидеской эффективности сооружений
механической очистки очень важно при создании замкнутых систем водного
хозяйства промышленных предприятий. Этому требованию удовлетворяют
различные новые конструкции многополочных отстойников, сетчатых
фильтров, фильтров с новыми видами зернистых и синтетических
загрузок, гндроциклонов (напорных, безнапорных, многоярусных).
Применение этих сооружений позволит сократить в 3—5 раз капитальные
затраты и на 20—40 % эксплуатационные расходы, уменьшить в 3—7 раз
необходимые площади для строительства по сравнению с применением
обычных отстойников.
С целью обеспечения надежной работы сооружений механической
очистки производственных сточных вод, как правило, рекомендуется
применять не менее двух рабочих единиц основного технологического
назначения — решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или
фильтров. При выборе максимального числа сооружений
предусматривается их секционирование по унифицированным группам, состоящим
из единиц с наиболее крупными габаритами.
Повышение эффекта механической очистки' сточных вод, в
особенности работы сооружений по первичному отстаиванию, позволяет
сократить объемы сооружений для последующих процессов очистки и тем
самым снизить расходы на строительство и затраты на эксплуатацию
37

Сточная Вода
U
Песок на обезВо#и8а-
нае
вода
> воздух
ш промашу
Осадок наобраоотку
и утилизацию
Вода от промыВиц
Фильтров
на доочистку и повторное
чзобанив 8 системе
авіїственкогв бвааснааікі
Bot
и с польз ос,
ариигвпдс.
Рис. 2.1. Схема механической очистк«
производственных сточных вод
/ — вариант с дроблением отходов и отводом нх
в канализацию; // — вариант с вивозом отходов
в контейнерах на обезвреживание* / — приемная
камера; 2 — решетки механические с отдельными
дробилками или решетки-дробнлки; 3 -~
песколовки; 4 — водоизмерительное устройство (лоток
Вентурн); 5 — усреднители; 6 — отстойники или
отстойники-осветлители; 7 — барабанные сетки
и песчаные фильтры «ли только каркасно-засып-
ные фильтры (не требующие установки перед
ними барабанных сеток); в — насосная станция
. Qcop-0,5%
В канамзаиию
Рис. 2.2. Схема механической очистки
производственных сточных вод с
использованием в системе оборотного водоснабжения
/ — промышленное предприятие; 2 — сооружения
механической очистки; 3 — насосная станция для
перекачки шлама; 4 — шламопронод;
5—установка механического обезвоживания и
утилизации шлама (или шламонакопитель); 6 — насосная
станция оборотной воды; 7 — градирня; 8 —
камера приема охлажденной и добавочной воды.
Трубопроводы: 9 — неочищенной горячей воды;
10'— очищенной горячей воды; // — очищенной
охлажденной воды
более дорогих и сложных
сооружений физико-химической и
биологической очистки, а также
обработки осадка.
Очистные сооружения
рассчитываются по максимальному
расходу сточных вод или же по
какому-либо среднему их расходу,
например аэротенки по
среднечасовому расходу за период
аэрации. Иногда следует проверять
их объемы по минимальному
расходу. В связи с этим
целесообразно в самом начале
разработки проекта определить
характерные расходы производственных
сточных вод [см. формулы
Расчетные расходы произвол -
ственых сточных вод. от
отдельных промышленных
предприятий определяются по балансу
воды для конкретного предприятия
в соответствии с
технологическими данными. Ориентировочно
расходы сточных вод
промышленных предприятий могут быть
определены по данным,
приведенным, в книге «Укрупненные
нормы водопотребления и водо-
отведения для различных
отраслей промышленности».
На рис. 2.1 показана схема
механической очистки
производственных сточных вод со
следующим составом основных
сооружений: решетки 2 для
задержания крупных загрязнений
органического и минерального
происхождения, песколовки 3 для
выделения тяжелых минеральных
примесей (главным образом
песка), усреднители 5 расхода
сточных вод и концентрации нх
загрязнений, отстойники или
отстойники-осветлители 6 для
выделения нерастворимых
примесей, фильтры 7 для более
полного осветления воды и
сооружения для обработки осадка.
В ряде случаев механическая
очистка является единственным
и достаточным способом для
извлечения из производственных
сточных вод механических
загрязнений и подготовки их к
повторному использованию в
системах оборотного водоснабжения.
При необходимости предусматри-
38

вается охлаждение механически очищенной сточной воды в градирнях
(рис. 2.2).
Однако для некоторых производств требуется вода с меньшим
содержанием взвешенных веществ, чем содержание, обеспечиваемое
механической очисткой, поэтому необходима дополнительные
физико-химическая и биологическая очистка, а также еще более глубокая очистка
производственных сточных вод. При повторном использовании
биологически очищенной сточной воды в соответствии с санитарными нормами
требуется применять хлорирование.
§8. РЕШЕТКИ
Решетки устанавливают на очистных станциях при поступлении на
них сточных вод самотеком. Не применять решетки на очистных
станциях допускается в случае подачи сточных вод насосами с
установленными перед ними решетками с прозорами 16 мм или менее.
Расчет решеток производится- на максимальный приток сточных вод
(м3/с или м3/ч) или на пропускную способность очистной станции (мV
/сут).
Наибольшее применение получили решетки следующих типов:
решетки механические унифицированные типа РМУ и с механическими
граблями типа МГ, предназначенные для извлечения из сточных вод
крупных загрязнений с механизированной выгрузкой их
непосредственно в контейнер или на транспортирующее устройство к дробилкам;
комбинированные решетки-дробилки типов РД и КРД.
Решетки типов РМУ (рис. 2.3) и МГ (рис. 2.4). Извлечение отходов
с решетки РМУ, выпускаемой заводом «Водмашоборудование» (г. Во-
ТАБЛИЦА 2.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕШЕТОК ТИПА РМУ (см. рис. 2.3)
Показатели
Расчетный расход:
часовой, м3/ч
секундный, м3/с
Решетки, шт., марок:
РМУ-2 (размер 1000Х
Х1000 мм)
РМУ-3 (размер ЮООХ
Х2000 мм)
РМУ-4 (размер 1500Х
Х2000 мм)
РМУ-5 (размер 2000х
Х2000 мм)
Количество отходов:
по массе, при 7 = 750 кг/м3,
т/сут
по объему, м3/сут
Вариант с дроблением от-
ходов
Число дробилок
молоткового типа
производительностью, т/ч:
0,5
1,0
Расход воды, подаваемой к
дробилке (из расчета 40 м3
на 1т отходов), м3/ч
Вариант с. вывозом ОТ^О-
иОв
Число контейнеров
вместимостью 0,55 м3
Пропускная
50
2600
0,72
3B)*
—
**
—
—
2,4
3,2
—
—
—
6
80
4000
1,11
3B)*
—
—
4,2
5,4
—
—
—
10
способность очистной станции, тыс.
100
5000
1,36
—
3 B)*
—
—
4,8
6,4
2A)**
8
12
140
6900
1,87
—
3B)*
—
—
6,7
8,9
2A)**
11
140
6900
1,87
—
—
3B)*
—
6,7
8,9
—
2A)*
11
200
9900
2,68
—
—
3B)*
—
9,6
12,8
—
2A)*
16
ма/сут
200
9900
2,68
—
—
—
3B)*
9,6
12,8
2A)*
16
280
14 000
3,76
—
—
—
3B)*
13,4
17,9
2A)*
22,5
* В скобках указано число единиц рабочего оборудования.
** Одна резервная дробилка расположена в помещении решеток.

0,812
1,302
Рис. 2.3. Механическая унифицированная решетка типа РМУ
/ — решетка- 2 — граблина; 3 — лоток откидно:!; 4 — сбрасыватель; 5 — электропривод; 6 —
траверса церхняя; 7 — концевой выключатель; S — блок переключения; Ч — барабан грузовой; 10 —
каретка подвижная; II — упор каретки; 12 — канат металлический
ронеж), производится граблиной 2, шарнирно соединенной с кареткой
10. Возвратно-поступательное движение граблины осуществляется с
помощью двух стальных канатов 12, наматывающихся на барабаны 9, на
которые передается крутящий момент от электропривода 5. Сброс
отходов производится сбрасывателем 4 в откидной лоток 3.
Грабли механических решеток РМУ-1—РМУ-5 приводятся в
движение электродвигателем мощностью /V = 0,37 кВт при частоте вращения
п=1450 мин-1, а РМУ-6 и РМУ-7—электродвигателем мощностью
;V=1,1 кВт также при я=1450 мин~'. Технические характеристики
решеток РМУ и МГ представлены в табл. 2.1 и 2.2.
Для дробления задержанных загрязнений на средних и крупных
очистных станциях требуется устанавливать отдельные дробилки (рис.
2.5). Применяются молотковые дробилки заводов «Водмашоборудова-
ние» и «Водоприбор» производительностью 0,3—0,6; 1 и 2 т/ч. Эти
дробилки устанавливаются с электродвигателями мощностью соответст-

Рис. 2.4. Механизированная наклонная решетка типа МГ (стрелка А показывает
направление движения жидкости; стрелка Б — направление движения цепи с граблиной)
/ — граблина; 2— тяговая цепь; 3 — электропривод; 4 — электродвигатель; 5 — решетка
Разрезы
у ± ¦
2-
Отходы
А-А
fr.
¦ >
3 -і
ОМ
5-
\
V
1,56k
ф
/7,55
ОМ
7
ч
»
Е.
j
1
j
S
¦51
d'0.15
Рис. 2.5. Дробилка
молотковая марки Д-3 для
очистных станций пропускной
способностью до 100 тыс.
мэ/сут
/ — подача сточной воды; // —
отвод дробленых отходов; / —
бункер загрузочный; 2 —
штуцер; 3, 4—соответственно верх-*
няя и нижняя половина
корпуса; 5 — дробильная гребенка;
6 — ротор, состоящий из вала,
дисков и пальцев; 7 — сварная
рама; 8 — электродвигатель;
9 — кожух муфты; 10 —
маховик; // — перфорированная
решетка; 12 — дробильный
молоток
41

??an
БОЕВ
венно 20—22,55—75 и 100—120 кВт.
Перед дробилками необходимо
сортировать отходы, отбирая недробн-
мые элементы, что осуществляется
вручную. Расход воды для
дробилок составляет соответственно
мощности электродвигателя 2,5—5, 6—
8 и 18 м3/ч.
На крупных очистных станциях
целесообразнее устанавливать
измельчители отходов (рис. 2.6).
Такой аппарат работает по принципу
резания, а потому обладает боль-
Рис. 2.6. Измельчитель
/ — загрузочное отверстие; . 2 — бункер зягрузоч
ньій; 3 — подача сточной воды; 4 — корпус из
мельчителя; 5 — пластина режущая,
неподвижная; 6 —подача смывиоП воды; 7 — илэнка ре
жуш.ая ка вращающемся блр-iCuuic; 8—(Іапабап
9 — Отверстие ДЛЯ ВЬ.ГРУЗКИ И 't::'\aL4Cl!tf'.i\ ОГ
бросов; 10 — стенк; t шчлі- я; // —вь,0(,ос '.'і:
дробимый отбросої!; /2 — ;ц:міаісль — рі.-д^. лтер
U — решетка перфорированная
ТАБЛИЦА 2.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕШЕ1СК ТИПА МГ (r.v. рис. 2.4)
Показатели
Расчетный расход, м3/с
Число решеток:
для МГ-7Т (размер 800 X
ХІ400 мм)— @ = 0,39 м2 и
<7=0,31 м3/с
для МГ-ПТ (размер ЮООх
Х1600 мм) — @=0,57 м2 и
<7=0,45 м3/с
для МГ-8Т (размер 1400Х
Х2000 мм)—@ = 0,74 м2 и
<?=1 ма/с
для МГ-6Т (размер 2000Х
Х2000 мм)— @=1,25 м> и
<?=1,52 ма/с
Количество отходов,
снимаемых с решеток:
в ма/сут
» т/сут (при y = 750 кг/ма)
Количество отходов,
подаваемых на дробилки в 1 ч (при
коэффициенте часовой
неравномерности поступления Кч=
= 2),т
Число дробилок
производительностью, кг/ч:
50—100
300—600
1000
Расход воды, подаваемой к
дробилке (при расчете 40 м3
на I т отбросов) м3/ч
Число контейнеров
вместимостью 0,8 м3 при вывозе
отходов 1 раз в сутки
Пропускная способность очистной станини.
25—35
0,4—0,53
2/1
—
—
1 — 1,4
1,1
0,09
1/-
.
3,6
3
50
0,72
3/1
2/1
—
2
1,5
0,13
1/1
—
5,2
4
70
0,96
—
2/1
— -
2,8
2,1
0,1ь
1/1
7,2
—
100
1,36
—
3/1
2/1
—
4
3
0,25
1/1
-
10
—
140
1,87
—
—
2/1
„
5,6
4,2
0,35
—
1/1
14
—
¦200
2,68
—
—
3/1
2/1
8
6
0,5
—
1,1
1,1
20
—
¦,І8О
:і, 76
—
—
—
3/1
4,2
8,4
0,7
—
—
1/1
28
—
Примечания; 1. Перед чертой указано число рабочих решеток и дробилок, за
чертой — число резервных. 2. Пропускная способность решеток определяется при скорости
потока 0,8 м/с.
42

Гілан
Рис. 2.7. Здание решеток для станций очистки сточных вод пропускной способностью
1,4—7 тыс. ма/сут
Помещения; / — электрслцитовая; // — зал решеток; ///—вентиляционная камера. Устройства:
1 — таль ручная передвижная червячная; 2 — контейнер для мусора; 3 — решетки механические
унифицированные типа РМУ-1; 4 — ось насоса центробежного с электродвигателем; 5 — бачок
циркуляционный; 6 — вакуум-насос с электродвигателем; 7 — кран подвесной; 8 — тележка для
контейнеров; 9 — затворы щитовые
шим эффектом измельчения, чем молотковая дробилка. Измельчители
с автоматическим выбросом недробимых элементов
производительностью 1 и 2 т/ч типа И-300 предназначаются для измельчения отходов,
задерживаемых на канализационных очистных станциях пропускной
способностью 0,5—1 млн. ма/сут. Измельченные или дробленые отходы
отводятся в канал перед решетками или направляются в имеющиеся на
очистной станции метантенки для сбраживания. При использовании
измельчителей достигается технико-экономический эффект вследствие
уменьшения энергоемкости.
Типовые здания решеток разработаны для небольших очистных
канализационных станций пропускной способностью 1,4; 2,7; 4,2; 7 тыс.
м3/сут с установкой двух решеток марки РМУ-1 (рис. 2.7.).
Здание решеток входит в состав станций механической очистки
сточных вод. Сточная вода поступает в здание решеток по подводящим
каналам. Крупные отходы остаются на стержнях решетки,
перекрывающей сечение канала. Отходы периодически удаляются граблиной и
сбрасываются в контейнер. Заполненные контейнеры устанавливаются
краном на тележку и вывозятся из здания, а затем с помощью монорельса
и тали перемещаются на автомобиль.
В здании предусмотрена установка насоса для гидроэлеватора
песколовок, который работает периодически и запускается в работу с
помощью вакуум-насоса.
Типовые проекты зданий решеток с тремя механическими решетками
типов РМУ-2—РМУ-5 (902-2-367.83) разработаны ЦНИИЭП
инженерного оборудования. Здания решеток выполнены в следующих
вариантах: для типов РМУ-2 и РМУ-3 пропускной способностью
соответственно 50—80 и 100 тыс. м3/сут с вывозом отходов (рис. 2.8); для типов
РМУ-3—РМУ-5 пропускной способностью соответственно 100—140,
140—200 и 200—280 тыс. м3/сут с дроблением отходов (рис. 2.9).
43

A-A
План
Рис. 2.8, Здание с тремя механическими решетками типа РМ.У-3 для варианта с
вывозом отходов
Помещения: / — зал решеток; // — комната дежурного; /// — санузел. Устройства: I — кран
подвесной электрический; 2 — решеткл механическая унифицированная РМУ-3 размером 1000X2000 мм;
3 — затворы щитовые размером 1000X2000 мм; 4 — контейнеры мусоровоза вмеепшостью 0.55 м3
каждый для пищевых отходов
Загрязненная сточная вода подводится по прямоугольным каналам
к трем механическим решеткам тина РМУ.
Вариант с вывозом отходов выполнен для решеток РМУ-2 и РМУ-3,
а вариант с дроблением отходов — для решеток РМУ-3, РМУ-4,
РМУ-5.
Задержанные решетками отходы горизонтально-наклонным
конвейером направляются в дробилку. Разборка отходов с целью отделения
включений, не подлежащих дроблению (металл, кирпич и т. д.),
производится на конвейерной ленте оператором, для чего оборудуется
специальный пост. Дробленые отходы, разбавленные водой, по лотку
поступают в канал перед решетками.
К установке принято: в-здании решеток с тремя решетками РМУ-3—
одна дробилка Д-ЗБ производительностью 0,5 т/ч (резервная дробилка
находится в помещении решеток); в зданиях решеток с тремя
решетками типов РМУ-4 и РМУ-5—две дробилки производительностью 1 т/ч
(одна из них рабочая).
В случае выхода из строя конвейера под сбрасывающие устройства
44

k-A
ІЕл
21,0
Рис. 2.9. Здание с тремя механическими решетками типа РМУ-3 для варианта с
дроблением отходов
Помещения: / — зал решеток; f/— комната дежурного; /// — санузел; IV — электрощитовая.
Устройства: / — дробилка молотковая чД-ЗБ; 2 — конвейер горпзонталыю-наклоннып шириной 500 мм;
Я — решетка механическая унифицированная РМУ-3 размером 1000X2000 мм; 4— кран подвесной
ручной грузоподъемностью 2 т; 5 — контейнеры для отходов; 6 — лоток; 7 — затвор щитовой
размером 1000X2000 мм; 8 — место для резервной дробилки
Рис. 2.10. Решетка-дробилка типа РД
решеток устанавливаются
контейнеры для отходов. Для ремонта
оборудования и подъема контейнеров
запроектирован ручной подвесной
кран грузоподъемностью 2 т.
На каналах любой пропускной
способности перед решетками
установлены щитовые затворы с
электроприводом и после решеток —
щитовые затворы без электропривода.
Комбинированные
решетки-дробилки типа РД я КРД применяются
для задержания и дробления
отходов без извлечения их из потока
сточной воды. Одним из
механизмов, с помощью которого
осуществляется этот процесс, служит
решетка-дробилка РД, выпускаемая
заводом «Водмашоборудованне»
(г. Воронеж).
Принцип действия такой решетки-дробилки заключается в
следующем (рис. 2.10.). Сточная вода поступает на вращающийся барабан с
45

?-6
Рис. 2.П. Схемы
установки
а —
решеток-дробилок с резервной
наклонной решеткоґ!;
б — наклонной ре-
шегки с ручной
очисткой
Плай
щелевыми отверстиями. Мелкие фракции отходов вместе с потоком
сточной воды проходят через щелевое отверстия внутрь барабана и
далее вниз на выход из решетки-дробилки. Крупные фракции отходов
задерживаются на перемычках между щелевыми отверстиями барабана
(которые составляют как бы круглую решетку) и транспортируются
при вращении барабана к трепальным гребням.
Измельчение отходов, осуществляемое при взаимодействии
поочередно подходящих резцов, которые закрепляются на барабане с
режущими кромками трепальных гребней, установленных неподвижно,
происходит по принципу работы гильотинных ножниц, а измельчение,
осуществляемое при взаимодействии режущих пластин с трепальными
гребнями, —по принципу работы параллельных ножниц. Измельченные
отходы подхватываются водой и проходят сквозь щелевые отверстия
внутрь барабана в общем потоке.
В заглубленных зданиях решетки-дробилки РД-100 и РД-200 допус-
46

кается устанавливать на расстоянии не менее 0,25 м от стены. Решетки-
дробилки могут быть установлены в открытом канале с изливом сточной
воды через сифон в отводящий канал к очистной станции (рис. 2.11).
Мосводоканалниипроектом разработаны решетки-дробилки
следующих типоразмеров: РД-100, РД-200, РД-400, РД-600 и РД-900.
Рекомендации по выбору необходимого типоразмера этих решеток-дробилок
и их количества в зависимости от средней пропускной способности
канализационных очистных сооружений приведены в табл. 2.3.
ТАБЛИЦА
Среднесуточная
пропускная
способность очистных
сооружений,
м3/сут
12
25
50
100
200
400
700
1400
2700
4200
7000
10 000
17 000
25 000
32 000
40 000
50 000
64 000
80 000
100 000
130 000
160 000
175 000
220 000
280 000
2.3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕШЕТОК-ДРОБИЛОК ТИПА РД
Максимальный
расход
сточной воды. ма/с
0,00044
0,00088
0,00175
0,0034
0,0063
0,012
0,018
0,033
0,059
0,092
0,17
0,194
0,315
0,445
0,556
0,59
0,72
0,903
1,1
1,33
1,73
2,13
2,33
2,92
3,72
(см. рис. 2.10)
Тип решетки-
дробилкн
РД-100
РД-200
РД-400
РД-600
РД-900
Суммарная
площадь
проходного сече-
нг'я щелей
в барабане, м2
0,0076
0,019
0,119
0,455
0,8
Число
решеток-дробилок
рабочих
1
1
1
2
3
1
1
2
3
1
1
1
2
2
3
3
2
3
О
3
4
резервных
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Скорость
движения
сточной воды в
щелях
решетки-дробилки.
-м/с
0,058
0,116
0,23
0,46
0,92
0,63
0,45
0,87
1,03
0,77
1,23
0,815
0,885
0,98
1,22
1,3
0,79
0,99
0,8!
0,975
1
0,9
0,9
1,2
1,16
Примечание. В соответствии с требованиями СНиП при числе рабочих решеток-
дробилок до трех (включительно) в дополнение к первой резервной, установленной на
канале, должна быть в наличии еще одна решетка-дробилка, хранящаяся на складе.
Последняя может быть использована в случае, если одна решетка-дробилка находится
иа капитальном ремонте, а другая вышла из строя в процессе эксплуатации.
В основу табл. 2.3 заложены следующие условия:
1) при установке одной рабочей решетки-дробилки скорость
движения жидкости в щелях барабана (при ширине щелей 16 мм)
принимается не более 1,3 м/с по максимальному притоку сточной воды (с
учетом общего коэффициента неравномерности водоотведения); большие
скорости при данной ширине прозоров в решетках приводят к более
высокой степени продавливания отходов сквозь щели барабана (в
зарубежных решетках-дробилках приняты более высокие скорости,
поскольку ширина щелей в них значительно меньше и составляет 8—10 мм);
2) при установке двух рабочих решеток-дробилок скорость движе-
47

Разрез
Рис. 2.12. Круглая решетка-дробилка типа КРД
/ — вращающаяся круглая решетка с горизонтальными щелями; 2 — вращающийся дробильный
барабан; 3 — резец; 4 — колонна; 5 — трепальные гребни; 6 — привод дробильного барабана; 7,
10 — электродвигатели; 8 — червячный редуктор; 9 — клиноременная передача; // — рама решет-
кк-дроЗилки
ния жидкости в щелях барабана принимается не более 1 м/с по
максимальному притоку с учетом того, что возможен единовременный
выход из строя двух решеток-дробилок (одна находится в капитальном
ремонте, а с другой произошла авария);
3) при установке от трех до семи рабочих решеток-дробилок
скорость движения жидкости в щелях барабана принимается не более
1,2 м/с по максимальному притоку.
Решетка-дробилка круглая типа КРД предназначена для измсльче-

ния канализационных отходов непосредственно в потоке сточной воды.
При этом значительно улучшаются условия эксплуатации, исключается
ручной труд. Решетка-дробилка КРД по габаритно-установочным
размерам заменяет решетку-дробилку РД-600, но она проще в
изготовлении, так как режущие элементы располагаются не на большом, а на
малом барабане, выполненном из стальной трубы небольшого диаметра.
Луцкий экспериментальный завод «Коммунмаш» по чертежам
Научно-исследовательского и конструкторско-технологического института
городского хозяйства (НИКТИ ГХ) МКХ УССР изготовляет решетки-
Дробилки типа КРД (рис. 2.12) со следующими основными
характеристиками: пропускная способность 25—40 тыс. м3/сут; скорость движения
жидкости в прозорах 0,6—0,9 м/с; ширина Прозоров 16 мм;
рекомендуемое сечение подводящего канала 820X735 мм; рабочая высота уровня
сточной жидкости в канале до 600 мм; мощность электродвигателя
барабана решетки 0,6 кВт при частоте вращения 1450 мин~', частота
вращения барабана решетки 1,7 мин'; мощность электродвигателя
дробильного барабана 4 кВт при частоте вращения 1000 мин; частота
вращения дробильного барабана 294 мин; максимальные размеры
агрегата 1295Х990Х 1580 мм (длинаХширинаХвысота); масса 750 кг.
Существенное затруднение могут вызывать попадающие к решеткам -
дробилкам вместе со сточной водой металлические предметы. Для их
удаления в каждом канале перед решеткой предусматривается
установка электромагнитного устройства. При поступлении кислых или
щелочных сточных вод необходимо перед решетками устанавливать pH-метр,
согласно показаний которого корректируют активную реакцию сточных
вод.
§ 9. ПЕСКОЛОВКИ
Песколовки необходимо предусматривать для задержания
минеральных частиц крупностью свыше 0,2—0,25 мм при пропускной способности
станции очистки сточных вод более 100 м3/сут. Число отделений
песколовок надлежит принимать не менее двух, при этом все отделения
должны быть рабочими.
Песколовки рассчитываются на максимальный расход сточных води
проверяются на минимальный приток.
Тип песколовки необходимо выбирать с учетом пропускйой
способности очистной станции, состава очищаемых производственных сточных
вод и местных условий строительства.
Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной воды
(рис. 2.13) предназначаются для удаления песка из производственных
сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию
(табл. 2.4).
ТАБЛИЦА 2.4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПЕСКОЛОВОК
С КРУГОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВОДЫ (см. рис. 2.13)
Тип
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
Пропускная способность
ма/оут
1400—2700
2700—4200
4200—7000
7000—10 000
10 000—17 000
17 000—25 000
25 000—40 000
40 000—70 000
л/о
31—56
[56—83
83—133
133—183
183—278
278—394
394—590
590—1070
А
4000
6000
Основные
Б
6000
6500
10 000
11 000
в
2000
¦2500
размеры, мм
Г
4700
4350
5000
4850
Л
500
800
1000
1400
1500
1800
?
300
450
600
600
900
1200
Ж
200
250
300
350
600
900
Отметки, мм
И
9,53
9,53
9,43
9,51
9,33
9,14
9,14
9,16
К
9,3
9,28
9,12
9,27
9,08
8,97
8,95
Я, 93
Л
6,55
4.75
М
8,15
7,9
Я
7,8
7,55
4—179
49

Рис. 2.13. Горизонтальные песколовки с круговым движением сточных вод пропускной
способностью 1 400—70 000 м3/сут
/ — гидроэлеватор; 2 —отвод всплывающих примесей; 3 — желоб; 4 — поверхностные чатворы с
ручным приводом; 5 ~ подводящий лоток; б — пульпопровод; 7 — подача рабочей жидкости- 8 —
камера переключения; 9 — устройство для сбора всплывающих примесей; 10 — отводящий лоток;
// — полупогруженные щиты (при очистке иефтесодержащих вод)
Сточная вода подводится к песколовкам и отводится от них лотками.
Подводящий лоток располагается в насыпи высотой до 5 м.
Для выключения песколовок из работы на подводящих и отводящих
лотках в распределительной камере устанавливают затворы. Осадок из
песколовок удаляют гидроэлеваторами. Подача рабочей жидкости к
гидроэлеватору п отвод пульпы осуществляются самостоятельными
напорными трубопроводами через камеру переключения, оборудованную
задвижками. Для III, V и VII типа песколовок разработано устройство
для сбора нефти, позволяющее применять их на пефтесодержащих
сточных водах.
С целью сокращения количества воды, расходуемой на отмывку
песка от нефти, может быть применен напорный гидроциклон (песок
отмывается от нефти на 80 %)•
Песколовки могут применяться после нейтрализаторов
сернокислотных сточных вод в том случае,-если выпадение нерастворимых
примесей известкового молока (или молотого известняка) и крупных
кристаллических частиц гипса приводит к появлению тяжелых взвешенных
частиц, отсутствовавших в водах до нейтрализации.
Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением сточном
волы (рис. 2,14) пропускной способностью 70—280 тыс. м3/сут
50

A -A
Рис. 2.14. Горизонтальная песколовка с прямолинейным движением воды
/ — г:гдроэлег),.тпры- 2 — щитовые затпоры размером 900X1400 мм (электропривод с W=0,6 кВт);
3 -- счреикпвыо мсх,]Ы!змы для удаления ік-ска с электроприводом АО42-ІІ, N=\J ііВт; 4 —
щитовые Зіітг-орьі с ручным приводом; 5. 6 — задвижки с электроприводом соответственно D —200 мм,
<'*¦-1 МПа и D =250 мм, Р=\ МПа); 7 — подача рабочей воды к гидроэлеваторам (Dv=200 mnt):
<S — пульпопровод (D—250 мм)

ТАБЛИЦА 2.5. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Показатели
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
ВОДЫ (см. рис. 2.14)
ПЕСКОЛОВОК
При пропускной способности очистной станции,
тыс. мэ/сут
70
100
140
'200 | МО
Расчетный расход q, мэ/с ......
Число песколовок п . . . . і . . .
Размеры песколовки:
сечение (a = q!v*n, м3
длина L=1000 kvHр/иа, м
при гидравлической крупности
частиц, ы0, мм/с:
18,7 (при *=1,7)
24,2 (при ft = l,3)
глубина Ну,, м
ширина Ь, м
Количество перекачиваемого из
песколовок осадка влажностью 60 % и у=
«=1,5 т/и3 в 1 сут:
В Ms
» т
Количество подаваемой рабогея
жидкости, мэ/сут
Продолжительность хранения песка в
бункерах (вместимостью 5 м3), сут, при
установке бункеров:
двух
четырех
• «=0,3 м/с
0,97
2
1,62
15,8
13
0,58
3
3,2
4,8
160
1,36
3
1,54
15,4
12,4
0,55
3
4,5
6,8
225
1,87
4
3,02
18,2
16,3
0,67
3
6,4
9,6
320
2,68
3
2,9
17,7
15,6
0,65
4,5
9
13,6
450
3,76
4
3,02
18,2
16,3
0,67
5
12,8.
19,2
640
1 ,6
(табл. 2.5) эксплуатируются на ряде канализационных станций
аэрации. Скорость движения сточных вод составляет при максимальном
расходе 0,3 и при минимальном 0,15 м/с.
Эксплуатация показала, что эти песколовки работают эффективно
при выравнивании средних скоростей по их длине. Это достигается
применением одиночных плоских решеток у входного устройства,
выполненных из деревянных стержней шириной 15 см с прозорами 6 см.
Решетки, устанавливаемые на расстоянии 1,2 м от входа, для удобства
эксплуатации свободно качаются в потоке и легко снимаются. В
песколовках с решетками такой конструкции увеличивается нагрузка по воде
путем повышения скорости потока при сохранении эффективности
задержания песка.
Аэрируемые песколовки применяются для выделения содержащихся
в сточной воде минеральных частиц гидравлической крупностью 13—
18 мм/с. Скорость движения сточных вод составляет 0,08—0,12 м/с при
максимальном притоке.
Типовые проекты аэрируемых песколовок разработаны ЦНИИЭП
инженерного оборудования на два, три и четыре отделения шириной по
3 и 4,5м и длиной 12 м (рис. 2.15). При применении 3-метровой вставки
д;;ина песколовки может быть увеличена.
Расчетная пропускная способность аэрируемой песколовки шириной
4,5 м на три отделения составляет 200—240 тыс. м3/сут сточных вод (по
типовому проекту 902-2-374.83), а на четыре отделения—240—280 тыс.
ма/сут (по типовому проекту 902-2-375.83). Подвод сточной воды к
песколовкам и отвод ее осуществляются открытыми лотками. Для системы
аэрации используется воздух от насосно-воздуходувной станции. Осадок
смывается в бункер песколовки гидромеханической системой,
включающей продольный лоток и трубопроводы со спрысками; осадок из
бункера удаляется с помощью гидррэлеватора. Для систем гидросмыва и
гидроудаления используется техническая вода. Управление работой систем
автоматизировано.
62

План
План
осгппбка
-
. 3,0
Рис. 2.15. Типовая горизонтальная аэрируемая песколовка на четыре отделения
/ — воздуховоды; 2—аэраторы; 3 — щігтоиоіі затвор; 4 — лоток для отвода воды; 5 —
трубопровод для гидросмыва; 6 — бупкер для песка; 7 — гидроэлеватор; в — лоток для подвода воды;
9 — колодцы для сбора плавающих веществ
Аэрируемые песколовки (табл. 2.6) выполняются в виде
горизонтальных резервуаров.
ТАБЛИЦА 2.8, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЭРИРУЕМЫХ ПЕСКОЛОВОК
(см. рис. 2.15)
Пропускная
способность, тыс.
м'/сут
70
100
140
200
280
Число
отделении
2
3 "
2
3
4
Размеры, м
ширина стде-
ления В
3
h
4,5
4.5
глубина
h
2,1
2,1
2,8
2,8
2,8
длина 1
12
12
18
18
18

Отношение B/h
1,34
1,34
1,5
1,5
1,5
Расход воздуха
на аэрацию, м'/ч,
при ее интенсивности
3 м'/(м2-ч)
200
300
460
690
920
Вдоль одной из стенок на расстоянии 45—60 см от дна по всей
длине песколовки устанавливают аэраторы, а под ними устраивают желоб
для песка. В поперечном сечении днищу придают уклон i = 0,2-r-0,4 к
центральному лотку для самотечного отведения в него песчаной массы.
На станциях средней п большой пропускной способности,
оборудованных горизонтальными песколовками с механическим удалением осад-
53

V7777777777777/
Рис. 2.16. Схема гидромеханического удаления песка (с его отмывкой) из
горизонтальной песколовки
/ — песколовка; ?—насос; 3 — смывкой трубопровод со спрысками; 4 — гидроэлеватор; S —
пульпопровод; 6 — бункер для песка; 7 — гидроциклон; 8 — трубопровод для отвода воды из
гидроциклона
ка, целесообразно осуществлять
рециркуляцию при наполнении в
песколовке, равном @,8-н0,9)Х
Х^гасч- Рециркуляция осадка в
горизонтальных песколовках
снижает количество органических
примесей на 19—38 %¦ При
зольности осадка до рециркуляции
70—85 % получается осадок с
зольностью 85—90 %.
Регулирование нагрузки на
отделения песколовки позволяет
автоматически поддерживать
скорость потока сточной воды в
заданных пределах. Такая схема
осуществлена на основе
использования системы
автоматизированного контроля уровня воды в
подводящих каналах как
функции количества поступающих на
очистные сооружения сточных
вод. В зависимости от характера
электроконтактного
поплавкового уровнемера автоматически регулируется степень открытия электрп-'
фицированных задвижек на подводящих каналах.
Автоматическое удаление песка из песколовок может производиться
двумя путями: 1) по мере накопления и достижения им заданного
уровня; 2) через определенные интервалы времени, выявленные на основе
эксплуатационного опыта. Продолжительность удаления песка или его
объем принимаются также на основании опыта эксплуатации
песколовок. Управление данной технологической операцией осуществляется с
помощью реле времени.
Гидромеханическое удаление песка с его отмывкой (гидросмыв;
рис. 2.16) в горизонтальных песколовках рекомендуется вместо
применяющихся скребковых механизмов цепного или тележечного типа,
которые имеют сложную конструкцию, металлоемки и требуют частого
ремонта.
При перемещении осадка в песколовке используется энергия потока
смывной воды. Такая гидромеханическая система обеспечивает
эффективный смыв осадка в бункер песколовки без взмучивания и
дополнительного выноса осадка с водой, что объясняется движением осадка и
54
Рис. 2.17. Схема тангенциальной песколовки
со шнековым пескопромывателем

промывной воды только в придонном слое сооружения, а также
возвратной циркуляцией воды в песколовке.
По дну сооружения в продольном направлении по всей длине
устраивается один или несколько Песковых лотков прямоугольного или
трапецеидального сечения. Глубина лотка принимается не менее двух
диаметров смывного трубопровода, его ширина составляет 0,4—1,2 м.
По дну каждого пескового лотка укладывается смывной
трубопровод, имеющий с двух сторон через 0,2—0,5 м спрыски, направленные
вдоль пескового лотка в сторону бункера.
Расход подаваемой насосами технической воды для гидросмыва
Qrc, м3/с, определяется по формуле
Qrc = vF=vlb, B.1)
где v — восходящая скорость смывной воды в лотке, принимаемая равной 0,0065 м/с;
F — площадь пескового лотка в плане, м2; I — длина пескового лотка, определяемая
как разность длины песколовки и диаметра песковой камеры, м; Ь—ширина
пескового лотка, обычно равная 0,5 м.
Расход промывной воды на один песковой лоток составляет 30—
100 л при напоре 4—6 м и продолжительности смыва 1—3 мин.
Приямок для песка рекомендуется выполнять круглым в плане с
тангенциальным присоединением к нему Песковых лотков. Угол наклона
ете.чок приямка принимают не менее Єг'°.
Осадок, удаляемый из приямка гмдроэлеваторами, направляется на
напорные гпдрсцкк.г:О!;ь', пспользуемке для отмывки песка от
органических примесей. После гидроцшсломоБ получается осадок зольностью
Ь4—SS % и влажность^ 21—23 %.
Гидроциклоны обычно устанавливается над бункером отмытого пес-
і;а, сыгружаемого в автотранспорт. Вода из гидроциклонов вместе с
отмытыми органическими веществами отводится в головные очистные
сооружения.
С внедрением гидросмыЕа улучшаются условия труда
обслуживающего персонала и облегчается эксплуатация песколовок. Отмытый
песок может быть использован в строительстве.
• Удаление песка из песколовок допускается предусматривать гидро-
элеваторамн и Песковыми насосами.
Песколовки тангенциальные со шнековым пескопромывателем.
Работа таких песколовок основана на качественно новом принципе.
Сточная вода подается в песколовку тангенциально, в результате
чего возникает ее вращательное движение. Песок, содержащийся в
сточной воде, прижимается к ст'нхам сооружения за счет центробежной
силы и отделяется от воды в результате образующегося нисходящего
течения. При скорости движения сточной воды в подающем лотке 0,7—
1,1 м/с задерживается примерно 92—98 % содержащегося в сточной
воде песка с гидравлической крупностью 18—24 мм/с.
Отвод воды из песколовки центральной телескопической трубой еше
более интенсифицирует отделение песка путем возникновения водяной
воронки вокруг приемного отверстия трубы. Отмыв песка от
органических примесей производится в процессе его удаления в шнековом пес-
копромывателе (рис. 2.17).
Оптимальная работа шнекового пескопромывателя диаметром 200—
300 мм обеспечивается при частоте вращения шнека 10—30 мин-1,
угле его наклона к горизонтальной поверхности 20—45° и расходе
промывной воды 0,1—0,13 л/л обрабатываемого осадка.
Осадок, прошедший обработку, содержит 88—94 % песка, осадок с
у= 1,8ч-1,9 т/м3 имеет влажность до 30 %; органические примеси
практически отсутствуют.
Расчет необходимого диаметра тангенциальных песколовок
производится по нагрузке на единицу площади сооружения в плане,
принимаемой равной до 110 м3/(м2-ч). На небольших станциях нагрузка на
тангенциальные песколовки может быть снижена до 60—80 м3/(м2-ч).
55

А-А Глубина.песколовки
конструктивно принимается равной половине
ее диаметра, а диаметр — не
более 6 м.
Размеры пескового бункера
определяются исходя из частоты
выгрузки и количества
улавливаемого песка.
Представляется возможным
изготовлять такие песколовки в
мастерских или на заводах с
последующим их монтажом на
месте строительства.
Бункера, площадки и
аппараты для обезвоживания песка.
Поскольку песок из песколовок
перемещается по трубопроводам с
большим объемом воды, его
необходимо обезвоживать. Для
этого устраивают бункера, песковые
площадки или накопители песка,
обычно располагаемые вблизи
песколовок, или применяют
гидроциклоны, в которых при
промывке песка происходит и его
обезвоживание.
На станциях пропускной
способностью до 70 тыс. м3/сут для
обезвоживания песка
рекомендуются бункера (рис. 2.18),
приспособленные для погрузки песка в
автотранспорт. Бункера
рассчитывают на 1,5—5-суточное хранение песка; их располагают как вне
здания, так и в здании в зависимости от климатических условий. Во
избежание замерзания песка при расположении бункеров вне здания
предусматривается обогрев бункеров горячей водой.
Для промывки песка применяют напорные гидроциклоны диаметром
300 мм с напором пульпы перед ними, равным 20 м.
Песковые площадки устраивают с ограждающими валиками
высотой 1—2 м. Размеры площадок принимают из условия нагрузки на них
до 3 м3/(м2-год) с периодической выгрузкой подсушенного песка.
Допускается применять накопители. Высота слоя напуска песка в
накопителе составляет до 3 м/год.
Воду с площадок и из накопителей удаляют через камеры с
водосливами с переменной отметкой порога и перекачивают в канал перед
песколовками или направляют в резервуар местной насосной станции
с последующей перекачкой на очистные сооружения.
Для обезвоживания песка могут применяться также напорные
гидроциклоны и обезвоживающие горизонтальные шнековые центрифуги
типа ОГШ.
Улучшение качества песка достигается применением
классификаторов.
При автоматизации работы песколовок целесообразно
предусмотреть передачу на пульт управления следующих сигналов: о состоянии
агрегатов для удаления песка (в работе, остановлен, авария); о
положении задвижек (открыта, закрыта), а также уровня накопления песка
сверх допустимого предела.
Рис. 2.18. Бункера для песка
1 — подвод воды в систему отопления; 2 —отвод
воды из системы отопления; 3 — затвор с
электроприводом; 4 — теплоизоляция; 5 — бункер; 6~
гидроциклои; 7 — подвод пульпы к
гидроциклонам; Я — отвод воды от гидроциклонов; 9 —
отвод сточной воды в канализацию
56

§ 10. УСРЕДНИТЕЛИ
Усреднители предназначаются для регулирования состава и
поступления сточных вод на очистные сооружения.
Поступление на очистные сооружения производственных сточных
вод с постоянным расходом и усредненной концентрацией загрязнений
создает ряд преимуществ. К ним относятся: повышение эффективности
как механической, так и последующих физико-химической и
биологической очистки сточных вод. В результате этого достигаются более
высокие качественные показатели очищенной воды. Экономический эффект
получается в связи с выравниванием пиковых расходов сточных вод,
поступающих на очистку. Введение в комплекс очистных сооружении
резервуаров-усреднителей избыточного количества сточных вод
позволит продлить срок службы очистных сооружении, которые без этого
могли бы периодически перегружаться и выходить из строя.
Регулирование расхода и концентрации загрязнений
производственных сточных вод можно обеспечить несколькими путями. На рис. 2.1
показано расположение в составе комплекса очистных сооружений
резервуаров-усреднителей. Такие резервуары могут располагаться на
основном канале сточных вод перед отстойниками; в этом случае все
сточные воды проходят через усреднитель. Иногда усреднители
устанавливают на боковые линии параллельно основному технологическому
каналу и в них отводят лишь избыточный (сверхрасчетный) расход
сточных вод. В обоих случаях применением системы регулирования
достигается снижение расчетных расходов сточных вод до среднесуточного
уровня.
Применение усреднителей, выравнивающих пиковые расходы и
концентрации сточных вод, позволяет разработать более экономичные
очистные сооружения, так как при этом для' расчета принимаются
усредненные данные.
В настоящее время применяются d основном усреднители,
действующие по принципу дифференцирования потока, и усреднители с
перемешиванием поступающей сточной воды.
Принцип работы усреднителя с дифференцированием потока сточных
вод (конструкция ВНИИ ВОДГЕО, рис. 2.19) следующий. Сточная
вода через окна, расположенные в распределительных лотках, поступает в
коридоры усреднителя и собирается затем в диагональный сборный
лоток. Эффективность усреднения по концентрации достигается в этом
случае за счет разного времени добегания отдельных порций сточной во-
А-А
§_Б S 9
. . .-Де-—' !*Й^"
10
Рис. 2.19, Усреднитель прямо,
угольной формы с
дифференцированием потока сточных вод
/ — подача сточных вод; 2 —
деревянная диагональная перегородні
и сборный желоб; 3 — деревянные
перегородки; 4 — отвод воды; 5 —
желоб для подачи сточных вод;
6 — распределительный колодец;
7—шибер;( 8—настил; 9 —
плавающий рукав; ю — дырчатые
воздуховоды
57

$65
— — 0,0 — — -
Рис. 2.20. Усреднитель концентрации загрязняющих веществ в сГочных водах барбо-
тажиого типа (блок из трех секций)
/, 2 — лоток соответственно подводящий и отводящий; 3 — трубопровод для опорожнения секций
усреднителя; 4—барботеры; 5 — лотки распределительные; 6—трубопривод подачи воды для
взмучивания осадка в лотках; 7 — трубопроводы для опорожнения каналов; S — воздуховод; 9,
11 — капал соответственно нижний н верхний; 10 — затворы щитовые
ды К сборному лотку. Расчет усреднителя производится в соответствии
с требованиями СНиП.
Для усреднения сточных вод по концентрации загрязнений в
усреднителях вода может перемешиваться с помощью мешалок, насосов и др.
Наиболее удобными в эксплуатации являются перфорированные
трубчатые барботеры, особенно из некорродирующих материалов
(например, из полиэтилена). Строительный материал для усреднителей
выбирают с учетом химического состава сточных вод. При наличии в
производственной сточной воде взвешенных веществ барботеры должны
препятствовать их осаждению. При перемешивании с помощью сжатого
воздуха интенсивность аэрации зависит от концентрации взвешенных
веществ и их гидравлической крупности и изменяется в пределах от 5
(до 12 м3/ч на 1 м барботера.
58

Усреднитель барботажного типа (рис. 2.20) предназначен для
выравнивания концентраций загрязнений производственных сточных вод и
представляет собой прямоугольный резервуар, состоящий из ряда
параллельно работающих секций.
Деление общего потока усредняемой сточной воды на секции и
блоки осуществляется камерами. Сточная вода поступает в
распределительные лотки, оборудованные зубчатым водосливом для равномерного
распределения воды по длине секции усреднителя. На дне секции
уложены барботеры, по которым подается сжатый воздух для перемешивания
сточных вод.
В типовом проекте разработаны отдельно стоящая секция
усреднителя, блок из двух секций, камеры даух типов и подводящие лотки к
секциям и блокам. Предусмотрена антикоррозионная защита секций,
камер и лотков от воздействия агрессивных сточных вод.
Максимальная пропускная способность секции размером ?X^X^ —
= 6X12X5 м составляет 190 м3/4 ПРИ минимальной продолжительности
пребывания сточной воды в усреднителе 1,7 ч.
Соответствующей компоновкой секций и блоков можно получить
усреднители суммарной вместимостью 600, 900, 1200, 3503, 1800 м3.
Для усреднения можно применять радиальный
отстойник-усреднитель с непрерывным удалением осадка, сконструированный во ВНИИ
ЕОДГЕО. В этом отстойнике ссзыещены процессы отстаивания и
усреднения произЕЭдственпой сточкой воды по концентрации загрязнений.
Диаметр отстойника-усреднителя 40 м, пропускная способность
1125 м-ум, продолжительность усреднения 4 ч, частота вращения
фермы с распределительным желобом 2—4 ч~'. Усреднение и
распределение сточкой жидкости осуществляется с помощью подвижного
распределительного лотка, вращающегося вместе с фермой вокруг центра
отстойника. Спиральный скребок, передвигаясь по днищу отстойника,
сгребает осадок и перемещает его к центру в донный желоб.
Усреднение сточных вод по расходу может быть достигнуто, если
выпускную камеру и резервуар усреднителя оборудовать сборным
устройством специальной конструкции. При конструировании этого
устройства верхний и нижний концы трубы перекрываются плитами и
перегородкой; в верхней плит-е устраивается сливное устройство; в сливном
отверстии свободно перемещается клапан переменного сечения,
соединенный тросом с поплавком. Расчетная величина усредненного расхода
выпускаемой воды достигается изменением положения клапана
переменного сечения. Поплавок, обеспечивающий нужное положение
клапана, конструируется исходя из его размеров и массы. Размеры
выпускной камеры определяются условиями эксплуатации.
Вместимость усреднителей определяется в соответствии с графиками
притока сточных вод и колебаний концентрации загрязнений в них. По
этим графикам устанавливается период, в пределах которого
наблюдается превышение допустимой концентрации. По суммарному притоку
сточной воды за это время предварительно подбирается вместимость
усреднителя и число типовых секций, а также проверяются скорости
продольного движения воды в секциях. Правильность принятой
вместимости оценивается проверочным расчетом концентрации загрязнений на
выходе из усреднителя, которая в любой расчетный отрезок времени не
должна превышать допустимую.
Применительно к режимам водоотведения красильно-отделочных
фабрик вместимость усреднителей соответствует обычно 4—8-часовому
притоку производственных сточных вод.
Б9

§ 11. ПЕРВИЧНЫЕ ОТСТОЙНИКИ И ПРОЧИЕ СООРУЖЕНИЯ
для механической очистки
Первичные отстойники
Выбор типа и конструкции отстойников зависит от количества и
состава производственных сточных вод, поступающих на очистку,
характеристик образующегося осадка (уплотняемость, транспортируемость)
и от местных условий строительной площадки очистных сооружений.
В каждом конкретном случае выбор типа отстойников должен
определяться в результате технико-экономического сравнения нескольких
вариантов. Число отстойников следует принимать не менее двух, но и не
более четырех, идя по пути увеличения габаритов отстойников, так как
стоимость единицы объема крупногабаритных отстойников меньше, чем
малогабаритных.
Для расчета отстойников необходимы следующие данные.
1. Количество сточных вод Q, м/3с, по максимальному притоку.
2. Концентрация взвешенных веществ Сі, мг/л, тяжелых и легких
(масла и нефтепродукты) механических примесей.
3. Требуемая степень очистки, или допустимое содержание
взвешенных веществ в осветленной воде Стр, мг/л, принимаемое в соответствии
с санитарными нормами или обусловленное технологическими
требованиями (например, при расчете первичных отстойников, располагаемых
перед аэротенками, на полную очистку или биофильтрами, когда Стр
должно быть равным 100—150 мг/л).
4. Гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить
для обеспечения требуемой эффективности очистки Этр, равной 50—
98%.
5. Гидравлическая крупность, определяемая по кривым кинетики
отстаивания 3=f(t), которые получены в лаборатории в статических
условиях при высоте слоя отстаивания h\^200 мм или fi2(Ah = h2—h^
^200 мм). Для приведения полученной величины к слою, равному
высоте слоя потока воды в отстойнике, производится перерасчет по
формуле
где Н — глубина проточной части в отстойнике, м; К — коэффициент использования
объема в отстойнике, равный в первом приближении коэффициенту использования
объема отстойника выбранной конструкции (см. далее табл. 2.9); 1\—продолжительность
отстаивания в лабораторном цилиндре при высоте слоя Аь в течение которого
достигается требуемый эффект осветления; п — коэффициент пропорциональности,
зависящий от агломерируемое™ взвешенных веществ в процессе осаждения, определяемый
при h\>hi по формуле
я= '^-'^ ; B.3,
lg К - lg h2
здесь hi, hi — высота слоев отстаивания в лабораторных условиях, мм; і і, tu—
продолжительность отстаивания в соответствующих слоях, при которой достигается
требуемый эффект отстаивания, с.
В случае когда температура сточной воды в производственных
условиях отличается от температуры сточной воды, при которой
определялась кинетика отстаивания, необходимо вводить поправку
ыо = —а, B.4)
где [іл, fAn — вязкость воды при соответствующих температурах в лабораторных и
производственных условиях; и — гидравлическая крупность частиц, полученная по
формуле B:2).
Вертикальные первичные отстойники предназначены для
осветления бытовых ,и близких к ним по составу производственных сточных
вод (а также их смеси), содержащих грубодисперсные примеси.
60

Вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком сточной
воды (НИКЛИ ГХ МКХ УССР) представляет собой круглый резервуар
с периферийным лотком для сбора осветленной воды.
Пропускная способность вертикального отстойника диаметром 9 м
при начальной концентрации взвешенных веществ 300 мг/л, степени
осветления 50 % и минимальной температуре сточной воды 20°С
составляет 196 м3/ч.
Сточная вода поступает через подающий лоток в
водораспределительный лоток отстойника, расположенный на внутренней стороне
полупогружной цилиндрической перегородки, которая делит площадь
отстойника на две равные части. Глубина погружения перегородки равна
2/з рабочей высоты отстойника. Водораспределительный лоток имеет
зубчатый водослив. По мере продвижения от перегородки к центру
сточная вода опускается вниз, распределяясь по всему сечению
внутренней цилиндрической части отстойника. Всплызающие вещества
собираются у воронки для сбора плавающих веществ и периодически
удаляются в иловый колодец при поднятии уровня воды в отстойнике.
Интенсивное разделение жидкой и твердой фаз происходит на
повороте потока в нижней части отстойника. Далее сточная вода
движется в вертикальном направлении в пространстве между перегородкой и
стенкой отстойника, где также происходит осаждение взвешенных
веществ. Дойдя до верха отстойника, осветленная вода изливается через
зубчатый водослив в водосборный кольцевой лоток и отводится из
отстойника. Осадок удаляется под гидростатическим давлением по нловой
трубе в иловый колодец.
В отстойнике обеспечивается значительное снижение скорости
нисходящего потока, что способствует эффективному осаждению
взвешенных веществ. Уменьшение циркуляции ведет к увеличению
коэффициента использования объема отстойников до 0,65.
Вертикальный отстойник этого типа увеличивает степень
задержания взвешенных веществ до 60—70 % или при сохранении степени
осветления обычного вертикального отстойника увеличивает пропускную
способность примерно в 1,5 раза.
Типовые проекты (902-2-354 — 902-2-360) разработаны Союзводока-
налпроектом для вертикальных первичных отстойников диаметрами
4,5; 6 и 9 м из сборного и монолитного железобетона пропускной
способностью 43, 87 и 196 м3/ч. На рис. 2.21 показана группа отстойников
Д=9 м.
Горизонтальнее первичные отстойники применяются в составе
станций очистки бытоных и близких к ним по составу производственных
сточных йод н предназначены для выделения взвешенных веществ из
вод, прошедших решетки и песколовки. Проекты отстойников этого
типа разработаны ЦНИИЗП инженерного оборудования на 4,'6 и 8
отделений шириной по 9 м, длиной 24 и 30 м с глубиной зоны отстаивания
3—4 м. Расчетный объем отстойников на четыре отделения составляет
3200 м3 (рис. 2.22), а пропускная способность 2130 м3/4 (при
продолжительности отстаивания 1,5 ч).
Сточные воды поступают в отстойники из распределительного
аэрируемого лотка, проходят впускной лоток, и отводятся сборным лотком
с двусторонним водосливом. Осадок сгребается в иловый приямок
скребковым механизмом и удаляется плунжерными насосами. Плавающие
вещества собираются скребковым механизмом при обратном ходе и
удаляются^, конце отстойника через поворотную трубу с щелевидными
прорезями. Поступившие в сборный колодец плавающие вещества
откачиваются для совместной обработки с осадком. Отстойники этого типа
применяют для очистных станций с пропускной способностью 20 тыс.
м3/сут и более (табл. 2.7).
Механизм для сгребания осадка в горизонтальных отстойниках
(рис. 2.23) представляет собой балку трубчатого сечения, которая
уставі

План
Рис. 2.21 Первичные вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим потоком
диаметром 9 м
1 — трубопровод для удаления плавающих веществ; 2 — трубопровод для удаления осадка; 3 —
приемная воронка для отвода плавающих веществ; 4 — периферийный лоток для сбора
осветленной воды; 5—зубчатый водослив; б — кольцевая полупогружная перегородка; 7 — отстойник;
8 — подающий лоток или трубопровод; 9 — приемная камера;' 10 — отводящий трубопровод; 11 —
сборник осадка и плавающих веществ
62

10
Л
Рис. 2.22. Первичный горизонтальный отстойник конструкции ЦНИИЭП инженерного
оборудования
;, 2 — соответственно распределительный и подающий лоток; 3 — скребковый механизм; 4 —
сборный лоток; 5 — отводящий трубопровод; 6 — камера иасосов для отвода всплывающих примесей;
7—аварийный сброс; 8 — трубопровод для подачи активного ила на разбавление всплывающих
примесей; 9 — трубопровод для опорожнения отстойников; 10 — трубопровод для отвода сырого
осадка; //— подача сточной воды на очистку; 12 — воздуховод
новлена на две тележки, двигающиеся непосредственно по бетонному
борту отстойника. К балке крепится скребок маятникового типа.
Возвратно-поступательное движение механизма осуществляется с помощью
ТАБЛИЦА 2.7. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПОВЫХ ПЕРВИЧНЫХ
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ОТСТОЙНИКОВ (см. рнс. 2.22)
Показатели
При пропускной способности очистной станции, тыс. м'/сут
25
100
Расчетный расход, м3/ч
Пропускная
способность, мэ/ч, при
продолжительности
отстаивания 1,5 ч
Размеры, м:
длина
ширина
Число отстойников
Фактический объем, м3
Номер типового проекта
1400
1160
24
6
4
1740
902-2-305
1900
1740
24
6
6
2610
902-2-304
2600
2130
30
9
4
3200
902-2-240
3500
320О
30
9
6
4800
902-2-241
4900
4260
30
9
8
6400
901-2-242
63

Рис. 2.23. Механизм с канатным приводом для сгребания осадка в горизонтальных
первичных отстошшках
/ — канат; 2 —балка; 3 —тележка; 4 — динамометр; 5 — скребок; 6 — электропривод
редукторного привода. Электродвигатель через зубчатую передачу
передает крутящий момент .рикционным барабанам, которые
передвигают механизм по двум направляющим канатам. Для изменения скорости
передвижения механизма предусмотрены сменные шестерни. Запасов-
ка канатов производится через систему блоков.
Для отключения привода при обрыве каната имеются концевые
выключатели, установленные на динамометрах. В крайних положениях
хода механизма устанавливаются концевые выключатели, с помощью
которых изменяется направление вращения привода и движение
механизма, имеющего реверсивный ход.
По сравнению с типовыми скребки с канатным приводом имеют
следующие преимущества: отсутствие дефицитных цепей; значительное
снижение металлоемкости (в 3 раза); наличие стационарного привода,
обеспечивающего надежный токоподвод, простота изготовления, удобство
монтажа и эксплуатации.
Техническая характеристика отстойника со скребками маятникового типа
Габариты отстойника, м:
длина 30
ширина . , У
глубина 3,8
Скорость движения скребкового механизма, м/мин 1,8
Мощность электропривода, кВТ 0,и
Масса, кг ». 2200
Первичные отстойники с указанными скребками запроектированы
Союзводоканалпроектом и введены в состав очистных сооружений
Ульяновского промышленного комплекса.
Исследования показывают, что прямоугольные горизонтальные
отстойники более предпочтительны, чем круглые. Прямоугольные
отстойники имеют определенные преимущества в случае, когда их число
достигает двух или более, и они имеют общую стенку. В таких отстойниках
можно осуществить более быстрое удаление осадка. Известно, что
быстрое удаление осадка важно для равномерной и эффективной работы
64

Б-В
1-І, и l-f-H I I I I І-++-І I II I I I 1 I I I I I I I I I I ( I I
Рис. 2.24. Первичный горизонтальный отстойник для сточных вод заводов
синтетического каучука
У — распределительная камера; 2 — иловые кололиы; 3 — электропривод; 4 — скреиковые траво
иортеры; й — отьодяшие —'--
очистной станции, и в связи с этим выбирают чаще прямоугольную
форму отстойников в плане. В них отсутствуют подвижные механизмы,
находящиеся под водой. Необходимая площадь земельного участка для
прямоугольных отстойников меньше, чем для круглых.
На рис. 2.24 представлен первичный горизонтальный отстойник,
предназначенный для выделения оседающих и всплывающих примесей из
производственных сточных вод заводов синтетического каучука (СК).
Эти сточные воды содержат взрывоопасные вещества и имеют
нейтральную или слабощелочную реакцию. Пропускная способность отстойников
определяется при продолжительности отстаивания 2 ч.
Отстойник представляет собой прямоугольный железобетонный
проточный резервуар, состоящий из четырех параллельно работающих
секций. Сточная вода равномерно распределяется через лоток с
двусторонним переливом, после чего поступает в отстойную часть, в конце
которой находится лоток для сбора осветленной воды. Для равномерного
распределения сточной воды по секциям отстойника применяется
распределительная камера. Всплывающие вещества собираются в
приемный лоток и отводятся для обезвоживания и утилизации.
В тех случаях когда отстаивание сточных вод производства СК в
отстойниках указанного типа неэффективно, следует применять
отстойники с повышенной эффективностью путем установки в них трубчатых или
полочных блоков —тонкослойные отстойники, работающие с увеличен-
Li... нагрузкой.
Радиальные первичные отстойники с центральным впуском воды
применяются для очистки бытовых и близких к ним по составу
производственных сточных вод (табл. 2.8).
5-179
65

A-A
Рис. 2.25. Группа первичных радиальных отстойников диаметром 30 м с центральным
впуском
/ — распределительная чаша; 2 — отстойники; 3 — насосная станция перекачки сырого осадка;
4 — жиросоорник. Трубопроводы: 5 — сырого осадка; 6 — промывных вод; 7 — жиропровод; а —
воздуховоды
ТАБЛИЦА 2.8. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПОВЫХ ПЕРВИЧНЫХ РАДИАЛЬНЫХ
ОТСТОЙНИКОВ С ЦЕНТРАЛЬНЫМ ВПУСКОМ ВОДЫ (см. рис. 2.25)
Показатели
Расчетный расход, м3/ч
Пропускная способность,
м3/ч, при
продолжительности отстаивания 1,5 ч
Днаметп, м
Число отстойников
Фактический объем, м3
Фактическая
продолжительность
отстаивания, ч
Номер типового проекта
При
25
1400
1575
18
3
2360
1,7
пропускной способности очистной станции, тис. м3/сут
35
1900
2100
18
4
3100
1,7
902-2-83/76
50
2600
2790
24
4200
1,6
7U
3500
3720
24
4
5600
1,6
902-2-84/75
100
4900
5840
30
4
8760
1,8
902-2-378-83
140
6700
9162
40
3
13 750
2,1
200
9600
12 216
40
4
18 300
1,9
902-2-379-83
В состав комплекса радиальных отстойников диаметром 30 м
входят насосная станция, распределительная чаша и два жиросборника
(рис. 2.25).
В здании насосной станции (рис. 2.26) размещены три плунжерных
насоса для откачки осадка, два насоса для откачки всплывающих при-
66

A-A
Рис. 2.26. Насосцая станция перекачки осадка из радиальных отстойников
/ — машинный зал; // — помещение щитовой; / — центробежные насосы с электродвигателями
B шт.); 2 — плунжерные насосы с электродвигателями C шт.); 3 — насос ВКС с
электродвигателем; 4 — кран подвесной; 5 — таль передвижная червячная
месей и опорожнения и один насос для подачи промывной воды.
Радиальный отстойник с полочными блоками приведен на
рис. 2.27.
Спиральный скребок для первичных радиальных отстойников
предназначен для сгребания осадка, выпадающего на дно отстойника, к
центральному приямку для удаления осадка из отстойника. Механизм
скребка состоит из следующих основных узлов: приводной тележки,
фермы, центральной опоры, звезды, спирального скребка, кольцевого
токоприемника, устройства для сбора плавающих веществ (рис. 2.28).
Отличительной особенностью механизма является наличие
спирального скребка, выполненного в виде логарифмической спирали и шар-
нирно соединенного с конструкцией фермы.
Техническая характеристика скребка для радиального отстойника
диаметром 30 м
Производительность, м3/ч по осадку 25
Частота вращения, ч~' 1,86
Мощность электродвигателя, кВт 0,75
Масса, кг 7200
Спиральный скребок имеет следующие преимущества по сравнению
с типовым: упрощена конструкция и снижены металлоемкость и
трудоемкость изготовления; вследствие увеличения высоты скребка
производительность по осадку возрастает на 20%; конструкция обеспечивает
предохранение скребка от поломок при перегрузках.
Союзводоканалпроектом разработан экспериментальный проект
спирального скребка для радиальных отстойников диаметром 30 м очистных
сооружений промышленного района г. Дзержинска. Туймазинским за-
5* 67

Рис. 2.27. Радиальный отстойник с центральным впуском сточных вод и полочными
блоками
/ — полочные блоки; 2 — скребок ИПР-30; 3 — жиропровод; -» — трубопровод сырого осадка; 5 —
трубопровод осветленной воды
водом «Химмаш» разрабатываются рабочие чертежи спиральных
скребков для отстойников диаметром 18, 24, 30 и 40 м. Осваивается серийное
производство этих скребков указанным выше заводом.
Радиальные первичные отстойники с вращающимся
водораспределительным устройством. В обычных радиальных отстойниках из-за
несовершенства распределения сточной воды использование зоны
отстаивания сооружения не превышает 50 %• При этом наблюдается повышение
скорости движения сточной воды, что значительно ухудшает
эффективность их работы.
Использование вращающихся распределительных устройств в
значительной мере устраняет эти недостатки: проточные скорости
снижаются до минимальных (отстаивание происходит в статических
условиях), практически полностью используется зона отстаивания.
Эти отстойники применяются для очистки городских и
производственных сточных вод в широком диапазоне пропускной способности.

План
Рис. 2.28. Спиральный скребок для первичного радиального отстойника D = 30 м
(стрелка указывает направление движения скребка)
/ — кольцевой токоприемник; 2— ферма; 3 — скребок донного желоба; 4 — центральная опора;
5 — расчалка; 6 — спиральный скребок; 7 — устройство для удаления плавающих веществ; 8 —
тележка приводная; 9 — тяга основная; 10 — скребок для сбора плавающих веществ; // — звездочка
Благодаря совершенному гидравлическому режиму отстойники с
вращающимся водораспределительным устройством могут принять
гидравлическую нагрузку, в 1,5 раза превышающую нагрузку на обычные
радиальные отстойники при равной эффективности отстаивания; они
имеют меньшую, чем радиальные отстойники, глубину, равную 2—2,5 м,
что обеспечивает значительное сокращение их строительного объема.
Этот отстойник (рис. 2.29) состоит из плоского цилиндрического
резервуара с центральным подводом и отводом воды. В верхней части
сооружения размещается вращающееся распределительное устройство
в виде затопленных распределительного и водосборного лотков, которые
разделены криволинейной перегородкой. Распределительный лоток
имеет с наружной стороны ряд струенаправляющих лопаток; водосборный
лоток снабжен затопленным водосливом.
Отстойник оборудуется жиросборником, илоскребком и илопрово-
дом.
69

д-д
Рис. 2.29. Первичный радиальный отстойник диаметром 18 м с вращающимся сборно-
распределительным устройством (стрелка указывает направление движения устройства)
/ — дюкер для подачи сточной воды; і — воздушный затвор; .3 — центральная чаша; 4 — сборно-
распределнтельное устройство; 5 — электропривод; 6—скребки; 7 — трубопровод осветленной
воды; 8 — трубопровод для удаления осадка; Ч — затопленный лоток; І0 — лопатки; п — водослив;
12 — полупогруженная доска; 13 — щелевое дннще; 14 — перегородка; /5 — поплавковый жиросбор-
ник
Распределительное устройство вращается с частотой, равной
частоте вращения выхода сточной воды из него, что обеспечивает в зоне
отстаивания условия, близкие к состоянию покоя. Одновременно
отстоявшаяся вода сливается через водослив в водосборный лоток и по
дюкеру отводится из сооружения.
Союзводоканалпроектом разработаны отстойники этого типа
диаметром 18 и 24 м.
Экономический эффект от применения таких отстойников для стан-
70

A-A
-0,3 0,00
Рис 2.30. Псрг.ичньіі'і радиальный отстойник диаметром 18 м с периферийным впуском
сточной воды
/ — подводящим канал; 2 — трубопровод для отвода плавающих веществ; 3 — отводящий
трубопровод; 4 — затвор с подвижным водоошьом для выпуска плавающих веществ из лотка; 5—струе-
направляющис трубки; 6 — распределительный лоток; 7 — полупемруженная доска для задержа»
ния плавающих веществ; 8 — трубопровод для отвода осадка
ций средней пропускной способности 50—100 тыс. м3/сут составляет
35—70 тыс. руб/год. Эффективность их работы может быть еще более
увеличена при оборудовании их камерами флокуляции, выполняющими
также функции преаэраторов.
Камеры флокуляции рассчитываются иа продолжительность
пребывания воды, равную 10 мин. Они оборудуются пневматическими
аэраторами при интенсивности подачи воздуха 2—3 м3/(м2-ч). в них
предусматривается подача 50—100 % избыточного активного ила после
вторичных отстойников. Сточная вода и избыточный активный ил
поступают в камеру флокуляции, расположенную в центральной части
отстойника. Смесь из камеры флокуляции поступает в
водораспределительное устройство.
71

Применение камер флокуляции позволит увеличить эффективность
очистки воды в первичных отстойниках по БПК на 20—30 %, что
соответственно сократит объем аэротенков и эксплуатационные затраты на
биологическую очистку.
Радиальные первичные отстойники с периферийным впуском воды
применяются для механической очистки бытовых и производственных
сточных вод (рис. 2.30). Они могут быть также реконструированы из
обычных радиальных отстойников с центральной подачей воды.
Степень очистки сточных вод от взвешенных веществ при
одинаковой продолжительности отстаивания при этом повышается в 1,2—1,3
раза. При одинаковой степени очистки пропускная способность в
зависимости от концентрации взвешенных веществ в исходной воде и
требуемого эффекта очистки увеличивается в 1,3—1,6 раза.
Сточные воды поступают в зону отстаивания с малыми скоростями.
Распределительное устройство представляет собой периферийный
кольцевой лоток с донными отверстиями или может быть с зубчатым
водосливом и полупогружной перегородкой, обрамленный бортом
отстойника. В этой зоне происходит быстрое гашение энергии выходящих струй,
выделение и задержание плавающих веществ. Диаметр наружной
стенки кольцевого лотка определяется обычно из расчета нагрузки сточной
воды не более 20 м3/ч на 1 м2 кольцевой зоны.
Для сбора и удаления всплывших примесей предусматриваются два
бункера, один из которых устанавливается в центральной части
отстойника, а второй — в кольцевой зоне.
Отвод осветленной воды осуществляется с помощью центрального
кольцевого лотка с двусторонним нзливом в него или через щелевые
отверстия в центральной трубе. Расчетная продолжительность
пребывания воды в отстойнике принимается с учетом-кинетики осаждения
взвешенных веществ ориентировочно в течение 1 ч.
Сибирским отделением Союзводоканалпроекта для химического
комбината применен экспериментальный отстойник с периферийным
впуском воды, разработанный ЦНИИЭП инженерного оборудования.
Радиальные отстойники с периферийным впуском воды построены
по проектам Укргипрокоммунстроя в Житомире и Харькове и строятся
по проектам Казводоканалпроекта в Алма-Ате, а по проекту ЦНИИЭП
инженерного оборудования в Норильске.
Мосводоканалниипроектом выполнены рабочие чертежи
экспериментальных первичных отстойников с периферийным впуском воды
диаметром 18 и 24 м.
Для первичного отстаивания производственных сточных вод
применяются также отстойники с периферийным впуском сточных вод и
полочными блоками, которые устанавливаются перед выпуском воды из
отстойника и работают по противоточной схеме (рис. 2.31).
Техническая характеристика отстойника с периферийным впуском сточных
вод и полочными блоками
Общая высота блока, м 2
Угол наклона полок блока, град 60
Материал блока винипласт
( 6=2,5 мм)
Высота яруса в блоке, м 0,,15
Длина яруса, м 0,96
Число ярусов 26
Расчетный расход на группу из двух отстойников, тыс. м3/ч . 5,5
Продолжительность отстаивания, ч 0,8
Такие отстойники обеспечивают высокую степень осветления
сточной воды и низкое содержание взвешенных веществ г, осветленной.
Следовательно, для интенсификации работы существующих
радиальных отстойников, может быть произведена их реконструкция, не
требующая значительных капитальных вложений и заключающаяся в пе-
72

ТАБЛИЦА 2.9. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ПЕРВИЧНЫХ ОТСТОЙНИКОВ
Отстойник
Основной размер, м
Пропускна« спосо'-
ность, мя/ч

Коэффициент не -
пользола-
нип пбъема
OTCTOfifllt-
ка К
Рабочая
тлубплд
отстойном
части Я,
Ширина
O. м
Скорость
потока v,
мм/с
Высота

нейтрального слоя
(запас), м
Уклон
днища
Угол наклона и, град
стенок
приямка
Горизонтальный
Радиальный
С вращающимся
сборно-распределительным
устройством
Вертикальный с нисхо-
дяще-восхптящнм
потоком
Тонкослойный по схемам:
Протизоточной,
прямоточной
перекрестной
I
vH
3,&яК (uo—to)
= 18 -~ 54
= 18 Ч- 30
4,5; 6; 9
vh
r =
Ku0
1,2 — коэффициент
выноса)
п _ *?осш
1 Лг
(Л' — задается)
(N — задается)
Q — Фоб'Д
(N — задается)
її sin a
(Я= 1,5 ч-2 м)
0,5
0,45
0,85
0,65
0,5—0,7
0,8
1.5-4
1,5-5
0,8—1,2
2,7—3,8
0,025—0,200
0,025—0,2
B^5) Н
2-6
1,5
5—10
5—10
5—10
5-Ю
0,3
0,3—0,5
0,5—0,6
0,3
0,3
0,3
о,оо:
0,05
0,05
0,005
50
50
50
50—60
50—60
Условные обозначения: /- — длина отстойника, м; D—диаметр отстойника, м; Qi — пропускная способность одного отстойника, м^/ч; N —
число рабочих отстойников; Q06m — расчетное количество сточных вод, м:7ч; / — длина яруса в тонкослойном отстойнике, м; h — высота слоя
отстаивания в ярусе тонкослойного отстойника, м; со=0 при о = 5"мм/с ц ш = 0,05 при и=10 мм/с.

Рис. 2.31. Первичный радиальный отстойник диаметром 40 м с периферийным впуском
сточной воды и с многослойными блоками пз параллельных пластин
/ — лоток для подачи сточной l чы; 2— трубопровод для отвода очищенной воды; Л —
трубопровод для отвода сырого осадк.г. ^ -многослойные блок;і пз параллельных пластин; 5 —
трубопровод Для отвода плавающих веществ
реоборудовании радиальных
отстойников с центральной подачей
воды на отстойники с
периферийным впуском и тонкослойными
блоками. Степень осветления
сточных вод повышается при
этом в 1,3—1,6 раза.
Основные расчетные
зависимости для первичных отстойников
различных типов приведены в
табл. 2.9.
Многополочные сгустители
предназначаются для осветления
высококонцентрированных
производственных сточных вод
обогатительных фабрик цветной
металлургии и сгущения продуктов
обогащения. Многополочный
сгуститель (рис. 2.32) состоит из
цилиндрического корпуса,
периферийного лотка для отвода
осветленной сточной воды,
центральной трубы для подачи исходной
высококонцентриронанной
сточной воды, рассекателя потока,
скребкового механизма, вала
скребкового механизма,
набивного сальника, задвижки
трубопровода для отвода сгущенного
концентрата, бортика,
многополочного блока, подкоса для
поддержки многополочпого блока,
конического днища.
Исходная высококонцентрированная сточная вода с содержанием
взвешенных веществ 20—60 г/л по центральной трубе, которая в конце
имеет раструб н рассекатель потока, подается в зону гравитационного
осаждения сгустителя, а затем поступает в зону тонкослойного
отстаивания. Осветленная в тонком слое сточная вода переливается в
периферийный лоток, а осадок с помощью скребкового механизма сгребается
к центру и отводится трубопроводом сгущенного концентрата на вторую
Рис. 2.32. Многополочиый сгуститель
/ —цилиндрический'корпус; 2 — бортик; 3 — вал
скребкового мехаипчма; 4 — салышк; 5 —
трубопровод для подачи еточпоіі волы; 6 — миогомо-
.^очный блок; 7 — лоток дл;! отвода осветленной
воды; 8 — набстонка; 9 — трубопровод для
отвода сгущенного концентрата; 10 — рассекатель
потока воды; // — скребковый механизм; 12 —
коническое днище; )j — подкос для поддержки
ыногонолочноги блока

стадию обезвоживания (центрифуги, пресс-фильтры, вакуум-фильтры
и др.).
Промышленные испытания показали, что при уменьшении высоты
отстаивания с 3,5 до 0,18 м продолжительность этого процесса
сокращается с 3,8 до 0,44 ч. Увеличение скорости движения потока с 0,93 до
4,1 м/ч приводит к повышению пропускной способности сгустителя.
Продолжительность осветления воды / и длина полочного
пространства I определяются по формулам
,= _Л2Р_. B.5)
и0 cos a
l = Katv, B.6)
где Л,1р—высота яруса, равная 0,1—0,2 м; ц0 — гидравлическая крупность частиц
взвешенных веществ, осаждение которых обеспечивает требуемую степень осветления
сточной воды; а— угол наклона полок к горизонту, принимаемый равным 40—50°;
Л'а — коэффициент запаса, учитывающий неполное использование объема
тонкослойного отстойника.
Скорость движения сточной воды в межполочном пространстве
определяется из условия обеспечения ее ламинарного движения:
i> = RexW<oHp, B.7)
где Re = u/?„p/v — число Реннольдса, которое принимается при расчете меньше
критического, равного 500; і— смоченный периметр яруса; /?Яр = ш,ф/х — гидравлический
радиус яруса.
Площадь живого сечения яруса
сояр = еАЯр/соза( B.8)
где В — ширина полочного пространства.
Высоту полочного пространства Н рекомендуется принимать 1—2 м.
В соответствии с уравнением ламинарного движения при значении
Re=500 определяются максимальная скорость движения сточной
воды и, а затем максимальный расход на сооружение
<? = «„ру. B.9)
Радиальные отстойники для осветления сточных вод
металлургических заводов предназначаются для осветления сточных вод в системе
оборотного водоснабжения доменной и конвертерной газоочисток,
прокатных цехов и агломерационных фабрик.
Такой отстойник оборудован водораспределительным устройством,
рекомендованным ЛИСИ, и скребковым механизмом конструкции Со-
юзводоканалпроекта.
Водораспределительное устройство обеспечивает равномерную
подачу сточной воды в центральную часть отстойника и радиальное
распределение ее по всему его сечению. При этом достигается эффективное
успокоение потока, уменьшается число водоворотных зон, что улучшает
процесс осветления. Сбор осветленной воды периферийными лотками
уменьшает вынос взвешенных веществ из отстойника.
Техническая характеристика скребкового механизма
Высота подъема фермы, мм 150
Мощность электродвигателя, кВт 1,5
То же, гидромуфты подъема фермы, кВт 1,5
Масса общая, кг 12 100
Скребковый механизм представляет собой двухветвевую ферму с
центральным приводом. Расположение привода в центре позволяет
установить ферму под водой, что исключает закручивание потока воды
в верхних слоях при движении фермы и тем самым улучшает
гидравлические условия осветления. Предусмотрен автоматический подъем
фермы при возникающих в скребковом механизме неравномерных
перегрузках от большого скопления осадка или тяжелого осадка, что
повышает надежность работы и помогает установить оптимальный режим
25

7 6
Рис. 2.33. Радиальный отстойник ?) = 30 м с встроенной камерой хлопьеобразования
гидроциклонного типа с системой поверхностного отбора осветленной сточной воды
металлургического завода
1 — камера хлопьеобраэовакня; 2 — зона осаждения; 3 — подача сточной воды; 4 — отвод
осветленной воды; 5 — водосборная система: 6 — скребковая ферма; 7 — распределительное устройство;
8 — отвод осадка; 9 — маслосборное устройство; 10 — отвод масел
. /7/7 О И
Рис. 2.34. Первичный радиальный отстойник 0 = 54 м со встроенным преаэратором
' — приямки для сбора осадка; 2 — лотки для сбора осветленной воды; 3 — трубопровод для
подачи сточной воды; 4 — трубопровод для отвода осветленной воды; 5 — трубопровод для удаления
осадка; 6 — жиросбориый бункер; 7 — корпус преаэратора; 8 — воздуховод
движения и остановки фермы. Последняя имеет облегченную
конструкцию и более простой привод.
Скребковый механизм эксплуатируется в отстойнике диаметром
30 м, устадовленном в системе очистки оборотной воды конвертерной
газоочистки металлургического завода. Допускаемая гидравлическая
76

ТАБЛИЦА 2.10. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ОТСТОЙНИКА
ДИАМЕТРОМ 30 м ПРИ РЕАГЕНТНОЙ
ОБРАБОТКЕ ВОДЫ (ПРИ ДОЗЕ FeCIa,
РАВНОЙ 28—40 мг/л И ПАА 1,0—1,2 мг/л)
нагрузка на 1 м2 зеркала отстойника 2,5 м3/ч. Эффективность
отстаивания при исходном содержании взвешенных веществ в воде до
1500 мг/л — 90%.
Отстойники диаметром 30 м с встроенными камерами хлопьеобразо-
вания гидроциклонного типа (рис. 2.33) построены и эксплуатируются
в системах оборотного водоснабжения станов горячей прокатки «2000*
Череповецкого металлургического завода и «450» Западно-сибирского
металлургического завода, строятся в системах водоснабжения станов
«2500» Магнитогорского и «1700» Карагандинскрго металлургических
комбинатов, а также комплекса прокатных цехов Кузнецкого
металлургического комбината.
Серийный выпуск отстойников этой конструции освоен Иркутским
заводом тяжелого машиностроения им. В. В. Куйбышева.
Годовой экономический эффект от применения отстойников новой
конструкции в условиях системы оборотного водоснабжения
широкополосного стана горячего
проката с потреблением воды до 17 000
м3/ч составляет 251,3 тыс. руб.
Радиальные отстойники со
встроенными камерами хлопье-
образования гидроциклонного
типа могут быть применены для
очистки сточных вод машин
непрерывного литья заготовок,
содержащих масла, а также для
осветления сточных вод
газоочисток доменных и конвертерных
цехов металлургических
комбинатов (табл. 2.10).
При' повышенном содержании
в сточных водах труднооседаю-
щих веществ в качестве
сооружений первичного отстаивания
применяются отстойники -
осветлители. В них достигается снижение
концентрации загрязнений на
70 % по взвешенным веществам
и на 15 % по БПКполн вследствие
совмещения процессов
осаждения, хлопьеобразования и
фильтрования сточной воды через слой
взвешенного осадка. Осветлители
могут работать с
предварительной коагуляцией и аэрацией
сточных вод или без такой
подготовки (табл. 2.11).
Радиальные первичные
крупногабаритные отстойники со
встроенными преаэраторами
(рис. 2.34) разработаны для крупных очистных сооружений Мосводо-
каналниипроектом..
Распределительное устройство выполнено в виде стальной трубы,
переходящей в верхней части в железобетонный раструб,
оканчивающийся ниже зеркала воды. Из раструба очищаемая сточная вода
свободно растекается к периферии чаши отстойника.
Для отведения осветленной сточной воды предусмотрены два
концентрических лотка, связанных между собой радиальными
перемычками. Это позволяет уменьшить нагрузку на водослив и создать таким
образом более благоприятные условия работы. Водосливные кромки
ut-i
s 2
ГИДІ
зка,
к а -
ss
2,5—3,0
4,7-5,0
Содержание
взвешенных
веществ,
МГ/Л
инка
sG
О
н
отс
о
ч
180
140
а
•х
X
та
(U О
^ н
gs
45
40
Сі
pa
о
о
нос ть
ш
S
н _
а55
Si
75,0
71,5
Содержание
масел,
мг/л
X
с:
о
отс
105
100
і
о
gs
50
60
8
ность
ІЇ
52,4
40,0
ТАБЛИЦА 2.11. ТЕХНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПОВЫХ
ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ С ЕСТЕСТВЕННОЙ
АЭРАЦИЕЙ
О.
S
2
6
9
Высота, м,
части
ЦНЛННД
ческой
4,2
4,2
V
Я
р5р
5
5,1
раСочи
150
350

строительны
180
445
Пропускная
способность, ма/ч,
при
продолжительности
отстаивания 1,5 ч и
числе осветлителей
два
169
375
четыре
338
750

сборных лотков имеют зубчатую форму. Для выгрузки осадка в
отстойнике предусмотрены илоскребы. Осадок сгребается к кольцевому
иловому лотку в середине зоны отстаивания. Такое размещение лотка
уменьшает длину пути осадка, сокращает расход энергии на его перемещение,
позволяет меньше взмучивать осадок.
Днище отстойника имеет уклон 0,02 в сторону кольцевого лотка.
Осадок из иловых приямков удаляется по трубам плунжерными
насосами.
Илоскреб состоит из двух полных и двух неполных граблин. В
полной граблнне 16 скребков, из них двенадцать прямых и четыре
вогнутых, а в неполном — четыре скребка, в том числе три вогнутых.
Мощность электродвигателя периферийного привода, вращающего ферму со
скребковым механизмом, 2,2 кВт. Частота вращения фермы 1 и 1,5 ч'1,
при этом расчетная производительность илоскреба по осадку
соответственно равна 33 и 50 м3/ч. Ферма перемещается на обрезиненном колесе
по борту отстойника.
Первичный отстойник оборудован устройством для приема
всплывающих на поверхность веществ.
Техническая характеристика крупногабаритного радиального отстойника
Диаметр, м 54
Пропускная способность, м3/сут 168 000
Гидравлическая глубина, м 5,7
Глубина зоны отстаивания, м 5,3
Объем зоны отстаивания, м3 10 500
Расчетная продолжительность отстаивания, ч 1,5
Увеличение диаметра, вынос иловых приямков в середину зоны
отстаивания, усовершенствованный водослив, предварительная аэрация
позволяют повысить пропускную способность отстойников и
значительно сократить капитальные расходы и эксплуатационные затраты на нх
сооружение.
Отстойники диаметром 54 м хорошо работают на Курьяновской
станции аэрации (Москва) и на Байкальском целлюлозно-бумажном
комбинате. Эффект выделения взвешенных веществ составляет не менее 70 %.
Для эффективной работы первичных отстойников и предотвращения
выноса взвешенных веществ имеет большое значение равномерное
распределение между отстойниками общего переменного притока сточных
вод на сооружения, что достигается автоматическим регулированием
положения соответствующих затворов и шиберов на подводящих
каналах.
Работа насосов, откачивающих осадок, согласуется с режимом
работы отстойников и уровнем накопления осадка с помощью АСУ.
Предусматривается также автоматический контроль за работой механического
оборудования отстойников с передачей информации на пульт
управления.
Прочие сооружения
Преаэраторы, биокоагуляторы и осветлители должны применяться
для снижения содержания загрязнений в отстоенной сточной воде сверх
обеспечиваемого первичными отстойниками; для извлечения (сорбцией)
ионов тяжелых металлов и других загрязнений, неблагоприятно
влияющих на процесс биологической очистки.
Преаэраторы предусматриваются в первичных отстойниках в виде
встроенных сооружений (см. рис. 2.34), а биокоагуляторы — в виде соо
ружений, совмещенных с вертикальными отстойниками1. Преаэраторы
применяются на станциях очистки 'с аэротенками, а биокоагуляторы —
на станциях как с аэротенками, так и с биологическими фильтрами.
При проектировании преаэраторов и биокоагуляторов следует
принимать:
78

число преаэраторов, равное числу отстойников;
продолжительность аэрации сточной воды с избыточным активным
илом 10—20 мин;
количество подаваемого ила 50—100 % избыточного;
удельный расход воздуха 0,5 м3 на 1 м3 сточной воды;
увеличение эффективности задержания загрязнений (по БПКполн и
взвешенным веществам) в первичных отстойниках на 20—25 % с
добавкой активного ила;
гидравлическую нагрузку на зону отстаивания бпокоагуляторов не
более 3 мя' М2-ч).
На O4UL1 пых станциях с аэротенками активный ил подается из
конца регенератора в преаэратор. При отсутствии регенераторов следует
предусматривать возможность регенерации активного ила в преаэрато-
рах. Объем отделения для регенерации принимается равным 0,25—0,3
общего объема преаэратора.
Осветлители с естественной аэрацией устраиваются по типу
вертикальных отстойников с внутренней камерой флокуляции. Сточная вода
поступает в них по лотку и направляется в центральную трубу, на
конце которой прикреплен отражательный щит. Вследствие разницы
уровней воды в подводящем лотке н осветлителе @,6 м) воздух эжектирует-
ся потоком сточных вод, поступающих в осветлитель. В камере
флокуляции происходит частичное окисление органических веществ и
усиленное хлопьеобразованпе, способствующее интенсификации
процесса. Из камеры флокуляцни сточная вода направляется в отстойную зону
осветлителя, в которой п-ри прохождении через слон взвешенного
осадка задерживаются мелкодисперсные взвешенные частицы. Осветленная
вода через кромку водослива переливается в периферийный лоток, а
далее в отводящий. Выпавший осадок под гидростатическим напором
удаляется по трубе в иловый колодец. Плавающие вещества задерживаются
внутренней стенкой сборного лотка и по мере накопления сбрасываются
в иловый колодец по трубе через кольцевой лоток. В результате
эффективность очистки сточных вод в сооружении достигает 75 %-
Пропускная способность осветлителя диаметром 6 м при продолжительности
пребывания в нем сточной воды 1,5 ч —85 м3/ч, а осветлителя
диаметром 9 м— 193 м3/ч. Осветлители компонуются в блок из двух и четырех
сооружений.
Степень очистки сточных вод в осветлителях с естественной аэрацией
по среднегодовым данным эксплуатации характеризуется следующими
показателями: снижением содержания взвешенных веществ с 1200 (в
том числе 20 % минеральных) до 300 мг/л (в том числе 25 %
минеральных), уменьшением жиров с 200 до 90 мг/л.
Нефтеловушки применяются для очистки сточных вод, содержащих
грубодиспергированные нефть и нефтепродукты при концентрации более
100 мг/л. Эти сооружения представляют собой прямоугольные
вытянутые в длину резервуары, в которых происходит разделение нефти и
воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают
на поверхность, а содержащиеся в сточной воде минеральные примеси
оседают на дно нефтеловушки. Выделение всплывающих примесей из
сточной воды по существу аналогично осаждению твердых взвешенных
частиц; отличие лишь в том, что плотность частицы рг в этом случае
меньше плотности сточной воды pi и частица вместо осаждения
всплывает.
Результаты опытов и эксплуатационные данные показывают, что в
основу расчета нефтеловушек должна быть положена скорость подъема
капелек нефти диаметром 0,008—0,01 см. При ^ = 20 °С плотность
всплывающей нефти 0,87 г/см3.
На рис. 2.35 показана типовая нефтеловушка.
Многополочная (тонкослойная) нефтеловушка является
усовершенствованной конструкцией горизонтальной нефтеловушки.
79

A-A
Рис. 2.35. Типовая нефтеловушка пропускной способностью 39С м3/ч
1 — нефтесборная труба; 2. 3 — скребковый транспортер соответственно левый и праиый; 4 — гид-
роэлеватор; 5. 6 — Задвижки с электроприводом во взрывозащитном исполнении; 7 — подача
води к гидроэлевагору
Нефтесодержашая вода по трубам поступает в секции нефтеловушки
и через поперечную трубу с вертикальными патрубками и диффузорами
распределяется по ширине и глубине зоны грубой очистки. Здесь
выделяется основное количество всплывающих примесей нефти и
нефтепродуктов и осаждаются механические твердые примеси.
Продолжительность пребывания сточной воды в этой зоне — 2—4 мни. Далее сточная
вода через пропорциональное водораспределительное устройство
поступает в отстойную зону с полочными блоками. При движении потока в
ярусах .блока частицы нефти и нефтепродуктов всплывают. Осветленная
вода после полочных блоков проходит под полупогружной перегородкой
и выводится из сооружения через водослив и водосборный лоток.
Всплывшие нефть и нефтепродукты в зоне грубой очистки отводятся
постоянно через щелевую поворотную трубу, над полочными блоками
сгоняются скребками к концу отстойной зоны и по второй щелевой
поворотной трубе периодически отводятся из сооружения. У кромки неф-
тесборных труб предусматривается обогрев слоя нефти и
нефтепродуктов. Осадок сползает к центральной части и в промежутках между
блоками собирается в лоток, откуда скребками сдвигается в приямок зоны
грубой очистки, оборудованный гидроэлеватором для выгрузки осадка.
Остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде после
нефтеловушки — 100 мг/л.
При расчете принимается: гидравлическая крупность частиц нефти
0,15 мм/с; толщина слоя всплывших нефтепродуктов 0,1 м; расстояние
между полками 50 мм; угол наклона полок 45°; ширина полочного блока
0,65—0,75 м; высота полочного блока 1,5—1,6 м; ширина нефтеловушки
2—3 м; потери напора 0,5—0,6 м.
Союзводоканалпроектом разработан типовой технический проект
двух-, трех- и четырехсекционных многоярусных нефтеловушек
пропускной способностью соответственно 300, 450 и 600 м3/ч.
Остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде, прошедшей
многоярусную нефтеловушку, составляет 70—100 мг/л. Совмещение ее
80

Я-ff
^m~
Рис. 2.36. Отстойник-см<элоулопитель
/ — подходящий лоток: 2— плавающая лоска; 3 — лоі-Ок для сбора легких смол: 4 — лоток для
отвода очищенной воды; 5, 7 — отвод соответственно легких и тяжелых смол; 6 — скребки, u —
отвод конденсата; 9 — подача пара; 10 — двутавр
с флотационной камерой позволит снизить содержание нефтепродуктов
в очищенной сточной воде до 30 мг/л.
Смолоотстойники. Для очистки производственных сточных вод,
загрязненных смолой, применяют радиальные отстойники-смолоуловители
(рис. 2.36). Для уменьшения вязкости смолу перед откачкой
подогревают паром до температуры 60 °С. Накапливающиеся на поверхности
масла перетекают в радиальные лотки, по которым они отводятся в
кольцевой сборник, расположенный вокруг центральной трубы. Масло из
сборника откачивается насосом.
При расчете смолоотстойников принимают: среднюю глубину
рабочего слоя воды 1,5 м; скорость движения воды 1—2 мм/с; продолжи-
6—179 81

тельность отстаивания 3—4 ч; эффективность осветления 80—90 "/о",
плотность осадка 1,1 г/см3; частоту вращения скребкового устройства
1 мин.
Смолоотстойники применяют для очистки на коксохимических
заводах фенольяых сточных вод, содержащих смолу и масла.
§ 12. ГИДРОЦИКЛОНЫ
Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц
твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости
сепарирования частицы в центробежном поле гидроциклона может
превышать скорость осаждения эквивалентных частиц в поле гравитации в
сотни раз.
К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести: 1)
высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии; 2)
сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию
установок; 3) отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для
генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет
тангенциального ввода сточной воды; 4) возможность создания
компактных автоматизированных установок.
Для механической очистки производственных сточных вод от
взвешенных веществ могут быть
применены открытые и напорные
гидр оци клоны.
Открытые гидроциклоны
используются для выделения
всплывающих и оседающих грубоднс-
Рис. 2.37. Открытый гидроциклон для
очистки сточных вод газоочисток
металлургических производств
/ — периферический водослив; 2. 3 —
соответственно плоская и коническая диафрагма;
4 — отвод осветленной воды; 5 — отверстие
для удаления щлама; 6 — подача сточной
воды
Рис. 2.38. Многоярусный открытый
гидроциклон
/ — водосборный желоб; 2 — полупогружен-
иая кольцевая стенка; 3 — аванкамера; 4 —
ярусы; 5 — шламоотводные козырьки; 6 — во-
доподающие трубы; 7 — труба для удаления
всплывающих веществ; 8 — труба для
удаления шлама; 9 — шламоотводящая шахта; 10—
конические диафрагмы; /(—выпуск
осветленной воды; 12 — тангенциальные впускные
насадки; 13 — наклонные впуски
S2

персных примесей гидравлической крупностью более 0,2 мм/с и скоа-
гулированных взвешенных веществ.
Открытые гидроциклоны (табл. 2.12) применяются следующих
типов:
ТАБЛИЦА 2.12. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ ОТКРЫТЫХ
ГИДРОЦИКЛОНОВ
Показатели
Тип гидроциклонов
без
внутренних
устройств
с
конической
диафрагмой
с конической
диафрагмой
и внутренним
цилиндром
многоярусные
с наклонными
выпусками
с
периферийным отбором
Диаметр аппарата D, м . .
Высота цилиндрической
части Я, м
Высота ярусов А, м . . .
Число ярусов
Размер впускного
патрубка, м , . .
Число впусков
Угол конической части,
град
Угол конусности
диафрагмы, град
Диаметр центрального
отверстия в диафрагме, м . .
Диаметр внутреннего
цилиндра, м
Высота внутреннего
цилиндра, м
Высота водосливной стенки
над диафрагмой, м . . .
Диаметр водосливной
стенки, м
Диаметр полупогружной
кольцевой перегородки, м .
Зазор между корпусом и
диафрагмой, м
Ширина шламоотводящей
щелн, м
Скорость потока на входе
d аппарат, м/с
То же, в раструб выпуска,
м/с
Число выпусков из яруса .
2—10
D
0,07 D
2
60
—
—
—
D
0,2
1 1 1 1 1
2—6
D
0.05D
2
60
90
0,5D
0,5
D+0,2
D
1 1 1 1 о
2—6
D+0,5 м
0,05 D
2
60
90
0,5 D
0.88D
D
0,5
D+0,2
D
0
2—6
nh
0,1—0,25
4—20
2—6
(n+2) h
0,1—0,2
4—20
Определяется по
входящей скорости потока
3 • 3
60
90—60
0,6—1,4
0,5
D+0,2
D
0,05—0,07
0,1—0,15
0,3-0,4
«0,1
3
60
90—60
0,9—1,6
0,6-1,0*
0,5
D+0,2
D
0,1—0,15
0,3—0,4
* Над чертой приведен размер нижней диафрагмы пары ярусов, а под чертой —
верхней.
без внутренних устройств для выделения из сточных вод крупных и
мелкодисперсных взвешенных веществ;
с конической диафрагмой (рис. 2.37) и с внутренним цилиндром для
выделения оседающих и всплывающих мелкодисперсных взвешенных
веществ;
многоярусный с наклонными выпусками осветленной воды из
каждого яруса (рис. 2.38) для выделения крупных и мелкодисперсных
взвешенных веществ;
многоярусный с периферийным отбором осветленной воды для
выделения оседающих крупно- и мелкодисперсных взвешенных веществ.
В конструкции многоярусного гидроциклона совмещены принципы
работы открытого гидроциклона и тонкослойного отстойника, что
позволяет получить высокую эффективность очистки при удельных
гидравлических нагрузках в 8—10 раз и более, превышающих нагрузки на обыч-
83

ные отстойники. Очищаемая сточная вода подается тангенциально
через три щели.
Выбор типа гидроциклона в каждом конкретном случае следует
определять технико-экономическим сравнением вариантов. Основной
расчетной величиной открытых гидроциклонов является удельная
гидравлическая нагрузка q, м3/(м2-ч), которая определяется по формуле
B.10)
где иа — гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для
обеспечения требуемого эффекта; определяется по кривым кинетики осаждения, получаемым
в лабораторных условиях при отстаивании исходной сточной воды в состоянии покоя
в слое Л = 200 мм; К — коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гидро-
циклона и равный: для гидроциклоиа без внутренних устройств 0,61; для
гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром 1,98; для многоярусных
гидроциклонов:
с наклонными выпусками
К = 0,75л (D2_d2)/D2> ' B.11)
здесь л— число ярусов; D — диаметр гидроциклона; d— "диаметр окружности, на
котором располагаются раструбы выпусков; /
с периферийным отбором осветленной воды
K^\M{D2-d\)lD2, B.12)
здесь п — число пар ярусов; di — диаметр отверстия средней диафрагмы пары ярусов.
Производительность одного аппарата Q, м3/ч, определяется но
формуле ¦
Q = 0,785qD2. B.13)
Формула для расчета содержания взвешенных веществ Сосв, г/л, в
осветленной воде для открытого гидроцпклона
C0CB = Aq!H, B.14)
где А — коэффициент, равный при работе без коагулирования 0,075 и с
коагулированием 0,033.
Формула B.14) дает хорошую сходимость с практическими данными
при нагрузках до 14—15 м3/(м3-ч) для гидроциклона с конической
диафрагмой в верхней части аппарата — рациональной конструкции
открытого типа при очистке сточных вод газоочисток конвертерных,
мартеновских и электросталеплавильных цехов. Эта конструкция максимально
используется для обработки сточных вод газоочисток сталеплавильных
производств.
В открытых гидроциклонах создаются благоприятные условия для
осаждения солей кальция, и, несмотря на значительно меньшую, чем в
радиальных отстойниках, продолжительность пребывания сточной воды,
стабилизация состава воды происходит вполне удовлетворительно.
Удаление выделенного осадка из открытых гидроциклонов следует
предусматривать непрерывное под гидростатическим давлением с
помощью гидроэлеваторов или других механизмов. Всплывшие примеси,
масла и нефтепродукты задерживают полупогружной перегородкой.
Укргипромезом совместно с институтом ВНИПИчерметэнергоочистка
разработаны компактные системы оборотного водоснабжения
газоочисток с обработкой сточных вод в открытых гидроциклонах диаметром
6—12 м, заменивших радиальные отстойники.
Применение безнапорных одноярусных гидроциклонов для обработки
сточных вод установок газоочистки металлургических печей и цехов
горячей прокатки позволяет в 5—6 раз интенсифицировать процесс
осаждения взвешенных веществ. Такие установки успешно эксплуатируются
на заводах Запорожсталь и Днепроспецсталь.
Удельные гидравлические нагрузки на открытые гидроциклоны в 10
раз больше, чем на радиальные отстойники, а с флокуляцией полиакрил-
амидом составляют при содержании взвешенных веществ в осветленной
воде 150—200 мг/л для сточных вод газоочисток конвертерных и мар-
84

і Шлак
Рис. 2.39. Принципиальная схема
движения воды в гидроциклоне
1 — питающий патрубок; 2, 5 —
соответственно нисходящий и восходящий поток; 3,6 —
соответственно коническая и цилиндрическая
части; 4 — шламовое отверстие; 7 — сливной
патрубок
Рис. 2.40. Конструкция напорного
гидроциклона со съемными элементами
рабочей камеры
/ — цилиндрическая часть; 2 — сливной
патрубок; 3 — питающий патрубок; 4 — корпус;
5 — шламовый патрубок; 6 — съемная вставка
теновских печей 0—12, а для
газоочисток
электросталеплавильных печей 3 м3/(м2-ч).
Применение компактных установок обеспечивает значительное
снижение капитальных затрат на строительство систем оборотного
водоснабжения мокрых газоочисток.
Эксплуатация таких систем выявила следующие их преимущества:
1) сооружения оборотного цикла (водоснабжения) максимально
приближены к потребителю благодаря уменьшению в 2—3 раза площади,
которая необходима для их размещения; 2) охлаждение воды в отдельных
случаях не производится; 3) все сооружения оборотного цикла
водоснабжения компактно размещены в одном блоке; 4) при обработке
сточных вод применяются более прогрессивные решения; 5)
железосодержащие шламы утилизируются.
Напорные гидроциклоны применяются для выделения из
производственных сточных вод грубодисперсных примесей главным образом
минерального происхождения, плотность которых отличается от плотности
жидкой среды сточных вод, в том числе: частиц песка, угля, окалины,
компонентов керамики, стекла, строительных материалов,
диспергированных отходов литейного, горно-рудного, асбестоцементного,
химического и металлургического производств.
Напорные гидроциклоны могут быть единичными и батарейными
(мультигидроциклоны) и используются при осветлении сточных вод для
сгущения осадка, обогащения известкового молока и твердой фазы
сточных вод в процессе их утилизации.
8S

При осветлении производственных сточных вод мультигидроциклоны
обеспечивают высокую степень очистки.
Наибольший опыт применения напорных гидроциклонов имеется в
горно- и угледобывающей, а также в химической промышленности.
Кроме того, они находят применение в качестве разделителей суепензий
пищевой промышленности.
На рис. 2.39 представлена схема движения потоков жидкости в
напорном гидроциклоне. Для наглядности условно выделена лишь часть
потока в виде некоторой совокупности линий тока. Обрабатываемая
суспензия под избыточным гидростатическим давлением подается в
аппарат через питающий патрубок /, расположенный тангенциально к
диаметральному сечению цилиндрической части б. Такое присоединение
питающего патрубка / обеспечивает создание вращательного движения
жидкости относительно оси гндроциклона, при этом наблюдается
образование двух характерных потоков, суммарный расход которых равен
расходу питания. Внешний поток, вращаясь, проходит цилиндрическую
и коническую части, направляется к шламовому отверстию 4,
внутренний же — к сливному патрубку 7. Направления вращения внешнего и
внутреннего потоков в гидроциклоне совпадают.
Основное влияние на процесс разделения оказывает окружная
скорость движения, величина которой определяет интенсивность вращения
жидкости, и следовательно, фактора разделения.
Дзержинским филиалом Ленниихиммаш, Проблемной лабораторией
ГИСИ им. В. П. Чкалова, ВНИИ ВОДГЕО разработаны
унифицированные конструкции напорных гидроцнклонов, предназначенных для
очистки сточных вод, сгущения осадков, обогащения известкового
молока, удаления абразивных примесей из сырых осадков станций аэрации
перед обезвоживанием на центрифугах и сепараторах.
Разработаны две модификации конструкции напорных
гидроциклонов: с монолитными элементами рабочей камеры и диаметрами
цилиндрической части 25—80 мм, а также со съемными элементами рабочей
камеры (рис. 2.40) и диаметрами D, равными 100—500 мм( табл. 2.13).
ТАБЛИЦА 2.13. РАЗМЕРЫ ОСНОВНЫХ
Показатели
Диаметр цилиндрической
части, D, мм
Диаметр, мм:
питающего патрубка dat,T
эквивалентный d^
Диаметр сливного патруб-
Диаметр шламового
патрубка Йшл, ММ
УЗЛОВ И
деталей напорных
ГИДРОЦИКЛОНОВ (см. рис. 2.40)
Марка гидроциклоиа
X
25
/ fi
і 8
,_
І —
6
Я
1?
4
5
—
u
40
fi
8
1?
—
О 00 -
16
4
5
6
S
u,
60
я
12
16
12
lfi
9,0
5
6
8
об
I
80
10
12
20
25
16
20
32
6
8
10
12
100
и
I
100
12
16
25
32
20
32
40
ooo
12
16
3
и
I
i_
125
16
25
32
40
25
32
40
50
10
12
16
20
160
и
I
160
20
25
40
50
32
40
50
60
12
16
20
25
І
и
?
200
25
32
50
60
40
50
60
80
16
20
25
32
g
и
u
250
32
40
60
80
50
60
80
100
16
20
2b
32
1
и
X
u
320
50
60
80
100
60
80
100
125
16
25
32
40
400
и
E
400
60
80
100
125
80
100
125
160
20
25
40
50
500
О
X
u
500
Я0
100
125
160
100
125
160
200
25
32
ЬО
60
86

Продолжение табл. 2.13
Показатели
Угол конусности
конической части а, град
Высота цилиндрической
части На, мм
Глубина погружения
сливного патрубка Нсл, мм
?
5
10
25
50
75
100
10
16
25
—
Е
5
10
АО
80
120
160
16
25
32
—
о
X
5
10
G0
120
lao
240
25
32
40
—
L-
5
10
o0
160
240
320
32
40
64
—
Mai
100
О
?
ю
20
100
200
300
400
40
64
80
—
жа гидрскінклона
а
и
X
10
20
125
2Ь0
375
50
64
180
100
S
и
і
10
20
160
320
480
64
ао
100
120
200
и
X
10
20
200
400
600
80
100
120
160
250
и
І
10
20
250
500
750
100
120
160
200
320
и
Е
.15
20
320
500
750
120
160
200
250
І
и
і
15
20
400
500
800
160
200
250
320
500
и
X
15
20
500
75С
1000
200
250
320
400
Условные обозначения: ГН — гидроциклон напорный с монолитными w-мен-
тамн рабочей камеры; ГНС — то же, со съемными элементами рабочей камеры.
В зависимости от химических и
механо-физических свойств
обрабатываемых сточных вод и осадков
аппараты первой модификации
изготовляются из нержавеющей стали,
полиэтилена и полиуретана, а
корпус аппарата второй
модификации — из нержавеющей стали
или стали марки СтЗ (с покрытием
внутренней поверхности
износостойкой эмалью).
Напорные гидроциклоны
изготовляет опытно-экспериментальный
завод Дзержинского филиала Лен-
ниихиммаш.
Батарейные гидроциклоны и
мультигидроциклоны —
технологическое оборудование, в котором
реализованы основные
преимущества напорных гидроциклонов малого
диаметра: высокая эффективность
осветления сточных вод с обеспе-'
чением высокой
производительности, а также компактности.
Батарейные гидроциклоны
имеют единую систему питания,
системы сбора верхнего и нижнего
продуктов разделения.
На рис. 2.4] приведена схема
батарейного гидроциклона,
включающего 12 единичных напорных
гидроциклонов диаметром 75 мм.
Этот аппарат рекомендуется к
применению в технологических
процессах очистки производственных
сточных вод литейных, стекольных
и керамических производств.
Рис. 2.41. Батарейный гидроциклон
Дзержинского филиала Леннинхиммаш с
единичными аппаратами d=75 мм
Патрубки: / — шламовый: 2 — питающий;
3 — сливной; 4 — опорожнения
87

Суммарная производительность напорных гидроциклонов
определяется в зависимости от конструктивных размеров аппаратов, давления
питания и гидродинамических условий выхода жидкости и шлама. В
большинстве случаев напорные гидроциклоны работают без
противодавления со стороны сливного и шламового патрубков, т. е. давление на
выходе из сливного и шламового патрубков соответствует атмосферному
Производительность гидроциклона назначенных размеров QnHT,
л/с, рассчитывается по формуле
П — I ПЧП°.°53 Л! .28 Л),405 J), 143 н0,015 „0,026 п 10 \еЛ
где D, dn„T, den, dmn, Нц даны в см; а — в град; РпИТ — в МПа.
Уравнение B.15) справедливо для значений конструктивных
параметров напорных гидроцилиндров, приведенных в табл. 2.13, и
гидродинамического реЖИМа работы Рсл = Рат, Ршл = Ргт.
Расход шлама <3шл, л/с, определяется по формуле
П1,45^0,24 ,2,86 оО,09
ft,.-0,026 ^ * ¦ B-16)
"ел пит
Эффективность осветления сточных вод в гидроциклонах
рассчитывается на основе результатов анализов гранулометрического состава
частиц твердой фазы. Располагая графическим представлением
интегрального распределения частиц по их геометрическим размерам и
гидравлической крупности, а также по расчетным значениям граничной
крупности разделения в гидроциклоне—максимальным размерам
частиц твердой фазы, уносимых жидкостью, определяется количество
твердой фазы (в %), выделенной в аппарате.
Граничная крупность разделения б, мкм, определяется по формуле
D0,543 jl ,643 j0,014 0,5
0 = 2,7-10» пит Г . B.17)
jO,57 w0,507 с/0,714 Л,, „ \0,5 O0,222 v
<Сл ЯЦ К ifVT — Ус) Рпит
При выборе конструкций напорных гидроциклонов необходимо
учитывать следующие основные данные: 1) требуемую эффективность
разделения сточных вод; 2) абразивные свойства твердой фазы; 3)
химическую агрессивность жидкой фазы; 4) предельное давление перед
аппаратом и требуемое давление в сливном трубопроводе; 5)
гранулометрический состав и плотность частиц твердой фазы; 6) механическую
прочность частиц твердой фазы суспензии; 7) производительность
установки.
Приведенные выше конструкции единичных напорных
гидроциклонов и мультигидроциклонов, изготовляемых отечественной
промышленностью, позволяют решать широкий круг задач по осветлению
производственных сточных вод и сгущению осадка.
При выборе размеров конструктивных элементов гидроциклонов
необходимо руководствоваться следующими общими рекомендациями.
Диаметр цилиндрической части аппаратов ориентировочно выбирается
на основании данных табл. 2.13. Размеры питающего, сливного и
шламового патрубков принимаются с учетом соотношений:
<Wdc„ = 0,5-=-l,0; B.18)
dnBT/D = 0,12-^0,4; B.19)
4шт<(о-*сл)/2-Д; B.20)
4пл/4сл = 0,24-1,0, B.21)
где А — толщина стенки сливного патрубка.
Для предупреждения забивки шламового отверстия гидроциклона
крупными частицами твердой фазы его минимальный диаметр должен
превышать максимальный размер частиц твердой фазы в 6—^8 раз.
Высота цилиндрической части для гидроциклонов-осветлителей дол-
88

жна приниматься ЯЦ=BЧ-4)О, а для гидроциклонов-сгустителей Яц=
A2)D
)
Угол конусности конической части а принимается для
гидроциклонов-осветлителей равным 5—15°, а для гидроциклонов-сгустителей
20—45 °.
Давление питания напорных гидроциклонов следует принимать: при
одноступенчатых схемах осветления сточных вод и сгущения осадков,
а также при использовании многоступенчатых установок, работающих
с разрывом струи, 0,15—0,4 МПа; при двух- и трехступенчатых схемах
установок, работающих без разрыва струи, 0,35—0,6 МПа.
Требуемое число напорных гидроциклонов праб определяется с
учетом обеспечения расчетной производительности установки и надежности
работы, т. е.
яРаб = QIQn«r, B.22)
где Q — расчетная производительность установки.
Число резервных аппаратов преа следует принимать при осветлении
сточных вод и уплотнении осадков, твердая фаза которых не обладает
абразивными свойствами: при Праб^Ю Преэ=1, при 10<«Раб^15 /грез=
= 2, при праб>15 на каждые 10 ,рабочих аппаратов rtpe3:=l; при
очистке сточных вод и уплотнении осадков с абразивной твердой фазой
«рез = 0,25 ttpa-б.
Проблемной лабораторией ГИСИ им. В. П. Чкалова, ВНИИ
ВОДГЕО, Дзержинским филиалом Ленниихиммаш разработан
отраслевой стандарт «Напорные гидроциклоны. Конструкции. Методы
расчета. Системы автоматического регулирования», рекомендуемый для
применения в области очистки сточных вод.
В зависимости от требуемой эффективности очистки сточных вод
обработка в напорных гидроциклонах может осуществляться в одну — три
ступени путем последовательного соединения аппаратов с разрывом и
без разрыва струи.
Для сокращения потерь воды с удаляемым осадком шламовый
патрубок гидроциклона первой степени следует герметично присоединять к
шламовому резервуару. На этой ступени следует использовать
гидроциклоны больших размеров для задержания основной массы
взвешенных веществ и их крупных частиц, которые могут засорить
гидроциклоны малых размеров, используемых на последующих ступенях установки.
По исследованиям ГИСИ им. В. П. Чкалова, наиболее эффективно
очистка производственных сточных вод литейных цехов осуществляется
в гидроциклонах диаметрами 150 и 75 мм, работающих
последовательно. Вторая ступень очистки включается в работу в том случае, когда
концентрация твердой фазы в поступающей воде аппаратов первой
ступени превышает 400 мг/л. Оптимальное давление питание
гидроциклонов первой ступени 0,25—0,3 МПа, а второй ступени очистки 0,15—
0,2 МПа. Контроль за работой гидроциклонов первой ступени очистки
осуществляется системой автоматического регулирования. После
гидроциклонов второй ступени очистки производственные сточные воды
поступают в вихревые смесители, смешиваются с реагентом и далее
подаются на скорые фильтры. Концентрация взвешенных веществ в очищенной
сточной воде не превышает 5 мг/л.
По проекту станции полной очистки производственных сточных вод
для литейных цехов Горьковского автомобильного завода пропускная
способность составляет 45 тыс. м3/сут. Очищенная сточная вода в
количестве 40 тыс. м3/сут направляется на повторное использование в
технологический процесс.
Проблемной лабораторией ГИСИ им. В. П. Чкалова разработаны три
системы автоматического регулирования гидроциклонов, входящих в
состав этих очистных сооружений. Аппаратурное оформление систем
отличается простотой в изготовлении и надежностью в работе.
89

?
I
Рис. 2.42. Схема установки гидроциклоиов с автоматическим регулированием для
очистки сточных вод стекольного завода
I — подача исходной сточной воды; // — подача осветленной воды на дальнейшую очистку: Ш —
удаление осадка (вывоз автосамосвалами); / — приемный резервуар; 2— пропеллерная мешалка;
3— электронные сигнализаторы уровня; 4 — концентратомер; 5 — гндроцнклон НИЛ ОПОВ; 6 —
приемник шлама; 7 — сборный трубопровод системы принудительного удаления влаги; 8 —
скребковый транспортер; 9—система принудительного удаления влаги; 10— резервуар для шлама;
II — переливной трубопровод; 12 — регулятор расхода шлама; 13 — система оптимального
автоматического регулирования; 14 — песковой насос
Рис. 2.43. Автоматический функциональный преобразователь
Ш — шаблон; К — каретка; ИП\, ИПг — индукционные преобразователи; РД-09 — реверсивный
электродвигатель; Тр — трансформатор; Дри Дрі — дроссели; Л,, Jit — электролампы; И вх
И „ — входное и выходное напряжение
На рис. 2.42 приведена схема установки гидроциклонов с
автоматическим регулированием для очистки сточных вод стекольного завода.
Исходная сточная вода поступает в приемный резервуар 1,
оборудованный пропеллерной мешалкой 2 и электронными сигнализаторами
уровня 3. Из приемного резервуара 1 Песковым насосом 14 сточная
вода подается в напорный гидроциклон о. Работа гидроциклона
автоматизирована, регулирование размеров шламового отверстия
осуществляется системой оптимального регулирования 13 и электромеханического
регулятора 12. Шлам гидроциклона поступает в шламовый резервуар
10, оборудованный скребковым транспортером 8, системой принудитель-
90

ного обезвоживания шлама 9. Установка может работать непрерывно и
периодически.
Система оптимального регулирования гидроциклонов включает: кон-
центратомер 4, автоматический функциональный преобразователь (АФП),
электромеханическую систему регулирования расхода шлама 12.
Основным элементом системы оптимального регулирования является АФП,
предназначенный для преобразования сигнала концентратомера в
импульс, воздействующий на систему регулирования размеров шламового
отверстия. Величина импульса должна обеспечить установку диаметра
шламового патрубка dm« на оптимальном уровне.
На подвижной каретке АФП (рис. 2.43) укрепляется шаблон Ш,
профиль которого моделирует кривую, отражающую зависимость размеров
шламового отверстия от концентрации взвешенных веществ в сточной
воде.
§ 13. СЕТЧАТЫЕ БАРАБАННЫЕ
ФИЛЬТРЫ
Сетчатые барабанные
фильтры предназначены для
механической очистки производственных
сточных вод. В зависимости от
требуемой степени очистки и
условий применения их можно
оснащать сетчатым полотном с
различной крупностью ячеек.
В связи с этим сетчатые
барабанные фильтры условно
подразделяются на микрофильтры и
барабанные сеткн,
имеющие'следующие наименования:
микрофильтры модернизированные МФМ и
барабанные сетки БС,
выпускаемые воронежским заводом «Вод-
машоборудование»,
Рис. 2.44. Схемы очистных станций с
вариантными решениями сооружений
механической очистки
а — I вариант: / — первичные радиальные
отстойники: 2 — аэротенки; 3 — вторичные
радиальные отстойники; б — II вариант: / —
микрофильтры; 2 — аэротенки; 3 — вторичные радиальные
отстойники; 4 — насосная станция; 5 — подача
промывной воды
Рис. 2.45. Схема установки сетчатого барабанного фильтра
/ — барабан; 2 — поперечные связи; 3 — продольные связи; 4— ребра жесткости; S — трубы
опорожнения; 6 — входной канал; 7 —передняя рама; 8 — входная труба; 9 — аакладной патрубок;
/д_ цевочное колесо; // —выпускная труба; 12 — передний подшипник; 13 — электродвигатель;
14 — редуктор; IS — шестерня; 16 — бункер; 17 — трубопровод промывной воды; 18 —
разбрызгиватель; 19 — бактерицидные лампы; 20 — водослив; 21 — канал фильтрата; 22 — задняя рама;
23 — задний подшипник
91

Микрофильтры (МФМ) задерживают грубодисперсные частицы:
растительные и животные структурные примеси, песок и др. Эффективность
очистки воды на МФМ составляет 40-^-60 %, что позволяет в отдельных
случаях заменять ими первичные отстойники, БПКдолн при совместной
очистке бытовых и производственных сточных вод снижается на 25—
30%. Содержание взвешенных веществ в исходной воде не более
300 мг/л.
Экономическая эффективность применения микрофильтров для
механической очистки оценивается технико-экономическим расчетом,
который производят применительно к I территориальному поясу по
методике, разработанной во ВНИИ ВОДГЕО. При этом сравнивались два
варианта технологических схем (рис. 2.44) при пропускной способности
очистной станции 50, 100 и 200 тыс. м3/сут. В I варианте сточные воды
очищаются по традиционной схеме, т.е. проходят решетки, песколовки,
первичные радиальные отстойники, аэротенки, вторичные радиальные
отстойники, хлораторную и выпускаются в водоем. По II варианту в
целях интенсификации процесса очистки сточных вод первичные
радиальные отстойники заменены микрофильтрами. Были приняты следующие
исходные данные: эффективность осветления сточной воды по
взвешенным веществам в первичных отстойниках и микрофильтрах при
исходной концентрации взвешенных веществ 150—200 мг/л одинакова и
составляет 40—45%; скорость фильтрования 25—30 м/ч. Микрофильтр
оснащен сеткой с ячейками размером 0,04x0,04 мм; расход на промывку
составляет 6 %; напор промывной воды 15 м. В первичных отстойниках
для достижения такой же степени осветления период отстаивания
принят 1,5 ч.
Экономическая эффективность от применения микрофильтров вместо
первичных отстойников возрастает с увеличением пропускной
способности очистной станции. Для станций пропускной способностью 50, 100 и
200 тыс. м3/сут экономическая эффективность составляет
соответственно 97, 223 и 386 тыс. руб/год.
Барабанные сетки (БС) задерживают грубодисперсные примеси при
отсутствии в воде вязких веществ, снижают содержание взвешенных
веществ (при концентрации их в производственной сточной воде не более
250 мг/л) на 25—40 %. Их чаще всего устанавливают перед зернистыми
фильтрами для глубокой очистки сточной воды.
Применение БС для механической очистки производственных
сточных вод допускается только в схемах полной биологической очистки с
установкой их перед аэротенками. Впредь до накопления длительного
опыта эксплуатации оборудования в подобных условиях использование
БС может быть допущено лишь в опытном порядке.
При соответствующем обосновании, подтвержденном специальными
исследованиями, БС могут быть применены для очистки
производственных сточных вод от грубодисперсных структурных примесей при
условии, что эти воды не агрессивны к конструктивным элементами и не
вызывают необратимого заиливания или биологического обрастания
фильтрующей сетки, затрудняющих ее промывку.
Эффективность очистки воды на БС и их пропускная способность
зависят от состава загрязнений исходной воды, размера ячеек
фильтрующей сетки, частоты вращения барабана, интенсивности промывки и
других условий эксплуатации установок.
На рис. 2.45 показана схема установки БС. Число резервных БС
должно приниматься:
при числе рабочих агрегатов 1—5 1
' » > » > 6 и более • . 2
Барабанные сетки с диаметром барабана 1,5 м комплектуются на
заводе полностью, а с диаметром барабана 3 м выпускаются в
разобранном виде.
82

К процеживающим устройствам относятся и БС с бактерицидными
лампами типа БСБ, рекомендуемые для механической очистки бытовых
или близких к ним по составу производственных сточных вод при
содержании взвешенных веществ в исходной воде не более 250 мг/л.
Количество задерживаемых взвешенных веществ составляет 25%. При
этом в сточной воде должны отсутствовать смолы, битум, масла,
способные затруднить промывку сетки. Основные элементы БСБ выполняются
из двух сеток: рабочей с размерами ячеек не более 8x8 и не менее
2X2 мм. Режим работы БСБ в схеме механической очистки сточных вод
предусматривает непрерывную промывку, а суммарные потери напора
на установке не должны превышать 0,5—0,6 м. Расход воды на
промывку БСБ составляет 1 —1,5 % расчетной пропускной способности
установок. Для предотвращения биологического обрастания сеток
предусматривается облучение поверхности барабана бактерицидными лампами
ДБ-60-1. Частота вращения барабана 1,7—2,6 мин-1. Скорость
фильтрования 30—50 м/ч.
Себестоимость очистки 1 м3 сточной воды в БСБ на станциях
пропускной способностью 50 тыс. м3/сут составляет 0,14 коп., а 100 тыс.
м3/сут — 0,11 коп. соответственно вместо 0,35 и 0,32 коп. при
использовании первичных радиальных отстойников.
Характеристика МФМ и БС, установленных в вентилируемых
зданиях, при температуре воздуха не ниже 5 °С и относительной его
влажности 60—75 °/о дана в табл. 2.14.
Процесс микрофильтрования при любом расходе воды должен
проходить при определенной частоте вращения барабана, при этом поток
обрабатываемой воды не должен разрушать подслой.
Продолжительность цикла микрофильтрования составляет 5—10 с.
ТАБЛИЦА 2.14. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОФИЛЬТРОВ (МФМ)
И БАРАБАННЫХ СЕТОК (БС)
Показатели
Расчетная пропускная
способность, тыс. мэ/ч:
МФМ для механической
очистки сточных вод
БС для механической
очистки сточных вод
БС (при установке перед
фильтрами) для глубокой
очистки сточных вод
Число поясов барабана
Площадь фильтрования, м'
Частота вращения барабана,
МИН
Ориентировочные размеры
установки, мм:
длина
ширина
высота
Номинальная мощность
электродвигателя, кВт
Ориентировочная масса, т
Размер ячеек
сетки, мм
0,035 или
0,04x0,04
0,3x0,3-г
0,5x0,5
0,3x0,34-
0,5x0,5
.
—
СП
X
HD
0,35
0,35
0,42
2
3,75
2,6
3620
1850
2750
2,2
2,2
Типоразмерь
00
X
ю
—•
0,5
0,55
0,62
3
5,6
2,6
4525
1850
2750
2,2
2,57
rt*
X
ю
0,65
0,75
0,84
4
7,5
2,6
5450
1850
2750
2,2
2,86
МФМ і
ОО
(м"
X
со
1,2
1,25
1,5
3
13
1,7
4545
3156
4240
3
3,1
і БС. м
г--
rt
X
м
1,6
1,65
2
4
17,5
1,7
5450
3156
4240
3
3,4
^г
X
rt
2
2,1
2,5
5
22
1.7
6375
3156
4240
3
3,8
Примечания: 1. В обозначение типоразмера сетчатых фильтров входят условные
размеры диаметра и длины барабана. Например, МФМ 1,5x2,8 означает, что барабан
имеет условный диаметр 1,5 и длину 2,8 м.
2, Пропускная способность барабанных сеток должна уточняться по результатам
технологических изысканий,
3. Выбор фильтрующей сетки установок, применяемых для очистки производственных
сточных вод, производится на основании специальных исследований.
93

10
ЗО 50°°'
Скооость qiu/іьтробания, муч
130
При использовании микро-
фильтров для механической
очистки сточных вод взамен
первичных отстойников их располагают
перед аэротенками (после
решеток и песколовок).
В соответствии с
техническими указаниями НИИ КВОВ АКХ
им. К. Д. Памфилова сетчатые
барабанные фильтры имеют
следующие типоразмеры: при
условном диаметре барабана 1,5 и Зм
длину 1,9 (только для первого
типоразмера) и 2,8; 3,7 и 4,6 м (только для второго типоразмера).
Производительность микрофильтров, применяемых для очистки
производственных сточных вод, определяется на основании исследований.
Основные параметры работы микрофильтров, применяемых для очистки
призводственных сточных вод, представлены в табл. 2.15.
ТАБЛИЦА 2.15. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ МИКРОФИЛЬТРОВ
Рис. 2.46. Обобщенный график режима
эксплуатации сетчатого фильтра
Сточные воды
Концентрация
взвешенных
веществ, мг/л

исходная
160
190
120
240
89
148
175

конечная
96
87,4
65
118
11,4
10,2
79
Потерн
давления. Па
2000
2400
2500
2500
2400
—
2200
Скорость
фильтрования,
м/ч
20
35
30
35
29
40—15,8
25

Эффективность
очистки, %
55
54
46
52
37,2
92,1
55
Частота
вращения
барабана, мнн *
5
5
5
5
4
4
3
Размер ячеек
микросеткн,
мкм
40
40
40
40
40
40
40
Бумажной промышленности
(Харьков)
Азотной промышленности
(Новомосковск)
То же, (Щекиио)
Текстильной
промышленности (Ногинск)
Химической
промышленности:
при непрерывной
промывке
при периодической
промывке
Бытовые (Таллин)
6
3-5
3-5
3-5
10—15
0,2-1,2
7
Процесс работы микрофильтров и выбор оптимального режима их
эксплуатации для очистки смеси городских и производственных сточных
вод определяется по обобщенному графику (рис. 2.46), полученному на
основании экспериментов при следующих условиях:
начальная концентрация взвешенных веществ изменялась в
диапазоне от 60 до 300 мг/л;
потери напора составляли 0,015—0,02 МПа;
расход воды на промывку микросетки равен 3—5 %
производительности установки.
По данным обобщенного графика рекомендуются следующие
параметры микрофильтрования при механической очистке городских и
близких к ним по составу производственных сточных вод:
Скорость фильтрования, м/ч 30
Частота вращения барабана, мин-' 10
Продолжительность фильтроцикла, с 9
Размер ячеек микросетки, мкм 90
Эффективность осветления, % 45
§ 14. ФИЛЬТРЫ
Одним из путей интенсификации фильтрования сточных вод
является применение новых фильтрующих материалов. Перспективным
является использование плавающих загрузок из различных полимерных мате-

риалов, обладающих достаточной механической прочностью, химической
стойкостью, высокими площадью актиэной свободной поверхности и
пористостью. К числу таких материалов относятся полистирол различных
марок (в том числе пенополистирол), пенополиуретан, а также гранулы
керамзита, котельные и металлургические шлаки.
В зависимости от содержания и характера взвешенных веществ в
сточной воде, подаваемой на очистные сооружения, а также от
пропускной способности станции принимаются следующие основные схемы
фильтрования: через многоярусные или многослойные фильтры с
загрузкой по убывающей крупности гранул по ходу осветляемой воды
снизу вверх; через фильтры большой грязеемкости при фильтровании воды
сверху вниз с горизонтальным направлением фильтрования; с
непрерывной регенерацией загрузки.
Фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой применяются
для очистки шахтных сточных вод of взвешенных веществ донецким
управлением Теплоэнергоавтоматика на шахте № 12—13 комбината
Макеевуголь. Там сооружена установка, состоящая из двух фильтров,
в которых в качестве плавающей фильтрующей загрузки
использовались вспененные гранулы пенополистирола. Этот материал
износоустойчив, водонепроницаем, нетоксичен, имеет достаточную механическую
прочность и высокую адгезионную способность '(плотность 0,01 —
0,03 г/см3). Конструктивно фильтр выполнен в виде восьмигранной
призмы, верх и низ которой соединены с восьмигранными конусами,
заканчивающимися соединительными фланцами. Внутри фильтра находятся
два слоя гранул, разделенных удерживающими сетками. В нижнем слое,
служащем для предварительного фильтрования, применяются гранулы
диаметром 2—5 мм, верхний слой загрузки с гранулами диаметром
0,3—2 мм предназначен для более глубокого фильтрования.
Техническая характеристика фильтра с плавающей пенополистирольной
фильтрующей загрузкой
Пропускная способность, м3/ч 50
Число слоев фильтрующей загрузки 2
Толщина слоя, м:
нижнего 0,5
верхнего , . . . 1
Потери давления в загрузке, МПа (не более) 0,11
Рабочая площадь фильтрования, м2 6
Максимальное содержание взвешенных веществ в воде, мг/л:
исходной 350
осветленной 20
Продолжительность одного фильтроцикла (при скорости
фильтрования 8,6 м/ч), ч 6
Расход воды на регенерацию фильтрующей загрузки, м3 . . . 15
Продолжительность регенерации, мин Ю
Масса, кг:
фильтра , t> • 5300
фильтрующей загрузки 300
Фильтрование происходит следующим образом. Загрязненная
сточная вода подается на фильтр снизу вверх. Нижний и верхний слои
пенополистирола всплывают, поджимаются к удерживающим сеткам и
уплотняются. При этом происходит снижение содержания взвешенных
веществ с 350 мг/л в исходной воде до 20 мг/л в осветленной.
Прошедшая через фильтр и обеззараженная в хлораторной вода
пригодна для технических нужд. Часть осветленной воды накапливается в
аккумулирующем баке, установленном над фильтром, и используется
для отмывки загрязненных гранул. Потери давления в фильтрующей
загрузке не превышают 0,11 МПа, что позволяет подавать шахтную воду
на фильтры непосредственно насосами центрального шахтного
водоотлива. При промывке гранул вода из аккумулирующего бака подается
05

сверху, фильтрующий слой разрыхляется и увеличивается в объеме на
25—30 %, что способствует интенсивной промывке гранул.
Напорные фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой для
очистки окалино-маслосодержащих сточных вод, рекомендуемые
вместо фильтров с зернистой загрузкой, представляют собой вертикальные
резервуары с наклонным днищем (рис. 2.47). Они загружены
вспененными гранулами полистирола крупностью 2—5 мм, высота
фильтрующего слоя составляет 2,0—2,5 м. Направление фильтрации — снизу вверх
со скоростью 30 м/ч.
Проект фильтров разработан
харьковским Водоканалпроектом
по рекомендации Донецкого
филиала ВНИПИчерметэнергоочи-
стка для глубокой очистки
производственных и дождевых вод.
Производительность одного
фильтра 184 м3/ч. В исходной
сточной воде содержится 60 мг/л
взвешенных веществ и 15 мг/л
масел, а в очищенной воде,
используемой в системе оборотного
водоснабжения, —
соответственно 20 и 3 мг/л.
Применение напорных
фильтров с плавающей
пенополистирольной загрузкой вместо
фильтров с зернистой загрузкой
приводит к некоторому уменьшению
капитальных затрат и
сокращению эксплуатационных расходов.
Фильтры с пенополиуретано-
вой загрузкой («Полимер-300» и
«Полимер-500») предназначаются
Рис. 2.47. Схема установки напорного
фильтра / с плавающей загрузкой
/ — пробоотборные краны; 2— трехходовые
краны; 3 — манометры; 4 — трубопроводы для
контроля давления; 5, 10 — трубопроводы гидроперс-
грузки полистирола; 6 — расходомер; 7 —
задвижка с электроприводом: 8 — затвор шланговый с
электроприводом; 9 — трубопровод осветленной
воды; //— шламопровод; 12 — трубопровод для
подачи сточной воды на очистку; 13 — сливная
воронка; 14 — дренажный лоток
5.13(9.13}
ф
t-
Рис. 2.48. Фильтр
прямоугольный пенополиуретановый для
очистки сточных вод от нефте-
маслопродуктов пропускной
способностью, 2 400—10 000 м3/
/сут [«Полимер-300» и
«Полимер-500» (в скобках
приведены размеры для фильтра
«Полимер-500»)]
7 —подача сточных вод; 2 — отвод
регенерата; 3 — узел регенерации
(передвижной); 4 — элеватор
ковшовый: 5 —резервуар; 6 —
переливная труба: 7 — отвод очищенных
сточных вод; 8 — пенополиуретано-
вая загрузка
96

для очистки невзрывоопасных сточных вод машиностроительных
предприятий от нефтепродуктов и масел, находящихся в виде нестойких
эмульсий и имеющих рН = 6ч-9 (рис. 2.48).
Сточные воды, содержащие отработанные смазочно-охлаждающие
жидкости, а также сточные воды гальванических, травильных и
окрасочных отделений могут подаваться на пенополиуретановые фильтры
только после обработки их на локальных очистных сооружениях. Для
обеспечения требуемой степени очистки сточных вод эти фильтры
рекомендуется применять после решеток, песколовок и нефтеловушек.
Техническая характеристика фильтра с пенополиуретановой загрузкой
Скорость фильтрования, м/ч до 25
Содержание в исходной сточной воде, мг/л:
масел 150
взвешенных веществ Ю
Остаточное содержание масел и взвешенных веществ в
очищенной воде, мг/л ¦ < 10
Продолжительность фильтроцикла для «Полимсра-300» или «По-
лимера-500», ч 22
Продолжительность регенерации, ч:
для «Полимера-300» 1,2
» «Полимера-500» 2
Установленная мощность, кВт 6
Фильтры должны эксплуатироваться при температуре окружающего
воздуха не ниже 5 °С.
Электромагнитные фильтры конструкции ВНИИ ВОДГЕО
предназначены для очистки или глубокой очистки сточных вод от
механических загрязнений, содержащих более 25% ферромагнитных примесей, с
исходной концентрацией твердых частиц до 200 мг/л и масел до 50 мг/л.
Они могут применяться в системах производственного водоснабжения
металлургических, горно-обогатительных, металлоообрабатывающих
предприятий, на электростанциях для очистки охлаждающей и
многократно используемой воды, а также конденсата от продуктов коррозии.
В качестве фильтрующих элементов в электромагнитных фильтрах
применена зернистая загрузка из ферромагнитных материалов
крупностью 1—3 мм. Фильтрование очищаемой сточной воды производят при
наложении магнитного поля, промывку — без его применения.
Высокоскоростной электромагнитный фильтр рекомендуется
Харьковским отделом ВНИИ ВОДГЕО для очистки сточных вод закалочных
машин прокатного производства. К этим водам, используемым в
системах оборотного водоснабжения, предъявляются высокие требования:
содержание взвешенных веществ — не более 30 мг/л (при отсутствии
масел); крупность частиц — не более 0,2 мм.
Фильтр состоит из корпуса, магнитной системы, представляющей
собой катушки индуктивности с магнитопроводами, между которыми
расположена фильтрующая зернистая загрузка из ферромагнитного
материала, а также устройств для подвода и отвода сточной воды.
При наложении магнитного поля определенной напряженности
зернистая загрузка уплотняется и вследствие уменьшения пористости
приобретает высокую фильтровальную способность, что позволяет
задерживать на фильтре наряду с магнитными и немагнитные компоненты из
состава взвешенных веществ (окалины).
Процессы работы и промывки фильтра автоматизированы.
Расчетные параметры высокоскоростного электромагнитного фильтра
диаметром 3 м
Пропускная способность, м3/ч 300—500
Продолжительность рабочего цикла (при концентрации
механических примесей 50—200 мг/л), ч . 2—6
Продолжительность промывки, мин 2—5
7—17.9 97

Разрез и offaiuu бид
Ллан
в й,
Рис. 2.49. Напорный вертикальный фильтр с зернистой загрузкой
/ — подача воды на очистку; 2 — фильтрующий слой из зернистой загрузки; 3 — верхнее
распределительное устройство; 4 — контрольный эллиптический лаз; 5 — круглый лаз; 6 — подвод
промывной воды; 7 — отвод первого фильтрата; 8 — отвод очищенной воды; 9 — отвод промывной
воды; 10 — подвод сжатого воздуха; 11 — штуцер для гидравлической выгрузки и загрузки фильтра
Расход промывной воды, % пропускной способности
фильтра 2—5
Потери давления в фильтре, МПа 0,2—0,5
Потребляемая мощность, кВт иа 1 м3 сточной воды . . . 0,10—0,15
Эффективность осветления, % г . . 85—98
Внедрение разработанных конструкций электромагнитных фильтров
в практику промышленной водоподготовки вместо отстойников или
песчаных фильтров может дать годовой экономический эффект по
приведенным затратам 150—300 тыс. руб. на 10 000 м3 очищаемой воды в 1 ч.
Напорные вертикальные фильтры с зернистой загрузкой
применяются для механической очистки нефтесодержащих сточных вод после их
гравитационного отстаивания (рис. 2.49).
Фильтр представляет собой стальной вертикальный резервуар
обычно заводского изготовления. Он рассчитывается на давление до 0,6МПа
и загружается, как правило, кварцевым песком слоем 1 м. В качестве
загрузки могут быть использованы дробленый антрацит, керамзит,
керамическая крошка.
Б табл. 2.16 приведены данные по напорным фильтрам, выпускаемым
таганрогским заводом «Красный котельщик».
ТАБЛИЦА 2.1в. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ, мм, НАПОРНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ
Тип
ФОВ-2,0-6
ФОВ-2,6-6
ФОВ-3,0-6
ФОВ-3,4-6
°У
2000
2500
3000
3403
н
,3233
3505
3773
3932
670
810
935
900
243
195
22Ї
220
d
150
200
250
250
80
100
125
125
80
100
100
100
Примечание. Первая цифра буквенного обозначения фильтра означает его
диаметр, м; вторая — рабочее давление, кгс/см2.
98

Напорные фильтры имеют направление фильтрования сверху вниз,
скорость фильтрования 5—12 м/ч, а продолжительность фильтроцикла
12—48 ч в зависимости от характера нефтесодержащих сточных вод
(меньшая величина при значительном содержании в воде железа).
Остаточное содержание в воде нефтепродуктов допускается 7—20 мг/л
(начальное содержание 40—80 мг/л), механических примесей—10—
20 мг/л (начальное содержание 30—60 мг/л).
Грязеемкость зернистых фильтров может быть принята по
задержанию нефти, равной 1—2 кг/м3, и механических примесей— 1,5—3 кг/м3.
Эффективность фильтрования повышается при добавлении в воду 5—
10 мг/л коагулянта A12(SO4K и 0,2—0,3 мг/л флокулянта ПАА. Потери
напора в фильтрах достигают 0,9—1,3 м @,009—0,13 МПа).
Фильтры промывают через дренажную систему снизу вверх. При
крупности частиц песка 0,7—0,8 мм интенсивность промывки
принимается 10—12 л/(с-м2), а при крупности 1—1,2 мм—14—16 л/(с-м2);
продолжительность промывки составляет 10—20 мин. Наиболее высокая
эффективность промывки достигается при использовании горячей воды
F0—80 °С).
§ 15. ЦЕНТРИФУГИ И ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
Центрифуги. Для очистки производственных сточных вод от
мелкодисперсных загрязнений применяют осадительные центрифуги
непрерывного и периодического действия типа ОГШ и ОТР, ОМ.
Условия применения центрифуг следующие: 1) локальная очистка
производственных сточных вод, когда осадок представляет собой
ценный продукт, который может быть утилизирован; 2) мелкодисперсный
состав загрязнений, когда для их выделения не могут быть применены
реагенты.
Центрифуги непрерывного действия типа ОГШ и др. применяются
при очистке сточных вод с расходом до 50—100 м3/ч, когда требуется
выделить частицы гидравлической крупностью 0,2 (противоточные) и
0,05 мм/с (прямоточные).
Центрифуги периодического действия применязтся для очистки
сточных вод, расход которых не превышает 20 м3/ч, при необходимости
выделения частиц гидравлической крупностью 0,05—0,01 мм/с.
Концентрация механических загрязнений не должна превышать 2—3 г/л.
Подбор необходимого типоразмера осадительной центрифуги
производят по каталогу.
Жидкостные сепараторы можно применять для аналогичных целей
в некоторых отраслях промышленности, например для очистки стопных
вод в медицинской промышленности, а также от каныги на
мясокомбинатах (до настоящего времени вся эта масса перегружала городские
очистные сооружения; для отделения воды от каныги перед спуском в
канализацию или в водоемы рекомендуется устанавливать сепаратор
АСЕ-3).
Более подробно о конструкции и использовании центрифуг и
жидкостных сепараторов для очистки сточных вод и обработки осадка
см. в справочнике проектировщика «Канализация населенных мест и
промышленных предприятий» (под общ. ред. В. Н. Самохина. М., Строй-
издат, 1981).
§ 16. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СООРУЖЕНИЙ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
Стоимость сооружений механической очистки производственных
сточных вод составляет 20—30 % капитальных вложений и 15—20 %
годовых эксплуатационных расходов соответственно от общих
капитальных затрат и эксплуатационных расходов на весь комплекс соору-
7* 99

жений систем водоснабжения и канализации. Экономия может быть
достигнута при применении наиболее совершенных конструкций аппаратов
(например, микрофильтров или решеток — табл. 2.17), выбор которых
ТАБЛИЦА 2.17. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ЗДАНИИ С ТРЕМЯ
РЕШЕТКАМИ ТИПА РМУ (К ТИПОВОМУ ПРОЕКТУ 902-2-367.83)
Показатели
Пропускная способность
очистной станции, тыс. мэ/сут . .
Строительный объем, м3 . . .
Сметная стоимость, тыс. руб.:
строительно-монтажных
работ
Стоимость 1 м3 здания, руб. .
Потребляемая мощность, кВт
Расход электроэнергии, тыс.
кВт-ч/год
Расход питьевой воды, л/с . .
Тип решеток
РМУ-2
50—80
592
26,08
17,14
28,95
5,7
49,3
0,1
РМУ-З
с вывозом
отбросов
100
827
36,29
23,17
28,02
8,3
67,7
0,1
РМУ-З
с дроблением
отбросов
100—140
1782
47,18
36,54
20,51
21,4
187,4
0,1
РМУ-4
140—200
2161
57,44
43,3
20,04.
55
481,8
0,1
РМУ-5
200—280
2360
62,75
47,1
19,95
55
481,8
0,1
определяется пропускной способностью станции. Для крупных очистных
станций предпочтение следует отдавать железобетонным радиальным
отстойникам с тонкослойными блоками или с периферийной подачей
сточной воды. Преимущество радиальных отстойников заключается в
механизированной выгрузке осадка и эффективном удалении
всплывающих примесей.
Компактные очистные сооружения средней пропускной способности
обусловливают применение железобетонных прямоугольных
отстойников горизонтального типа, обладающих рядом конструктивных
особенностей. Так, если в первичных отстойниках применяются традиционные
скребки, то во вторичных отстойниках используются илососы,
движущиеся в продольном направлении.
Блок технологических емкостей, включающий первичные отстойники,
может иметь круглую в плане фому с концентрическим расположением
отдельных сооружений. Однако такая компоновка представляет
значительные трудности при развитии очистной станции, и поэтому отдается
предпочтение блокам технологических емкостей, прямоугольной формы.
Эффективность компактных решений заключается не только в
сокращении строительных площадей, но и приносит дополнительные выгоды:
сокращение размеров строительных конструкций, технологических
коммуникаций и внутриплощадочных дорог; уменьшение объемов земляных
работ, а также расходов на инженерное благоустройство территории,
включая затраты на водопонижение и озеленение.
Увеличение продолжительности отстаивания сточной воды в
первичных отстойниках обусловливает более глубокое удаление органических
примесей, поддающихся биологическому окислению, что, в свою очередь,
приводит к меньшей продолжительности окисления примесей
осветленной воды. Однако при исходной концентрации взвешенных веществ
150 мг/л и аналогичной концентрации органических веществ увеличение
объема первичных отстойников в 2 раза обеспечивает уменьшение
объема аэротенков всего на 9 %, при увеличении объема первичных
отстойников в 3 раза снижение объема аэротенков составляет 18,5%, а при
концентрациях исходных загрязнений 200 и 250 мг/л и увеличение
объема первичных отстойников в 2 раза приводит к снижению требуемого
объема аэротенков только на 8 %, а в 3 раза — на 15,6%.
Следовательно, при очистке сточных вод, содержащих полидисперсные взвешенные
100

вещества и примеси, окисляющиеся биологически в основном в виде
коллоидно- и истинно растворенных веществ, для достижения
минимального объема емкостных сооружений очистной станции первичные
отстойники могут быть рассчитаны не более чем на 0,5-часовое пребывание в
них воды.
При начальной концентрации загрязнений менее 150 мг/л на
очистной станции могут отсутствовать первичные отстойники. Это
справедливо только для производственных сточных вод, сходных по-составу с
городскими. Если очистные сооружения предназначены для
производственных сточных вод иного состава и свойств, то решающими факторами
будут: фазовый состав примесей по их количественному соотношению и
биологической окисляемости отдельных фаз; кинетика выпадения
взвешенных веществ.
Для описания эффективности снижения БПК Э, %, в первичных
радиальных отстойниках МИСИ им. В. В. Куйбышева предложена
линейная зависимость вида:
Э = 9/-Н0,065БПК5 — °.8). B-23)
где t — продолжительность первичного отстаивания, ч; БПКб — величина БПК5
исходной сточной воды, мг/л.
Сравнение расчетной формулы с экспериментальными данными
московских станций аэрации показало их хорошую сходимость.
Самым значимым параметром экономической оценки следует считать
коэффициент экономической эффективности капитальных вложений,
который определяет прибыль на 1 руб. Ориентируясь на этот
коэффициент, можно утверждать, что для станций средней пропускной
способностью 100 тыс. м3/сут наиболее рентабельными будут очистные
сооружения, где продолжительность первичной обработки при концентрации
взвешенных веществ 150 мг/л составит 0,5 ч, при их концентрации 200—
250 мг/л — 1,5 ч (очистная станция с метантенками) при количестве
производственных сточных вод в общем стоке не менее 40%.
Для снижения содержания загрязняющих веществ в отстоенных
сточных водах сверх эффективности, обеспечиваемой первичными
отстойниками, а также для извлечения (за счет сорбции) ионов тяжелых
металлов и других загрязняющих веществ, неблагоприятно влияющих на.
процесс биологической очистки, применяются преаэраторы и
биокоагуляторы.
Высокоэффективным сооружением механической очистки является
многополочный сгуститель, применяемый, для осветления
высококонцентрированных производственных сточных вод на предприятиях цветной
металлургии. Экономическая эффективность от применения этого
сооружения на одном из заводов составила 15 тыс. руб/год.
Дальнейшим развитием методов очистки производственных сточных
вод, содержащих механические примеси, является внедрение очистки с
применением гидроциклонов и центрифуг, а также отстаивание с
предварительной магнитной обработкой производственных сточных вод.
Основным направлением очистки производственных сточных вод
является их подготовка для повторного использования в производственном
процессе. Об экономической эффективности оборотного водоснабжения
дают представление такие цифры: если бы оборотное водоснабжение не
внедрялось столь интенсивно, то в настоящее время потребление воды
из природных источников увеличилось бы примерно на 40%. При этом
пришлось бы догіолнительно расходовать до 6 млрд. руб/год, чтобы
обеспечить возросшую подачу воды для нужд производства.

ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД
Основными методами химической очистки производственных сточных
вод являются нейтрализация и окисление. К окислительным методам
относится также электрохимическая обработка.
Химическая очистка может применяться как самостоятельный метод
перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного
водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или в городскую
канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев
целесообразно (в качестве предварительной) перед биологической или
физико-химической очисткой. Химическая обработка находит
применение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод
с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них
различных компонентов. При локальной очистке производственных сточных
вод в большинстве случаев предпочтение отдается химическим методам.
§ 17. НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ
Производственные сточные воды от технологических процессов
многих отраслей промышленности содержат щелочи и кислоты. В
большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, которые
необходимо выделять из этих вод.
С целью предупреждения коррозии материалов канализационных
очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в
биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод
солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают
нейтрализации.
Реакция нейтрализации — это химическая реакция между
веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к
потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная
реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратиро-
ваннымн ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися
соответственно в сильных кислотах и основаниях: Н+ + ОН~=Н2О. В
результате концентрация каждого из этих ионов становится равной той,
которая свойственна самой воде (около Ю~7), т.е. активная реакция
водной среды приближается к рН=7.
При спуске производственных сточных вод в водоем или в городскую
канализационную сеть практически нейтральными следует
считать'смеси с pH = 6,5-f-8,5. Следовательно, подвергать нейтрализации следует
сточные воды с pH менее 6,5 и более 8,5, при этом необходимо
учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв
городских сточных вод. Из условий сброса производственных сточных
вод в водоем или городскую канализацию следует, что большую
опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же
значительно чаще, чем щелочные (количество производственных сточных
вод с рН>8,5 невелико).
Если отработанные производственные сточные воды подаются в
систему оборотного водоснабжения, то требования к величине активной
реакции зависят от специфики технологических процессов.
Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами:
серной H2SO/,, азотной HNO3, соляной НО, а также их смесями.
Значительно реже в сточных водах встречаются азотистая HNO2, фосфорная
Н3РО4, сернистая H2SO3, сероводородная H2S, плавиковая HF,
хромовая Н2Сг04 кислоты,- а также органические кислоты: уксусная
СНдСООН, пикриновая HOC6H2(NO2K, угольная Н2СО3, салициловая
С6Н4(ОНJ и др.
Концентрация кислот в сточных водах обычно не превышает 3 %, но
иногда достигает большей величины, например в отдельных производст-
102

вах органического синтеза содержание серной кислоты в сточных водах
составляет 40 % и более.
При химической очистке применяют следующие способы
нейтрализации:
а) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;
б) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь
СаО, гашеная известь Са(ОНJ, кальцинированная сода Na2CO3,
каустическая сода NaOH, аммиак NH3OH);
в) фильтрование через нейтрализующие материалы [известь,
известняк СаО3, доломит CaCCVMgCOa, магнезит MgCO3, обожженный
магнезит MgO, мел СаСОз (96—99 %)].
Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и
концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды;
расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию;
наличия реагентов; местных условий и т. п. В зависимости от исходных
данных по табл. 3.1 можно ориентировочно назначить способ
нейтрализации кислых вод.
ТАБЛИЦА 3.1. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ СПОСОБОВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
КИСЛЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Кислота, содержащаяся
в сточных водах
Серная
Соляная и азотная
Углекислота и другие
слабые кислоты
Концентрация
кислоты, г/л
<1,5
>1,5
<1,5
>1,5
—
—
Режим притока
Равномерный
Неравномерный
Равномерный
Неравномерный
Равномерный
Неравномерный
Способ нейтрализации
смешением со
щелочными
сточными водами
+
+
+
+
+
+
+
раствором
нзвести
+
О
О
+
О
+
О

известняка
О
О
+
О
—
фильтрованием
через
известняк
1 1 1 1
+
+
—
доломит
1 + 1 +
+
+
—
1
+ 1 + 1
+
+
—
Условные обозначения: « + »— применение способа рекомендуется; «о» —
применение способа допускается; «—» — применение способа не рекомендуется.
В последнее время предложен способ нейтрализации щелочных
сточных вод дымовыми газами. Применение отходящих газов, содержащих
СО2, SO2, NO2 и др., позволяет одновременно нейтрализовать сточные
воды и производить очистку газов от вредных компонентов.
Нейтрализация сточных вод путем смешения кислых сточных вод со
щелочными. Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и
отработанную щелочь, как правило, различны. Кислые воды обычно
сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и имеют постоянную
концентрацию; щелочные воды сбрасываются периодически по
мере того, как сбрасывается щелочной раствор. В связи с этим для
щелочных вод часто необходимо устраивать регулирующий резервуар,
объем которого должен быть достаточным, чтобы принять суточное
количество щелочных сточных вод. Из резервуара эти воды равномерно
выпускают в камеру реакции, где в. результате смешения их с кислыми
сточными водами происходит взаимная нейтрализация.
Баланс кислых и щелочных сточных вод составляют на период, в
течение которого производится выпуск этих вод от всех цехов и
агрегатов, в том числе таких, от которых сточные воды спускаются
периодически.
103

Метод взаимной нейтрализации кислых и щелочных сточных вод
широко используют на предприятиях химической промышленности.
Нейтрализация сточных вод путем добавления реагентов. Если на
промышленных предприятиях имеются только кислые или только
щелочные сточные воды либо если невозможно обеспечить взаимную
нейтрализацию, применяют реагентный метод нейтрализации. Этот метод
наиболее широко используют для нейтрализации кислых сточных вод.
Выбор реагента для нейтрализации кислых сточных вод зависит от
вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей,
образующихся в результате химической реакции. Для нейтрализации
минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего
известь в виде пушонки или известкового молока и карбонаты кальция
или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и
общедоступны, но имеют ряд недостатков: при этом обязательно
устройство усреднителей перед нейтралнзационной установкой, затруднительно
регулирование дозы реагента по pH нейтрализованной воды, сложно
реагентное хозяйство. Скорость реакции между раствором кислоты и
твердыми частицами суспензии относительно невелика и зависит от
размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции
нейтрализации'соединения. Поэтому окончательная активная реакция в
жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого
времени A0—15 мин). Сказанное выше относится к сточным водам,
содержащим сильные кислоты (H2SO4, H2SO3), кальциевые соли которых
труднорастворимы в воде.
При нейтрализации производственных сточных вод, содержащих
серную кислоту, реакция в зависимости от применяемого реагента
протекает по уравнениям
Сэ(ОНJ = CaSO4 + 2Н2О;
H2SO4 + СаСО3 = CaSO4 + Н2О + СО2.
Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс)
кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaSO4-2H2O.
Растворимость этой соли при температуре 0—40 °С колеблется от 1,76 до
2,11 г/л. При более высокой концентрации сульфат кальция выпадает в
осадок, поэтому при нейтрализации сильных кислот, кальциевые соли
которых труднорастворимы в воде, необходимо устраивать отстойники-
шламонакопители. Существенным недостатком метода нейтрализации
серной кислоты известью является также образование пересыщенного
раствора гипса (коэффициент пересыщения может достигать 4—6),
выделение которого из сточной воды может продолжаться несколько
суток, что приводит к зарастанию трубопроводов и аппаратуры.
Присутствие в сточных водах многих химических производств
высокомолекулярных органических соединений усиливает устойчивость
пересыщенных растворов гипса, поскольку эти соединения сорбируются на
гранях кристаллов сульфата кальция и препятствуют их дальнейшему
росту.
Для уменьшения коэффициента пересыщения используется метод
рециркуляции образующегося в результате нейтрализации осадка
сульфата кальция. Концентрация ионов кальция в сточной воде уменьшается
при увеличении дозы рециркулирующего осадка; продолжительность
перемешивания этой воды должна быть не менее 20—30 мин. Для
уменьшения зарастания трубопроводов, по которым транспортируются
нейтрализованные известью сернокислотные стоки, применяют методы
промывки, увеличивают скорость транспортирования, а также заменяют
металлические трубопроводы на пластмассовые.
Для нейтрализации органических жирных кислот применяют известь,
содержащую не менее 25—30 % активного оксида кальция, или смесь
извести с 25 %-ной технической аммиачной водой.
104

ТАБЛИЦА 3.3. РАСХОД РЕАГЕНТОВ, кг/кг,
ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ 100 %-ных КИСЛОТ
И ЩЕЛОЧЕЙ
Доза реагента для обработки сточных вод определяется из условия
полной нейтрализации содержащихся в них кислот или щелочей и
принимается на 10 % больше расчетной (табл. 3.2).
Поскольку в кислых и
щелочных производственных сточных
водах практически всегда
присутствуют ионы металлов, то дозу
реагента следует определять с
учетом выделения в осадок солей
тяжелых металлов (табл. 3.3).
Количество реагентов G, кг,
для нейтрализации сточных вод
определяется по формуле
100
G = k——-QaA, C.1)
в
где k — коэффициент запаса расхода
реагента по сравнению с теоретическим,
равный для известкового молока 1,1, для
известкового теста и сухой извести 1,5;
В — количество активной части в
товарном продукте, %; Q — количество
сточных вод, подлежащих нейтрализации, м3;
і— расход реагента для нейтрализации,
кг/кг (см. табл. 3.2); А— концентрация
кислоты или щелочи, кг/м3.
При нейтрализации кислых
сточных вод, содержащих соли
тяжелых металлов, количество
реагентов G, кг, будет:
G = km
Щелочь
Известь:
негашеная
гашеная
Сода:

кальцинированная
каустическая
Аммиак
Кислота
к
серна
[
0,56
1,79
0,76
1,32
1,08
0,93
0,82
1,22
0,35
—
2,88
. те
К
с;
о
и
0,77
,1,3
1,01
0,99
1,45
0,69
1,1
0.9V
0,47
2,12
К
ПЗ
0,46
2,2
0,59
1,7
0,84
Г7І9
0,64
1,57
0,27
3,71
я
уксус
0,47
2,15
0,62
1,62
0,88
1,14
0,67
1,5
?
Примечание. Над чертой указан
расход щелочи, под чертой — расход кислоты.
ТАБЛИЦА 3.3. РАСХОД РЕАГЕНТОВ, кг/кг,
ТРЕБУЕМЫХ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
ЬпС„),
C.2)
Металл
Цинк
Никель
Медь
Железо
Свинец
Реагент
СаО
0,85
0,95
0,88
1
0,27
Са (ОН,,
1,13
1,26
1,16
1,32
0,36
NajCO,
1,6
1,8
1,66
1,9
0,51
NaOH
1,22
1,36
1,26
1,43
0,38
где С|, Сі Сп — концентрации
металлов в сточных водах, кг/м3; b\; Ьь
..., Ьп — расход реагентов, требуемых
для перевода металлов из
растворенного состояния в осадок, кг/кг (см.
табл. 3.3).
Например, при нейтрализации
гашеной известью сточных вод,
поступающих после травления
черных металлов серной кислотой, происходят следующие реакции:
с серной кислотой
H2SO4 + Са(ОНJ = CaSO4 + 2Н2О;
98 74 136 36
с сульфатом железа
FeSO4 + Са(ОНJ = CaSO4 + Fe(OHJ.
152 74 136 90
На основании приведенных выше реакций или данных табл. 3.2 и 3.3,
а также по содержанию серной кислоты и железа в отработанных
травильных растворах (соответственно А и С) можно определить
количество гашеной извести, кг, необходимой на нейтрализацию кислых сточных
вод и осаждение железа:
100
¦C@,76Л+ 1,32С).
C.3)
Количество сухого вещества осадка М, кг, которое образуется при
нейтрализации 1 м3 сточной воды, содержащей свободную серную
кислоту и соли тяжелых металлов, определяется по формуле
105

100 — Ь
в
(«і 4- *2) + Ч + O/i — У2 — 2),
C.4)
где В — содержание активной СаО в используемой извести, %; *i, л2 — количество
активной СаО, необходимой соответственно для осаждения металлов и для
нейтрализации свободной серной кислоты, кг; Хз — количество образующихся гидроксидов
металлов, кг; yt, у? — количество сульфата кальция, образующегося при осаждении
соответственно металлов и при нейтрализации свободной серной кислоты, кг.
Если значение третьего члена в формуле C.4) отрицательно, то он не
учитывается.
Объем осадка Voc, %, образующегося при нейтрализации 1 м3
сточной воды, можно найти по уравнению
ЮМ
^ C5)
100 — W,
где Wan — влажность осадка, %.
Рис. 3.1. Принципиальная схема станции
реагентной нейтрализации
/, // — подача соответственно кислых и
щелочных сточных вод; ///, IV — выпуск
соответственно нейтрализованных сточных вод н осадка: / —
песколовки; 2— усреднители; 3 — склад
реагентов; 4 — растворные баки; 5 — дозатор; 6 —
смеситель; 7—нейтрализатор; 8 —отстойник; 9 —
осадкоуплотнитель; 10 — вакуум-фильтр; 11 —
накопитель обезвоженных осадков; 12 —
шламовые площадки
Процессы реагентной
нейтрализации производственных
сточных вод осуществляются на нейт-
рализационных установках или
станциях (рис. 3.1).
Песколовки
предусматриваются при наличии в сточных водах
тяжелых механических
примесей. Резервуары-усреднители для
кислых и щелочных сточных вод
выполняются из материалов с
антикоррозионной защитой. Их
объем определяется в
зависимости от графика притока сточных
вод и колебаний концентраций
кислоты или щелочи. При
отсутствии таких графиков объем
резервуаров определяется по
технологическим данным.
Поступающие в резервуары сточные
воды перемешиваются воздухом.
При наличии одновременно кис-
Рис. 3.2. Аппарат для безотходного гашения извести
— барабан; 2 — горизонтальный вал; 3 — верхний люк; 4 — перегородка; 5 — шестерни;
р^ 7 — электродвигатель; 8 — нижний люк, 3 — сетка
!-ре-
106

лых и щелочных сточных вод учитывается их взаимная нейтрализация.
Размеры складов реагентов определяют с учетом возможности их
доставки. Запас реагентов обычно принимают на !5—30 сут. При
доставке реагентов вагонами объем склада должен быть кратен'объему
вагона. Известь на складах хранится в виде теста или в сухом виде в
закрытых бункерах. Хранение сухой извести навалом не допускается.
На складах должна быть предусмотрена механизация всех
процессов, связанных с разгрузкой реагентов из вагонов или автомашин, с
транспортированием реагентов внутри складов и с загрузкой их в
устройства для приготовления растворов. Известковое тесто- из склада к
месту приготовления известкового молока может подаваться
грейферным краном; сухая известь — закрытыми транспортерами и
элеваторами для предупреждения запыленности помещений.
Для нейтрализации гашеная известь применяется в основном в виде
известкового молока 5 %-ноп концентрации по активному оксиду
кальция. Для превращения комовой извести-кипелки в форму, удобную для
дозирования, ее следует погасить. При гашении извести происходит ее
гидратация с выделением теплоты
СаО + Н2О = Са(ОНJ + 67 кДж.
Для гашения комовой извести применяются безотходные известегасп-
тельные аппараты. Основным преимуществом термомеханической извес-
тегасилки С-703 является тонкий размол шарами недожога и пережога,
что исключает необходимость удалять вручную из известегасилки куски
непогашенной извести. Из известегасилки известковое молоко
направляется в гидроциклон или гидравлический классификатор для
отделения крупных частиц извести и возврата их на вторичное дробление.
Применяются также барабанные аппараты для безотходного
гашения извести (рис. 3.2). Этот аппарат представляет собой барабан
диаметром 1300 мм, вращающийся на горизонтальном валу. В барабане на
расстоянии 550 мм от передней его стенки установлена стальная
перегородка толщиной 10 мм, в которой в шахматном порядке просверлены
отверстия диаметром 10 мм. Редуктор it шестерни подобраны таким
образом, чтобы барабан имел частоту вращения 23—25 мин-1. В барабан
через верхний люк загружают 60 стальных или чугунных шаров
диаметром 70 мм, а через нижний люк 30 шаров диаметром 50 мм.
Для приготовления известкового молока в барабан через верхний
люк загружают 800—1000 кг комовой извести и наливают до горловины
горячую воду. После этого включают электродвигатель, и барабан
вращается в течение 30—40 мин. Затем барабан останавливают и через
задвижку патрубка, имеющегося на горловине нижнего люка, выпускают
известковое молоко (за 7—8 мин). Продолжительность гашения 1 т
извести в известегасилке составляет 1,5—2 ч; производительность
аппарата по безотходному гашению извести 12—15 т/сут.
На установках большой производительности для гашения извести
применяют шаровые мельницы; после них известковое молоко
пропускают через гидроциклон или классификатор.
Известковое молоко из аппаратов гашения извести сливают в баки
с пропеллерными или лопастными мешалками с вертикальной осью
вращения; частота вращения мешалки должна быть не менее 40 мин.-1.
При приготовлении рабочего раствора известкового молока
допустимо перемешивание раствора воздухом с интенсивностью аэрации
0,8 м3/(м2-мин), возможно также гидравлическое перемешивание с
помощью насосов в баках вместимостью 1—4 м3.
На рис. 3.3 показана механизированная установка для
приготовления раствора извести (при сухом способе ее хранения)
производительностью 20 т/сут. Поступающая на установку комовая известь
разгружается в приемный бункер, откуда с помощью пластинчатого питателя
ППН-6 подается на транспортер и далее в дробилку. После дробилки
107

A-A
План
¦p
. 3.3. Установка для приготовления раствора извести
/ — пластинчатый питатель; 2 — ленточный транспортер; 3 — дробилка молотковая: 4 — элеватор
ковшовый; 5 —бункер дробленой извести; 6 —резервуары для хранения 5 %-ного известкового
молока; 7 — шаровая мельница; 8 — классификатор; 9 — насосы фекального типа- 10 — насосы
плунжерные
частицы извести с крупностью
фракций не более 25 мм
поступают в шаровую мельницу,
работающую в замкнутом цикле с
классификатором. Известковое
молоко поступает в резервуар
концентрированного молока и
перекачивается плунжерными
насосами в расходные резервуары, где
насосами фекального типа
поддерживается во взвешенном
состоянии. Эти же насосы подают
известковое молоко на
дозирование.
При мокром способе хранения
поступившую комовую известь
загружают непосредственно в
емкости для приготовления и
хранения известкового теста,
которые предварительно на 50 %
наполняют водой. Грейферным
краном известковое тесто подается в бункер, сюда же под давлением 0,2—
0,3 МПа подается вода. Приготовленное в бункере концентрированное
молоко поступает на грохот для удаления частиц крупностью более 25 мм,
а затем подается в шаровую мельницу. Дальнейшие операции
аналогичны операциям, проводимым для сухого способа хранения извести.
Рис. 3.4. Дозатор растворов и суспензий
реагентов
/ — входная камера; 2, 3 — соответственно дозн-
рующий и .переливной бункер; 4 — поворотный,
делитель струи; 5,1 — соответственно сливной н
переливной, лотки; 6 — успокоительная
перегородка
108

Рабочий раствор подается в нейтрализуемую сточную воду с помощью
насосов или дозаторов. Реагенты можно дозировать в виде порошка
(тонкомолотая известь, известь-пушонка), суспензии (известковое
молоко), растворов (известь, а также кислоты, щелочи, сода и др.) и газа
(хлор, аммиак, озон и др.).
Дозаторы сухих реагентов направляют их в открытый поток или в
смеситель, где сухой реагент быстро растворяется. Дозаторы подают
¦:успензии, растворы и газы в открытый поток или в напорные
трубопроводы.
По принципу действия дозаторы делятся на следующие типы:
дозаторы постоянного расхода реагентов, обеспечивающие подачу
в сточную воду постоянного количества реагентов независимо от
расхода воды;
дозаторы подачи реагентов пропорционально расходу сточных вод,
обеспечивающие изменение количества подаваемого реагента в
зависимости от расхода этих вод;
дозаторы, рассчитанные на поддержание заданных параметров
качества сточных вод (например, pH), обеспечивающие регулирование
количества подаваемого реагента независимо от расхода этих вод,
начальной величины активной реакции и концентрации подаваемого
реагента.
Для дозирования сухих порошкообразных реагентов используют
тарельчатые, шнековые, вибрационные, ленточные объемные и весовые
дозаторы, а также питатели, применяемые в других отраслях
промышленности (строительных материалов, химической и др.).
Растворы и суспензии дозируют плунжерными, шестеренчатыми и
днафрагмовыми насосами-дозаторами. Одним из таких дозаторов
является дозатор ВНИИ ВОДГЕО с делением падающей плоской струи
раствора или суспензии реагента (рис. 3.4).
Суспензия или раствор из бака с мешалкой поступает во входную
камеру дозатора, избыток которых переливается в лоток 7 и сливается
оттуда в переливной бункер. Основной расход через успокоительную
перегородку переливается в лоток 5, с которого стекает струей,
разделяемой поворотным делителем на две части: одна поступает в
дозирующий.бункер и нз него в смеситель, другая — в переливной бункер и
возвращается в бак с мешалкой для реагентов. Поворотом делителя струи
можно изменять расход- раствора или суспензии реагента,
поступающего в смеситель. Производительность такого дозатора 1,5—40 м3/ч по
известковой суспензии.
Для дозирования растворов соды, гидроксида натрия, кислот и др.
широко применяют напорные шайбовые дозаторы, работающие под
действием перепада давлений в диафрагме, которая устанавливается
на трубопроводе обрабатываемой сточной воды.
Схема автоматического дозирования известкового молока,
разработанная во ВНИИ ВОДГЕО, приведена на рис. 3.5. Исходным
параметром регулирования служит величина pH сточной воды, поступающей в
смеситель. Отклонение этой величины от заданного значения
фиксируется перемещением стрелки pH-метра, датчик которого установлен в
смесителе. Колебания стрелки pH-метра вызывают перемещение
движка реостатного потенциометра, с которого сигнал поступает на
электронный регулятор. Через реверсивный магнитный пускатель регулятор
управляет исполнительным механизмом дозатора. Обратная связь
осуществляется реостатным датчиком, движок которого жестко закреплен
на валу исполнительного механизма. Вращение вада этого механизма
приводит к изменению количества раствора реагента, поступающего в
смеситель.
Для перемешивания реагента со сточной водой применяют
гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителях сме-
109

Рис. 3.5. Схема автоматического
дозирования известкового молока
I — подача сточных вод; 2 — смеситель; 3 —
подача извести; 4—дозатор; 5 — исполнительный
механизм; 6 — реостатный датчик; 7 —
реверсивный магнитный пускатель; 8 — электронный
регулятор; 9 — реостатный датчнк-потенциометр с
вторичным датчиком; 10 — pH-метр; // —датчик
шение реагентов с водой
достигается за счет энергии потока
воды, расходуемой на повышение
его турбулентности (шайбовые,
перегородчатые, дырчатые,
вихревые). В механических
смесителях турбулентность потока
усиливается мешалками различных
типов.
Из смесителей
обрабатываемые сточные воды поступают в
камеру реакции. При расходах
нейтрализуемой сточной воды до
50 м3/ч допускается применение
камер реакции периодического
действия (не менее двух), а при
больших расходах применяют
камеры реакции непрерывного
действия. Продолжительность
пребывания кислых или щелочных
сточных вод и реагента в камерах реакции принимается равной 5 мин,
а при нейтрализации кислых сточных вод, содержащих ионы тяжелых
металлов, продолжительность контакта увеличивается до 30 мин.
С целью обеспечения полноты и ускорения хода реакции
нейтрализации и осаждения тяжелых металлов в камерах реакции
производится непрерывное перемешивание сточных вод пропеллерным или
лопастными мешалками с вертикальной осью вращения. Частота вращения
мешалки принимается не менее 40 мин~'; при частоте вращения
150 мин продолжительность контакта сточных вод, содержащих ионы
тяжелых металлов, может быть сокращена до 15 мин.
Для отстаивания получающихся в результате нейтрализации
осадков применяют горизонтальные, радиальные или вертикальные
отстойники, рассчитанные на пребывание в них сточной.воды не менее 2 ч при
доведении pH до 7,5—8,5. В отдельных случаях вместо отстойников
возможно применение флотаторов, из которых выделенный осадок
удаляется сверху.
После отстойников (флотаторов) осадок направляется для
обезвоживания на шламовые площадки с дренажем. Площадки устраивают
на открытом воздухе, а при необходимости в закрытых утепленных
помещениях, оборудованных механизмами для удаления осадков.
Нагрузка на площадки, расположенные в закрытых помещениях,
принимается 10—15 м3/(м2-год). При расположении шламовых площадок
на открытом воздухе требуемую площадь следует рассчитывать исходя
из условий намораживания.
Если станция нейтрализации не имеет отстойников, то
нейтрализованная сточная вода направляется непосредственно из камер реакции
в накопители. Эти сооружения предназначены для осветления
нейтрализованной воды и складирования выделившегося осадка. Накопители
следует устраивать из расчета хранения в них осадка в течение 10—
15 лет. При отсутствии необходимых площадей допускается устройство
одногодичных накопителей, осадок из которых вывозится в отвал.
При нейтрализации кислых сточных вод, содержащих ионы
металлов, известковым молоком количество образующегося осадка зависит от
концентрации кислоты и ионов металла, а также от содержания в при-
¦ меняемой извести активного оксида кальция. При ежедневном в
течение года сбросе 1 м3 нейтрализованных сточных вод за год
накапливается 30—120 м3 осадка.
Если осадок, выделенный из нейтрализованной сточной воды в
отстойниках, в дальнейшем подлежит механическому обезвоживанию на
110

вакуум-фильтрах, фильтр-прессах или на центрифугах, то его из
отстойников перекачивают в осадкоуплотнителн, рассчитываемые на
продолжительность пребывания в них осадков не менее 6 ч.
Обезвоживание осадка на вакуум-фильтрах предусматривается при
количестве сухого вещества в нем не менее 25 кг/м3.
При расчете нагрузку на вакуум-фильтр следует принимать 15—
25 кг/(м2-ч) по сухому веществу, частоту вращения барабана 0,4 мин,
поддерживаемый вакуум 53—80 кПа; в качестве фильтрующей ткани
применяют капрон и бельтинг.
Для сокращения объемов образующегося осадка в ряде случаев
целесообразно многократное его использование в процессе нейтрализации.
При применении такой схемы нейтрализации после сооружений по
обезвоживанию 30—35 % обезвоженного шлама идет в отвал, а 65—70 %
направляется для повторного применения в качестве нейтрализующего
реагента.
Место складирования обезвоженных осадков выбирается по
согласованию с местными санитарными органами.
Нейтрализация кислых сточных вод путем фильтрования через
нейтрализующие материалы. Нейтрализация соляно- и азотнокислых, а
также сернокислых сточных вод при концентрации серной кислоты не
более 1,5 г/л происходит на непрерывно действующих фильтрах. В
качестве загрузки применяют такие нейтрализующие материалы, как
доломит, известняк, магнезит, мел, мрамор и др. Крупность фракций
материала загрузки 3—8 см; расчетная скорость фильтрования зависит от
вида загрузочного материала, но не более 5 м/ч; продолжительность
контакта не менее 10 мин.
Применение таких фильтров возможно при условии отсутствия в
кислых сточных водах растворенных солей металлов, поскольку при
рН>7 они будут выпадать в осадок в виде труднорастворимых
соединений, которые полностью забивают поры фильтра. Ограничивается
применение нейтрализующих фильтров при подаче на них сернокислых
сточных вод с концентрацией серной кислоты более 1,5 г/л. В этом
случае количество образующегося сульфата кальций превышает его
растворимость (~2 г/л) и он начинает выпадать в осадок, который,
покрывая поверхность нейтрализующей загрузки, затрудняет доступ к
ней кислоты, в результате чего нейтрализация прекращается. Если
загрузка выполняется из карбоната магния, это ограничение
снимается, поскольку растворимость сульфата магния достаточно высока
C55 г/л по MgSO4 • 7Н2О).
Конструктивно фильтры выполняются с вертикальным движением
нейтрализуемых кислых сточных вод.
При нейтрализации сточной воды на вертикальном фильтре высоту
слоя загрузочного материала Н, см, определяют по эмпирической
формуле С. А. Вознесенского
H = KdnC+\gb)Vv, C.6)
где К и п — эмпирические константы; d — диаметр зерен загрузочного материала, мм;
Ъ — концентрация кислоты, г-экв/л; и — скорость фильтрования, равная 4—8 м/ч.
Величина п относительно постоянна и в среднем равна 1,47.
Величина К зависит от сорта доломита: так, для щелковского доломита
К=0,62, а для уральского К=1,31. Приведенное уравнение
справедливо при нейтрализации серной кислоты; для других кислот требуется
экспериментальное определение эмпирических констант.
Если концентрация кислоты А, присутствующей в сточных водах,
выражена в г/л, то для пересчета ее в г-экв/л можно воспользоваться
переводным коэффициентом а; тогда Ь = аА. Коэффициент а для серной
кислоты равен 0,0204, соляной — 0,0277, азотной — 0,0159, уксусной —
0,0167. Если концентрация выражена в процентах, то Ь=ЮаА.
ill

план
Рис. 3.6. Вертикальный доломитовый фильтр-нейтрализатор
1 — подача кислых сточных вод; 3—приемные камеры; 3 — доломитовые фильтры; 4 —гравий;
5 — дренаж; 6 —выпуск нейтрализованных сточных вод
После определения величины Н подсчитывают площадь
фильтрования /, м2, по формуле
/ = <?/*, C.7)
где q — расход нейтрализуемых сточных вод, м3/с; v — скорость фильтрования, м/с.
Далее определяют суточный расход реагента М, т/сут (загрузочного
материала):
C.8)
где а — расход щелочного реагента на нейтрализацию (см. табл. 3.2); А —
концентрация кислоты, кг/м3; Q — расход нейтрализуемых сточных вод, м3/сут.
Так как полное A00 %-ное) использование активной части
загрузочного материала фильтра практически невозможно, вводится
коэффициент для определения фактического расхода материала Л1Ф
(например, для доломита Мф=1,5 М).
Продолжительность работы фильтра t без перегрузки определяют
по формуле
t^P/Мф. C.9)
Масса загруженного в фильтр нейтрализующего материала Р, т,
P = Hft, (З.Ю)
где у — плотность загрузочного нейтрализующего материала, т/м3: для доломита,
известняка и мрамора составляет 2,8; магнезита — 3; мела — 2,7 т/м3.
В зависимости от высоты слоя загрузочного материала, площади
фильтрования и местных условий назначается число фильтров и
определяются их конструктивные размеры в плане.
На рис. 3.6 приведен пример вертикального
фильтра-нейтрализатора с доломитовой загрузкой.
Длина горизонтального фильтра-нейтрализатора /, м,
/ = &//, (З.П)
где v—скорость фильтрования, равная 0,01—0,03 м/с; t— продолжительность
контакта сточной воды с загрузочным материалом, с, равная:
C.12)
здесь k — коэффициент, характеризующий активность доломита: для подмосковного
?=1,87, для уральского ? = 3,96; d— средний диаметр зерен загрузочного материала,
см; Ь — концентрация кислоты, г-эка/л.
112

Необходимый уклон і горизонтального фильтра находят по
выражению
где v — скорость фильтрования, см/с; S — коэффициент, зависящий от d и равный
20—A4/rf); ро — пористость загрузки, равная 0,35—0,45.
Суммарные потери напора /г, м, в фильтре
h = il. C-Й)
Площадь поперечного сечения /, м2, фильтра
f = qfr, C.15)
где q — приток сточных вод, и3/с; v — скорость фильтрования, м/с.
Соотношение между шириной В и высотой фильтра Н принимают в
зависимости от местных условий.
Определение суточного расхода реагента, продолжительности
работы горизонтального фильтра и массы загружаемого фильтрующего
материала производится по формулам C.8) — C.10).
При проектировании установок по нейтрализации кислых стоков все
резервуары, трубопроводы, насосы, лотки и другую аппаратуру, сопри-
касающую с этой сточной водой, следует принимать из
кислотоупорного материала или предусматривать надежную изоляцию. .
§ 18. ОКИСЛЕНИЕ
Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания
производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды,
комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые
нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими
методами (сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются
в машиностроительной (цехи гальванических покрытий), горно-добыва-
ющей (обогатительные фабрики свинцово-цинковых и медных руд),
нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы),
целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях
промышленности.
В узком смысле окисление — реакция соединения какого-либо
вещества с кислородом, а в более широком — всякая химическая реакция,
сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов.
В практике обезвреживания производственных сточных' вод в качестве
окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и иатрия, хлорную
известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород
воздуха.
Среди других окислителей, которые применяются при очистке
производственных сточных вод, можно назвать пероксид водорода, оксиды
марганца, перманганат и бихромат калия. Эти окислители, хотя и не
находят широкого применения, но в ряде случаев могут быть
использованы для окисления фенолов, крезолов, цпанидсодержащих примесей
и др.
Окисление активным хлором. Обезвреживание сточных вод хлором
или его соединениями — один из самых распространенных способов их
очистки от ядовитых цианидов, а также от таких органических и
неорганических соединений, как сероводород, гидросульфид, сульфид, ме-
тилмеркаптан и др.
Сточные воды, содержащие ядовитые цианиды, образуются на
машиностроительных и металлообрабатывающих заводах в гальванических
цехах. Значительное количество цианидсодержащнх сточных вод
получается при промывке изделий после закалки их в расплавах цианидов.
Обычно содержание цианидов в таких сточных водах колеблется от 20
до 100 мг/л, но бывает и выше.
8-179 ИЗ

100
во
40
UO
Окисление ядовитых цианид-
ионов CN~ осуществляется путем
перевода их в нетоксичные циа-
наты CNO~, которые затем гид-
ролизуются с образованием
ионов аммония и карбонатов:
80 З-
100
CN - + 20H- — 2e-+CHQ- -f HO;
CNO ~ + 2H2O->NH+ + CO]".
Возможен также перевод
токсичных соединений в
нетоксичный комплекс или в осадок (в
виде нерастворимых цианидов) с
последующим удалением его из
сточных вод отстаиванием или
фильтрованием.
При введении в воду хлор гидролизуется, образуя хлорноватистую
и соляную кислоты:
2 6 10 pH
Рис. 3.7. Концентрация НОСІ и ОСІ- в
воде при изменении величины pH
В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево, и в
воде присутствует молекулярный хлор; при значениях рН>4
молекулярный хлор в воде практически отсутствует. Образовавшаяся в
результате гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует на ион
пшохлорита ОСІ" и ион водорода Н+. Соотношение между недиссо-
циированной хлорноватистой кислотой НОСІ и ионом гипохлорита ОСЬ
в воде при различных величинах pH показано на рис. 3.7.
Гипохлориты кальция или натрия, а также хлорная известь
образуют в воде хлорноватистую кислоту и ион гипохлорита в соотношениях,
определяемых pH водной среды.
Окисление цианидов хлором можно проводить только в щелочной
среде (рН^9-И0)
CNT + 2ОН~ -t- С1.2-»- CNO"
•2СГ
2Н2О.
Образующиеся цианаты можно окислить до элементарного азота и
диоксида углерода
2CNO- + 4ОН- + ЗС12 -»- 2СО2Т + 6С1— + N2T + 2Н2О.
При снижении pH возможно протекание реакции прямого
хлорирования цианида с образованием токсичного хлорциана
CN- + Cl2-*- CNC1 + С1-.
Более надежным и экономически целесообразным методом является
окисление цианидов гипохлорптами в щелочной среде (pH = 10ч-11).
В качестве реагента, содержащего нон пшохлорита ОСЬ, служат
хлорная известь, гипохлориты кальция или натрия. Между гипохлоритом и
простыми цианидами протекает следующая реакция:
CN- -Ь ОСЬ -*¦ CNO- + С1-.
Реакция протекает быстро A—3 мин) и полно. Образующиеся
цианаты постоянно гидролизуются.
В растворах, содержащих цианид-ионы и медь, одновременно могут
присутствовать комплексные цианиды меди [Cu(CNK]2~ и [Cu(CNL]3~,
окисление которых гипохлоритом проходит по уравнениям:
2 [Cu(CNK]2- + 7OCI- + 2ОН- + H2O-*6CNO- + 7С1- + 2Cu(OHJl';
3 [Cu(CNL]3- + 13ОС1- + 4ОН- + H2O-*12CNO- + 13С1- + 3Cu(OHJl.
При окислении ядовитого комплекса цианида цинка происходит
следующая реакция:

lZn(CNL]2- + 40CI- + 20H—*4CNO- + 4CI- + Zn@HJl.
Для определения расхода гипохлоритов кальция или натрия, а
также хлорной извести на окисление цианидсодержащих сточных вод
можно воспользоваться формулой
X = kxQ/(a-\O), C.I6)
где X — требуемое количество реагента, кг/сут; к — коэффициент запаса реагента,
принимаемый равным 1,2—1,3; Q — количество циаиидсодержащих сточных вод,
м3/сут; а — содержание активного хлора в реагенте, равное в товарной хлорной из-
вестн 30—35 %, в гипохлормте кальция 30—45 %; х—теоретическое количество
активного хлора, необходимого для окислення цианидов, г/м3:
х = пС; C.17)
п — стехиометрический коэффициент (по активному хлору); С — концентрация
цианидов в сточных водах (в пересчете на цнанид-ион), г/м3.
Для определения коэффициента я подсчитывается количество
активного хлора в гипохлорите. Активный хлор определяется по количеству
грамм-атомов йода, выделенных данным реагентом из йодистого калия
в кислой среде. Запишем реакцию окисления простых цианидов гипо-
хлоритом в ионно-электронном виде:
С1++ 2е-*СГ; CN~ — 2«-* CN + .
Это значит, что при взаимодействии гипохлорита с КІ наблюдались
следующие реакции:
С1+ -f 2е-*СГ; 21 - — 2е->21.
Выделившиеся два грамм-атома йода соответствуют двум
грамм-атомам активного хлора. Таким образом, соотношение масс реагирующих
цианид-иона-и активного хлора гипохлорита равно 126: 71.
Следовательно, на 1 ч. цианид-иона требуется 2,73 ч. активного хлора, т.е. я=2,73.
Величина коэффициента п определяется для каждой реакции
окисления цианидсодержащих соединений. Так, при окислении комплексных
цианидов меди [Cu(CNK]2~ и [Cu(CNL]3~ величина п равна
соответственно 3,18 и 2,96, а для окисления комплексных цианидов цинка п =
= 2,73. При окислении цианидсодержащих сточных вод ионом
гипохлорита окислитель может расходоваться не только на окисление цианидов,
но и на окисление других веществ, присутствующих в сточных водах.
Поэтому значение п следует проверять экспериментально для конкретных
сточных вод.
При наличии в сточной воде аммиака аммонийных солей или
органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорноватистая
кислота и гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя моно- и ди-
хлорамины, а также треххлористый азот:
NH3 + HOCl-vNH2Cl + Н2О;
NH2Ci + HOCl-vNHCl2 + Н2О;
NHCI2 + HOCl-*-NCI3 + H2O.
При обезвреживании сточных вод обычно применяется 5%-ный
рабочий раствор реагента (по активному хлору).
Обработка цианидсодержащих сточных вод диоксидом хлора С1О2
имеет ряд преимуществ. Диоксид хлора обладает большой
окислительной способностью по сравнению с другими окислителями (кроме фтора
и озона). Водные растворы С1О2 устойчивы в течение длительного
времени. При обработке сточных вод диоксидом хлора не образуется
высокотоксичных продуктов прямого хлорирования (хлорциана, хлорфено-
ла и др.) в любом диапазоне величин pH.
Окисление цианидов диоксидом хлора протекает по уравнению
CN- + 2СЮ2 + 2ОН~ -> + 2CN0- СЮ^ + Н2О.
Более эффективно процесс окисления идет при рН^Ю; при
начальном содержании цианидов 25 мг/л и продолжительности окисления
8* 115

Рис. 3.8. Технологическая схема автоматизированной установки для обезвреживания
сточных вод
/ — баки для реагентов; 2 — вентили ручного дозирования реагентов; 3— щит управления и
автоматики; 4 — резервуар для цианидсодержгщнх сточных вод; 5 — регулирующие вентили; 6 —
лопастные мешалки; 7 — датчик pH-метра; 8, 10 — соответственно датчик концентрации цианидов и
хрома; 9 — резервуар для хромсодержащизе сточных вод; //—резервуар-нейтрализатор; 12 — по-
илаьковыЯ регулятор; 13— резервуар для обезвреженных сточных вод; 14— насос для их
перекачки
Гмин эффективность составляет 95%', а через 10 мин реакция
окисления практически заканчивается.
Процесс окисления цианидов, связанных в комплексе с медью,
протекает по уравнениям:
5 [Cu(CNK]?- + 7СЮ2+ 12OH--H5CNO- + 7С1— + 5Cu(OHJ + Н2О;
5 [Си (CNL13- + ^CIO2 + 14OH--»-2OCNO- + 9С1- + 5Си(ОНJ + 2Н2О.
В качестве примера на рис. 3.8 приведена технологическая схема
автоматически работающей установки для обезвреживания сточных вод
цеха гальванических покрытий машиностроительного завода.
Сточные воды цеха разделены на три группы, содержащие: 1)
цианиды; 2) шестнвалентный хром; 3) кислоты и щелочи. Каждый сток
поступает в отдельный резервуар, рассчитанный на 30—40 мин
пребывания в нем. Часть полезного объема резервуаров A0—15 %) является
камерой смешения, куда автоматически подаются реагенты, в том
числе щелочи и кислоты для поддержания постоянной величины pH; для
цианидсодержащих стоков рН = 10,5, для хромовых рН=2,5. Стоки,
содержащие цианиды, обезвреживаются гипохлоритом натрия.
Технологическая последовательность обезвреживания
шестивалентною хрома заключается в восстановлении его до трехвалентного с
последующим осаждением в воде гидроксида. В качестве реагента для
восстановления Сг6+ до Сг3+ используется гидросульфит натрия.
Реакция идет сначала в кислой среде
? 7 + 5Н+ -*Сг3+ + 3SO^~ + 4H?O,
затем в щелочной среде Сг3+ выпадает в осадок в виде
Сг9+ + ЗОН"->Сг(ОН)з|.
Обезвреженные и нейтрализованные сточные воды направляются в
отстойник, где происходит осаждение гидроксида хрома. Остаточные
концентрации цианидов и хрома в очищенной воде не превышают
допустимых санитарными нормами.
Хлорирование применяется также для дезо'дорации сточных вод,
образующихся при варке сульфатной целлюлозы и при выпаривании
черного щелока на целлюлозно-бумажных комбинатах. Эти сточные воды
содержат сероводород, сульфиды, метилмеркаптан и др.
не

В щелочной среде хлор окисляет сульфиды до сульфатов
Na2S + 4С12 + 8NaOH->-Na2S04 + 8^Сі + 4Н2О;
в кислой и нейтральной среде возможно образование сульфитов
H2S + ЗС12 + 3H2O^-H2SO3 + 6HCI;
NaHS + 3CI2 + 3H2O-*NaHSO3 + 6НС1.
При избытке хлора окисление всегда идет до сульфатов. Метилмер-
каптан окисляется хлором несколько медленнее, чем сероводород, но
значительно быстрее, чем сульфиды и дисульфиды. В зависимости от
расхода хлора окисление метилмеркаптана может протекать с
образованием различных продуктов:
2CH3SH + C12-*CH3SSCH3 + 2НС1;
CH3SH + 2С12 + H2O->CH3SOC1 + 3HC1;
CH3SH + 3C12 + 2H2O-*CH3SO2C1 + 5HC1.
Поскольку метилмеркаптан окисляется хлором сравнительно
быстро, продолжительность контакта сточных вод выпарной станции
(загрязненных в основном сероводородом и метилмеркаптаном) с хлором
составляет 5 мин.
В зависимости от агрегатного состояния вводимых в воду хлора или
хлорсодержащих реагентов определяется технология обработки сточных
вод. Если эту воду обрабатывают газообразным хлором или диоксидом
хлора, то процесс окисления осуществляется в абсорберах; если хлор
или диоксид хлора находится в растворе, то их подают в смеситель и
далее в контактный резервуар, а которых обеспечиваются эффективное
их смешивание и требуемая продолжительность контакта со сточной
водой. Хлораторные установки включают складское хозяйство и
устройства для дозирования хлора. Для дозирования газообразного хлора
наиболее широко применяются вакуумные хлораторы ЛОНИИ-100 с
ротаметрами РС-3 и РС-5, имеющие производительность по хлору 0,08—
20 кг/ч.
Окисление кислородом воздуха. Значительно шире, чем хлорсодер-
жащие реагенты, для окисления сульфидных рточных вод целлюлозных,
нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов применяется
кислород. Реакция окисления идет в жидкой .фазе при повышенных
температуре и давлении.
Окисление гидросульфидной и сульфидной серы протекает через ряд
последовательных стадий
В процессе окисления сера изменяет свою валентность с —2 до +6.
В водных растворах под действием кислорода воздуха через ряд
последовательных стадий проходит процесс окисления метилмеркаптана
CH3SH-9-CH3SSCH3-9-CH3SO2H-vCH3SO3H.
Если активная реакция водной среды рН = 7ч-13,75, то основным
продуктом окисления сероводорода, гидросульфида и сульфита
является тиосульфат.
При окислении сточных вод варочных цехов (рН=9-ь9,5)
протекают следующие реакции:
2HS- + 2O.2-+spl~ + Н2О;
2HS- + 302 + 2ОН- -* 2SO^~ + 2Н2О;
2HS- + 4О2 + 2ОН~ -* 2SO;;- + 2H2O.J
В процессе окисления величина pH сточной воды понижается.
117

Окисление сточных вод выпарной станции (рН = 7-^7,5) протекает
по уравнениям:
2H2S + 2O2-*S2C>3~ + Н2О + 2Н+;
8H2S + 9O2->2S4Og~ + 6Н2О + 4Н+;
2HS- + 4O2-^ 2SOf- + 2H+.
В процессе окисления величина pH раствора понижается, возможно
образование элементарной серы.
При окислении черных щелоков (рН= 12,15-ї-12,75) происходят
реакции:
S2-
2HS- + ЗО
2S2- + 2О2 + Н2О-^ S2Ol~ + 2ОН-;
2
HS" + 2О2 + OH~-*SO^~ + H2O;
2
При окислении гидросульфида и сульфида до тиосульфата величина
pH раствора повышается, при окислении гидросульфида до сульфита и
сульфата величина pH раствора понижается, а при окислении
сульфида до сульфита и сульфата активная реакция среды не изменяется.
С повышением температуры и давления скорость реакции и глубина
окисления сульфидов и гидросульфидов увеличиваются. Теоретически
на 1 г сульфидной серы расходуется 1 г кислорода. Для полного
окисления черного щелока (с концентрацией сульфида 6 г/л) с
температурой 80—100 °С под давлением 0,1—0,8 МПа требуется 5,4 кг кислорода
или 28 м3 воздуха на 1 м3 щелока; продолжительность контакта при
этом составляет 1 мин.
На рис. 3.9 приведена принципиальная схема установки по
окислению сульфидов, содержащихся в сточных водах, кислородом воздуха.
Эта сточная вода поступает в приемный резервуар и через
теплообменник подается в окислительную колонну, а воздух — в нижнюю часть
колонны. Влага из отработанного воздуха конденсируется в сепараторе,
откуда направляется в приемный резервуар. Сточные воды после
окисления охлаждаются в холодильнике и поступают на дальнейшую
очистку. Необработанная сточная вода подогревается водяным паром и
теплотой конденсата.
Осуществить процесс разрушения сульфидных соединений можно
также диоксидом углерода, содержащимся в отходящих дымовых
газах. Сущность этого способа заключается в следующем. Сточная вода,
содержащая сернистые щелочи, из нефтеловушки поступает в приемный
резервуар, далее подогревается в теплообменнике и направляется на
дезодорацию в колонну, в которую подают водяной пар и дымовые газы.
Образование карбонатов происходит по следующим уравнениям:
Na2S + СО2 + H2O-^Na2CO3 + H2S;
2NaHS + СО2 + Н2О-»-№2СОз + 2H2S.
Выделяющийся сероводород, выносимый дымовыми газами и
паром, направляется .на сжигание, а при использовании диоксида
углерода он служит сырьем для получения серной кислоты.
Озонирование. Озон является сильным окислителем и обладает
способностью разрушать в водных растворах при нормальной температуре
sis

многие органические вещества и примеси. Подавлении 0,1 МПа и
температуре 0 °С растворимость озона в воде составляет 0,4 г/л.
Растворимость озона в воде зависит также от активной реакции среды, наличия
кислот, щелочей и солей. Так, при наличии кислот и солей
растворимость озона в воде
увеличивается, а при наличии щелочей
уменьшается. Озон самопроизвольно
диссоциирует на воздухе и в
водных растворах, распадаясь на
молекулу и атом кислорода.
Скорость распада в водном растворе
возрастает с увеличением солесо-
держания, значений pH и
температуры воды.
По сравнению с другими
окислителями, например хлором, озон
имеет ряд преимуществ. Его
можно получать непосредственно
на очистных установках, причем
сырьем служит технический
кислород или атмосферный воздух.
Перспективность применения
озонирования как
окислительного метода обусловлена также
тем, что оно не приводит к
увеличению солевого состава
очищаемых сточных вод, не загрязняет
Рис. 3.9. Принципиальная схема установки
по окислению сульфидов, содержащихся в
сточных водах, кислородом воздуха
/ — подача сточной поды; 2 — приемный
резервуар; 3. 4. 6 — выпуск соответственно конденсата,
отработанного воздуха и увлажненного отраоо-
танного воздуха; 5 — сепаратор; 7 —
окислительная колонна; 8 — холодильник; 9 — выпуск
обработанных сточных вод; 10 —
воздухораспределительное устройство; 11 — подача воздуха; 12 —
теплообменник; 13 — насос
Рис. 3.10. Технологическая схема озонирования производственных сточных вод
/ — воздухозаборная шахта; 2 — подача атмосферного воздуха; 3 — фильтр; 4 — воздуходувка;
а —теплообменник; ?—водоотделитель; 7 — установка для осушки воздуха; 8— подача возд>ха
на регенерацию адсорберов; 9 — блок фильтров; 10 — хозяйственно-питьевой водопровод; // — ге-
нератод озона; 12 — канализация; 13— подача озоно-воздушной смеси; 14 — контактная камера
озонирования сточных вод; /а—подача необработанных сточных вод; 16 — пористые
распределительные трубки; /7 — выпуск озонированных сточных вод; 18 — подача охлажденного рассола;
19 — бак охлажденного рассола; 20 — трехходовой смесительный клапан; 21, 22 — насос
соответственно охлажденного и нагретого рассола; 23 — бак нагретого рассола; 24 — подача нагретого
рассолаі 25 — холодильная иашнаа
119

воду продуктами реакции, а сам процесс легко поддается полной
автоматизации.
В процессе обработки сточных вод озон, подаваемый в камеру
реакции в виде озоно-кислородной или озоно-воздушной смеси, вступает
в химические реакции с загрязняющими сточные воды веществами.
Таким образом, озонирование представляет собой абсорбционный
процесс, осложненный химическими реакциями.
Наиболее экономичным способом является получение озона
непосредственно на очистных сооружениях путем тихого (короткого) электри-.
ческого разряда в воздухе. Тихий разряд образуется в узком газовом
пространстве между двумя электродами, к которым подведен ток
напряжением 5—25 тыс. В. В озонаторах используются электроды из стекла,
внутренняя поверхность которых покрыта металлической амальгамой.
Ее слой является электродом высокого напряжения.
В существующих промышленных генераторах-озонаторах применяют
стеклянные трубчатые или пластинчатые элементы. Обычно озонаторы
выполняют в виде цилиндрических сосудов, в которых располагается
несколько десятков параллельно работающих трубчатых озонирующих
элементов, состоящих из двух концентрически расположенных
стеклянных трубчатых электродов. Воздух движется вдоль оси озонирующих
элементов в кольцевом пространстве между концентрически
расположенными электродами. Молекулы кислорода под действием
электрических разрядов дробятся, и образовавшиеся атомы легко
присоединяются к целым молекулам вследствие их молекулярного сродства, образуя
молекулу озона: . . .
О + О2 ^ О3.
Большое значение имеет также то, что атом кислорода,
выделяющийся в этой реакции, может взаимодействовать с молекулой озона с
выделением теплоты
О + О3 ^ 2О2 + 400 кДж.
Производительность озонатора и расход электроэнергии на
получение озона в значительной степени зависят от влагосодержания
поступающего в озонатор воздуха, его температуры, концентрации кислорода,
а также от конструкции озонатора и способа подачи озоно-воздушной
смеси в реактор.
Принципиальная технологическая схема озонирования
производственных сточных вод (рис. 3.10) состоит из двух основных узлов:
получения озона и очистки сточных вод. Узел получения озона включает
четыре основных блока: получения и охлаждения воздуха; осушки,
фильтрования воздуха; генерации озона. Атмосферный воздух через возду-
хозаборную шахту подается на фильтр, где очищается от пыли, после
чего воздуходувками подается на водоотделитель капельной влаги, а
затем на автоматические установки для осушки воздуха, загруженные
активным глиноземом. Осушенный воздух поступает в автоматические
блоки фильтров, в которых осуществляется тонкая очистка воздуха от
пыли. Из фильтров осушенный и очищенный воздух подается в блоки
озонаторов, где под действием электрического разряда генерируется
озон, который вместе с воздухом в виде озоно-воздушной смеси
направляется в контЬктную камеру и смешивается с обрабатываемой сточной
водой. Озоно-воздушная смесь распыляется трубками из пористой
керамики. Циркуляция обрабатываемой сточной воды и озоно-воздушной
смеси в контактной камере реакции во встречном направлении
обеспечивает большую эффективность озонирования. Камеры реакции могут
быть одно- и двухступенчатые.
В связи с токсичностью озона, поражающего органы дыхания и
центральную нервную систему, особое внимание при проектировании озо-
наторных установок уделяется вопросу вентиляции помещений и
герметизации реакторов (предельно допустимое содержание озона в воздухе
120

помещений, где находятся люди, составляет 0,0001 мг/л). Осушка
воздуха является одним из основных этапов подготовки воздуха перед
получением озона, так как даже небольшое содержание влаги понижает
выход озона и ведет к перерасходу электроэнергии. Для обеспечения
требуемой степени осушки воздуха (до точки росы 50 °С) в периоды
года, характеризующиеся большим содержанием влаги в атмосферном
воздухе, предусматривается предварительное охлаждение воздуха до
температуры 8°С. В холодильной установке воздух обрабатывают
охлажденным рассолом, подаваемым от фреоновой холодильной машины,
в состав которой входят баки охлажденного и нагретого рассола, на-
сосно-силовое оборудование и регулятор температуры воздуха после
теплообменников.
Озон и его водные растворы чрезвычайно коррозионны: они
разрушают сталь, чугун, медь, резину, эбонит. Поэтому все элементы озона-
торных установок и трубопроводы, контактирующие с озоном или с его
водными растворами, должны изготовляться из нержавеющей стали и
алюминия.
Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из хорошо
осушенного воздуха для озонаторов различных типов составляет 13—29 кВтХ
Хч, а из неосушенного воздуха — 43—57 кВт-ч. Расход электроэнергии
на осушение воздуха и его компрессию для получения 1 кг озона 6—
10 кВт-ч.
В обрабатываемую сточную воду озон вводят различными
способами: барботированием содержащего озон воздуха через слой воды
(распределение воздуха происходит через фильтросы); противоточной
абсорбцией озона водой в абсорберах с различными насадками (кольца
Рашига, хордовая насадка и др.); смешиванием воды с озоно-воздушной
смесью в эжекторах или специальных роторных механических
смесителях.
При расчете контактных реакционных камер прежде всего
определяют площадь распыливающих элементов, которые размещают у дна
камеры для равномерного распределения озоно-воздушной смеси в воде.
В качестве распределительных устройств используют металлокерамиче-
ские или керамические трубы с порами размером соответственно 40—
100 или 60—100 мкм, оптимальный режим диспергирования которых
наблюдается при интенсивности распыления соответственно 76—91 и 20—
26 mj/(m2-4). Необходимую общую площадь всех распыливающих
элементов контактной камеры барботажного типа /общ, м2, определяют по
формуле
/общ = Qdo3/(Cw), C.18)
где Q — расход сточных вод, м3/ч; d03 — требуемая доза озона, г/и3; С —
концентрация озона в озоно-воздушной смеси, г/м3; w — интенсивность распыления на единицу
площади пористых распылителей, м3/(м2-ч).
Число распыливающих элементов
1 = /общ//э* C.19)
где f3 — площадь одного распылнвающего элемента, м2.
Металлокерамические распылительные трубы следует располагать
по дну контактных камер на расстоянии 0,4 м, а керамические трубы
на расстоянии 0,5 м между осями. При таком расположении труб бар-
ботажные факелы объединяются на высоте 2 м.
. Общий объем камеры W, м2, вычисляют по формуле
W = knpQt, C.20)
где knp — коэффициент увеличения объема воды за счет ее продувки озоно-воздушной
смесью, обычно равный 1,1; t— іродолжнтельность пребывания сточной воды в
реакционных камерах, ч.
Величины аоя и t определяются экипериментально для каждого вида
производственных сточных вод. Высота слоя воды над распылителями
121

# = 4,5ч-5 м. В двухступенчатых реакционных камерах высота слоя
воды в каждой ступени составляет 2,5—2,8 м.
Реакционные контактные камеры могут быть прямоугольными и
круглыми в плане, число их принимается не менее двух.
Необходимое количество озона D03, кг/ч, определяют по выражению
Doa = doaQ/1000. C.21)
Число озонаторов находят исходя из производительности серийно
выпускаемых озонаторов
m = kD03/q0Bi C.22)
где k — коэффициент запаса, принимаемый равным 1,05—1,1; q03 —
производительность одного озонатора, кг/ч.
В табл. 3.4 приведены основные технические характеристики
отечественных озонаторов. Для определения себестоимости очистки сточных
вод методом озонирования можно считать, что стоимость получения и
введения в воду 1 кг озона составляет 80—90 коп.
ТАБЛИЦА 3.4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЗОНАТОРОВ ТРУБЧАТОГО ТИПА
Тип
озонатора
ОП-4
011-6
ОП-121
ьная
іитель»
озону,
Sog
Номин
ПРОНЗЕ
НОСТЬ
кг/ч
1
2
1,6
рация
озоно-
ой
5 я я*"
Конце
озона
возду
снеси.
16—17
14—16
14—16
а л
Средн
возду
40
80
120
;ние на
lax, кВ
Напр я
электр
10
10
16
Тип
озонатора
ОП-315
ОП-510
ьная
дитель-
озону,
та ° §
Номин
произі
ность
кг/ч
3,8
6
рация
озоно-
0A
1
Конце
озона
возду
смеси.
12—14
12—14
и
р
Средн
возду
300
450
Напря
элект[
18
18
Приведенные многочисленные исследования по окислению
различных органических загрязнений озоном показали эффективность этого
способа при обработке водных растворов, содержащих фенолы,
циклопентан, циклогексан, тетраэтилсвинец, нафтеновые и сульфанафтеновые
кислоты, цианиды, крез.олы, неионогенные и анионоактивные ПАВ,
нефть и др.
В качестве примера можно привести реакции окисления
сероводорода, при этом на первой стадии наблюдается выделение серы, а на
второй окисление непосредственно до H2SO4:
H2S + Оз-^S + О2 + Н2О;
3H2
Ре-акции протекают одновременно, но при избытке озона
преобладает вторая.
При окислении цианидов протекают следующие реакции:
CN- + Оз-^CNO- + О2;
CNO- + 2Н+ + Н2О-*СО2 + NH4.
Расход озона на разрушение загрязняюц-.их сточные воды веществ
зависит от многих факторов: pH водной срэды, концентрации вредных
веществ и озона, способов смешения и продолжительности контакта
озоно-воздушной смеси с обрабатываемыми гточными водами и др. При
применении катализаторов увеличиваются скорости реакций окисления
озоном. Процесс озонирования можно интенсифицировать совместным
воздействием озона и ультразвука или озоь'а и ультрафиолетового
излучения.
Электрохимическое окисление. Электрохимические методы очистки
основаны на электролизе производственных сточных вод. Химические
122

превращения при электролизе могут быть весьма различными в
зависимости от вида электролита, а также материала электродов и
присутствия различных веществ в растворе. Основу электролиза составляют
два процесса: анодное окисление и катодное восстановление.
На аноде, выполненном из материалов, не подвергающихся
электролитическому растворению (платина, графит), в зависимости от солевого
состава обрабатываемых сточных вод и условий электролиза
выделяются кислород и галогены, а также окисляются некоторые
присутствующие в сточных водах органические вещества.
На катоде происходит выделение газообразного водорода и
восстановление некоторых присутствующих в сточных водах органических
веществ.
Электрохимическую обработку целесообразно применять при
очистке концентрированных органических и неорганических загрязнений и
небольших расходах производственных сточных вод. Применение
электрохимических методов очистки не требует предварительного
разбавления сточных вод, не вызывает увеличения их солевого состава,
позволяет утилизировать ценные примеси из сточных вод, упрощает
технологическую схему очистки и эксплуатацию сооружений, облегчает их
автоматизацию и сокращает площади, занимаемые под очистные
сооружения, по сравнению с методами реагентной обработки. Основными
недостатками электрохимического метода очистки сточных вод являются
значительные энергетические затраты и расход металла, необходимость
очистки поверхности электродов и межэлектродного пространства от
механических примесей.
Опыт применения локальных установок по электрохимическому
окислению имеется на предприятиях машиностроительной,
приборостроительной, химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других
отраслей промышленности, сточные воды которых содержат фенолы,
цианиды, нитросоединения, сульфиды, амины, кетоны, альдегиды,
спирты, азокрасители, толуол и др.
В качестве анода используются электролитически нерастворимые
материалы (уголь, графит, магнетит, диоксиды свинца, магния,
рутения), нанесенные на титановую основу. В качестве катода обычно
используются свинец, цинк и легированная сталь. Большое значение при
электрохимическом окислении имеет плотность тока.
Чтобы предотвратить смешение продуктов электролиза, особенно
газов (водорода и кислорода), которые могут образовать взрывоопасные
смеси, применяют керамические, полиэтиленовые, асбестовые и
стеклянные диафрагмы, разделяющие анодное и катодное пространство.
В процессе анодного окисления происходит деструкция
органических веществ с получением промежуточных или конечных продуктов
окисления (органических кислот, СО2, Н2О). Процесс осуществляется в
электролитических ваннах, разделенных на несколько отсеков, в
которых обрабатываемые воды перемешиваются сжатым воздухом.
При электролизе отработанных травильных растворов, содержащих
FeSO4 и свободную H2SO4, регенерируется 80—90 % серной кислоты и
получается порошкообразное металлическое железо B5—50 кг из 1 м3
раствора). При электролизе щелочных сточных вод, содержащих
цианиды, на аноде происходит окисление цианид-ионов с образованием
цианат-ионов и дальнейшим их электрохимическим окислением до
конечных продуктов:
CN- + 2ОН- — 2e-*CNO- + Н2О;
2CNO- + 4ОН- — 6е-*2СО2! + N2t + 2Н2О.
В целях повышения электропроводимости сточных вод, снижения
расхода электроэнергии и интенсификации процесса окисления в
сточные воды добавляют минеральные соли. Наиболее эффективно добав-
123

ление хлорида натрия, которым разлагается с выделением на аноде
атомов хлора, участвующих в процессе окисления:
2СІ- — 2е->-С12;
С12 + CN- + 2OH-->CNO- + 2С1- + Н2О.
Электролиз сточных вод проводят при электродной плотности тока
30—100 А/м2 и объемной плотности 1—3 А/л. В сточную воду вводят
5—10 г/л хлорида натрия. Удельный расход электроэнергии для
обеспечения 100 %-ной очистки от цианидов (при начальном содержании
200 г/м3) составляет 0,2 кВт-ч на 1 г цианид-иона. При этом на катоде
в виде осадков утилизируется до 80 % общего количества цветных
металлов, содержащихся в сточных водах.
Радиационное окисление. При действии излучений высоких энергий
на водные среды, содержащие различные органические вещества,
возникает большое число окислительных частиц, обусловливающих процессы
окисления. Радиационно-химические превращения протекают не за счет
радиолиза загрязняющих воду веществ, а за счет реакции этих веществ
с продуктами радиолиза воды: ОН~, HO.f (в присутствии кислорода),
Ы2О2, Н+ и Єгидр (гидратированный электрон), первые три из которых
являются окислителями. В качестве источников излучения могут быть
использованы: радиоактивные кобальт и цезий, тепловыделяющие
элементы, радиационные контуры, ускорители электронов.
Имеется опыт (лабораторные данные) радиационной очистки
сточных вод, содержащих ПАВ, фенолы, цианиды, красители, инсектициды,
лигнин.
При действии ^"Излучения кобальта с мощностью дозы F,8ч-8)Х
ХЮ6 рад/ч на сточные воды заводов сульфатной и сульфитной
целлюлозы (черный поток) снижение ХПК составляло 50—80 %,
одновременно наблюдалась нейтрализация стока: величина pH снижалась с 9 до 7.
ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Физико-химические методы играют значительную роль при очистке
производственных сточных вод. Они применяются как самостоятельно,
так и в сочетании с механическими, химическими и биологическими
методами. В последние годы область применения физико-химических
методов очистки расширяется, а доля их среди других методов очистки
возрастает.
К физико-химическим методам очистки относятся коагуляция, фло-
куляция, сорбция, флотация, экстракция, ионный обмен,
гиперфильтрация, диализ, эвапорация, выпаривание, испарение, кристаллизация,
магнитная обработка а также методы, связанные с наложением
электрического поля — электрокоагуляция, электрофлотация.
§ 19. КОАГУЛЯЦИЯ
Коагуляция—это слипание частиц коллоидной системы при их
столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или
направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате
коагуляции образуются агрегаты — более крупные (вторичные) частицы,
состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких
агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия
непосредственно или че,рез прослойку окружающей (дисперсионной) среды.
Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и
уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем
случае —жидкости). Слипание однородных частиц называется гомокоа-
гуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцней.
124

Рис. 4.1. Строение мицеллы
a — ?>0.03; б — ?=0; /1 — адсорбционный
? — диффузионный слой; / — ядро
слой;
Производственные сточные
воды в большинстве случаев
представляют собой
слабоконцентрированные эмульсии или
суспензии, содержащие
коллоидные частицы размером 0,001 —
0,1 мкм, мелкодисперсные
частицы размером 0,1—10 мкм, а
также частицы размером 10 мкм и
более.
В процессе механической
очистки из сточных вод достаточно
легко удаляются частицы
размером 10 мкм и более,
мелкодисперсные и коллоидные частицы
практически не удаляются.
Таким образом, сточные воды
многих производств после
сооружений механической очистки
представляют собой агрегативно
устойчивую систему. Для их очистки применяют методы коагуляции; агре-
гативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные
агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими
методами.
Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой
мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием
специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно
оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.
Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для
очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической,
нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других
отраслей промышленности. Эффективность коагуляционной очистки
зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и
степени дисперсности; наличия в сточных водах электролитов и других
примесей; величины электрокинетического потенциала. В сточных
водах могут содержаться твердые (каолин, глина, волокна, цемент,
кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.)
частицы.
Коллоидные частицы, представляющие собой совокупность большого
числа молекул вещества, содержащегося в сточной воде в
диспергированном состоянии, при перемещении прочно удерживают покрывающий
их слой воды. Обладая большой удельной площадью поверхности,
коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионы
преимущественно одного знака, значительно понижающие свободную
поверхностную энергию коллоидных частиц. Ионы, непосредственно
прилегающие к ядру, образуют слой поверхностно-ядерных ионов, или так
называемый адсорбционный слой. В этом слое может находиться также
небольшое число противоположно заряженных ионов, суммарный заряд
которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерных ионов.
В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создается
электрический заряд, вокруг гранулы (ядра с адсорбционным слоем) образуется
диффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно
заряженные ионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с
диффузионным слоем называется мицеллой. На рис. 4.1 показано
изменение напряженности электрического поля мицеллы. Потенциал на
границе ядра— термодинамический потенциал (е-потенциал) —равен сумме
зарядов всех поверхностно-ядерных ионов. На границе
адсорбционного слоя потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов,
находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ио-
125

нов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется
электрокинетическим потенциалом (^-потенциал).
На частицы коллоидов действуют диффузионные силы, и частицы
стремятся равномерно распределяться во всем объеме жидкой фазы.
Наличие у частиц электрических зарядов одного знака вызывает их
взаимное отталкивание. Одновременно между коллоидными частицами
имеются молекулярные силы взаимного притяжения, которые проявляются
лишь при небольших расстояниях между частицами. При снижении
электрического заряда частиц, т. е. при уменьшении ^-потенциала, силы
отталкивания уменьшаются и становится возможным слипание частиц —
процесс коагуляции коллоида. Силы взаимного притяжения между
коллоидными частицами начинают преобладать над электрическими
силами отталкивания при ^-потенциале системы менее 0,03 В. При
^-потенциале, равном нулю, коагуляция проходит с максимальной
интенсивностью, состояние коллоидной системы в этом случае носит название изо-
электрнческого состояния, а величина pH называется изоэлектрической
точкой системы.
Одним из методов снижения ^-потенциала коллоидной системы
является увеличение концентрации в воде электролитов. Способность
электролита вызывать коагуляцию коллоидной системы возрастает с
увеличением валентности коагулирующего иона, обладающего зарядом,
который противоположен заряду коллоидных частиц. Соотношение
коагулирующей способности одно-, двух- и трехвалентных ионов
приблизительно 1 : 30: 1000.
При коагуляции хлопья образуются сначала за счет части
взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся
хлопья последнего сорбируют вещества, загрязняющие сточные воды и,
осаждаясь вместе с ними, очищают воду.
Основным процессом коагуляционной очистки производственных
сточных вод является гетерокоагуляция — взаимодействие коллоидных
и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися
при введении в сточную воду коагулянтов.
, При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и
железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в
воде гндрокснды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой
хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные
вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на
дно отстойника, образуя осадок:
A12(SO4K + 6Н2О-2А1(ОН)з + 3H2SO4;
FeCl3 + 3H2O->Fe(OHK + ЗНС1;
FeSO4 + 2H2O-*Fe(OHJ + H2SO4;
4Fe(OHJ + O2 + 2H2O->4Fe(OHK.
Образующиеся в процессе гидролиза серную и соляную кислоты
следует нейтрализовать известью или другими щелочами. Нейтрализация
образующихся прн гидролизе коагулянтов кислот может также
протекать за счет щелочного резерва сточной жидкости:
В целях уменьшения расходов коагулянтов процесс коагуляции
следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин pH. Так,
значения pH при оптимальных условиях коагуляции: для А1(ОНK—4,5—7;
для Fe(OHJ—8,5—10,5, а для Fe(OHK—4—6 и 8—10.
Для очистки производственных сточных вод применяют различные
минеральные коагулянты.
1. Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозем) АІ2EО4)з> 18Н2О
(плотность 1,62 т/м3, насыпная масса 1,05—1,1 т/м3, растворимость в
соде при температуре 20°С—362 г/л). Процесс коагуляции солями
алюминия рекомендуется проводить при значениях рН=4,5ч-8. В
результате применения сульфата алюминия степень минерализации воды увели-
126

чивается. Алюминат натрия NaA102, оксихлорид алюминия А12(ОНMС1,
полихлорид алюминия [Al2(OH)„Cle-nTm(SO4KC (где 1^п^5т^10),
глюмокалиевые [A1K(SO4J- 18Н2О] и алюмоаммонийные [A1(NH4)
(SO4J- 12HoO] квасцы имеют меньшую стоимость и дефицитность, чем
сульфат алюминия.
2. Соли железа. Сульфат двухвалентного железа, или железный
купорос FeSO4-7H2O (плотность 3 т/м3, насыпная масса 1,9 т/м3,
растворимость в воде при температуре 20 °С—265 r/л). Применение процесса
коагуляции оптимально при рН>9. Гидроксид железа —плотные,
тяжелые, быстро осаждающиеся хлопья, что является несомненным
преимуществом его применения. Хлорид железа РеС1з-6НгО; сульфат
железа Fe2(SO4) з -9Н2О.
3. Соли магния. Хлорид магния MgCb-of-bO; сульфат магния
MgSO4-7H2O.
4. Известь.
5. Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных
производств. Хлорид алюминия (производство этилбензола), сульфат
двухвалентного железа (травление металлов), известковый шлам и др.
Количество коагулянта, необходимое для осуществления процесса
коагуляции, зависит от вида коагулянта, расхода, состава, требуемой
степени очистки сточных вод и определяется экспериментально.
Образующиеся в результате коагуляции осадки представляют собой
хлопья размером от нескольких микрометров до нескольких
миллиметров. Рыхлая пространственная структура хлопьев осадка обусловливает
их высокую влажность — до 96 — 99,9%. Плотность хлопьев осадка
составляет обычно 1,01 —1,03 т/м3. Для обесцвечивания
высококонцентрированных и интенсивно окрашенных вод расходы коагулянтов достигают
1—4 кг/м3; объем осадка, получающегося в результате коагуляции,
достигает 10—20 % объема обрабатываемой сточной воды. Значительный
расход коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность
его обработки н последующего складирования, увеличение степени
минерализации обрабатываемых сточных вод не позволяют в большинстве
случаев рекомендовать коагуляцию как метод самостоятельной
очистки. Коагуляционный метод очистки применяется в основном при
небольших расходах сточных вод и при наличии дешевых коагулянтов.
Расширению оптимальных областей коагуляции (по pH и
температуре) способствуют флокулянты, повышающие плотность и прочность
образующихся хлопьев, снижаю'щие расход коагулянтов, повышающие
надежность работы и пропускную способность очистных сооружений.
При растворении в сточных водах флокулянты могут находиться в
неионизированном и ионизированном состоянии. Последние носят
название растворимых полиэлектролптов. В зависимости от состава
полярных групп флокулянты бывают:
неионогенные — полимеры, содержащие неионогенные группы: —ОН,
>СО (крахмал, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, полиакри-
лонитрил и др.);
анионные — полимеры, содержащие анионные группы: — СООН,
—SO3H, —OSO3H (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия,
альгинат натрия, лигносульфонаты и др.);
катионные — полимеры, содержащие катионные группы: —NH2,
= NH (полиэтиленимин, сополимеры винилпиридина, ВА-2, ВА-102,
ВА-212 и др.);
амфотерные — полимеры, содержащие одновременно анионные и
катионные группы:полиакриламид, белки и др.
Скорость и эффективность процесса флокуляции зависят от состава
сточных вод, их температуры, интенсивности перемешивания и
последовательности введения коагулянтов и флокулянтов. Дозы флокулянтов
принимаются обычно 0,1—10 г/м3, а в среднем 0,5—1 г/м3. Так,
применение добавок полиакриламида в концентрации 1 г/м3 при коагуляции
127

сточных вод металлургического завода позволило увеличить удельную
нагрузку на радиальные отстойники в 2 раза.
Процесс очистки сточных вод методом коагуляции или флокуляции
включает приготовление водных растворов коагулянтов или флокулян-
тов, их дозирование, смешение со всем объемом сточной воды, хлопье-
образование, выделение хлопьев из нее.
В реагентное хозяйство на очистных сооружениях входят склады для
хранения коагулянтов. В настоящее время широко применяется так
называемое мокрое хранение коагулянтов (в виде раствора или кускового
продукта в концентрированном растворе) в баках и резервуарах (рис.
4.2), располагаемых внутри или вне здания. Емкости, размещаемые вне
здания, следует утеплять. Растворение коагулянтов в воде
осуществляется в растворных баках с устройствами для барботажа сжатым
воздухом интенсивностью 4—5 л/с на 1 м2 площади колосниковой
решетки. Применяются также баки с лопастными и пропеллерными
мешалками для растворения соответственно зернистых и кусковых материалов
(размером не более 20 мм).
Из растворных баков растворы коагулянтов перекачивают в
расходные баки, а оттуда дозируют в обрабатываемую воду с помощью
дозаторов различных конструкций. Коагулянты вводят в обрабатываемую
сточную воду обычно в виде 1—10%-ных растворов, а флокулянты —в
виде 0,1—1 %-ных растворов.
Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в
смесителях, продолжительность пребывания воды в которых составляет
I—2 мин. Применяют перегородчатые, дырчатые, шайбовые и
вертикальные смесители, а также механические с пропеллерными или
лопастными мешалками. Трубопроводы или лотки, отводящие воду из
смесителей в камеры хлопьеобразования и осветлители со взвешенным
осадком, рассчитывают на скорость движения сточной воды 0,8—1 м/с и
продолжительность ее пребывания в них не более 2 мин. После смешения
сточных вод с коагулянтами начинается процесс образования хлопьев,
который происходит в камерах хлопьеобразования. Эти камеры могут
быть водоворотные, перегородчатые, вихревые, а также с механическим
перемешиванием.
Водоворотные камеры хлопьеобразования представляют собой
цилиндр, в верхнюю часть которого из смесителя вводится сточная вода с
вращательной скоростью на выходе из сопла 2—3 м/с. В нижней части
камеры перед выходом в отстойник находятся гасители вращательного
движения воды. Продолжительность пребывания воды в камере 15—
20 мин.
Перегородчатые камеры могут быть горизонтальными и
вертикальными. В горизонтальной камере (рис. 4.3) сточная вода протекает по
нескольким последовательно соединенным коридорам. Перемешивание
осуществляется за счет восьми — десяти поворотов. Коридоры
устраиваются таким образом, чтобы скорость движения воды в первом была 0,2—
0,3 м/с, а в последнем —0,1 м/с. Продолжительность пребывания воды
в перегородчатых камерах 20—30 мин. Высота камеры .определяется
высотой отстойника, а ширина коридоров составляет не менее 0,7 м.
Вихревая камера хлопьеобразования представляет собой конический
или цилиндрический расширяющийся кверху резервуар с нижним
впуском сточной воды со скоростью 0,7—1,2 м/с. Угол наклона стенок
камеры к горизонту около 70°. Скорость восходящего потока сточной воды на
уровне выпуска 4—5 м/с, продолжительность пребывания воды в
камере 6—10 мин.
В камерах хлопьеобразования с лопастными мешалками
продолжительность пребывания воды 20—30 мин, а скорость движения воды
0,15—0,2 м/с.
Последующее осветление сточной воды производится в
горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках, Наиболее шэлесообраз-
12S

План
I I I I I I
Mill'
11111
I I j I
Рис. 4.2. Баки для мокрого хранения коагулянта
I — кусковой коагулянт (глинозем); 2, 3, 4 — подача соответственпо воды, пара и сжатого
воздуха; j — насос для перекачки раствора в пасходные баки; 6 — выпуск в канализацию; 7. — подача
воды для смывании осадка
А-А
План
Рис. 4.3. Перегородчатая
камера хлопьеобразования с
горизонтальным движением
обрабатываемой сточной воды
7, 2 — отводной канал
соответственной сточной воды и осадка; .?.
4— шиберы соответственно для
отключения части коридоров
камеры и выпуска осадка
кой является двухступенчатая схема отстаивания сточных вод. На [
ступени осуществляется простое отстаивание в отстойнике без коагулянта,
на II ступени — обработка сточных вод коагулянтами и флокулянтами
с последующим отстаиванием в отстойнике.
Если в производственных сточных водах концентрация взвешенных
9—179
129

веществ, способных к агрегации, не превышает 4 г/л, то применяют
осветлители со взвешенным слоем осадка. В осветлителях происходят три
основных процесса: смешение, коагуляция и осветление сточных вод.
Обрабатываемая в осветлителях сточная вода проходит снизу вверх
через слой ранее выделившегося шлама с такой скоростью, при которой
взвешенные частицы не уносятся.из зоны взвешенного осадка. При
движении сточной воды через взвешенный слой увеличивается эффект
задержания мелких суспензированных частиц. Осветлители
проектируются круглыми (диаметр до 15 м) или прямоугольными в плане, площадь
осветлителя не должна превышать 150 м2.
Для обеспечения нормальной работы осветлителя сточную воду
после смешения с'коагулянтами направляют в воздухоотделитель, где она
освобождается от пузырьков воздуха, выделяющихся в результате
реакций. В течение 1 ч допускается колебание температуры не более чем на
1 °С, а расхода — не более чем на 10 %. Резкие колебания скорости
движения воды не допускаются.
Величина восходящей скорости потока в зоне осветления зависит от
концентрации взвешенных веществ. Так, при обработке сточных вод
сульфатом, алюминия при содержании взвешенных веществ до 400 мг/л
расчетная скорость восходящего потока ирасч = 0,8-М мм/с, 400—
1000 мг/л—арасч= 1-7-1,1 мм/с, 1000—2500 мг/л—орасчч= 1,1-=-1,2 мм/с.-
Высота слоя взвешенного осадка принимается равной 1,5—2,5 м;
высота защитной зоны от верха осадкоотводящих окон или труб до лотков
для сбора осветленной воды 1 —1,5 м; низ осадкоприемиых окон или
кромка осадкоотводящих труб располагается на расстоянии 1,5—1,75 м
выше перехода наклонных сте^нок осветлителя в вертикальные; угол
наклона к горизонту нижних частей стенок осветлителей и осадкоуплотни-
телей принимается не менее 45°.
Избыток шлама, накапливающегося в осветлителе, перетекает под
действием разности плотностей осветленной воды и взвешенного слоя
в осадкоуплотнитель (осветлители с естественным отсосом шлама) либо
отсасывается вследствие разностей уровней отбора воды из рабочей
камеры и уплотнителя (осветлитель с принудительным отсосом избытка
шлама). Осветлители второй конструкции работают эффективнее.
Исходя из концентрации взвешенных веществ в обрабатываемой
сточной воде С,„ при известных расчетной скорости восходящего потока
воды в зоне осветления 1>Расч, эталонной концентрации взвешенных веществ
во взвешенном слое Сэ (при скорости движения воды 1 мм/с и
температуре 20°С) и концентрации взвешенных веществ в осадке после его
уплотнения Сшл (табл. 4.1) можно определить расход воды и размеры
осветлителя.
ТАБЛИЦА 4.1. ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ СО ВЗВЕШЕННЫМ СЛОЕМ
ОСАДКА
С„. г/мз
100—400
400—1000
1000—2500
ирасч- M/q
2,8—3,6
3,6—4
4—4,3
Сэ, г/м»
1000—2000
2000—2500
2500—10 000
Сшл, г/ма, после уплотнения
в течение
4 ч
20 000
25 000
32 000
6 ч
24 000
27 000
34 000
Расчетный расход сточной воды Qpac4, м3/ч, проходящей через
осветлитель, определяется по формуле
D.1)
где Qocb — расход сточных вод, выходящпх из осветлителя, мэ/ч; Ск — конечная
концентрация взвешенных веществ в сточной воде, г/м1.
Г;..'.:;ца,;ь ^ьстлпс.іл ігиСПі м2, с вертикальным осадкоуплотнителем

Рис. 4.4.
Осветлители со
взвешенным слоем осадка
/ —
воздухоотделитель; 2 — опускные
трубы; 3— осадко-
отводные трубы или
окна; 4 — осадкоун-
лотннтель; 5,
5—трубопроводы
соответственно выпуска
осадка и отвода
осветленной воды нз осад-
коуплотнителя
находим по выражению
•^осв = ^з.о + ^0.7 — Qogb
D-2)
где ґа.о н Fa.у — площадь зоны
соответственно осветления и осадкоуплотни-
теля, м2; kp — коэффициент
распределения воды между зоной осветления и
осадкоуплотнителем, равный:
; D.3)
Ф — коэффициент подсоса осветленной
воды в осадкоуплотнитель, равный
1,15—1,2.
Площадь осветлителя с
поддонным осадкоуплотнителем
Рис. 4.5. Электрокоагуляционная установка'
/ — подача сточных вод; 2 — отстойник; 3 —
резервуар-электрокоагулятор; 4 — пакет плоских
листоных стальных электродов; 5 — выпуск
обработанных сточных вод в систему оборотного
водоснабжения; € — выпрямитель электрического
тока; 7 — выпус
F оси = fa.o + F отв = Qocb [I +(CH—Ск/
^шлі і^р/ирасч+Ф 0—kp)/u0TisL D.4)
где Fore — площадь поперечного
сечения осадкоотводящих труб, м2; уотв —
скорость движения воды с осадком в
осадкоотводящих трубах, равная 90—140 м/ч.
Объем зоны накопления и уплотнения осадка \57а.у (часть объема
осадкоуплотнителя,-которая расположена на 0,5—0,7 м ниже нижней
кромки осадкоотводящих окон или труб) должен удовлетворять
условию
131

Wa.y > «Зрасч t (Сн - Ск)/Стл, D.5)
ГдЄ (— продолжительность уплотнения шлама, разная 3—6 ч.
На рис. 4.4 приведены конструкции осветлителей, разработанных
ВНИИ ВОДГЕО с поддониымн (а, б) н вертикальными (а) осадкоуп-
лотнителямн.
Коагуляция вод, содержащих мелкодисперсные и кололидные
частицы, может происходить при пропуске-сточных вод_черезі электролизер
с анодом, изготовленным из алюминия или железа. Металл анода под
действием 'постоянного тока ионизируется и переходит в сточную воду,
частицы загрязнений которой коагулируются образовавшимися
труднорастворимыми гидроксидамн алюминия или железа.
Растворение в воде 1 г алюминия эквивалентно введению 6,3 г
A12(SO4K и 1 г железа — введению 2,9 г' FeCl3 и 3,6 г Fe2(SO4K.
Теоретический расход электроэнергии для растворения 1 г алюминия 12 ВтХ
Хч, а 1 г железа — 2,9 Вт-ч. Плотность тока рекомендуется не более
10 А/м2, расстояние между электродами не более 20 мм, а скорость
движения воды между электродами не менее 0,5 м/с.
Метод электрохимического коагулирования может быть применен
для обработки сточных вод, содержащих эмульгированные частицы
масел, жиров и нефтепродуктов, хроматы, фосфаты. Компактность
установок, отсутствие реагентного и складского хозяйства, простота
обслуживания являются несомненным достоинством метода электрохимической
коагуляции. Однако значительные расходы электроэнергии и металла,
являющиеся следствием образования окисной пленки на поверхности
электродов, их механического загрязнения примесями сточных вод, а
также нагревания обрабатываемой сточной' воды, ограничивают область
применения этого метода.
На рис. 4.5 приведена схема электрокоагуляционной установки по
очистке производственных сточных вод, содержащих нефтепродукты и
взвешенные вещества в концентрации соответственно 0,3—7,5 и 0,5—
8 г/л. При электрокоагуляции в резервуаре (электрокоагуляторе) через
систему плоских стальных электродов, установленных на расстоянии
10 мм друг от друга, пропускается постоянный ток плотностью 0,6 А/дм2
под напряжением 10—18 В. При продолжительности контакта сточных
вод в электрическом поле 15—30 с и пропускной способности 1,5—3 іи3/ч
на 1 м2 площади поверхности электродов одного полюса эффективность
очистки достигает 99%. Положительные результаты получены также
при обработке сточных вод цеха гальванопокрытий, где расход
электроэнергии на 1 м3 обрабатываемой сточной воды составляет 0,4—0,5 кВт-ч.
§ 20. СОРБЦИЯ
Сорбция — это процесс поглощения вещества из окружающей срелы
твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется
сорбентом, а поглощаемое — сорбатом. Различают поглощение вещества всей
массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем
твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся
химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом,
называется хемосорбцией.
Сорбция представляет собой оДин из наиболее эффективных методов
глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод
предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической,
текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка
может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой
как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого
метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных
смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки, особенно слабо-
концентрированных сточных вод. Сорбционные методы весьма эффектив-
132

ны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их
последующей утилизацией и использования очищенных сточных и -л з
системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
Адсорбция растворенных веществ — результат перехода молекулы
рассоренного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под
действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются дьа вида
межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного веществу с
молекулами (или атомами) поверхности сорбента и молекул раетног^н-
него вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разыссть
этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с
которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности
сорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного
вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при
переходе на поверхность сорбента и тем слабее адсорбируется вещество
из раствора.
Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них
содержатся преимущественно ароматические соединения,
неэлектролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или
гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы)
алифатические соединения. При содержании в сточных водах только
неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не
применим.
<В качестве сорбентов применяют различные искусственные и
природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели,
глюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются
активированные угли различных марок. Пористость этих углей
составляет 60—75 %, а удельная площадь поверхности 400—900 м2/г.
Адсорбционные свойства активированных углей в значительной мере зависят
от структуры пор, их величины, распределения по размерам. В
зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на
крупно- и мелкопористые и смешанного типа. Поры по своему размеру
подразделяют на три вида: макропоры размером 0,1—2 мкм, переходные
размером 0,004—0,1 мкм, микропоры размером менее 0,004 мкм.
Макропоры и переходные поры играют, как правило, роль транспортирующих
каналов, а сорбционная способность активированных углей
определяется в основном микропористой структурой. Растворенные органические
вещества, имеющие размеры частиц менее 0,001 мкм, заполняют объем
микропор сорбента, полная емкость которых соответствует
поглощающей способности сорбента. В табл. 4.2 приведены полная емкость и
объем микропор для активированных углей различных марок.
ТЛБ Л И
Марка угля
АГ-2
5АУ
АР-3
Полная
емкость, СМ3/Г
0,6
1,Ь
0,7
Ц А 4.2.
І1
0,3
0,22
0,19
ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВИРОВАННЫХ
Основной
размер зерен, мм
1—3,5
1—3,5
1—5,5
Насыпная
масса, кг/м'
600
260
550
Марка угля
КАД йодат-
ный
КАД молотый
СКТ
Полная
емкость, см'/г
1
0,98
УГЛЕЙ
л "
II
0,23
0,12
0,51
ОсновноП
размер зерен, мм
1—5
<0,04
1—3,5
Насыпная
масса, кг/м1
,480
420
Активность сорбента' характеризуется количеством поглощаемого
вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).
Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при
которых частица жидкости не перемещается относительно частицы
сорбента, т. е. движется вместе с последней (аппараты с
перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых час-
133

Рис. 4.6. Процесс сорбции в статических
(а) и динамических (б) условиях
тица жидкости перемещается
относительно сорбента (фильтры,
аппараты с псевдоожиженным
слоем). В соответствии с этим
различают статическую и
динамическую активность сорбента.
Статическая активность
сорбента характеризуется
максимальным количеством вещества,
поглощенного единицей объема или
массы сорбента к моменту
достижения равновесия при
постоянных температуре жидкости и начальной концентрации вещества;
динамическая активность сорбента — максимальным количеством вещества,
поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента
появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропуске сточной воды
через слой сорбента. Динамическая активность в промышленных
адсорберах составляет 45—90 % статической.
Между количествами вещества, адсорбированного сорбентом и
оставшегося в растворе, в разбавленных растворах наступает равновесие,
подчиняющееся закону распределения.
Сорбция — процесс обратимый, т. е. адсорбированное вещество (сор-
бат) может переходить с сорбента обратно в раствор. При прочих
равных условиях скорости протекания прямого (сорбция) и обратного
(десорбция) процессов пропорциональны концентрации вещества в
растворе и на поверхности сорбента. Поэтому в первые моменты сорбции, т. е.
при максимальной концентрации вещества в растворе, скорость
сорбции также максимальна. По мере повышения концентрации
растворенного вещества на поверхности сорбента увеличивается число
сорбированных молекул, переходящих обратно в раствор. С момента, когда
количество сорбируемых из раствора (в единицу времени) молекул
становится равным количеству молекул, переходящих с поверхности
сорбента в раствор, концентрация раствора становится постоянной; эта
концентрация называется равновесной. Если после достижения
адсорбционного равновесия несколько повысить концентрацию обрабатываемого
раствора, то сорбент сможет извлечь из него еще некоторое количество
растворенного вещества. Однако нарушаемое таким образом
равновесие будет восстанавливаться лишь до полного использования сорбцион-
ной емкости (способности) данного сорбента, после чего повышение
концентрации вещества в растворе не изменяет величины адсорбции.
Одним из основных критериев оценки адсорбционных свойств
сорбента является изотерма сорбции, которая аналитически описывается
уравнением Фрейндлиха или Ленгмюра. Последнее после
преобразования эмпирических коэффициентов и допущений, сделанных с учетом
слабоконцентрированного раствора сточных вод, имеет вид:
"—"адсьрайн> V4-a>
где а — удельная адсорбция, кг/кг; АГадс — адсорбционная константа распределения
сорбата между сорбентом и раствором, ее величина при прочих равных условиях
зависит от температуры; Сравн — равновесная концентрация адсорбируемого вещества
на сорбенте, кг/кг.
Пример изотермы сорбции приведен на рис. 4.6, а. В зависимости от
области применения метода сорбционной очистки, места расположения
адсорберов в общем комплексе очистных сооружений, состава сточных
вод, вида и крупности сорбента и др. назначают ту или иную схему
сорбционной очистки и тип адсорбера. Так, перед сооружениями
биологической очистки применяют насыпные фильтры с диаметром зерен сорбента
3—5 мм или адсорбер с псевдоожиженным слоем сорбента с диаметром
зерен 0,5—1 мм. При глубокой очистке производственных сточных вод
134

и возврате их в систему оборотного водоснабжения применяют
аппараты с мешалкой и намывные фильтры с крупностью зерен сорбента 0,1 мм
и менее.
Наиболее простым является насыпной фильтр, представляющий
собой колонну с неподвижным слоем сорбента, через который фильтруется
сточная вода. Скорость фильтрования зависит от концентрации
растворенных в сточных водах веществ и составляет 1—6 м/ч; крупность
зерен сорбента— 1,5—5 мм. Наиболее рациональное направление
фильтрования жидкости — снизу вверх, так как в этом случае происходит
равномерное заполнение всего сечения колонны и относительно легко
вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающих в слой сорбента
вместе со сточной водой.
В колонне слой зерен сорбента укладывают на беспровальную
решетку с отверстиями диаметром 5—10 мм и шагом 10—20 мм, на
которые укладывают поддерживающий слой мелкого щебня и крупного
гравия высотой 400—500 мм, предохраняющий зерна сорбента от провали-
вания в подрешеточное пространство и обеспечивающий равномерное
распределение потока жидкости по всему сечению. Сверху слой
сорбента для предотвращения выноса закрывают сначала слоем гравия, затем
'слоем щебня и покрывают решеткой (т. е. в обратном порядке).
Фильтры с неподвижным слоем сорбента применяют при
регенеративной очистке цеховых сточных вод с целью утилизации выделенных
относительно чистых продуктов. Процесс десорбции осуществляется с
помощью химических растворителей или пара.
При расчете насыпных фильтров время защитного их действия 13.л
определяют по формуле
*а.д = *в.дЯ-т, D-7)
где &з.д — коэффициент защитного действия, определяемый экспериментально; Н —
высота слоя сорбента, м; т — потеря времени защитного действия.
Коэффициент защитного действия равен:
6з.д = аРавн/(кСн), D.8)
где аравя — предельная насыщенность сорбента, равновесная с концентрацией, кг/кг
(устанавливается по экспериментальной изотерме сорбции); v — скорость
фильтрования, м/ч; Сн — начальная концентрация вещества в сточной воде, кг/ма,
Потеря времени защитного действия
т = вДт< D.9)
где в — пористость сорбента (в долях единицы); Дт — время, в течение которого
концентрация веществ в фильтрате изменяется от концентрации сорбата при допустимом
ПрОСКОКе Сдп ДО С„.
Величина Дт определяется по выходной кривой динамики сорбции
(рис. 4.6,6), устанавливаемой экспериментально. По выходной кривой
определяется момент появления сорбата в фильтрате тпр — время
проскока, а после этого момента фиксируется увеличение концентрации
сорбата до максимального, соответствующего Си.
Количество вещества V, задерживаемого насыпным фильтром, кг,
у = (Я —h)Faa, D.10)
где h — эмпирическая константа; F — площадь фильтра, м2; ад — динамическая
активность сорбента, кг/м3.
Обычно сорбционная установка представляет собой несколько
параллельно работающих секций, состоящих из трех — пяти последовательно
расположенных фильтров. При достижении предельного насыщения
головной фильтр отключается на регенерацию, а обрабатываемая вода
подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр
включается в схему очистки уже в качестве последней ступени.
Процесс сорбции в статических условиях осуществляется путем
интенсивного перемешивания обрабатываемой сточной воды с сорбентом в
течение определенного времени / и последующего отделения сорбента бт
135

2
1
О
3
о
\
г
1
5
cJo
ч
4
/
г
•-4.
(Jo
Рис. 4.7. Сорбционная установка с последовательным введением сорбента
1.2 — подача соответственно сточной воды и сорбента; 3 — резервуары с перемешивающим усу
ройством; 4 — отстойники для отделения отработанного сорбента от сточной воды; 5 — вып;с»
обработанной сточной йоды; 6 — выпуски отработанного сорбента
Рис. 4.8. Сорбционная установка с противоточным введением сорбента
/ — подача сточной воды; 2 — резервуары с перемешивающим устройством; 3 — отстойники дли
отделения отработанного сорбента от сточной воды; 4 — подача сорбента; 5 — выпуск
обработанной сточной воды; 6 — резервуар для сбора сорбента; 7 — насосы для перекачки сорбента; 8 —
выпуск отработанного сорбента
воды отстаиванием, фильтрованием и т. п. При последовательном
введении новых порций сорбента в очищаемую воду можно очистить ее от
загрязняющих веществ до любом концентрации.
В основу расчета таких адсорбционных аппаратов с
перемешивающими устройствами положено балансовое уравнение
ma+QCpaBH = QCH, D.11)
где т — количество сорбента, кг; Q — количество обрабатываемых сточных вод, м-1.
Решая это уравнение относительно т и учитывая зависимость D.6),
можно записать:
/п-= ¦
Q (Сн —
/са
D.12)
Если процесс сорбции осуществляется по одноступенчатой схеме, то
концентрация сорбата в сточной воде будет
Q + /Саде т
Для расчета сорбционных установок необходимо иметь изотерму
сорбции, знать константу адсорбции и задаться требуемой степени
очистки, иначе говоря, величиной сорбата в обработанной сточной воде.
Если расчет величин Ск и т ведется для технологической схемы с
последовательным введением сорбента (рис. 4.7), при двухступенчатой
очистке используется формула
Сгн —
Q +
«2
Сік =
1п2
где Ст — концентрация сорбата после II ступени, кг/м3; т2
вводимого на каждой ступени, кг.
Сц, D.14)
- количество сорбента,
136

При числе ступеней п концентрацию сорбата после очистки Спк
определяют пи Лормуле
( , ) Св. D.15)
\Q-r Аадс "W
Дозу сорбента, вводимого в каждую ступень тп, подсчитывают по
уравнению
«п= (^Си/Ста- 1 )<3/КаДс. D. 16)
Общее количество сорбента
m = птп. D.17)
При проектировании сорбционных установок с противоточным
введением сорбента (рис. 4.8) концентрацию вещества в обработанной
сточной воде после п ступеней находят по выражению
m!Q - 1
^ DЛ8)
Расход сорбента, вводимого при использовании противоточной
технологической схемы только в последнюю ступень установки, определяют
из уравнения
где
а=(*адс/0)п+1; ? = Яадс C„/(QCnK); v=CH/CnK-l.
Противоточные сорбционные установки применяются значительно
шире благодаря более экономичному расходованию сорбента.
При относительно высоком содержании в сточной воде мелкодиспер-
гированных взвешенных частиц, заиливающих сорбенты, а также в
случае, если равновесие устанавливается медленно, рационально применять
процесс с псевдоожиженным слоем сорбента. Псевдоожижение слоя
наступает при повышении скорости потока сточной воды, проходящей
снизу вверх, до такой величины, при которой зерна расширившегося слоя
начинают интенсивно и беспорядочно перемещаться в объеме слоя,
сохраняющего постоянную для данной скорости высоту. Важнейшим
показателем работы установки с псевдоожиженным слоем сорбента
является относительная пористость
Єотн=1-Й7сорб/Гп.сл, D.20)
где ИРсор« — объем чаотиц сорбента, образующих псевдоожиженный слой; Wn.ca—
объем псевдоожнженного слоя.
В цилиндрических колоннах вместо показателя «относительная
пористость» используется показатель «относительное расширение слоя»,
равный отношению высот псевдоожиженного и неподвижного слоев
#п.сл/#неп.сл, оптимальная величина которого равна 1,5. При этом
размеры частиц активированного угля составляют 0,25—1 мм, что отвечает
скорости потока сточной воды 7—10 м/ч.
В настоящее время в основном применяют цилиндрические
одноярусные адсорберы (рис. 4.9). Такой аппарат представляет собой
колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей
диаметр, в 1,5—2 раза больший диаметра основной колонны. В
зависимости от диаметра колонны коническое днище имеет центральный угол
30—60°. Непосредственно над коническим днищем устанавливается
распределительная решетка с отверстиями 5—10 мм и шагом отверстий
около 10 мм, на которую загружается активированный уголь с
размером частиц 0,25—1 мм и преимущественным содержанием фракции 0,5—
0,75 мм. Высота неподвижного слоя угля составляет 2,5—2,7 м.
В нижнюю часть аппарата через центральную трубу,
заканчивающуюся диффузором под решеткой, либо через боковой патрубок
тройника, подсоединенного к конусному днищу, поступает сточная вода со
скоростью, обеспечивающей относительное расширение слоя 1,5—1,6.
137

fr
Уголь равномерно подается в аппарат из бункера с автоматическим
дозатором. Сорбент в виде 5—20 %-ной суспензии поступает в верхнюю
расширенную часть той же центральной трубы, по которой в колонну
адсорбера подается сточная вода. В трубе эта вода смешивается с
углем. Образовавшаяся суспензия поступает через диффузор под решетку,
продавливается через ее отверстия и задерживается в нижней части
псевдоожиженного слоя угля, который находится в колонне.
Обработанная сточная вода отводится в кольцевой желоб верхней части царги.
Сорбционная очистка может быть регенеративной, когда
извлеченные вещества утилизируются, или деструктивной, когда извлеченные
вещества уничтожаются. В зависимости от назначения сорбционной
очистки применяются различные методы
регенерации сорбента или его
уничтожения.
Для извлечения сорбированных
веществ могут быть использованы
экстрагирование органическим растворителем,
изменение степени диссоциации слабого
электролита в равновесном растворе,
отгонка адсорбированного вещества с
водяным паром, испарение
адсорбированного вещества током инертного
газообразного теплоносителя. В отдельных
случаях осуществляют химические
превращения сорбированных веществ с
последующей десорбцией.
Легколетучие органические вещества
(бензол, нитробензол, толуол, этиловый
спирт) десорбируют воздухом,
инертными газами, перегретым паром. При этом
температура воздуха должна быть 120—
140 °С, перегретого пара — 200—300 °С,
а дымовых или инертных газов — 300—
500 °С. Расход пара на отгонку
легколетучих веществ из активированного угля
составляет 3—12 кг на 1 кг
сорбированного вещества. В качестве десорбентов
могут использоваться низкокипящне, лег-
Рис.
4.9. Цилиндрический
ярусный адсорбер
одно-
/ — подача сточной воды; 2 —
цилиндрическая колонна; 3 — центральная
труба с диффузором; 4 — царга; 5 —
подача сорбента; в — выпуск
обработанной сточной воды; 7 — сгуститель
сорбента; 8 — выпуск отработанного
сорбента; у — распределительная
решетка
Рис. 4.10. Установка термической регенерации высокодисперспого активированного угля
/ — сборник отработанного уг.та; 2— дозатор; :! — реї еиератор; 4— камера сгорания; 5
—сепаратор; о' — шнек; 7 — фильтр; 8 — пневматический транспортер; у — сборник регенерированного угля
13S

ко перегоняющиеся с водяным паром органические растворители:
бензол, бутилацетат, дихлорэтан, толуол и др. Процесс десорбции
осуществляется при'Нагревании или на холоде, затем растворитель отгоняется
из сорбента острым водяным паром или другим теплоносителем.
При деструктивной очистке обычно применяют термические или
окислительные методы. При применении термического метода (рис.
4.10) следует учитывать потери сорбента (так, потерн активированного
угля составляют 5—10%).
Стоимость сорбционой очистки 1 м3 сточных вод активированным
углем составляет 60—70 коп., из которых 30—35 % составляют затраты
на активированный уголь.
§ 21. ФЛОТАЦИЯ
Флотация — процесс молекулярного прилипания частиц
флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще
воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии
поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями
смачивания.
Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ,
нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом
флотации заключается в образовании комплексов «частицы — пузырьки»,
всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя
с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы,
находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только
тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы
жидкостью.
Смачивающая способность жидкости зависит от ее полярности, с
возрастанием которой способность жидкости смачивать твердые тела
уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к
смачиванию является величина поверхностного натяжения ее на границе с
газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и
твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном
натяжении воды не более 60—65 мН/м. Степень смачиваемости в\эдой твердых
или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуется величиной
краевого угла смачивания 0 (рис. 4.11). Чем больше угол 0, тем более
гидрофобна поверхность частицы, т.е. увеличивается вероятность
прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных
пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко
флотируются. Большое значение при флотации имеют размер, количество
и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде.
Оптимальные размеры воздушных пузырьков 15—30 мкм, а
максимальные 100—200 мкм.
В практике очистки производственных сточных вод выработаны
различные конструктивные схемы, приемы 'И методы флотации. Метод
пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного
снижения концентрации некоторых растворенных веществ, метод
пенной сепарации — для удаления растворенных веществ.
Наиболее существенные принципиальные отличия способов
флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха
определенной крупности. По этому принципу можно выделить -следующие
способы флотационной обработки производственных сточных вод:
1) флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные,
напорные и эрлифтные флотационные установки);
2) флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллер-
ные, безнапорные и пневматические флотационные установки);
3) флотация с подачей воздуха через пористые материалы;
4) электрофлотация;
5) биологическая и химическая флотация.
139

Флотационные установки могут состоять из одного или двух
отделений (камер). В однокамерных установках в одном и том же отделении
происходит одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и
всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках,
состоящих из приемного и отстойного отделений, в первом отделении
происходит образование пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек —
частица», а во втором — всплывание шлама (пены) и осветление
жидкости.
Флотация с выделением воздуха из раствора применяется при
очистке производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы
загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки
воздуха. Сущность его заключается в создании перенасыщенного раствора
воздуха в сточной жидкости. Выделяющийся из такого раствора
воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в
сточной воде загрязнения. Количество воздуха, которое должно
выделиться из пересыщенного раствора и обеспечить необходимую
эффективность флотации, обычно составляет 1—5 % объема обрабатываемой
сточной воды.
Преимуществом вакуумной флотации является то, что образование
пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание
образовавшихся агрегатов «пузырек — частица» происходит в спокойной
среде и вероятность их разрушения сводится к минимуму; минимальны
также энергозатраты и на насыщение жидким воздухом, образованней
измельчение воздушных пузырьков. В то же время необходимость
сооружения герметически закрытых резервуаров, сложность
эксплуатации вакуумных флотационных установок, а также ограниченный
диапазон их применения (концентрация загрязнений в сточной воде не
должна превышать 250 мг/л) являются недостатками метода
вакуумной флотации.
Сточная жидкость, поступающая на флотацию, предварительно
насыщается воздухом в течение 1—2 мин в аэрационной камере (рис.
4.12,а), откуда она поступает в
деаэратор для удаления нерастворившего-
ся воздуха. Далее под действием
разрежения @,02—0,03 МПа) сточные
воды поступают во флотационную
камеру, в которой растворившийся при
атмосферном давлении воздух
выделяется в виде микропузырьков и выносит
частицы загрязнений в пенный слой.
Продолжительность пребывания
сточной воды во флотационной камере
20 мин, а нагрузка на 1 м2 площади
поверхности около 200 м3/сут.
Скапливающаяся пена вращающимися
скребками удаляется в пеносборник.
Для отвода обработанной сточной во-
Рис. 4.11. Схема прилипания
пузырька воздуха / к взвешенной в
воде частице 2
Рис. 4.12. Схемы процесса флотации с выделением воздуха из раствора
а — вакуумной; 0 — напорной; / — подача сточной воды; 2— аэратор; 3 — деаэратор; 4—
флотационная камера; fi— механизм сгребания пени; Ь — пенпсоорник; 7. 8 — отвод соитвсгственно ntHU
и обработанной сточной види; і — подача воідуха; IU — насос; // — напорный Сак (сатуратор)
140

Рис. 4.13. Радиальный флотатор
/, ? — соответственно отстойная и флотационная камера; 3 — вращающийся водораспределитель;
4—подача сточной воды; 5 — опорожнение флотатора н отвода осадка; 6 — механизм для
сгребания пены; 7 — выпуск обработанной сточной воды; 8—неносборный лоток; 9—отвод оены
ды обеспечивается необходимая разность отметок уровней во
флотационной камере и приемном резервуаре или устанавливаются насосы.
Напорная флотация имеет более широкий диапазон применения,
поскольку позволяет регулировать степень пересыщения в соответствии с
требуемой эффективностью очистки сточных вод при начальной
концентрации загрязнений до 4—5 г/л и более. При напорной флотации (рис.
4.12,6) сточные воды насосом подаются в напорный бак (сатуратор).
На всасывающем трубопроводе насоса имеется патрубок для подсоса
воздуха. Объем сатуратора рассчитывают не необходимую
продолжительность насыщения воздухом (обычно 1—3 мин) при избыточном
давлении 0,3—0,5 МПа. Количество растворяющегося в сатураторе воздуха
должно составлять 3—5 % объема обрабатываемой сточной воды.
Насыщенная воздухом эта вода из сатуратора подается во флотационную
камеру, где выделившиеся из сточной воды пузырьки воздуха асплыва-
141

Рис. 4.14. Двухкамерная прямоточная флотационная установка
а — поперечный разрез; б — продольный разрез; / — отбойники; 2 — флотационная камера; 3 —вал
импеллера; 4 — воздушная трубка; 5 — электродвигатель; 6 — пеносниматель; 7 — отверстия в
статоре для внутренней циркуляции воды; 8 — статор; 9 — импеллер; 10, 11 — соответственно
приемный и выпускной карман
ют вместе с частицами взвешенных веществ. Всплывающая масса
непрерывно удаляется механизмами для сгребания пены в пеносборннки.
Площадь флотационной камеры следует принимать исходя из
гидравлической нагрузки 6—10 м3/ч на 1 м2 площади поверхности камеры.
Продолжительность флотации составляет 20 мин.
При проектировании флотаторов для обработки сточных вод с
расходом до 100 м3/ч принимаются прямоугольные в плане камеры
глубиной 1 — 1,5 м, с расходом более 100м3/ч— радиальные флотаторы (рис.
4.13) глубиной не менее 3 м. Глубина зон флотации и отстаивания
назначается не менее 1,5 м, а продолжительность пребывания воды в них
соответственно не менее 5 и 15 мин.
Сточные воды, насыщенные воздухом, поступают во флотатор
снизу через вращающийся водораспределитель. Выделяющиеся из воды
пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений.
Вращающимся механизмом пена сгребается в лоток и удаляется. Обработанная
вода отводится с днища и по вертикальным каналам переливается в
отводящий кольцевой лоток. Пропускная способность одного флотатора
не должна превышать 1000 м3/ч.
Напорная флотация применяется для очистки сточных вод от
нефти, нефтепродуктов, жиров, масел, ПАВ и волокнистых веществ.
При эрлифтной флотации затраты энергии в 2—4 раза меньше, чем
при напорной, но конструкция установки требует значительного
перепада отметок по высоте между питательным резервуаром со сточной
водой и аэратором, а также между аэратором и флотационной камерой
(разность отметок составляет 20—35 м), что значительно сужает
область применения этого метода.
Флотация с механическим диспергированием воздуха. При
перемещении струи воздуха в воде в последней создается интенсивное
вихревое движение, под воздействием которого воздушная струя распадается
на отдельные пузырьки. Энергичное перемешивание сточной воды во
флотационных импеллерных установках создает в ней большое число
мелких вихревых потоков, что позволяет получить пузырьки
определенной величины.
На рис. 4.14 приведена схема двухкамерной прямоточной
флотационной установки (конструкции института Механобр).
Сточная вода из приемного кармана поступает к импеллеру, в
который по трубке засасывается воздух. Над импеллером расположен
статор в виде диска с отверстиями для внутренней циркуляции воды.
Перемешанные в импеллере вода и воздух выбрасываются через статор.
Решетки, расположенные вокруг статора, способствуют более мелкому
диспергированию воздуха в воде. Отстаивание пузырьков воздуха
происходит над решеткой. Пена, содержащая флотируемые частицы, уда-
142

ляется лопастным пеноснимателем. Из первой камеры вода поступает
во вторую такой же конструкции, где происходит дополнительная
очистка сточной воды.
Степень диспергирования воздуха зависит от окружной скоре /ги
вращения импеллера, которую принимают равной 12—15 м/с. Диаметр
импеллера должен быть не более 750 мм. Зона, обслуживаемая
импеллером, не должна превышать размеров квадрата со стороной 6^и (гце
du— диаметр импеллера). Высота флотационной камеры Нф
принимается равной 1,5—3 м, продолжительность флотации /ф = 20ч-30 мин.
Объем флотационной камеры W$, мг,
D.21)
где Q — расход сточных вод, м3/ч.
Пропускная способность флотатора Q,|,, м3/ч,
Удельный расход воздуха 5уд=40-?-50 м3/ч на 1 м2 площади
поверхности флотационной камеры. Количество подаваемого импеллером
воздуха QB, м3/с,
<2в = 0,000278ЯуД/, D.23)
где f — площадь водного зеркала флотационной камеры, м2.
Необходимое число флотационных камер Яф определяют из
соотношения
пф=<Э/<Эф. D-24)
Применение импеллерных установок целесообразно при очистке
сточных вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнений (более
2—3 г/л) и содержащих нефть, нефтепродукты, жиры.
Недостатком импеллерных флотаторов является относительно
высокая обводненность пены. Особенно существенным становится этот
недостаток в тех случаях, когда основной целью флотации является
извлечение растворенных ПАВ, так как большой объем воды в пене
заставляет создавать дополнительные установки для ее обработки, что
удорожает очистку в целом.
Диспергирование воздуха в безнапорных установках происходит за
счет вихревых потоков, создаваемых рабочим колесом центробежного
насоса. Схема флотации аналогична напорной (см. рис. 4.12,6), но в
ней отсутствует сатуратор, что и является преимуществом безнапорной
флотации. Образующиеся в камере безнапорной установки пузырьки
имеют большую крупность, а следовательно, эффект флотации мелких
частиц снижается. Безнапорные флотационные установки применяют
для очистки сточных вод от жира и шерсти.
Пневматические флотационные установки применяют при очистке
сточных вод, содержащих растворенные примеси, которые агрессивны
к механизмам (насосам, импеллерам и Др.), имеющим движущиеся
части. Измельчение пузырьков воздуха достигается путем впуска воздуха
во флотационную камеру через сопла, которые располагаются на
воздухораспределительных трубках, укладываемых на дно флотационной
камеры на расстоянии 0,25—0,3 м друг от друга. Диаметр отверстии
сопл 1—1,2 мм; рабочее давление перед ними 0,3—0,5 МПа; скорость
выхода струи из сопл 100—200 м/с. Глубина флотатора принимается
3—4 м. Объем флотатора W<f> определяется по формуле
60A
D.2Б)
где /ф — продолжительность флотации, равная 15—20 мин; ?аэр — коэффициент
аэрации, равный 0,2—0,3.
Требуемый расход воздуха зависит от интенсивности аэрации,
ориентировочно равной 15—20 мэ/(м2-ч).
143

Необходимое число сопл Пс находят из выражения
»c = Qb//co, D.26)
где /с — площадь отверстия одного сопла, м2; v — скорость выхода воздушном струи,
м/с.
Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается
простотой аппаратурного оформления процесса и относительно малыми
расходами энергии. Воздух во флотационную камеру подается через
мелкопористые фильтросные пластины, трубы, насадки, уложенные на
дне камеры. Величина отверстий должна быть 4—20 мкм, давление
воздуха 0,1—0,2 МПа, продолжительность флотации 20—30 мин, расход
воздуха определяется экспериментально. Рабочий уровень
обрабатываемой сточной воды до флотации 1,5—2 м. Недостатком этого метода
является возможность зарастания и засорения пор, а также трудность
подбора мелкопористых материалов, обеспечивающих выход мелких
близких по размерам пузырьков воздуха.
Электрофлотация. Сущность электрофлотационного способа
очистки сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц из
жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при
электролизе сточной воды. В процессе электролиза сточной воды на
катоде выделяется водород, а на аноде — кислород. Основную роль в
процессе флотации частиц играют пузырьки, выделяющиеся на катоде.
Размер пузырьков, отрывающихся от ¦ поверхности электрода, зависит
от величины краевого угла смачивания, кривизны поверхности
электрода, а также его конструкции. Замена пластинчатого катода на
проволочный приводит к уменьшению крупности пузырьков и,
следовательно, к повышению эффективности работы электрофлотатора.
При применении растворимых электродов (обычно железных или
алюминиевых) на аноде происходит анодное растворение металла, в
результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия,
приводящие к образованию хлопьев гидроокисей. Одновременное образование
хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях
межэлектродного пространства создает предпосылки для "адежного
закрепления газовых пузырьков на хлопьях и интенсивной ..оагуляции
загрязнений, что обеспечивает, эффективность флотационного процесса. Такие
установки называются электрокоагуляционно-флотационными. При
пропускной способности до 10—15 м3/ч установки могут быть
однокамерными, а при большей пропускной способности — двухкамерными
горизонтального или вертикального типа.
Расчет установок для электрофлотации или электрофлотокоагуляции
сводится к определению общего объема Wv установки, объемов
электродного отделения Wa и камеры флотации W$, м3, следовательно,
«7у = й7э+»7ф- D.27)
Объем электродного отделения определяется из возможности
размещения в нем необходимой электродной системы. Так, при расчете
горизонтальной установки (рис. 4.15) ширина секции В принимается в
зависимости от производительности Q: если Q<90 м3/ч, то В ='2. м, если
<2=90-ь180 м3/ч, то ? = 2,5-^3 м.
Число пластин электродов пэ, размещаемых в установке,
а2), D.28)
где пі — величина зазора между крайними пластинами и стенками камеры, равная
100 мм; а2 — величина зазора между пластинами, равная 15—20 мм; б — толщина
пластин, равная 6—10 мм.
Тогда необходимая площадь пластин электродов /0> м2. будет
/в = /..»/(«в-1Ь D-29)
где /а а—активная поверхность электродов, м2, определяемая по формуле
U.» = EQ/i, D-30)
144

із
Тогда объем электродной камеры, м3, составит:
Рис. 4.15. Горизонтальный электрофлотатор
/—впускная камера; 2 — решетка-успокоитель; З — электродная система; 4 — механизм для
сгребании иены; 6 — иеносґифник; 6,7 — отвод соответственно обработанной сточной воды и пенного
шлама; 8 — опорожнение электрофлотатора и выпуск осадка
здесь Е — удельное количество электричества, А-ч/м3; Q — расчетный расход сточных
вод, м:і/ч; і — плотность тока на электродах, А/м2.
Величины Е и і определяются экспериментальным путем. При
обработке сі шых вод нефтеперерабатывающих заводов,
целлюлозно-бумажных комбинатов, кожевенных заводов, мясокомбинатов и др. величина
? = 100ч-600 А-ч/м3, i = 504-200 А/м2, напряжение постоянного тока
5—30 В. Определив /э и назначив высоту пластин /i3=l-5-l,5 м, найдем
их длину /э=/э//1э, а затем подсчитаем длину электродной камеры
Ц, м:
D.31)
ГЭ=/3/7ЭЛЭ, D.32)
где На — рабочая высота электродной камеры, м, равная:
Ha=-.hl + h2 + hi; D.33)
здесь Л,—высота осветленного слоя, равная 1—1,5 м; h2 — высота защитного слоя,
равная 0,3—0,5 м; /г3 — высота слоя шлама, равная 0,4—0,5 м.
Объем флотационной камеры
Гф = <#ф, D.34)
где ^ф—продолжительность флотации, определяемая экспериментально и
принимаемая обычно равной 0,3—0,75 ч.
Длину LCp и высоту Нф флотационной камеры подсчитывают исходя
из ее объема 1^ф и ширины В.
При осуществлении процесса электрофлотокоагуляции необходимо
определить количество металла электродов, переходящее в раствор, а
также срок службы электродной системы:
ma = kT3Et D.35)
где тэ — количество металла, переходящего в 1 м3 раствора, г; kT*—коэффициент
выхода по току, равный 0,5—0,95 (определяется экспериментально); Э-—
электрохимический эквивалент, г/(А-ч), равный для Fe2+, Fe3+, AF+ соответственно 1,042; 0,695
и 0,336.
Срок службы электродной системы Т, сут,
T = M-l0Q0/(maQcyT), D.36)
Г0—179 145

где М — количество металла электродов, которое растворяется при электролизе, кг:
M = yk3fa6iia; D.37)
здесь y — плотность металла электродов, кг/м3; k3 — коэффициент использования
материала электродов, равный 0,8—0,9; Qc1t — суточный расход сточных вод, м3/сут.
Биологическая и химическая флотация применяется для уплотнения
осадков сточных вод. В процессе флотации сточных, вод образуется
пена, имеющая различное строение, обычно пленочно-структурное. Такая
пена содержит значительное количество воды, особенно в нижних
слоях, а устойчивость и подвижность ее изменяются в зависимости от
количества и характера флотируемых материалов. Процесс уплотнения
всплывшего шлама наиболее интенсивно идет в первые 2 ч, далее он
замедляется, а после 4 ч практически прекращается. На основании
анализа графиков уплотнения пенного шлама различных по составу
сточных вод были выведены общие закономерности его уплотнения. Если
за единицу принять объем шлама к моменту, когда все пузырьки
воздуха поднялись в пенный-слой, что в проточных установках соответствует
продолжительности флотации 30 мин, то относительный объем шлама
через 1, 2, 3 и 4 ч уплотнения составит соответственно 0,6; 0,33; 0,24 и
0,21.
Процесс уплотнения и разрушения пенного слоя может быть
интенсифицирован с помощью брызгалок или путем нагревания. В
большинстве случаев утилизация пенного конденсата экономически
нецелесообразна.
§ 22. ЭКСТРАКЦИЯ
При относительно высоком содержании в производственных сточных
водах растворенных органических веществ, представляющих
техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным
методом очистки является экстракция органическими растворителями —
экстрагентами. Экстракционный метод очистки производственных
сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси
двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его
растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в
двух несмешивающихся (или слабосмешивающихся) растворителях при
достижении равновесия является постоянным и называется
коэффициентом распределения
kp = СЭ/Сстх const, D.38)
где С3, Сст — концентрация экстрагируемого вещества соответственно в экстрагенте
и сточной воде при установившемся равновесии, кг/м3.
Коэффициент распределения kv зависит от температуры, при
которой проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в
сточных водах и экстрагенте (табл. 4.3).
После достижения равновесия концентрация экстрагируемого
вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде.
Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может
быть утилизировано. Экстрагент после этого вновь используется в
технологическом процессе очистки.
Метод экстракционной очистки экономически целесообразен при
значительной концентрации органических примесей или при высокой
стоимости извлекаемого вещества. Для большинства продуктов
применение экстракции рационально при концентрации их 2 г/л и более.
Для успешного протекания процесса экстракции экстрагент должен
иметь следующие свойства: хорошую экстрагирующую способность по
отношению к экстрагируемому веществу, т. е. высокий коэффициент
распределения; селективность, т.е. способность экстрагировать из воды
одно вещество или определенную их группу; малую растворимость в
воде; плотность, отличающуюся от плотности воды; температуру кипения,
146

?)
ч
1
2
1
1
з
1
I
—г
L
3
1
1
\
і
1 Г*
і
і
і,
4
1
¦1
3
Рис. 4.16. Схемы процесса многоступенчатой экстракции
/ — подача сточнбй воды; 2, 3, 4 — экстракционные установки соответственно I, II и III ступени;
5 — подача чистого экстрагента; в — выпуск обработанной сточной воды; 7 — отвод отработанного
зкетраіента (экстракта); 8 — отстойники (или сепараторы)
а)
2
f
значительно отличающуюся от
температуры кипения
экстрагируемого вещества; небольшую
удельную теплоту испарения и
малую теплоемкость, что
позволяет снизить расходы пара и
охлаждающей воды; возможно
меньшие огне- и взрывоопасность,
токсичность; низкую стоимость.
Экстрагент не должен
подвергаться заметному гидролизу и
взаимодействовать с
экстрагируемым веществом, материалом
трубопроводов и запорно-регулн-
рующей арматуры
экстракционной установки.
Методы экстрагирования
органических веществ по схемам контакта
можно разделить на перекрестноточные,
б)
* _
1
2
I
u-,
непрерывной
Рис. 4.17. Схемы процесса
экстракции
7, 2 —подача соответственно зкстрагента и
сточной воды; 3, 4 — отвод соответственно
отработанного екстрагента н обработанной сточной
воды
экстрагекта и сточной воды
ступенчато-противоточные и
непрерывно-противоточные. Прямоток в процессах экстракции не
применяется.
При многоступенчатой перекрестноточной схеме (рис. 4.16, а)
сточная вода на каждой ступени конктактнрует со свежим экстрагентом, что
требует значительных его расходов.
Практическое применение получили методы ступенчато-противоточ-
ной и непрерывно-противоточнои экстракции.
При ступенчато-противоточной экстракции (рис. 4.16,6) каждая сту-
ТАБЛИЦА 4.3. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ * р ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ МЕЖДУ ЭКСТРАГЕНТАМИ И ВОДОЙ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 25 °С
Экстрагируемое
из воды вещество
Анилин
Бензойная
кислота
Муравьиный
альдегид
Пикриновая
кислота
Пиридин
Экстр агент
Бутилацетат
Толуол
Диэтиловый
эфир
Бутилацетат
Толуол
Амиловый
спирт
Толуол
Бензол
Хлороформ
Толуол 1
*Р
27
8—19
71-91
30
6-12
3
1,7-8,7
0,7-5,3
1,2-2,6
1,4-9,3
Экс трагируемое
нз воды вещество
Салициловая
кислота
га-толуидин
Фенол
Хлоруксусная
кислота
Экстрагент
Ацетон
Толуол
Бензол
Хлороформ
Бензол
Бутилацетат
Амиловый спирт
Толуол
Бензол
Хлороформ
Амиловый спирт
126
1,7—2,5
1,7 4,5
2,9—4,3
51-60
51
14—16
1,7 9,4
2,3-12,5
3,4—12,5
3,6
10«
147

пень включает перемешивающее устройство для смешения фаз и
отстойник для их гравитационного разделения. Могут применяться также
центробежные сепараторы, обладающие более высокой разделительной
способностью по сравнению с гравитационными. Вода и экстрагент
движутся навстречу друг другу, экстракт последующей ступени
смешивается в смесителе с водной фазой предыдущей ступени. Смеситель
должен обеспечить максимальную степень диспергирования экстракта в
воде, исключающую, однако, возможность образования стойких
эмульсий, которые препятствуют разделению фаз. Конечная концентрация
экстрагируемого вещества в воде может быть определена по формуле
С„ = Сн/A + bkp)" , D.39)
где С« и Сн—соответственно конечная и начальная концентрация экстрагируемого
вещества в воде, кг/м3; п — число экстракций; Ь — удельный расход экстрагента для
одной экстракции, м3/м3, равный:
b W/(Q); D,40)
здесь W — общий объем экстрагента, затрачиваемого на экстракцию, м3; Q —
количество сточных вод, подвергающихся экстракции, м3.
Анализируя уравнение D.39), можно сделать вывод о большой
эффективности многократной экстракции.
Ступенчато-противоточная экстракция может быть непрерывной или
периодической (при малых расходах сточных вод).
При непрерывно-противоточной экстракции вода и экстрагент
Движутся навстречу друг другу в одном аппарате, обеспечивающем
диспергирование экстрагента в воде; при этом примеси сточной воды
непрерывно переходят в экстрагент.
Если плотность обрабатываемой сточной воды больше плотности
экстрагента 7ст>7э, то вода вводится в экстракционную колонну
сверху, а экстрагент снизу (рис. 4.17, а). При 7з>7ст экстрагент вводится в
верхнюю часть колонны, а обрабатываемая сточная вода в нижнюю
(рис. 4.17,6).
Для определения концентрации экстрагируемого вещества в
обработанной сточной воде при непрерывной экстракции можно
воспользоваться формулой
CK = (l-Wp)C„. D.41)
Требуемый удельный расход экстрагента при заданных начальной
и конечной концентрациях экстрагируемого вещества в сточной воде
определяется по формуле
Ь= С1~Ск ¦ D.42)
Применение противоточных экстракционных колонн непрерывного
действия целесообразно при многоступенчатой экстракции.
Эффективность метода зависит от того, насколько легко образуются и
разрушаются эмульсии экстрагента в сточной воде, от длительности полного
разделения фаз и кинетики экстрагирования.
Технологическая схема очистки производственных сточных вод
экстракционным методом зависит от количества и состава сточных вод,
свойств экстрагента, способов его регенерации и обычно включает
следующие четыре установки:
1) подготовки воды перед экстракцией — отстойники, флотаторы,
фильтры, нейтрализаторы, охладительные устройства;
2) экстракции — колонны для улавливания паров экстрагента,
собственно экстракционная колонна и резервуары (сборники экстрагента).
Конструкция экстракционных колонн зависит от способа контакта
сточной воды и экстрагента. Существуют колонны без какой-либо
насадки — распылительные, инжекторные. Часто применяются насадочные
колонны, где в качестве насадки применяются блочные конструкции из
керамики, металла, пластических масс, а также засыпные элементы,
выполненные из керамики, металла (кольца Рашига, кольца Палля, седла
148

Бёрля и др.). Для повышения интенсивности и эффективности
перемешивания применяют тарельчатые колонны, колонны с пульсацией
потоков пли с движущимися сетчатыми тарелками. Экстракционные
колонны имеют значительную высоту для обеспечения необходимой
продолжительности контакта. В распылительной и насадочной колоннах, а
также в колонне с движущимися сетчатыми тарелками высота,
эквивалентная одной ступени экстракции, соответственно равна 10, 6 и 0,8 м.
Выбор типа колонны определяется необходимым числом ступеней
экстракции и допустимыми затратами энергии;
3) регенерации экстрагента из сточной воды. Отгонка экстрагента
обычно осуществляется в насадочной колонне, в которую сверху
подается обработанная сточная вода, а снизу — острый пар. Регенерация в
зависимости от свойств экстрагента и его товарной стоимости может
осуществляться отдувкой воздухом или другими газами, а также ре-
экстракцией;
4) регенерации экстрагента из экстракта — теплообменник,
подогреватель, одно- или двухступенчатая регенерационная
(ректификационная) колонна, охлаждающие устройства, сепараторы, сборники
регенерированного экстракта и экстрагируемых веществ.
Наиболее широко методы экстракции применяют для очистки
сточных вод предприятий по термической переработке твердых топлив
(каменного и бурого углей, сланцев, торфа), содержащих значительное
количество фенолов. Утилизация извлекаемых из сточных вод фенолов
позволяет не только покрыть расходы на их извлечение, но и при
начальной концентрации фенолов выше 3—4 г/л обеспечивает
рентабельность их очистки. Эффективность извлечения фенолов из сточных вод
достигает 80—97 %.
§ 23. ИОННЫЙ ОБМЕН
Гетерогенный ионный обмен, или ионнообменная сорбция — процесс
обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами,
присутствующими на поверхности твердой фазы — ионита.
Очистка производственных сточных вод методом ионного обмена
позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (соединения
мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть и другие
металлы), ПАВ и радиоактивные вещества, очищать сточную воду до
предельно допустимых концентраций с последующим ее
использованием в технологических процессах или в системах оборотного
водоснабжения.
По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты
и аниониты, проявляющие соответственно кислотные и основные
свойства. Иониты подразделяются на природные и искусственные, или
синтетические. Практическое значение имеют неорганические природные и
искусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных
металлов; применяются также иониты, полученные химической обработкой
угля, целлюлозы и лигнина.
Однако ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ио-
нитам — ионообменным смолам.
Различают следующие виды ионитов:
1) сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы SO3H и
сильнооенбвные анионы, содержащие четвертичные аммониевые
основания;
2) слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные СООН и
фенольные группы, диссоциирующие при рН>7, а также слабооснов-
ные аниониты, содержащие первичные NH2 и вторичные NH
аминогруппы, диссоциирующие при рН<7;
3) иониты смешанного типа, проявляющие свойства смеси сильных
и слабых кислот или оснований.
149

Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная
способность, так называемая обменная емкость. Полная емкость ионита—
количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов,
которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Рабочая
емкость ионита — количество находящихся в воде грамм-эквивалентов
ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до начала проскока в
фильтрат поглощаемых ионов.
При соприкосновении ионитов с водой происходит их набухание
вследствие осмотических явлений; объем ионитов обычно увеличивается
в 1,2—2 раза. На кинетику ионного обмена влияют также величина
температуры, концентрация ионов и др.
Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т.е.
возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит
в основе их регенерации. В табл. 4.4 приведены основные
характеристики некоторых отечественных катионитов и анионитов, применяемых
при обработке сточных вод.
ТАБЛИЦА 4.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ИОНИТОВ
Ионигы
Катиониты
Сульфоуголь СМ-1
Сульфоуголь СК-1
Катионит КУ-1
Катионит КУ-2
Аниониты
АН-2ФН
АН-18-8
АВ-17-8
Размер зерен,
мм
0,3—0,8
0,5—1,1
0,3—1,5
0,3—1
0,3—1,6
0,3—1,6
0,2—0,8
Обменная емкость, г-экв/м'
прн Н-катиони-
ровании
250
200
300
800
—
при Na-катио-
нироваиин
400
350
300
800
—
по SO2"
—
700
1000
800
Если катиониты находятся в Н- или Na-форме, обмен катионов
будет проходить по реакциям:
Ме+ + Н [К\ Z Me [К] + Н+;
Ме+ + Na [К] Z Me [KJ + Na+,
где Ме+ — катион, находящийся в сточной воде; [К]—сложный комплекс катионита.
Сильнокислотные катиониты позволяют осуществлять процесс
ионного обмена при любых значениях pH, а слабокислотные — при рН^7.
Регенерация катионитов осуществляется промывкой кислотой (при
Н-катионите) или раствором хлористого натрия (при Na-катионите):
2Ме [К] + H2SO4^2H[K1 + Me2SCy,
Me [Щ + NaClJNa [К] + MeCl.
Поскольку в сточных водах, как правило, содержится несколько
катионов, большое значение имеет селективность их поглощения. Для
каждого вида катионита установлены ряды катионов по энергии их
вытеснения. Например, для катионита КУ-2
Н+ < Na+ <5 NH+ < Mg2+ < Zn2+ < Со2+ < Cu2+ < Cd2+ < Ni2+ <
< Ca?+ < Sr?+ < Pb=+ < Ba2+.
Слабооснбвные аниониты поглощают анионы сильных кислот
2 IAJOH + H2SO4irA]2SO4 + 2Н2О,
где [А] — сложный органический комплекс анионита.
Для большинства анионов справедлив следующий ряд по
поглощающей способности: SO^C1
150

'16
7
7
Рис. 4.18. Схема ионообменной очистки сточных вод производства хлоранилина
/, // —подача соответственно сточноіі и свежей воды: Ш, /V —выпуск соответственна
обработанной сточной воды и продукта; / — резервуар сточной воды; 2, 8 — мерннки; 3 — фильтр; 4, 13 —
емкости для соляной кислоты; 5 — емкость для известкового молока; 6 — дозатор; 7 —
ионообменные колонны; 9 — ректификационная колонна; 10 — отстойник-разделитель; //. 14, 15, 16 — насоаы;
12 — приемник
Регенерация слабоосновных анионитов достигается фильтрованием
через слой анионита 2—4 %-ных водных растворов NaOH, Na2CO3 или
NH4OH:
[A]2SO4 + 2NaOH^:2 [A]OH + Na2SO4.
Процессы ионообменной очистки сточных вод осуществляются в
аппаратах периодического (фильтрах) или непрерывного действия.
Фильтр периодического действия представляет собой закрытый
цилиндрический резервуар с расположенным у днища щелевым дренажным
устройством, обеспечивающим равномерное отведение воды по всему
сечению фильтра, высота слоя загрузки ионита 1,5—2,8 м. Фильтр
может работать по параллельно-точной схеме (при подаче сточной воды
и регенерирующего раствора сверху) и по противоточной схеме
(сточная вода подается снизу, а регенерирующий раствор— сверху). На
продолжительность фнльтроцикла большое влияние оказывает содержание
взвешенных веществ, поэтому перед подачей воды в ионообменную
установку следует обеспечить максимальное их удаление. При
фильтровании сточной воды через неподвижный слой ионита со скоростью до
10 м/ч расчет фильтра производится на основании материального
баланса.
В качестве примера на рис. 4.18 приведена технологическая схема
ионообменной очистки сточных вод производства хлоранилина от
смесей анилина с хлоранилином. Необработанная сточная вода поступает
в резервуар, куда дозируется из мерников 2 соляная кислота для
снижения рН^4-М,5. Подкисленная сточная вода насосом 16 подается на
фильтр, где отделяется от выпавших при подкислении взвешенных
веществ. Фильтрат поступает в блок последовательно расположенных
ионообменных колонн с общей высотой слоя катионита КУ-2 не менее
3 м; скорость фильтрования около 2 м3/(м2-ч). Обычно две колонны
работают в режиме ионного обмена, а одна регенерируется. Регенера-
ционный аммиачно-метанольный раствор насосом 14 из мерника 8
подается в регенерируемую колонну снизу вверх. Подогретая до 35—40 °С
вода для промывки отрегенернрованной колонны поступает в нее через
тот же мерник.
Из колонны отработанный регенерационный раствор выпускается в
приемник, откуда насосом 11 подается в ректификационную колонну
151

для отгонки метанола и аммиака. Кубовый остаток из этой колонны
направляется в отстойник — разделитель фаз: водный слой
направляется в сборник, а слой сырых аминов на разгонку и утилизацию. После
регенерации водно-метанольным раствором аммиака катионит для
перевода в водородную форму промывают 8—10%-ным раствором
соляной кислоты, поступающим из емкости 4. Кислота, вытекающая из
колонны, собирается в емкость 13 и насосом 15 подается в мерники 2 для
регулирования pH сточной воды. Туда же направляются промывные
воды. Обработанная сточная вода имеет слабокислую реакцию и должна
перед сбросом нейтрализоваться известковым раствором.
При очистке сточных вод, загрязненных взвешенными веществами,
применяют ионообменные колонны с псевдоожиженным слоем ионита.
Для определения основных параметров установки подсчитывают
суммарную площадь сечения ионообменных колонн 5общ, м2, по расходу
сточных вод Q, м3/ч, и оптимальной скорости фильтрования через псев-
доожиженный слой ионита уопт, м3/(м2-ч):
50бщ = Q/Чшт- <4-43)
Общее количество ионов, которое должно быть задержано в
ионообменной колонне за 1 ч, зависит от их начальной Сн и конечной Ск
концентраций, кг-экв/м3, и равно Q(Ca—Ск). Для поглощения этого
количества ионов необходимо подать определенное количество
воздушно-сухого ионнта с динамической емкостью ?д, кг-экв/т:
Л1Ч = (?(СН-С„)/?Д, D.44)
где Мч — требуемое количество воздушно-сухого ионита, т/ч.
Если продолжительность рабочего цикла ионообменных колонн
между двумя регенерациями равна t, ч, то общая их загрузка Л4Общ> т,
MQOai = M4t. D.45)
Объем загрузки ионообменных колонн до образования псевдоожи-
женного слоя W\, м3,
И\ = Л40бщ/</ш D.46)
где da — насыпная плотность ионита, т/м3.
Поскольку суммарная площадь ионообменных колонн определяется
оптимальной скоростью фильтрования, то высота набухшего слоя нони-
та Н\, м, до псевдоожижения составит
tfi = nVSo6ui. D.47)
Так как оптимальное отношение высоты псевдоожиженного слоя к
высоте неподвижного слоя #2/#i —1,5, то величину #2, м, определяют
ни формуле
Н2 = 1,5ftVSo6m- D-48>
Пслк задаться диаметром ионообменной колонны DK. то число
колоны
«к=45о6щ/(я^). D.49)
Далее подсчитываем объем регенерационных растворов и емкостей
для них.
Процесс регенерации ионитов состоит из трех стадий: взрыхления
ионита, собственно регенерации и отмывки ионита от продуктов
регенерации и избытка регенерирующего вещества. Объем промывных вод
обычно составляет 75—100 % объема регенерационных растворов.
В аппаратах непрерывного действия ионит движется по замкнутому
коніуру, последовательно проходя стадии сорбции, регенерации и про-
мывкн. На рис. 4.19 приведена схема аппарата непрерывного действия
конструкции Института коллоидной химии и химии воды (ИКХХВ) АН
УССР.
Аппарат состоит из ионообменной емкости, выполненной в виде усе-
152

ченного конуса. Внутри этого конуса
находится второй усеченный конус, где
происходят процессы регенерации и
отмывки. Сточная вода подается в
колонну через трубу с коническими
насадками. Пройдя через псевдоожиженный слой
ионита, обработанная вода выходит из
верхней части колонны. Отработанный
ионит осаждается в нижней части
колонны, откуда через трубчатое устройство
с помощью эрлифта или эжектора
подается в верхнюю часть колонны. Во
внутреннем полом усеченном конусе скорость
движения потока воды уменьшают с
помощью регулятора, что способствует
вовлечению отработанного ионита в этот
конус и последующему осаждению его в
нижней части ионообменной колонны.
Регенерационный раствор подается в
нижнюю часть внутреннего усеченного
ронуса, а отводится из верхней части.
Регенерированный ионит, продолжая
опускаться навстречу восходящему
потоку воды, промывается и переходит в
рабочую зону колонны. Аппарат прост в
конструктивном исполнении н
эффективен в работе.
Метод ионного обмена применяется
для очистки сточных вод предприятий
металлургической, химической,
коксохимической, машиностроительной и других
отраслей промышленности.
§ 24. ЭЛЕКТРОДИАЛИЗ И ПРОЧИЕ МЕТОДЫ
Электродиализ — процесс сепарации ионов солей, осуществляемый
в мембранном аппарате под действием постоянного электрического
тока, применяемый для опреснения высокоминерализованных сточных
вод.
Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анио-
нитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные)
ТАБЛИЦА 4.5. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИОНИТОВЫХ МЕМБРАН
Рис. 4.19. Ионообменный аппарат
непрерывного действия
/ — подача воды; 2, 3 — устройство
соответственно для транспортирования и
отбора ионита; 4 — подача сточной
воды; 5 — регулятор скорости движения
потока воды в регенераторе: 6 — подача
регеиерацнонного раствора; 7 —
внутренний корпус лля регенерации
ионита; 8 — отвод послерегенеоациониого
раствора; 9 — ионообменная колонна;
10 — воронка для приема
отработанного ионнта; И — выпуск обработанной
сточной воды
Марка
Толщина,
мм
Иіиообмен-
цая емкость,
мг-экв/г

Селективность в 0,1 н
растворе
NbCI
Электрическое
сопротивление, Ом/сма
удельное

поверхностное
Прочность
на рвзрыв,
МПа
Анноннтовые мембраны
МК-40
МК-100
К-2
РМК-10
МА-40
МА-100
А-4
РМА
0
,5-0,7
0,3
0,6
0,1
3^-4,4
2—2,3
3,5
5
0,
0,
4—0
0,3
6—0
0,3
,7
,7
0,94
0,97
0,93
0,96
200—250
150—180
104
Катионитовые мембраны
2,3—2,5
2,5—2,8
2
1.9
0.96
0,97
0,96
0,86
180—203
120—150
208
12—17
3,5—6
9,8—16,2
2,4—5
12—13
12—14
12—15
12—15
13
153

Рис. 4.20. Схема процесса электродиализа (цифры в кружках — номера камер)
А — анноннтовые мембраны; К — катионнтоаые мембраны; / — выход газообразного водорода; 2 -
подача сточной воды; 3 — выход газообразных кислорода и хлора; 4 — выпуск обессоленной воды,
5 — выпуск концентрированного рассола
л?..
\ і
\ і
\ і
V -
Л
\
Рис, 4.21. Схема циркуляционной
электродиализной установки непрерывного действия
/ — подача сточной воды; 2 — рабочие баки; .3 — бак для
рассола; 4 — выпуск рассола; 5 — выпуск дилюата; 6 —
олектродиали'.атор; 7 — подача рециркуляционного
рассола; 8 — насосы; 9 — подача смеси рециркуляционной н
сточной воды. /0 — выпуск рассола н± электродиализа-
тора; 11 — выпуск обессоленной воды
и обессоливающие (днлюатные) камеры.
Под воздействием постоянного тока
катионы, двигаясь к катоду («—»),
проникают через катионитовые мембраны, но
задерживаются анионитовыми, а анионы,
двигаясь в направлении анода («-+-»),
проходят через анионитовые мембраны,
но задерживаются катионитовыми. В
результате этого из одного ряда камер
(например, четных) ионы обоих знаков выводятся в смежный ряд
камер (рис. 4.20). .
Мембраны для электродиализатора изготовляют в виде гибких
листов прямоугольной формы или рулонов из термопластичного
полимерного связующего и порошка ионообменных смол. В табл. 4,5 приведены
основные свойства иониговых мембран, выпускаемых отечественной
промышленностью.
Электродиализные аппараты применяются двух типов:
прокладочные и лабиринтные. Электродиализаторы прокладочного типа
(ЭДУ-50, ЭХО-М-5000Х200, «Родник-3») имеют горизонтальную ось
электрического поля; их пропускная способность 2—20 м3/ч.
Электродиализаторы лабиринтного типа (Э-400М, ЭДУ-2, ЭДУ-1000, АЭ-25)
имеют вертикальную ось электрического поля; их пропускная
способность 1—25 м3/ч. Оптимальная область применения
электродиализаторов — ПрИ концентрации солей в сточной воде 3—8 г/л. Во всех
конструкциях электродиализаторов в основном применяют электроды,
изготовленные из платинированного титана. Для эффективной работы
аппаратов большое значение имеет промывка приэлектродных камер, что
предохраняет крайние мембраны от разрушения продуктами
электролиза.
154

Технологические схемы электродиализных установок (ЭДУ) состоят
из следующих узлов: 1) аппаратов предварительной подготовки
исходной воды; 2) собственно электродиализной установки; 3) кислотного
хозяйства и системы сжатого воздуха; 4) фильтров, загруженных
активированным углем БАУ или АГ-3, и бактерицидных установок.
Технологические схемы бывают следующих типов.
1. Прямоточные ЭДУ, в которых сточная вода последовательно или
параллельно проходит через аппараты установки и солесодержание
воды снижается от исходного до заданного за один проход.
2. Циркуляционные (порционные) ЭДУ, в которых определенный
объем частично обессоленной воды из бака дилюата перекачивается
через мембранный электродиализный аппарат обратно в бак до тех пор,
пока не будет достигнута необходимая степень обессоливания.
3. Циркуляционные ЭДУ непрерывного действия (рис. 4.21), в
которых часть сточной воды непрерывно смешивается с частью не полностью
обессоленной воды (дилюата), проходит через электродиализатор и
подается потребителю или в резервуар очищенной воды.
4. ЭДУ с аппаратами, имеющими последовательную гидравлическую
систему движения потоков в рабочих камерах.
Каждая из указанных выше технологических схем имеет
определенные преимущества и недостатки, и их выбор производится на основании
технико-экономических расчетов. Исходными параметрами для расчета
являются: конкретные местные условия, пропускная способность ЭДУ,
солесодержание и состав обрабатываемых сточных вод. Например, лри
суточном расходе более 300—500 м3 сточных вод считается
рациональным применение технологических схем прямоточного типа.
Прочие методы
Наряду с методами очистки производственных сточных вод,
рассмотренными в настоящей главе, находят применение также и другие
методы физико-химической очистки, такие как эвапорация, кристаллизация,
выпаривание, испарение, гиперфильтрация, ультрафильтрация,
ректификация, термическая и магнитная обработка и др. Поскольку эти
методы распространены значительно реже, остановимся на них лишь
вкратце..
Обратный осмос (гиперфильтрация) — непрерывный процесс
молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением
через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или
частично молекулы либо ионы растворенного вещества. При приложении
давления выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос
растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому
растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность
очистки. Необходимое давление, превышающее осмотическое давление
растворенного вещества в растворе, составляет при концентрации солей
2—5 г/л 0,1—1 МПа и при концентрации солей 20—30 г/л — 5—10 МПа.
Ультрафильтрация — мембранный процесс разделения растворов,
осмотическое давление которых мало. Этот метод используется при
отделении сравнительно высокомолекулярных веществ, взвешенных
частиц, коллоидов. Ультрафильтрация по сравнению с обратным осмосом—
более высокопроизводительный процесс, так как высокая проницаемость
мембран достигается при давлении 0,2—1 МПа.
Очистка сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной,
химической, нефтехимической и других отраслей промышленности
гиперфильтрационным и ультрафильтрационным методами имеет ряд преимуществ
по сравнению с традиционными методами очистки: невысокие
энергозатраты, простота и компактность установок, возможность полной их
автоматизации, высокая эффективность очистки, возможность повторного
использования фильтрата и утилизации полученного концентрата. Не-
155

достатком метода является необходимость проведения процесса при
высоком давлении в системе.
В настоящее время применяются различные типы
гиперфильтрационных и ультрафильтрационных аппаратов, отличающихся способом
размещения мембран:
1) аппараты типа «Фильтр-пресс» с плоскокамерными
фильтрующими элементами, имеющими удельную площадь поверхности мембран
60—300 м2 на 1 м3 объема аппарата;
2) аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами, имеющими
удельную площадь поверхности мембран 100—200 м2/м3;
3) аппараты с фильтрующими элементами рулонного или
спирального типа с удельной площадью поверхности мембран 300—800 м2/м3;
4) аппараты с мембранами из полых волокон малого диаметра D5—
200 мкм), имеющими удельную площадь поверхности до 20 000 м2/м3;
волокна из ацетатцеллюлозы или нейлона, собираются в пучки длиной
2—3 м и располагаются в аппарате линейно или U-образно.
Производительность таких аппаратов 5—1000 м3/сут.
Основным элементом осмотических аппаратов являются мембраны,
которые должны обладать высокой проницаемостью и селективностью,
механической прочностью и низкой стоимостью. В СССР применяются
мембраны ацетатцеллюлозного типа марок МГА (для
гиперфильтрационных аппаратов) и УАМ (для ультрафильтрационных аппаратов).
Производительность этих мембран 30—2400 л/(м2-сут); селективность
80—97%; крупность пор гиперфильтрационных мембран около 0,001
мкм и ультрафильтрационных 0,005—0,2 мкм.
Схемы работы гиперфильтрационных аппаратов в зависимости от
состава сточных вод, необходимой степени их очистки, а также
производительности аппаратов могут быть одно- и многоступенчатый.
Эвапорация. Среди эвапорационных методов очистки
производственных сточных вод наиболее широкое распространение получили пароцир-
куляционный метод и азеотропная ректификация.
Пароциркуляционный метод, применяемый для удаления из сточных
вод летучих веществ — фенолов, крезолов, ксиленолов, нафтолов и др.,
основан на отгонке загрязнений с циркулирующим водяным паром и на
последующей его отмывке от загрязнений раствором щелочи. При
нейтрализации щелочного раствора загрязнения выделяются из него и
могут быть отделены от водного слоя отстаиванием.
Отгонка осуществляется в периодически действующих аппаратах или
в непрерывно действующих дистилляционных колоннах. При движении
через колонну с насадкой навстречу острому пару сточная жидкость
нагревается до 100 °С; находящиеся в ней летучие примеси частично
переходят в паровую фазу. Основные размеры эвапорационных колонн:
диаметр 0,8—3 м; высота насадки 6—12 м; отношение высоты колонны к
ее диаметру не более 5—10. Плотность орошения 1—2 м3/(м2-ч),
расход пара 0,5—1,5 кг/кг, производительность колонны 20—200 м3/сут.
Азеотропная ректификация основана на свойстве многих химических
соединений образовывать а'зеотропные, нераздельнокипящие смеси с
водой. Сточная вода нз емкости направляется в колонну, обогреваемую
паром, где отгоняется часть воды в виде азеотропной смеси с
загрязняющим компонентом. Из нижней части колонны выходит очищенная
вода. Пары, выходящие через верх колонны, поступают в конденсатор.
Конденсат после дополнительного охлаждения направляется в
сепаратор, где разделяется на два слоя — водный и органический. Водный
слой из сепаратора сбрасывается в емкость исходной сточной воды,
а загрязняющий компонент поступает на дальнейшую переработку или
на повторное использование.
Эвапорационные методы применяют для очистки сточных вод
коксохимических и химических заводов, заводов^синтетического каучука и др.
156

Выпаривание сточных вод применяют для увеличения концентрации
солей, содержащихся в сточных водах, и ускорения их последующей
кристаллизации, а также для обезвреживания небольших количеств
высококонцентрированных сточных вод (например, радиоактивных).
Выпаривание может быть "простым, а также одно- и
многоступенчатым под вакуумом. Простое выпаривание производят в открытых
резервуарах, в которых сточная вода с помощью пара низкого давления
нагревается до 100 °С, что вызывает большой расход теплоты. При
выпаривании под вакуумом можно значительно снизить температуру кипения
раствора и, следовательно, использовать в качестве источника теплоты
отработанный пар, однако вакуумные выпарные установки более
сложны в аппаратурном оформлении, а также при эксплуатации.
Испарение в отличие от выпаривания осуществляется с открытой
поверхности жидкости и происходит практически при любой
температуре. Площадь испарительных площадок рассчитывается в зависимости
от климатических и грунтовых условий.
Кристаллизация основана на различной растворимости
содержащихся в сточной воде веществ, зависящей не только от их вида, но и от
температуры растворителя. При изменении температуры сточных вод
получаются пересыщенные растворы находящихся в них веществ, а затем их
кристаллы. На этом принципе основан метод выделения из сточной
воды кристаллов загрязняющего ее вещества, образующихся при
естественном или искусственном ускорении испарения жидкости.
Кристаллизация применяется при обработке небольших количеств
концентрированных сточных вод. Кристаллизаторы бывают периодического действия
с естественным охлаждением за счет испарения воды, периодического
действия с перемешиванием и искусственным охлаждением,и
непрерывного действия.
Термоокислительные методы обезвреживания сточных вод — паро-
фазное окисление («огневой» метод), жидкофазное окисление
(«мокрое» сжигание), а также парофазное каталитическое окисление.
Сущность «огневого» метода заключается в том, что сточная вода,
вводимая в распыленном состоянии в высокотемпературные (900—
1000 °С) продукты горения топлива, испаряется, органические примеси
сточной воды сгорают, образуя продукты полного сгорания.
Минеральные примеси при этом образуют твердые или расплавленные частицы,
которые выводятся из рабочей камеры печи или уносятся с дымовыми
газами.
Сущность термоокислительного жидкофазного обезвреживания
состоит в окислении кислородом воздуха органических примесей сточной
воды, находящихся в жидкой фазе при повышенных температуре (до
350 °С) и давлении.
Термокаталитическое окисление применяется при очистке сточных
вод, загрязненных летучими органическими веществами. По этому
методу сточная вода подается в выпарной аппарат, где пары воды и
органических веществ, а также газы и воздух подогреваются до 300 °С, а затем
смесь подается в контактный аппарат, загруженный катализатором.
Обезвреженная парогазовая смесь охлаждается, и образующийся
конденсат используется в производстве. Следует отметить, что
термоокислительные методы очистки применяются при небольших расходах
высококонцентрированных сточных вод.
Магнитная обработка находит применение при очистке сточных вод
металлургической промышленности от ферромагнитных механических
примесей, а также в системах оборотного водоснабжения для
предупреждения накипеобразования в теплообменных аппаратах.
167

ГЛАВА 5. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Биологическое окисление — широко применяемый на практике
метод очистки производственных сточных вод, позволяющий очистить их
от многих органических примесей. Процесс зтот, по своей сущности,
природный, и его характер одинаков для процессов, протекающих в
водоеме, очистном сооружении, склянке для определения БПК,
респирометре и т. п. Биологическое окисление осуществляется сообществом
микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных
бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов—
водорослей, грибов и т. д., связанных между собой в единый комплекс
сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
Главенствующая роль в зтом сообществе принадлежит бактериям,
число которых варьирует от 106 до 10й клеток на 1 г сухой биологической
массы (биомассы). Число родов бактерий может достигать 5—10, число
видов — нескольких десятков и даже сотен.
Такое разнообразие видов бактерий обусловлено наличием в
очищаемой воде органических веществ различных классов. Если же в составе
сточных вод присутствует лишь один или несколько близких по составу
источников органического углерода, т. е. один или несколько близких
гомологов органического соединения, то возможно развитие
монокультуры бактерий.
Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями в
том случае, если очистку проводят в анаэробных условиях (в отсутствии
растворенного в воде кислорода) или при слишком неблагоприятном
уровне питания, который представляет собой отношение количества
органических веществ к числу микроорганизмов. Неблагоприятным
уровнем питания может оказаться, например, слишком высокое соотношение
количеств подаваемых на очистку загрязнений и биомассы
микроорганизмов. Если очистку проводят в анаэробных условиях (в присутствии
растворенного кислорода), то при благоприятной обстановке в
сообществе микроорганизмов развиваются простейшие, представленные числом
видов от 1 до 15—30.
Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы
и автотрофы, причем перимущественное развитие та пли иная группа
получает в зависимости от условий работы системы. Эти две группы
бактерий различаются по своему отношению к источнику углеродного
питания. Гетеротрофы используют в качестве источника углерода
готовые органические вещества и перерабатывают их для получения
энергии и биосинтеза клетки. Автотрофные организмы потребляют для
синтеза клетки неорганический углерод, а энергию получают за счет
фотосинтеза, используя энергию света, либо хемосинтеза путем окисления
некоторых неорганических соединений (например, аммиака, нитритов,
солей двухвалентного железа, сероводорода, элементарной серы и др.).
Механизм биологического окисления в аэробных условиях
гетеротрофными бактериями может быть представлен следующей схемой:
органические вещества + О2+Ы + Р-ичикроорганизмы ,
-f-биологически неокисляемые растворенные вещества; E.1)
микроорганизмы +O2-*-CO2+H;:O + N + P +
+ биологически неразрушаемая часть клеточного вещества. E.2)
Реакция E.1) символизирует окисление исходных органических
загрязнений сточных вод и образование повой биомассы. В очищенных
сточных водах остаются биологически неокисляемые вещества,
преимущественно в растворенном состоянии, так как коллоидные и нераство-
ренные вещества удаляются из сточной воды методом сорбции.
Процесс эндогенного окисления клеточного вещества, который
происходит после использования внешнего источника питания, описывает
реакция E.2).
158

Примером окисления автотрофами может быть процесс
нитрификации
55NH+ + 5СО2 + 76O2~>C5H7NO2 + 54NO~ -f 52Н2О + 109Н+; E.3)
400NO7 + 5СО2 + NHt + 195О2 + 2Н2 0->C5H7N02 + 400NO7 + Н+, E.4)
где C5H7NO2 — символ состава органического вещества образующихся клеток
микроорганизмов.
Реакцию E.3) осуществляют бактерии рода Nitrosomonas, при этом
они переводят азот аммонийных солей в азот нитритов, а реакцию
E.4) — окисление азота нитритов в азот нитратов проводят бактерии
рода Nitrobacter.
Анаэробный процесс метановой ферментации проходит по
следующей- схеме:
органические вещества + Н2О->-СН4 + СО2 + С.Н?МО2 + Ш^ + НСО~ . E.5)
Анаэробный процесс денитрификацин происходит в две стадии:
NOg" + органические вещества ->N07 + СО2 + Н2О; E.6)
N07 + органические вещества ~> N + С0„ + НО + ОН"". E.7)
Если процесс денитрификации проводят с биологически очищенной
водой, практически лишенной исходных органических веществ, то в
качестве углеродного питания применяют относительно недорогой метило*
вый спирт. В этом случае суммарная реакция денптрмфикации может
быть записана следующим образом:
6NO3~ + 5H3COH->3N,+ 5COS + 7Н2О + 60Н". E.8)
Перечисленные схемы процессов далеко не исчерпывают всех возмож-
ностей биологического окисления (биоокисления), но именно они
наиболее часто встречаются в практике очистки городских и
производственных сточных вод. Все показанные здесь ферментативные реакции
осуществляются внутри клетки, для чего необходимые элементы питання
должны попадать в ее тело сквозь оболочку. Многие же исходные
органические примеси могут иметь слишком большие размеры частиц по
сравнению с размерами клетки. В связи с этим значительная роль в
общем процессе окисления отводится протекающему вне клетки
ферментативному гидролитическому расщеплению крупных молекул и частиц на
более мелкие, соизмеримые с размерами клетки.
Если в сообществе микроорганизмов имеются простейшие, то их роль
весьма многопланова и заключается прежде всего в регулировании
числа бактерий в сообществе микроорганизмов и в непосредственном
изъятии из сточной воды крупных частиц исходных примесей.
§ 25. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
Эффективность процессов биологической очистки зависит от ряда
факторов, одни из которых поддаются изменению и регулированию в
широких диапазонах в пределах биологической системы, регулирование
же других, таких, например, как состав поступающих на очистку
сточных вод, практически исключено. Действие основных факторов,
определяющих пропускную способность системы и степень очистки сточной
воды, рассмотрено ниже.
Температура. Оптимальной температурой для аэробных процессов,
происходящих в очистных сооружениях, считается 20—30°С, при этом
биоценоз при прочих благоприятных условиях представлен наиболее
разнообразными и хорошо развитыми микроорганизмами. В то же
время температурный оптимум бактерий различных групп варьирует в
широких пределах: для психрофилов 10—15 °С, мезофилов 25—37°С, тер-
159

№
as«
/
У
\
\
Рцс. 5.1. Температурная зависимость
относительной активности суспензии Asotobacter
fisheri
мофилов 50—60 °С. Микроорганизмы
хорошо развиваются при оптимальных
температурах и сохраняют свою
жизнеспособность при колебаниях температур в
V Л /?/ $5 т/с значительных диапазонах. Так, психро-
филы могут существовать & пределах
температур от —8 до +30 °С, мезофи-
лы — от —5 до +50 °С, термофилы —от +30 до +85 °С.
Если температурный режим не соответствует оптимальному, то рост
культуры, а также скорость обменных процессов в клетке заметно ниже
максимальных значений (рис. 5.1). Наиболее неблагоприятное влияние
на развитие культуры оказывает резкое изменение температуры. При
аэробной очистке сточных вод влияние температуры усугубляется еще
вследствие соответственного изменения растворимости кислорода. Очень
чувствительны к температуре бактерии нитрификаторы; их наибольшая
активность наблюдается при температуре не ниже 25 °С.
В технических расчетах для оценки влияния температуры на скорость
процессов используются формулы, приводимые в соответствующих
нормативных документах.
Продолжительность аэрации, вычисленную по формуле СНиП П-32-
74 для расчета аэрационных систем, следует умножить на отношение
15/Т (где Т — среднегодовая температура поступающих на очистку
сточных вод). Относительная продолжительность окисления t
изменяется в зависимости от колебаний температуры сточной воды:
Г, °С
і . .
10
0,67
15
1
20
1,33
25
1,67
30
2
При расчете высоконагружаемых биофильтров влияние температуры
учитывается уравнением Стриттера:
kT =/%2o-l.O47r-2Os E.9)
где kT и ^20 — константы процесса соответственно при расчетных температурах
сточных вод Г и 20 °С.
Если условно принять &20=1, то относительное изменение величины
константы процесса в зависимости от температуры оказывается:
Т, °С
10
0s63
15
0,79
20
1
25
1,26
30
1.58
В окончательном расчете биофильтра влияние температуры, однако,
уже не столь заметно, как это показано выше, поскольку в расчетной
формуле значение kT. вуалируется одновременным учетом влияния еще
ряда других параметров.
В зарубежной практике, например в США, при расчете аэротенков
также применяется уравнение Стриттера, но делается оговорка, что
пределы его применимости охватывают значения температур от 4 до 30 °С.
Активная реакция среды. Концентрация водородных ионов
существенно влияет на развитие микроорганизмов. Значительная часть
бактерий развивается лучше всего в среде нейтральной или близкой к ней,
однако имеются виды, хорошо развивающиеся в кислой среде с рН =
= 4-^6 (грибы, дрожжи) или, наоборот, в слабощелочной среде (акти-
номицеты).
Биологическая очистка наиболее эффективна, если значение pH не
выходит за пределы 5—9, оптимальной считается среда с рН = 6,5-4-7,5.
Отклонение pH за пределы 5—9 влечет за собой уменьшение скорости
160

окисления вследствие замедления обменных процессов в клетке,
нарушения проницаемости ее цитоплазматическои мембраны и др.
Ряд бактерий в процессе жизнедеятельности изменяет реакцию
среды. Так, при разложении мочевины выделяющийся аммиак
подщелачивает среду. Очень важно, что микроорганизмы сами способны
регулировать величину pH среды, хотя и в ограниченных пределах.
Если значения температуры и pH выходят за пределы не только
оптимальных, но и допустимых величин, необходимо корректировать эти
параметры в сточных водах, поступающих на биологическую очистку.
Биогенные элементы. Для нормального процесса синтеза клеточного
вещества, а следовательно, и для эффективного процесса очистки
сточной воды в среде должна быть достаточная концентрация всех основных
элементов питания — органического углерода (БПК), азота, фосфора.
Кроме основных элементов состава клетки (С, N, О, Н) для ее
построения необходимы в незначительном количестве и другие
компоненты. Так, потребность клетки в марганце составляет 10-10~5 мг на 1 мг
снятой БПК.5, меди— 14,6-10~5, цинке— 16-10-5, молибдене —
43-Ю-5, селене — 14-Ю-10, магнии — ЗО-Ю, кобальте — 13-Ю-6,
кальции 62- 10~4, натрии — 5-Ю-5, калии — 45-Ю-4, железе —12-Ю~3,
карбонат-ионе — 27-. 10~4. Содержание указанных элементов в
природных водах, из которых затем образуются сточные, обычно достаточно,
чтобы полностью удовлетворить требованиям бактериального
метаболизма. Часто не хватает азота и фосфора и их добавляют искусственно
в виде суперфосфата, ортофосфорной кислоты, аммофоса, сульфата,
нитрата или хлорида аммония, мочевины и т. п.
Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах
определяется соотношением БПК : N : Р (азот аммонийных солей или
белковой и фосфор в виде растворенных фосфатов). Согласно
рекомендациям СНиП 11-32-74, при обработке городских сточных вод соотношение
БПКполн: N :.Р должно быть не менее 100:5:1. Можно подсчитать, что
в бытовых сточных водах, поступающих после механической очистки на
биологическую, это соотношение составляет примерно 100:20:2,5. Как
видно, здесь содержание азота и фосфора намного выше, чем это
требуется по нормам проектирования, вследствие чего целесообразна
совместная очистка бытовых и производственных сточных вод, если
последние не содержат указанных биогенов. Для некоторых видов
производственных сточных вод потребность в биогенных элементах определена на
основании данных эксплуатации, приведенных ниже.
Производство Соотношение
БПК:N:Р в
сточной воде
Синтетических жирных кислот . . . . 100:3
Поливиннлацетатных пластмасс . . . 100:3,9:0,8
Изопренового каучука 100 : 3,3 : 0,9
Нефтеперерабатывающий завод . , , 100 : 5
Нефтехимический завод 100: 5
Синтетического глицерина 100 : 5
Нефтемаслозавод 100 : 7
Фенола, дихлорфенола, нитробензола
и др 100 : 5
Целлюлозно-бумажное , 100 : 5
0,8
1
1,3
1,2
1,5
1,3
1
Химико-фармацевтическое 100 : 3,5 : 0,9
По данным Эккенфельдера (США), потребность в биогенных
элементах подсчитывают из условия, что' активная биомасса илов
содержит примерно 12,3 % ааота и 2,6 % фосфора, а остаток после биогенного
метаболизма имеет соответственно 7 % азота и 1 % фосфора.
Требуемые минимальные количества азота и фосфора подсчитываются на
беззольную часть ожидаемого прироста ила.
Уровень питания. В технической литературе за меру уровня пптяння
принимают величину суточной нагрузки по загрязнениям в пересчете
11—179 161

a)
1
1
К Ш /
\ Yy* §
Х/уаианасса g
д\ і
\j V
\
\
остаток
время
Декитрификация
ЗФфекгпиёност
очистки ро ВПК
Высоконагрухае ¦
мыепэротвнт
Возрастила-
Нагрузкапа ВПК наил
Рис. 5,2. Взаимосвязь основных параметров процесса биологического окисления
о — изменение основных компонентов биологической системы в процессе аэрирования; 6 —
влияние нагрузки на седшиеитационяые свойства ила
на 1 м3 очистного сооружения, на 1 г сухой биомассы или на 1 г
беззольной части биомассы. Наиболее часто оперируют значениями
нагрузки по ВПК, однако в ряде случаев подсчитывают и величину нагрузки
по индивидуальному виду загрязнений.
Для аэрационных сооружений величина нагрузки на активный ил
в совокупности с другими, характеристиками дает возможность
предсказать эффективность процесса очистки и, в частности, седиментацион-
ные свойства ила. Общая взаимосвязь некоторых величин,
характеризующих работу аэротенков, показана на рис. 5.2.
По степени нагруженное™ аэрационные системы разделяют на вы-
соконагружаемые, классические и низконагружаемые. В высоконагру-
жаемых системах (с нагрузкой более 400 мг БПКполн на 1 г беззольного
вещества ила в сутки) сравнительно с остальными системами прирост
ила наибольший, степень очистки наименьшая, ил содержит
незначительное число видов простейших. Классические системы (с нагрузкой ]50—
400 мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в сутки) обеспечивают
очень высокую степень очистки по БПК, иногда частичную
нитрификацию, имеют хорошо флокулнруемый ил, населенный большим числом
микроорганизмов различных групп. Прирост ила в классических смете-
мах меньше максимального в связи с достаточно глубоко проходящими
процессами эндогенного окисления ила. В аэротенках низконагружае-
мых (с нагрузкой ниже ]50 мг БПКгголп на I г беззольного вещества ила
в сутки) степень очистки по БПК колеблющаяся, но чаще высокая,
глубоко развит процесс нитрификации, прирост ила минимален,
микробиологическое его население весьма разнообразно.
Кислородный режим. В аэробных биологических системах подача
воздуха (а также чистого кислорода или воздуха, обогащенного
кислородом) должна обеспечивать постоянное наличие в смеси
растворенного кислорода не ниже 2 мг/л. Собственно аэрационная система
может работать при более низком уровне кислорода (до 1 мг/л), что
доказано многими исследователями. При этом не наблюдается снижения
скоростей утилизации органических веществ и процессов нитрификации.
Однако в связи с тем, что при отделении ила от воды во вторичных
отстойниках теряется растворенного кислорода от I до 2 мг/л,
минимальный его уровень установлен в 2 мг/л, чтобы исключить
продолжительность пребывания ила в анаэробных условиях.
Система .аэрации обеспечивает также постоянное поддержание ила
во взвешенном состоянии.

Токсичные вещества. Токсичным действием на биологические
процессы могут обладать органические и неорганические вещества.
Токсичное действие может быть и микробостатическим, если задерживается
рост и развитие микроорганизмов, и убивающим (микробоцидным).
Большинство веществ проявляет то или иное действие в зависимости от
концентрации их в очищаемой смеси.
Следует отметить, что и некоторые элементы, являющиеся
необходимыми органогенами клетки, при высоких концентрациях становятся
также токсичными. В связи с этим одной из основных задач является
установление величин ПДК для индивидуальных химических веществ,
а также выявление возможного действия смеси веществ, одновременно
присутствующих в очищаемой сточной воде.
За величину ПДК принимают максимальную концентрацию
токсичного иещества, находящегося в воде и не оказывающего заметно
отрицательного действия на работу биологических очистных сооружений
(ПДКб.о-с). В то же время некоторое микробостатическое действие
может проявляться уже при значительных меньших концентрациях, чем
ПДКб-о.с- Поэтому кроме величины ПДКбо-с иногда указывается
величина ПДКб—концентрация вещества, при превышении которой может
быть отмечено какое-либо отрицательное действие на процессы
биоокисления и на процессы жизнедеятельности клетки.
Неорганические и ряд металлоорганических веществ
характеризуются в основном только величинами ПДКб, поскольку эти вещества, как
правило, не влияют на работу биологических сооружений (например,
не способствуют ценообразованию, не изменяют растворимости
кислорода и т.п.). Наименьшие ПДКб имеют: тетраэтилсвинец—0,001 мг/л;
соединения бериллия, титана, ртути, хрома шестивалентного (все в
пересчете на соответствующий элемент) и оксид углерода—0,01 мг/л;
соединения бора ( в пересчете на бор)—0,05 мг/л; соединения висмута,
ванадия, кадмия, никеля (в пересчете на элемент)—0,1 мг/л; сульфат
меди (в пересчете на медь)—0,2 мг/л; цианистый калин—2 мг/л и т.д.
Наименее токсичными являются соли натрия, лития, магния: их
содержание в воде до 10 г/л не оказывает никакого действия. По отдельным
сообщениям биологическая очистка сточных вод возможна при
концентрации хлористого натрия до 10—20 мг/л. Соли калия имеют величину
ПДКб = 1-^-560 мг/л в зависимости от вида аниона: самым ядовитым
является калий железнстосинеродистый, наименее токсичным — калий
фосфорнокислый. Соли кальция менее токсичны, чем соли калия, но
и они имеют разную ПДКб в зависимости от того, в виде какого
соединения они присутствуют в воде.
Что касается органических веществ, то действие их изучено уже
более чем для 800 соединений и число это непрерывно возрастает. Не
выявлено пока какой-либо определенной взаимосвязи между величинами
ПДК и собственной биохимической окисляемостью вещества,
оцениваемой отношением БПК/ХПК- Встречаются случаи, когда при
относительно высокой ПДК само вещество биохимически не окисляется, например
фреон-253 (трихфторлорпропан), четыреххлористый углерод. Для фрео-
на-253 отношение БПКполн/ХПК=0, а ПДКб составляет 100 мг/л. Это
означает, что фреон-253 пройдет транзитом все биологические очистные
сооружения и при этом не окажет никакого вредного влияния на
микрофлору нла. Следует также отметить, что для большинства
органических веществ характерно значительное превышение величины ПДКй.о.с
над ПДКб и лишь для небольшой группы превышение ПДКп над
ПДКб.о.с. С другой стороны, имеются вещества с очень низкой ПДКб
при средней величине отношения БПКполн/ХПК. К таким относится,
например, ацетофенон, имеющий ПДКб, равную 0,1 мг/л, и БПКполнДПК=
= 0,425. Из ОрГаНИЧеСКИХ вещеСТВ С ОТНОСИТеЛЬНО НИЗКОЙ ПДКб.о.с (ДО
25 мг/л) можно назвать жесткие и промежуточные ПАВ, красители и др.
п* 163

Необходимо заметить, что указываемые в литературе величины ПДК
следует рассматривать как ориентировочные. Эти величины могут
существенно изменяться от условий работы очистного сооружения, в
частности, по концентрации ила. .В связи с этим представляется более
целесообразным вместо ПДКб-о-с определять допустимую нагрузку но
индивидуальному соединению на единицу беззольной части биомассы
ила, чем будут учтены возможные варианты концентрации ила в
сооружении.
§ 26. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ
Микробиологи утверждают, что все вещества биологического
происхождения могут быть окислены в аэробных условиях и, каким бы
сложным ни было вещество, в природе всегда найдется микроорганизм,
способный его расщепить полностью или частично. Фрагменты частично
расщепленного вещества обязательно используется другими
микроорганизмами. Это утверждение основывается на том факте, что за все время
существования нашей планеты на ее поверхности нигде не отмечено
сколько-нибудь заметного накопления органических веществ. Поэтому
можно говорить о «всемогуществе» сообщества микроорганизмов и их
практической «универсальности».
В этой связи и биологическое окисление примесей бытовых сточных
вод (за исключением некоторых ПАВ), несмотря на их сложность,
естественным образом включено в общий биологический круговорот
биосферы. И задачей в очистке бытовых сточных вод является лишь
интенсификация окислительных процессов, доступных природным механизмам
биосферы. Однако, приспособившись усваивать естественные продукты,
микроорганизмы очистных сооружений не всегда могут справиться с
новыми видами производственных загрязнений, особенно если эти
загрязнения по составу слишком отличаются от естественных. В этом
случае надежда возлагается на мощные адаптационные свойства
биоценозов сооружений. Многие виды бактерий способны индуцировать новые
специфические ферментные системы, что позволяет расширить круг
веществ, вовлекаемых в окислительные процессы. Если селекция
микроорганизмов ведется направленно, путем постепенного изменения условий
среды, например, постепенного введения нового стока во все
увеличивающемся объеме, то в популяции микроорганизмов преимущественное
развитие получают те группы организмов, которые в наибольшей степени
приспосабливаются утилизировать именно эти новые виды примесей.
Адаптационные свойства микроорганизмов все же не беспредельны,
а потому целый ряд органических веществ (отходов производства)
не усваивается микроорганизмами. В технике очистки сточных вод к
категории биологически неокисляемых отнесено большое число веществ,
но это не всегда означает принципиальную невозможность
микробиологического окисления. Много чаще биологическое окисление
оказывается в принципе возможным, но проходит с такими ничтожно малыми
скоростями и требует столь длительной адаптации, что практически в
условиях работы очистных сооружений окисление не наблюдается.
Самым простым критерием оценки биоокисляемости органического
вещества служит экспериментальное определение БПК. Если величина
БПК определена (т.е. происходило потребление кислорода), вещество
относят к категории окисляемых, если же БПК оказывается равной
нулю (за длительный период инкубации пробы — более 5 сут)—к
категории биологически неокисляемых.
Безусловно, более строгим следует считать специальное
исследование, проводимое по методике ВНИИ БОДГЕО, по которой процесс
биоокисления производственных сточных вод оценивается путем учета
развивающейся сапрофитной микрофлоры и простейших и сравнения
164

этих данных с величинами контрольного опыта. Окончательное
суждение о составе вещества выносится по результатам прямого
эксперимента, проводимого в модели очистного сооружения, услдвия работы
которого максимально моделируют натурное сооружение.
По результатам перечисленных выше методов иследований к
категории неокисляемых веществ отнесены: мелампн (МН2KСз^, нитро-
форм CH(NO2K, орто-паранитрохлорбензолы ЫО2СбН4С1, окснхинолин
НОС9Н6, пикриновая кислота (NO2KC6H2OH, гексахлорбензол С6С16,'
гексахлорбутан C4H4CU, 1,3-гексахлорбутадиен С2С12(СС!2J, ДДТ (««'-
дихлордифенплтрихлорэтаи) С13ССН(С6Н4С1—/гJ; дихлорметан СН2С1г,
2,3-дихлор—1,4-нафтохинон СбН4С4О2С12, 1,2-дихлорэтан (СН2С1J> 1, 2,
3,4 — тетрахлорбензол С6Н2СЦ, циклогексан СбН12 и многие др.
На основе большого опыта, накопленного при эксплуатации
очистных сооружений, и множества специальных исследований механизма
биоокисления чистых веществ сформулирован ряд положений,
позволяющих дать ориентировочную оценку возможности биологической
очистки в зависимости от химического строения вещества. Так,
например, можно, по-видимому, считать достаточно доказанным, что
первичные спирты окисляются легче вторичных, а вторичные—легче третичных.
Достаточно обосновано также утверждение, что чем выше разветвлен-
ность углеродной цепи, тем выше устойчивость к биоокислению.
Легко окисляются низшие органические кислоты с числом
углеродных атомов до 10. При .большей числе углеродных атомов для
окисления требуется определенная адаптация микроорганизмов. Скорость
окисления тем ниже, чем длиннее углеродная цепь.
Циклические углеводороды в целом окисляются труднее
парафиновых. Из циклоалканов возможность окисления доказана
экспериментально для серии веществ, начиная от первого 'их представителя
циклопропана до циклооктана, а также их метил- и этилпроизводных, цикло-
алкиламинов, пиперидинов, гекса, гепта- и октаметиленимина.
Биологически окисляются гидрохпнолины, спирановые гетероциклы.
Циклоалканы — характерный пример случая, когда принципиально
биоокисление возможно (оно доказано), но не проходит в очистных
сооружениях, вследствие чего эти вещества отнесены к группе биологически
неокисляемых.
Интересно отметить, что некоторые полициклическне соединения
(стероиды, алкалоиды, терпеноиды, адаманты), имеющие значительно
более сложное строение, чем моноциклические, окисляются легко и
могут быть окислены до конца, без накопления в среде промежуточных
продуктов окисления. Наиболее подробно изучено биологическое
разложение стероидных веществ, которые способны осуществлять многие не-
специфические виды организмов.
Одним из часто встречающихся загрязнителей производственных
сточных вод является бензол и его производные. Бензол разрушается
биологическим путем после соответствующей степени адаптации
популяции организмов. Омечено, что производные бензола окисляются легче
бензола. Способность к биологическому разрушению увеличивается
в зависимости от наличия заместителей в последовательности: —СНз,
—ООССНз, —СНО, —СН2ОН, — СНОН-СООН, —CN, —NH2f
—ОНСООН, —SO3H.
Достаточно подробно изучалась возможность окисления ПАВ. Среди
этой группы соединений имеются как биологически окисляемые, так и не-
оккеляемые. Окисляются алкилсульфаты, частично окисляются алкил-
бензолсульфонаты, что зависит от длины и степени разветвленностн
алкильного радикала и места его присоединения, а также от положения
бензолсульфонатной группы.
Определение состава промежуточных и конечных продуктов
процесса биологического окисления органических веществ — большая и очень
165

сложная проблема, применительно к очистным сооружениям
канализации практически не решенная. Сложность проблемы обусловлена
колебаниями состава исходного сырья, а также изменчивостью условий
работы очистного сооружения. Однако в приложении к процессам,
происходящим в очистных сооружениях, можно, по-видимому, говорить о
тех же основных путях трансформации органических веществ, какие
встречаются в природных условиях и свойственны многим
микроорганизмам. В качестве примера рассмотрим этапы окисления ациклических
углеводородов (алканов).
Алканы — обширнейшая группа соединений, родоначальником
которой является метан СН4. Начиная с четвертого представителя ряда
алканов—бутана, у соединений появляются изомеры и их число тем
больше, чем больше число углеродных атомов. Так, у бутана С4Н10—два
изомера, у декана СюН22—75, изомеров, а у эйкозана С2оН42—366 319!
Наряду с углеводородами других родов (циклоалканами и
ароматическими углеводородами) алканы входят в состав нефти; низшие
представители ряда находятся в природном газе. Богатые алканами смеси
получаются при перегонке нефти. Алканы всегда присутствуют в
сточных водах, загрязненных нефтепродуктами, п возможность
биологической очистки таких сточных вод представляет очень большой интерес.
Микробиологическое окисление алканов возможно, оно
осуществляется бактериями многих видов и может протекать по двум основным
путям. Первый путь метаболизма первоначально включает окисление
концевого атома углерода с образованием первичного спирта.
Промежуточные стадии до образования продуктов гидрокснлирования еще не
окончательно изучены, но предположительно образуются олефины и
гидроперекиси. Дальнейшее окисление проходит до карбоновой кислоты
через альдегид с последующим ?-окислением — метаболическим
процессом, характерным для большинства микроорганизмов. Процесс
состоит из пяти отдельных реакций, включая дегидрирование и
гидратацию. В результате ?-окисления из первоначального субстрата теряется
двууглеродный фрагмент (уксусная кислота).
Таким образом, первый путь окисления алканов протекает по схеме:
¦Я-сн2-сн2-сн2- сн3 *- R - сн2 - сн2 - сн2 -
Г \
Ъ - CH2-crf2-cn2-o - с - я r -сн2-ск2-сн2 -:сррн
II I
Q J JJ-ОКИСЛЄНИ'Є
R- СН2-СООЦ-.СНзСО0Я<
Более подробно схема ?-окисления выглядит следующим образом
(где Ко — кофермент А):
R-CiyCH2-CH2-C -0.Н —5— R -СН-2.-СН2 -CH^-CS- KoA.
II
I
он ° К °
I М2о 1
К -СН2-СН -CH^-e-S-KOA-e- R- CH2-CH = CH-C-S-KoA.
о |н2 о
II 1
о о
R СН2 С ~СН2 - С-?-КрА —»-R - CH2-C-S - KoA - СН3-С-S-KoA.
" II
s о.
Hs-k'oA + СН3-С-0Н
II
а
166

Продуцируемая при ?-окислении уксусная кислота окисляется до
воды и диоксида углерода в известном цикле три- и дикарбоновых
кислот (в цикле Кребса).
Второй путь метаболизма алканов — окисление при ?-углеродном
атоме алкановой цепи. В этом случае первоначально образуются
спирты или кетоны. Дальнейшее расщепление кетона ведет к образованию
первичного спирта, длина цепи которого на два атома углерода короче,
чем у исходного субстрата. Первичный спирт затем подвергается
окислительной дегидрогенизации с последующим ?-окислением
образовавшейся жирной кислоты.
Схема окислительного метаболизма алканов, протекающего через
первоначальное ?-окисление, выглядит следующим образом:
R - сн2 - сн2 - сн% —~ r - сн2 - сн - сн3 —- r - сн2 - с - сн,
I I II *
он |. о
карбоновая кислота -« Д-СНд-ОН + ацетат
I
J1 - окисление
жирной кислоты *~ С02 + Н2°,
Из показанных здесь схем расщепления алканов видно, что
микробиологическое окисление — сложнейший многоступенчатый процесс.
Окисление в сооружениях далеко не всегда проходит до конца, т. е.
до образования СО2 и НгО. В воде после биологической очистки могут
появиться вещества — промежуточные продукты, которых не было в
исходной сточной воде, иногда даже менее желательные для водоема, чем
первоначальные загрязнения. В связи с этим глубокая расшифровка
веществ в очищенной сточной воде — задача первостепенной важности при
решении вопроса об их дальнейших превращениях в водоеме (почве).
§ 27. МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
\ Для биологической очистки производственных сточных вод могут
быть применены все известные методы очистки в естественных и
искусственных условиях, используемые для обработки бытовых и городских
сточных вод, в том числе и почвенные. Однако применение почвенных
методов связано с рядом ограничений, обусловленных количеством и
характером сточных вод, санитарно-гигиеническими требованиями и
способами утилизации.
Основные критерии для выбора метода почвенной очистки
Почва — это сложный комплекс органических и неорганических
веществ, заселенный большим числом различных микроорганизмов.
Число бактерий в 1 г почвы исчисляется сотнями миллионов. В почве
отсутствуют благоприятные условия для развития патогенной
микрофлоры, паразитирующей в организме человека, вследствие чего почва
представляет собой надежный и мощный фактор обезвреживания
сточных вод. В результате почвенной очистки одновременно решаются две
основные задачи — минерализация внесенных органических веществ и
обеззараживание.
По масштабам применимости метод почвенной очистки значительно
уступает методам искусственной биологической очистки и, кроме того,
очистка на полях орошения и фильтрации использовалась до сего
времени только для бытовых и городских (смешанных) сточиых вод, а не
для чисто производственных. Последнее обстоятельство обусловлено
167

большим абсолютным количеством последних на современных
предприятиях, малой пропускной способностью единицы площади полей,
непостоянством состава сточных вод и возможным присутствием в них
токсичных примесей. Серьезные затруднения возникают при выборе
площадки для устройства полей из-за высоких требований в отношении
защиты окружающей природной среды, предусматривающих, в частности,
полное исключение возможности попадания сточных вод с полей в
водоносные слои, используемые в качестве источников водоснабжения.
Необходимо также отметить постоянное повышение требований врачей-
гигиенистов к сточным водам, поступающим на поля орошения.
С момента возникновения первых полей орошения (в Одессе — в
1887 г., в Киеве —1894 г., в Москве—в 1898 г.) они претерпели
большую эволюцию. Если в самом начале применялось орошение сточными .
водами без их предварительной механической очистки, то по мере
накопления систематических данных об эпидемиологической опасности
этих вод и их влиянии на качество выращиваемых культур, на
грунтовые воды и свойства почвы от такого метода пришлось отказаться.
Начиная с 40—50-х годов предварительная механическая очистка стала
необходимым условием, а уже с 60-х годов гигиенистами выдвинуто
требование обязательной биологической очистки сточных вод перед подачей
их на поля орошения. Таким образом, в настоящее время поля
орошения могут рассматриваться преимущественно как сооружения
дополнительной глубокой очистки сточных вод (доочистки). Однако
указанные требования все же не исключают полностью возможность
использования почвенных методов как приемов самостоятельной очистки
производственных сточных вод.
В последние годы проведено большое число исследований с целью
дать научно обоснованные рекомендации для использования почвенных
методов очистки производственных сточных вод и тем самым увязать
интересы промышленности и сельского хозяйства, нуждающегося в
развитии поливного земледелия. В результате исследований разработаны
основные критерии оценки состава сточной воды и пригодности е,е для
орошения сельскохозяйственных культур в зависимости от типа почв.
Возможность применения почвенных методов очистки вообще, а
также применительно к производственным сточным водам решается с
учетом гигиенических показаний качества воды, почвенно-климатических
условий и технико-экономической оценки. При оценке качества воды и
ее пригодности для орошения необходимо рассматривать и учитывать
степень минерализации, анионно-катионный состав, степень
загрязненности органическими примесями, содержание токсических веществ и
удобрительную ценность.
¦ В предложенной в 1970 г. В. Т. Додолиной классификации сточных
вод с точки зрения пригодности для орошения все производственные
сточные воды разделены на пять групп по признаку возрастания
требований к их предварительной очистке перед подачей на поля. Сточные
воды I группы вообще не требуют никакой предварительной очистки, а
сточные воды V группы для орошения не пригодны. В частности, к I
группе отнесены сточные воды текстильных производств (суконного и
коврового производства) и ряда предприятий тяжелой
промышленности. Воды I группы можно применять для орошения почв любого типа.
Сточные воды пищевой промышленности — крахмальных, сахарных,
дрожжевых, консервных заводов и мясокомбинатов — отнесены ко II
группе. Эти сточные воды рекомендуется применять на
дерново-подзолистых почвах, серых лесных, каштановых и черноземных после
предварительного удаления из воды осадков и небольшого разбавления в
период вегетационных поливов. Сточные воды химических и химико-
фармацевтических производств входят в IV группу и требуют глубокой
предварительной очистки с целью снижения степени минерализации, а
также для нейтрализации и изъятия органических примесей.
168

Для ряда химических веществ и отдельных элементов установлены
значения ПДКорош в сточных водах, используемых для орошения.
Отметим, что ПДК орош отличается от упоминавшихся ранее ПДКб.о.с и
ПДКг). Для сравнения ниже показаны значения ПДКб.о.с и ПДКорош,
мг/'л, некоторых веществ:
Вещество ПДК б. о. с. ПДК
орош
Медь . . . .
Никель . . .
Цинк . . , .
Кобальт . . .
Нефтепродукты
0,5 10
0,5 1
1 1
1 2
25 100
При решении вопроса о применимости сточных вод для орошения
серьезное внимание обращается на степень минерализации сточной
воды. Пригодной для всех культур считается сточная вода с уровнем
засоленности до 300 мг/л. При содержании солей 400—600 мг)л сточная
вода может быть использована только на почвах с хорошей структурой,
а при концентрации свыше 600 мг/л применение этой воды для
орошения уже крайне ограничено. Напомним, что степень минерализации
городских сточных вод колеблется от 400 до 800 мг/л, а во многих
производственных сточных водах достигает 1000—-3000 мг/л, что
существенно ограничивает возможность почвенного орошения.
В почвенно-климатических условиях учитываются: тип грунта,
рельеф местности, уровень залегания подземных вод, среднегодовое
количество осадков, продолжительность вегетационного периода и т. п. В
рекомендациях по устройству полей указывается, что уклон рельефа
местности не должен превышать 0,02—0,03, уровень подземных вод не
должен находиться на глубине, меньшей 1,25 м от поверхности земли,
количество осадков не должно превышать 500 мм в год. Исключается
возможность применения полей орошения при средней годовой
температуре ниже 6 °С и на тяжелых грунтах — глинах; тяжелых суглинках,
супесях, плотных известняках и т. п.
Установлено, что наибольшая гигиеническая и экономическая
эффективность использования сточных вод для нужд сельского хозяйства
достигается при устройстве полей орошения в южных и юго-восточных
районах нашей страны.
Сооружения почвенной очистки
Сооружения почвенной очистки сточных вод по мощности
разделяют на малые, средние и крупные с расчетной пропускной способностью
0,5—25 и 25—700, 1400—10 000 и 17 000—80 000, 100 000—280 000 м3/сут.
Малые сооружения имеют много разновидностей: площадки
подземного орошения (ППО), площадки подземной фильтрации (ППФ),
фильтрующие колодцы (ФК), фильтрующие траншеи с естественным
или искусственным слоем грунта (ФТ) и песчано-гравийные фильтры
(ПГФ). Малыми сооружениями могут считаться и небольшие поля
подземного орошения или подземной фильтрации. Самыми крупными со-,
оружениями являются коммунальные поля орошения (КПО),
земледельческие поля орошения (ЗПО) и поля наземной фильтрации (ПНФ).
Применяют несколько видов систем орошения: сплошной залив,
залив по бороздам и полосам, дождевание и подпочвенное орошение.
Считают, что из всех способов орошения подпочвенное (рис. 5.3) наиболее
удовлетворяет эпидемиологическим, санитарно-техническим, агроэконо-
мическим, эстетическим и водохозяйственным требованиям.
По,пропускной способности для очистки производственных сточных
вод, по-видимому, наиболее подходят средние сооружения ,1,4—10 тыс.
м3/сут и городские на 17—80 тыс. м3/сут. Поэтому наибольший интерес
представляют ПНФ, а также КПО и ЗПО.
169

Схема очистных сооружений с малыми ПНФ показана на рис. 5.4.
В систему сооружений предварительной механической очистки входят
решетка, песколовка и двухъярусный отстойник. Предусматриваются
вывоз и обезвреживание песка, а также обезвреживание осадка из
отстойников от патогенной микрофлоры и яиц гельминтов. Как самый
доступный метод обезвреживания применяют иловые площадки с дли-
\ \
7
і і і
І і!
І І І
І І І
> І
Рис. 5.3. Схема очистных сооружений с
полями подземного орошения
/ — канализационный коллектор: 2 — резервуар-
накопитель; 3 — насосная станция; •* — напорный
трубопровод; 5 — подпочвенный
распределительный трубопровод; 6 — подпочвенный
увлажнитель; 7 — гидрант-водопуск; « —
контрольно-вентиляционный стояк
Рис. 5.4. Схема очистных сооружений с малыми полями наземной фильтрации
производительностью 100 м3/сут
/ — канализационный коллектор; 2 — канализационный колодец; 3 — решетка; 4 — установки ути*
лнзацни нлн обезвреживания отбросов; 5 — песколовка; 6 — песковые площадки; 7 — двухъярусный
отстойник; 8 — иловые площадки; 9 — распределительное устройство; 10 — карты полей
фильтрации
4
Рис. 5.5. Схема очистных сооружений с малыми полями орошения при круглогодичном
приеме сточных вод
/ — канализационный коллектор; 2— канализационный колодец; 3 — решетка; 4— установки
утилизации или обезвреживания отбросов; 5 — двухъярусный отстойники; 6 — иловые площадки; 7 —
распределительное устройство; 8 — поля орошения; 9 — пруды-накопители
12
Рис. 5.6. Схема очистных сооружений с большими полями орошения
/ — канализационный коллектор; 2 — канализационный колодец; 3— решетка; 4 — дробилки; 5 —
песколовка' в — песковые площадки; 7 — отстойник; 8 — метантеик; 0 — иловые площадки; 10 —
распределительный колодец; II —поля орошения; 12 — дренаж; 13 — биологический пруд;
14—подача воды для технических целей; 15 — выпуск в водоем
170

тельным хранением на них осадка (не менее 2 лет). Схемы сооружении
с малыми ПНФ разработаны в нескольких вариантах. Один из них
предусматривает круглогодичный прием сточных вод с сезонным
регулированием их подачи (рис. 5.5). Полив осуществляется только в
вегетационный период, а в остальное время года сточные воды должны поступать
в пруды-накопители вместимостью, равной 6-месячному
накоплению в них воды. В качестве системы орошения в последние годы
предложено использовать передвижное ирригационное оборудование.
Схема очистной станции с большими полями орошения показана на
рис. 5.6. Сточная жидкость подается на эти поля после 'механической
очистки. Осадки обрабатываются в метантепках. Вода с полей
отводится через дренажную систему. Поскольку сточные воды для полива
можно использовать только в определенный период, более перспективной в
настоящее время считается система с частичным использованием
биологически очищенной воды для орошения. По такой схеме работает
сейчас Бортническая оросительная система Киева.
Заслуживают внимания результаты опытов по применению для
орошения биологически очищенных сточных вод Северодонецкого
промышленного комплекса, полученные в 1972 г. А. П. Селивановым.
Наблюдения показали, что при норме полива 2000—2400 м3/га не отмечалось не-
блатоприятного влияния на плодородие почв и их санитарные
показатели. Оценка выращенной на участках, орошаемых производственными
сточными водами, продукции по бактериологическим,
гельминтологическим и радиометрическим показателям свидетельствует о ее
эпидемиологической безопасности.
К сожалению, орошение биологически очищенными водами не
исключает полностью возможности загрязнения почвы и выращиваемых
растений патогенными-бактериями и яйцами гельминтов. В связи с этим
поиск и разработка новых очистных систем, безопасных в санитарном
отношении, продолжается.
Технологический расчет полей.орошения и фильтрации, включающий
определение необходимых площадей, размеров и конструкции
подводящих, распределительных и отводящих сооружений, по существу 'не
отличается от расчета полей, используемых для очистки бытовых сточных
вод.
Основой расчета, как и в случае использования бытовых сточных
вод, является величина допустимой нагрузки на поля орошения или
фильтрации, причем при расчете полей орошения нагрузка
корректируется с учетом величины ПДКорош- Однако для производственных
сточных вод, весьма разнообразных по составу, отсутствуют научно
обоснованные и проверенные практикой данные о величине допустимых
нагрузок. Поэтому при расчете полей для производственных сточных вод
приходится ориентироваться на рекомендуемые нормы для бытовых,
вводя поправки на более высокие концентрации примесей в
производственных сточных водах и учитывая компоненты в их составе. В
настоящее время не может быть дано общих указаний о величине этих
поправок. Должно быть найдено частное решение для каждого конкретного
случая с учетом состава сточной воды, подлежащей очистке.
Биологические пруды
Биологические пруды — искусственно созданные водоемы, в которых
для очистки сточных вод используются естественные процессы.
Эти пруды могут применяться как для очистки, так и для глубокой
очистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Это последнее
назначение биологических прудов имеет преимущественное
распространение.
Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией. В
зарубежной литературе эти две разновидности прудов называются соответ-
171

-{йї4Ці=і! IhhI-j-hI-
Аэроонаягта
Рис. 5.7. Лагуны
а — аэробно-анаэробная; б—аэробная
ственно аэробно-анаэробными, а
также факультативными и
аэробными лагунам;; (рис. 5.7). Режим
в лагуне аэробно-анаэробный,
если аэрация ее обеспечивает
наличие растворенного кислорода
только в поверхностных слоях
воды. Искусственную аэрацию
можно осуществлять с помощью
механических аэраторов или
путем продувки воздуха через
толщу воды.
Наиболее эффективно
окислительные процессы в прудах проходят в летнее время, кроме того, в это
время выходящая из пруда вода не содержит патогенной микрофлоры.
Полагают, что бактерицидным действием на патогенную микрофлору
обладают метаболиты (продукты жизнедеятельности) ряда
одноклеточных водорослей и высшей водной растительности. В связи с этим
хлорировать очищенную в прудах воду требуется преимущественно в
зимнее время года. Для лучшего прогрева воды, ее освещения и
аэрации пруды с естественной аэрацией устраивают неглубокими A м). При
наличии механических аэраторов глубину пруда увеличивают до 3 м,
чтобы предохранить его дно от размыва. Пруды с искусственной
аэрацией устраивают из нескольких параллельных каскадов (до трех —
пяти, но не менее двух); после прудов рекомендуется выделять отстойные
секции и предусматривать их очистку.
Применение искусственной аэрации в_прудах значительно ускоряет
процессы очистки воды, но вследствие малой скорости окисления
необходимая продолжительность пребывания воды в прудах все же очень
высока (см. ниже). .
В окислительных процессах существенную роль играет водная
растительность, которая способствует снижению числа биогенных
элементов и регулирует кислородный режим водоема.
Опыт применения биологических прудов для очистки сточных вод
завода органического синтеза и ряда нефтехимических предприятий
оказался весьма положительным.
К недостаткам этих сооружений следует отнести низкую
окислительную способность, сезонность работы, потребность в больших
территориях, неуправляемость и затруднительность очистки.
Если требуется глубокая очистка стоков, воду из прудов
дополнительно очищают фильтрованием на песчаных фильтрах.
Вещество
Алканы . .
Арены . .
Спирты . .
Фенолы
Альдегиды .
Жирные кислоты
Продолжительность
полного окисления,
сут, в прудах
с аэрацией
естественной искусственной
66
80
40
60
50
44
17
24
LQ
12
12
11
Методика расчета биологических прудов различна, Для прудов с
естественной аэрацией, предназначенных для очистки и глубокой
очистки производственных сточных вод, продолжительность пребывания воды
в пруду, / сут, определяют по формуле
t=-L-[g-b-, E.10)
172

где к, — константа скорости процесса, нсзыпяемая коэффициентом
неконсервативности, г-'; La и Lc — БПКіїили сточной воды, соответственно поступающей и выходящей
из пруда, мг/л.
Формула E.10) справедлива для L0^300 мг/л. Если БПКполн
поступающей воды более 300 мг/л, то Lo принимают равной 300 мг/л, а в
формулу вводят второй член, учитывающий ход реакций окисления по
переходному (до 500 мг/л) или нулевому (более 500 мг/л) порядку
реакции
E.и)
где LH— БПКполн поступающей в пруд сточной воды, если оно более 300 мг/л; ka —
коэффициент неконсервативности в реакциях нулевого или переходного (от нулевого
к первому) порядка, мг/(Л'С).
Значения коэффициентов неконсервативности для ¦ каждого вида
сточных вод индивидуальны и должны приниматься на основании
эксперимента. Для этого определяют БПК в склянках и по кривой
зависимости БПК=/(^) рассчитывают величину ki. Для водоемов с естественной
аэрацией принимают, что скорости окисления в них будут равны
скоростям окисления в склянках. Зная необходимую продолжительность
очистки, рассчитывают общий требуемый объем системы, принимая во
внимание, что в водоемах с замедленным течением активная зона
составляет не более 40—60 % общего объема пруда. Затем определяют
площадь зеркала воды, которая должна обеспечить поступление в нее
необходимого количества кислорода.
Если аэрируемые пруды сооружаются искусственно со ступенями
равного объема, задача сводится к определению необходимого числа
ступеней и потребного расхода воздуха на аэрацию системы.
При глубокой очистке биологически очищенной воды вместимость
одной секции принимают исходя из 1,5—2-суточного пребывания в ней
воды. Параметр ?, характеризующий скорость окисления, в зависимости
от свойств исходной сточной воды, рассчитывают по формуле
где /гд — коэффициент неконсервативности в динамических условиях
[экспериментальные исследования показали, что &д=E-^7)&[, т. е. в 5—7 раз более коэффициента
неконсервативности, установленного в лабораторных условиях]; W — объем ступени;
q — суточный расход сточной воды.
Далее определяют число ступеней п, задавшись численным
значением величины БПКполн воды, выходящей из системы прудов Ln. Расчет
ведут по формуле
1 — ?" ¦
La = Lap+.- f- Lri E.13)
1 — ?
где La — БПКполн поступающей воды; Lt — БПКполн, обусловленное вторичным
загрязнением воды метаболитами микроорганизмов; величину Lr можно принимать равной
1—2 мг/л, но в период бурного цветения воды она достигает 10 мг/л и более.
Для ориентировочных расчетов второй член формулы E.13) можно
не принимать во внимание и тогда число ступеней определится:
?. E.14)
Если объемы ступеней неодинаковы, то расчет ведут по тем же
формулам, но определяют последовательно качество воды, выходящей из
каждой ступени пруда.
Удельный расход воздуха D, м3 на 1 м3 сточной воды, пребывающей
в данной і-й ступени пруда, для пневматической системы аэрации
находят по формуле
(a — b)
173

где Z — удельный расход кислорода, равный 1,8—2 мг/л на 1 мг снятой БПКгюлв",
Lt-, — БПКполн сточной воды, поступающий в j-ю ступень; Li — БПКполн сточной
воды, выходящей из ступени; Ь — фактическое или необходимое содержание кислорода в
воде і-й ступени (во всех ступенях может достигать не более 2—3 мг/л, а в последней
ступени определяется из условий спуска в водоем); Ьа — содержание кислорода в воде,
поступающей в і-ю ступень, k — коэффициент использования воздуха, зависящий от
типа аэратора; ft3 — коэффициент, учитывающий заглубление аэратора h, равный:
&3 = /i°.67; ii\—коэффициент, учитывающий температуру; п2 — коэффициент,
учитывающий состав воды (при глубокой очистке n2 = 0,9); a — растворимость кислорода при
данных условиях.
Общий расход воздуха определяется как сумма количества воздуха,
требующегося для каждой ступени.
При механической системе аэрации необходимое число аэраторов т
подсчитывают по формуле
« t ()
й/і! «2 (а — Ь)
где q — расход сточной воды;
к = 0,57^ Df (Яс + hnf7 і0/«0/5; E. 17)
N — частота вращения ротора; ?>р — диаметр ротора; Нс — глубина погружения диска
ротора в воду; йл — высота лопасти ротора; іл—ширина лопасти; пл — число лопастей.
В основе метода расчета аэробных лагун, применяемого за рубежом
(США), лежит предположение, что эти сооружения по существу мало
отличаются от аэротенков-смесителей, в связи с чем при
проектировании прудов применяются те же формулы, что и для расчета аэротенков-
смесителей.
§ 28. МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях
имеет многолетнюю историю. Первые очистные сооружения были построены
в Англии; биофильтр в 1893 г. и аэротенк в 1914 г. В отечественной
науке и технике ведущая роль в популяризации идей биологической
очистки, глубоком изучении процессов окисления, создании первых методов
расчета сооружений и разработке принципиально новых конструкций
принадлежит С. Н. Строганову, К. Н. Королькову, Н. А. Базякиной.
Всю совокупность сооружений биологической очистки целесообразно
разделить на три группы по признаку расположения в них активной
биомассы: 1) когда активная биомасса закреплена на неподвижном
материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки;
2) когда активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном)
состоянии; 3) когда сочетаются оба варианта расположения биомассы.
Первую группу сооружений составляют биофильтры; вторую —
аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, окситенки; третью—
погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями.
Микробиологическая и микроскопическая характеристика
активного ила и биопленки
Самыми важными факторами формирования биоценоза илов
очистных сооружений являются состав обрабатываемой воды и величина
нагрузки на ил (биопленку). Действие других факторов — температуры,
перемешивания, концентрации растворенного кислорода — практически
не изменяет качественного состава илов, но влияет на количественное
соотношение различных групп микроорганизмов.
Бактериальное микронаселение илов обычно представлено родами
Pseudomonas, Bacterium, Bacillus, Corynebacterium, Arthrobacter,
Mycobacterium, Micrococcus, Sarcina, Actinomyces, Nocardia и др.
К порядку Pseudomonadineae относится 50—80 % бактерий илов,
174

очищающих производственные сточные воды. Сюда входят бактерии,
окисляющие метан (Methanomonas), нитриты (Nitrosomonas),
молекулярный водород (Hydrogenomonas), восстановленные соединения серы
(Sulfomonas, Thiobacilius) и др. Бактерии Hydrogenomonas интенсивно
разлагают жирные кислоты, ароматические н гетероциклические
соединения, а Sulfomonaa кроме соединений серы хорошо усваивают
органические соединения.
В производственных сточных водах встречается до 30 видов
Bacterium. Эти бактерии усваивают нефть, парафины, нафтены, фенолы и
другие соединения. Видовое название бактерии отражает характер
усваиваемых соединений: Bact. aliphaticum, Bact. naphtalinicus, Bact. benzoli,
Bact. cyrloclastes и др. Різ аммонпфпкаторов в сточных водах
встречаются Bact. mycoides. Процессы аммонификации белковых соединений —
важнейшая составная часть процессов очистки сточных вод.
Высвобождающийся аммиак является источником азота, часть его окисляется до
нитритов и нитратов. Из групп серобактерий в илах развиваются Thio-
bacterium и Thiotrix, окисляющие сульфиды, гипосульфиты,
сероводород.
Бактерии Bacilius, преобладающие среди микроаэрофильных. и
факультативно анаэробных форм, окисляют углеводы, фенолы, спирты;
Corynebacterium и Arthrobacter встречаются в сточных водах
производства нафтеновых и синтетических жирных кислот; Mycobacterium — в
сточных водах крекинга и риформинга. Бактерии Micrococcus
усваивают спирты, органические кислоты, альдегиды, бактерии Sarcina
—фенолы, сахара и т. д.
В биоценозах очистных сооружений встречаются представители трех
классов простейших: саркодовые (Sarcodina), жгутиковые (Mastigop-
hora) и инфузории (Infusoria) с двумя подклассами — ресничные (Ci-
liata) и сосущие (Suctoria). Простейшие являются индикаторами
состояния окислительной системы и качества очистки воды. Установлено,
что в илах хорошего качества на 1-Ю16 бактериальных клеток
приходится 10—16 видов простейших организмов, в илах среднего качества —
5—9 и в илах плохого качества 1—4. Этот показатель состава кла
называют коэффициентом протозойпости kpr.
Из других сопутствующих организмов важное место занимают
коловратки (Rotatoria)'—микроскопические животные длиной 0,01—2,5 мм.
питающиеся бактериями, простейшими, органическим детритом. Они
чувствительны к кислороду и являются показателями хорошей работы
очистной системы.
Кроме рассмотренных групп организмов в илах и биопленке
развиваются водные грибы, дрожжи, плесени, а в биопленке встречаются
даже водные клещи, мушки Psichoda.
В сооружениях с меняющейся нагрузкой на биомассу по ходу
движения сточной воды (аэротенки-вытеснители, биофильтры) изменяется
биоценоз. В частности, в биофильтрах основная часть микрофлоры,
окисляющей химические загрязнения, сосредоточена в верхнем слое — до
0,5 м от орошаемой' поверхности сооружений. В более глубоких слоях
микронаселение значительно меньше (табл. 5.1). Отмечено также, что
плотность микробиального населения в высоконагружаемом
биофильтре в десятки раз превышает плотность, создающуюся в капельном
биофильтре.
Развитие простейших при очистке в биофильтрах сточных вод
различных производств показане в табл. 5.2.
В аэротенках-вытеснителях по ходу движения сточной воды
достаточно четко прослеживается изменение в микробиальном составе ила.
В начале процесса, когда на единицу массы ила приходится большая
масса загрязнений, в нем преобладают гетеротрофные бактерии и са-
прозойные простейшие, питающиеся растворенными органическими
веществами. Свободно плавающие ресничные представлены незначитель-
175

ТАБЛИЦА 5.1 МИКРОНАСЕЛЕНИЕ БИОФИЛЬТРА
Группы бактерий
Окисляющие:
нефть
алканы
алкены
нафтены
арены
спирты
фенолы
альдегиды
жирные кислоты
Нитрифицирующие:
I стадии
II >
Денитрифицирующие
Гнилостные анаэробы
Окисляющие:.
нефть
алканы
алкены
нафтены
арены
спирты
фенолы
альдегиды
жирные кислоты
Нитрифицирующие:
I стадии
II >
Денитрифицирующие
Гнилостные анаэробы
Число бактерий, м-ін ед.
0—0,25
по нертикали
0,25—0.5
Капельный биофильтр
0,3
2
0
4
0
10
4
0,5
15
0,02
4
50
0
5
4
0,05
6
0,02
20
10
0,2
60
0,1
6
100
0,2
Высоконагружаемый биофильтр
5
6
8
30
4
100
80
10
150
0,5
30
0,5
0
40
34
12
ЬО
8
180
150
30
300
0,9
80
5
0
на 1 г сухої
фильтра, м
0/5—1,25
0,05
0,01
0
0,6
0
0,02
0,05
0,05
0,5
0,02
0,2
4
0,5
4
2
5
6
0,5
5
10
7
12
0,5
8
3
0,5
бнопленкн
1,25—1,5
0,002
0,04
0
0,05
0
0
0,001
0,001
0,1
0,002
4,04
0,5
0,5
0,5
0,1
0,3
0,1
0,1
0,8
о ¦
0,5
1,5
1,05
0,5
0,1
0,1
ко. Далее при уменьшении количества загрязнений преобладающими
становятся голозойные свободно плавающие инфузории и коловратки,
питающиеся бактериями и сапрозоиньши простейшими. В конце
процесса очистки максимальное развитие получают прикрепленные и хищные
ТАБЛИЦА 5.2. РАЗВИТИЕ ПРОСТЕЙШИХ В СТОЧНЫХ ВОДАХ РАЗЛИЧНЫХ
ПРОИЗВОДСТВ
Сточные воды
установок н производств
Перегонки нефти
Крекинга
Ркформинга
Коксования
Производства смазок
» присадок
Алкнлирования углеводородов
Сульфирования
Хлорирования углеводородов
Производства ПАВ
» белково-витамин-
ного концентрата
Число простейших на 1 м" загрузки биофильтра
Sarco-
di na
1-Ю2
ыо-
4.10а
5-Ю3
4-Ю2
3-Ю2
2-Ю2
1-Ю
2-Ю
0
МО*
Masligo-
phora
3-Ю4
5-Ю4
7-Ю"
7-10і'
6- 10=
2-Ю-'
3-10f-
4- !0a
0
2-Ю-1
5-Ю"'
Ciliata
4-Ю10
4-Ю8
5-Ю7
3-Ю8
5-Ю»
Ы010
5-Ю10
b- КI"
7-10"
4-Ю4 ,
4-10^
Suctoria
2-102
1.10й
2-10
2-10і
2-Ю2
МО2
3-Ю
3-Ю2
1-Ю
2- I?
3-Ю?
Rotatoria
2-Ю2
5-Ю
2-Ю
5-10
ь-№
2-Ю2
3-Ю3
0
2-Ю
3-Ю
2-Ю2

Коэффициент
протозой-
ности
12
4
5
4
5
6
8
5
3
0,1
40
176

инфузории, коловратки, черви, питающиеся голозойными инфузориями и
иловыми частицами.
Многочисленные наблюдения за состоянием илов позволили выявить
общую взаимосвязь между качеством очистки сточной воды в аэротен-
ках и наличием в илах простейших (табл. 5.3).
ТАБЛИЦА 5.3. СТЕПЕНЬ РАЗВИТИЯ ИНДИКАТОРНЫХ
Характеристика работы
биологического
окисления

Неудовлетворительная
Удовлетворительная
(нитрификация
слабая)
Хорошая '
(нитрификация хорошая)
ОРГАНИЗМОВ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ
РАБОТЕ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Амебы
Бесцветные
жгутиковые
Преобладают
Единичные
экземпляры

Преобладают
Отсутствуют
Инфузории
Отсутствуют
ет очень малое
Преобладают
разнореснич-
ные
Преобладают
кругло- и брга-
хоресничные
Коловратки
їли присутетву-
число
Преобладают
Интересно отметить, что при очистке одной и той же сточной воды в
аэротенке и биофильтре развивается идентичная микрофлора, но с
разным количественным соотношением отдельных групп микроорганизмов.
В 1967 г. Ц. И. Роговской было найдено, что в 1 м3 аэротенка при
очистке дренажных вод, содержащих сероводород, число микробов, учтенное
методом посева на питательные среды, составляло 2-1014, из них
анаэробов около 0,01 %. Число микробов в 1 м3 биофильтра достигало 1-Ю'2,
при этом анаэробная микрофлора составила уже 28,8 %.
Важнейшим свойством активного ила является его способность к
оседанию. Свойство оседания описывается величиной илового индекса,
представляющего собой объем в мл, занимаемый 1 г ила в его
естественном состоянии после 30-минутного отстаивания. Илы с индексом до
120 мл/г оседают хорошо, с индексом 120—150 мл/г —
удовлетворительно, а при индексе свыше 150 мл/г — плохо. Иногда плохая оседаемость
ила связана с развитием в нем нитчатых бактерий — Sphaerotilus natans,
Cladothrix dichotomus, Leptothrix. Плохая оседаемость ила влечет за
собой повышенный вынос его с очищенной водой и, следовательно,
ухудшение качества их очистки.
Оседаемость ила зависит от способности бактерий образовывать зоо-
глеи (хлопки ила) —скопления бактерий разной формы и
консистенции, окруженные слизистым слоем. Установлено, что хлопьеобразование
у ила тем выше, чем больше в нем капсульных форм микробов.
Соотношение капсульних и бескапсульных форм бактерий в иле называют
коэффициентом зооглейности kz. Чем он выше, тем, следовательно, выше
способность к хлопьеобразованию. Выявлена четкая зависимость
способности к оседанию от нагрузки на ил (см. рис. 5.2,6); лучшей оседа-
емостью обладают илы, имеющие нагрузку по загрязнениям,
соответствующую «классическим» системам аэротенков.
. Илы обладают способностью вспухать, причем это явление
наблюдается в любых системах, кроме низконагружаемых, работающих с
полной минерализацией ила. Вспухший ил (его индекс составляет более
150 мл/г) очень плохо отделяется от воды, однако вследствие весьма
развитой поверхности соприкосновения частиц ила с водой он обладает
высокой очищающей способностью. Существует мнение, что бороться с
Еспуханием илов практически невозможно, поскольку нельзя устранить
его причины, которые неизвестны. К вспуханию ила могут привести
самые разнообразные изменения условий работы системы, обычно не
удается зафиксировать какую-либо одну конкретную причину этого
явления.
12—179
177

"маме
Рис. 5.8, Зависимость скорости
ферментативных реакций v от концентрации
субстрата 5
Кинетика ферментативных
реакций биологического окисления
Биологическая кинетика —
это наука о временных
закономерностях явлений, протекающих
в живой природе. Условно в
биологической кинетике выделяют
четыре основных направления:
биохимическую, биофизическую,
микробиологическую и популіі-
циоиную.
К биохимической кинетике
относятся закономерности
изменения скоростей биохимических
реакций, к биофизической — закономерности протекания физических
явлений в живых организмах (например, диффузия макромолекул через
полупроницаемую мембрану, механизм фотосинтеза,
электрокинетические явления). Количественные закономерности роста бактерий —
предмет, входящий в микробиологическую кинетику, а количественные
закономерности изменений числа особей в популяциях экологической
системы относятся к популяцнонной кинетике.
В последнее время некоторые закономерности биохимической
кинетики стали использоваться применительно к математическому описанию
процессов биологического окисления сложным биоценозом ила. В
основу развития биохимической кинетики положена классическая теория
Михаэлиса— Ментена, которая построена на строгом математическом
обосновании гипотезы об образовании фермент-субстратного комплекса.
Е результате рассмотрения односубстратной ферментативной реакции
авторами было пщучено хорошо известное уравнение:
<5Л8>
где ;>— скорость реакции; vVikc— максимальная скорость реакции; S — концентрация
субстрата; Км—константа Михаэлиса, численно равная концентрации субстрата
(рис. 5.8).
Работами Моно было показано, что скорость роста биомассы
культуры бактерий \х может быть описана аналогичным уравнением
Цмакс [S]
К
м
E.19)
где Цмакс — максимальная скорость роста биомассы.
Позднее Н. Д. Иерусалимский усовершенствовал модель Моно
введением поправочного члена, учитывающего влияние продуктов обмена
ьа рост бактерий и потребление субстрата. Развитием теории роста
бактериальных культур были модели Герберта, учитывающие не только
рост, но и отмирание культуры, а затем и Кенела, разработанные для
описания роста смешанной популяции — бактерий и простейших.
Модификация модели Кенела, предложенаня Л. И. Ггонтер и Б. С. Запруд-
ским (НИИКВОВ АХК им. К. Д. Памфилова), заключается в том, что
концентрация бактерий в иле учитывается не прямым, а косвенным
путем через величину дегидрогеназной активности ила (ДАИ), которая
пс их исследованиям оказалась пропорциональной концентрации
бактерий. Кроме того, для упрощения учета простейших ими предложено
считать биомассу по разности беззольнон массы активного ила и
концентрации бактерий.
Математическая модель процесса очистки включает три
дифференциальных уравнения — снижения БПК, прироста биомассы и
изменения дегидрогеназной активности ила.
178

При наличии в сточных водах токсичных веществ кинетика
ферментативных реакций может существенно отличаться от кинетики по
классическому уравнению Михаэлиса — Ментен. Причиной снижения
скорости реакций в присутствии ингибирующих веществ является
взаимодействие ингибитора с ферментом. Скорость ферментативной реакции в
присутствии так называемого конкурентного ингибитора может быть
выражена уравнением
E.20)
где / — коэффициент ингибирования продуктами распада активного пла, г/г, равный
для городских сточных вод 0,07; Л'«4—константа ингибирования, г/г.
В опытах показана также роль молекулярного кислорода в
метаболизме клетки. Она чрезвычайно велика, так как является одним из
важнейших компонентов процесса, снабжающих микроорганизмы энергией
и материалами для биосинтеза.
Благодаря сокращению окисления и фосфолирования кислород
оказывает влияние на энергетическом уровне практически на пчотекание в
клетке всех процессов, которые катализируются ферментами.
Поскольку в процессе окисления участвуют субстрат и кислород, то
уравнения всегда должны иметь вид бисубстратной ферментативной
реакции. Конкретный вид этого уравнения установлен после
соответствующего анализа экспериментальных исследований, проведенных во ВНИИ
ВОДГЕО:
v= ksck+ks+sc„ ¦ (
где і>макс—удельная скорость окисления загрузки, мг/(г-ч); S — концентрация
загрязнений, мг/л; Сл — концентрация растворенного кислорода, мг/л; Кц, К —
константы, характеризующие влияние концентрации соответственно загрязнений и кислорода.
С учетом влияния концентрации загрязнений, кислорода, а также
дозы ила кинетическое уравнение примет вид:
E.206)
4- фа /
где ф — коэффициент использования, мг/л; а — концентрация ила, г/л.
Математическая модель процесса биологической очистки в аэротен-
ках, предложенная И. В. Скирдовым, включает систему кинетических
уравнений, которыми описаны следующие явления: сорбции субстрата
активным илом (по уравнению Ленгмюра), скорости роста биомассы с
учетом влияния концентрации кислорода и микроорганизмов, скорости
образования продуктов окисления, скорости потребления субстрата на
поддержание жизнедеятельности (энергетический обмен), скорости
отмирания бактерий, скоростей образования автолизата и инертной части
биомассы ила.
Упомянутые здесь исследования свидетельствуют о сложности
решения, проблемы построения математической модели процесса
биологической очистки сточных вод. Эти модели были разработаны в основном по
результатам экспериментов в лабораторных условиях, и применимость
их к реальному расчету и проектированию требует всесторонней
проверки по условиям работы натурных сооружений. Отметим также, что
модель биологического окисления примесей сточных вод должна
отражать сложность и постоянную изменчивость исходного состава
обрабатываемых сточных вод.
Биофильтры
Расчет биофильтров. Важнейшая составная часть биофильтра —
загрузочный материал. По типу загрузочного материала все биофильтры
делят на две категории: с объемной и плоскостной загрузкой. Строго го-
12*
179

A-A
Рис. 5.9.
Капельный биофильтр
; — дозирующие
баки сточной воды;
2 — спринклеры; 3 —
железобетонная
стенка; 4 —
загрузки биофильтра; 5 —
п<)дача сточной во-
др|; 6 — отводящий
лоток
А -А
3,0 ,0,12
Рис. 5.Ю. Высоко-
нагружаемый
биофильтр с
реактивным оросителем
180

Рис. 5.11. Типы загрузки
а— кольца Рашига; б — кольца с перегородкой; в — кольца с крестообразной перегородкой; г —
кольца Палл'я; д — седла Берля; е — седла «Инталокс»; ж—полые цилиндры с отверстиями;
а — жесткая блочная загрузка; и — мягкая загрузка
воря, плоскостная загрузка тоже объемная, хотя занимаемый ею
объем невелик. Отсутствует принципиальная разница между
биофильтрами, загруженными шлаком, гравием, керамзитом или пластмассовыми
материалами.
Пропускная способность биофильтра определяется прежде всего
площадью поверхности, занятой биопленкой, и возможностью свободного
доступа кислорода воздуха к пей. Чем больше площадь поверхности
биопленки (при одинаковой массе) и чем легче к ней доступ кислорода, т. е.
чем меньше мест соприкосновения биопленки, расположенной на
разных поверхностях, тем выше пропускная способность биофильтра.
Принятая классификация биофильтров, несмотря на ее
несовершенство, все же удобна, привычна и пользоваться ею, безусловно,
целесообразно. Этой классификацией предусматривается деление биофильтров с
объемной загрузкой на капельные (рис. 5.9), высоконагружаемые (рис.
5.10) и башенные. Биофильтры с плоскостной загрузкой делятся на
категории по типу загрузки: с жесткой засыпной, жесткой блочной и
мягкой (рис. 5.11 и 5.12).
Расчет капельных и высоконагружаемых биофильтров, применяемый
в СССР, разработан С. В. Яковлевым. В основу расчета положено
представление о том, что снижение концентрации загрязнений, описываемых
ееличиной ВПК, может быть принято по типу уравнения реакции
первого порядка:
L(/La=e-*'', E.21)
где Li и La — ВПК соответственно очищенной и поступающей сточной воды; k'—
константа скорости реакции; / — продолжительность процесса.
Если применить это уравнение для расчета снижения ВПК в
биофильтре, то, приняв во внимание соотношения: t—W/Q; W — F/H; Q —
— qF; t — H/q (где W — объем биофильтра; Q — расход воды; F—его
площадь; Н — глубина; q — гидравлическая нагрузка), несложно
получить:
\gLaILt = kHlq, E.22)
где k = k'- 0,434.
181

А-Л
Рис. 5.12. Биофильтр восьмигранной формы в плане с пластмассовой загрузкой (см.
рис. 5.11, з) производительностью 1400 м3/сут
/ — корпус кз стеклопластика по металлическому каркасу; // —пластмассовая загрузка; 111—
решетка; IV — бетонные столбсвые опоры; V г— подходящий трубопровод; VI— реактнаный
ороситель; VI] — отводящие лотки; и и 6 — раскладка блоков соответственно а четных н нечетных
рядах
Однако обобщение большого числа собственных экспериментальных
данных и опубликованных в литературе показало, что эффективность
работы биофильтра описывается более сложной формулой, чем
уравнение E.22). Выражение в правой части этого уравнения, названное
критериальным комплексом Ф, получило вид:
<p=\0kTH/qOA, E.23)
где kr — константа окисления.
В формуле E.23), как и в уравнении E.22), константа скорости
процесса зависит от температуры и, как уже ранее упоминалось, ее
изменение принимается подчиняющимся уравнению Стриттера.
Самое существенное отличие в выражениях E,22) и E.23)
заключается в появлении показателя степени у параметра q. Важно отметить,
что по данным разных исследователей показатель степени у Параметра
с/ существовав всегда и всегда был меньше единицы. Это
обстоятельство частично объяснялось тем, что применительно к биофильтрам
понятие «продолжительность процесса» не имеет строго определенного
значения. При орошении поверхности биофильтра вся подаваемая сточная
182

вода условно может быть разделена на две части: большую,
протекающую очень быстро, и меньшую, протекающую очень медленно
(сползающую с поверхности загрузки).
Большая часть сточной воды, проходящая быстро, очищается
вследствие сорбционных процессов, в меньшей проходит вся совокупность
процессов окислительной деструкции. Именно вторая, меньшая часть
сточной воды обусловливает конечную степень очистки, разную ее
глубину. Задержание воды в загрузке биофильтра дольше расчетного
среднеарифметического времени характеризуется показателем степени,
меньшим едницы, у параметра q. Видимо, можно найти и более полное
объяснение такому усложнению теоретической формулы, однако
приведенное выше рассуждение не лишено логики и может быть принято как
первая гипотеза.
Более поздние наблюдения за работой биофильтров и специальные
исследования привели к дальнейшему усложнению расчетной формулы,
в которой нашло отражение влияние количества подаваемого воздуха.
В СНиП 11-32-74 введена уточненная формула Яковлева—Файзулиной:
Ш~Г=* \л + ?, E.22л)
Ц Я
где В — количество воздуха в пересчете на 1 мэ воды; а, ? — константы, определяемые
експериментально.
Формула E.22а) пригодна для расчета биофильтров с объемной
загрузкой (капельных и высоконагружаемых) с рециркуляцией и без нее.
Если принудительная подач?, воздуха отсутствует, то условно
принимают ?°'6=l, значения коэффициентов а и ? варьируют в зависимости
от количества подаваемого воздуха.
Применение формулы E.22а) ограничено условиями: по
гидравлической нагрузке от ІЗ до 30 м3/(мг-сут), по высоте биофильтрата от 2 до
4 м, по количеству подаваемого воздуха до 12 м3/м3, по температуре
воды (среднезимней) от 8 до 14 °С, по качеству очищенной воды по
БПКполн НЄ НИЖЄ 15 МГ/Л.
При поступлении сточных вод с La>300 мг/л во избежание частого
заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция—
возврат части очищенной воды для разбавления исходной сточной
воды (в практике уже при La>200 мг/л).
Рециркуляция — технологически необходимый прием, без которого
нормальная работа биофильтров невозможна. Физически рециркуляцию
можно считать равноценной увеличению слоя загрузки. Рециркуляция
приводит к следующим результатам:
увеличивается содержание растворенного кислорода в смеси,
подаваемой на биофильтр;
выравнивается концентрация биопленки по высоте сооружения;
поддерживается более равномерная, но увеличенная гидравлическая
нагрузка;
выравниваются пики по концентрации загрязнений;
незначительно повышается нагрузка на биофильтр по загрязнениям;
значительно возрастает потребность в объемах отстойников;
значительно увеличивается потребность в энергии на перекачивание
воды.
Оценивая процесс рециркуляции, специалисты придерживаются
мнения, что в условиях эксплуатации рециркуляция — единственный
технологически оправданный прием увеличения эффективности и повышения
кадежности работы сооружения.
Шагом вперед можно считать учет влияния количества воздуха, что
позволило проектировать биофильтры с полноценным
технико-экономическим обоснованием. Почти двадцатилетние наблюдения за
эксплуатацией биофильтров, рассчитанных на основе формулы С. В. Яковлева,
183

подтвердили ее положительное значение для развития техники очистки
сточных вод. Однако в последнее время наметилась тенденция
придерживаться математической модели процесса очистки сточных вод, в
основу которой заложены классические представления кинетики
ферментативных реакций. Поэтому и делаются попытки применять для расчета
биофильтров уравнения этих реакций.
Например, Л. Дзенисом под руководством С. В. Яковлева и Т. А. Ка-
рюхиной разработан новый метод расчета биофильтров, использующий
уравнение ферментативных реакций.
Предложенный метод расчета биофильтров с объемной загрузкой
основан на представлении о том, что очистка складывается из двух
параллельно протекающих процессов: 1) адгезионно-сорбционного
изъятия примесей биоценозом, прикреплением к загрузке, а также
отторгнутым от ее материала и движущимся в загрузке биофильтра; 2)
окисления органических материалов биопленкой, происходящего по принципу
ферментативных реакций.
Для расчета башеннных биофильтров справедлива формула E.23),
но при значении критериального комплекса, принятого по Д. Ф.
Харитонову.
Расчет биофильтров с плоскостной загрузкой предложен Ю. В.
Вороновым. Расчетные формулы выведены эмпирическим путем,
отличительной чертой которых является учет нагрузки загрязнений (по ВПК)
на единицу площади поверхности загрузочного материала. В
биофильтрах с плоскостной загрузкой распределение биопленки более
равномерное, чем в биофильтрах с объемной загрузкой, поэтому можно считать,
что между площадью поверхности плоскостной загрузки и количеством
биопленки на ней, по-видимому, существует прямо пропорциональная
зависимость.
С. М. Шифрин и И. А. Евстигнеев предложили расчетные формулы
для биофильтров с любым типом плоскостной загрузки, решение по ко-
тсрым осуществляется графоаналитическим путем, т. е. путем
построения графика 3=/(Ф) с координатами Э и Ф:
Э = !(Ф); 3 = LtlLa, Ф = аНь kTjqn, E.24)
где а, 6, п — коэффициенты, определяемые эмпирическим путем для каждого типа
загрузки.
Методы расчета биофильтров, рассмотренные выше, могут бьіть
приняты для проектирования систем очистки сточных вод любого вида —¦
бытовых, производственных, смешанных. Специфика состава сточных
вод отражается в этих формулах изменением численных значений
входящих в них коэффициентов. При проектировании сооружений для
очистки производственных сточных вод особое внимание обращается на
концентрацию загрязнений, для которых определены величины ПДКб.о.с-
Если в исходной воде концентрация примесей превышает ПДКб.о.с, то
предусматривается предварительная обработка сточных вод с целью
снижения концентрации этих примесей до допустимой величины.
Применение биофильтров для очистки производственных сточных
вод. Наблюдения показали, что интенсивность деструкции трудноокнс-
ляемых органических веществ в биофильтрах не только не ниже, но в
отдельных случаях даже выше, чем в аэротенках (табл. 5.4).
Биофильтры успешно применяются для очистки сточных вод самых
различных производств. На капельных биофильтрах с высотой слоя
загрузки 1,5 м и естественной аэрацией очищались сточные воды кани-
фольно-экстракционного завода, термической переработки сланцев,
производств диметилтерефталата, натринбутадпенового каучука, окиси
этилена, поливинилацетат'а, хлоропренового каучука. Во всех случаях
сточная вода, поступавшая на биофильтр, имела высокую концентрацию
по БПКлолн—320—580 мг/л и во всех случаях была получена глубоко
очищенная вода с БПКлолн на уровне 10—25 мг/л. Окислительная мощ-
184

ТАБЛИЦА 5.4. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПОЛНОГО ОКИСЛГНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИИ, сут,
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В РАЗЛИЧНЫХ СООРУЖЕНИЯХ
Вещество
Алканы
Арены
Спирты
5
с UJ
с, ja
oj с;
кап
гофи
s
8
12
10
о ^
° х н
° ^ 5
а хе
4
7
5
с
= о
о ?
о. =
га OJ
00 S
8
10
10
Веіцсстпо
Фенолы
Альдегиды
Жирные кислоты
с*
~ *-'
aj ^
? о
Г.^
10
8
6
О % н"
o rt с^
в Со
5
6
4
і
5 %
Q ^
О. 2
10
10
10
ность капельных биофильтров колебалась от 400 до 580 f БПКполн на
1 м3 сооружения в сутки, т, е. оказалась в 1,5—2 раза выше норм,
принимаемых для этих сооружений при очистке в них бытовых сточных вод.
Относительно низкая окислительная мощность была зафиксирована
лишь в одном случае — при очистке сточных вод производства окиси
этилена A75 f БПКпс.лн на 1 м3/сут), но степень очистки воды была
очень высокой (97%) при остаточной концентрации загрязнений по
БПК, равной 10 mf/л. При том же качестве очищенной воды (БПК
10 mf/л) пропускная способность биофильтра, работавшего на сточных
водах производства полпвпннлацетата, оказалась много выше и
составила 500 г БПКполк на 1 м3/сут, что свидетельствует о зависимости про-
лускной способности сооружений от состава исходной сточной воды.
Сточные воды НПЗ (ЭЛОУ) и производства бутадиен-стирольного
каучука очищались в высоконагружаемых биофильтрах. Высота слоя
загрузки была соответственно 3 и 4 м и удельный расход продуваемого
поздуха 20 и 60 ма/м3. На сточных водах ЭЛОУ была получена
окислительная мощность 300 г БПКгюлі: на 1 м3/сут. Во втором случае при
снижении в сточных водах концентрации некаля с 200 до 100 мг/л удалось
в 2 раза повысить окислительную мощность биофильтра — с 250 до
500 г БПКполн на 1 м3/сут. Качество очищенной воды в обоих случаях
было высоким — 20—25 мг/л по БПК1ЮЛн-
Биофильтры с плоскостной загрузкой успешно применены за
рубежом для очистки сточных вод коксогазовых заводов (Портер, I960),
сульфатцеллюлозного завода (Мниц, 1960), консервного завода (Хам-
лин, 1962) и многих др. Отечественные исследования показали, что
биофильтры с плоскостной загрузкой имеют окислительную мощность,
намного большую, чем биофильтры с объемной загрузкой. При пысоте
биофильтра 4 м и степени очистки с 250 до 25 мг/л по БПКполн
окислительная мощность составляет примерно 7—9 г БПКполн на 1 м3/сут.
Аэротенки
Классификация аэротенков (рис. 5.13). Аэротеики можно
классифицировать по следующим основным признакам.
¦ По структуре потока — аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители
и аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости, так
называемые аэротенки промежуточного типа.
По способу регенерации активного ила — аэротенки с отдельно
стоящими регенераторами ила, аэротенки, совмещенные с регенераторами.
По нагрузке на активный ил — высоконагружаемые, обычные и низ-
конагружаемые.
По числу ступеней — одно-, двух- и многоступенчатые.
По конструктивным признакам — прямоугольные, круглые,
комбинированные, противоточныё, шахтные, фильтро.тенки, флототенки и др.
По типу систем аэрации — с пневматической, механической,
комбинированной гидродинамической или пневмомеханической.
Современный аэротенк представляет собой гибкое в тсхнологичес-
185

ш
Длина азротепка
Рис. 5.13. Схему аэротенков
я - вытеснители; б - смесители; в-с рассредоточенным впуском воды- г - типа АНР Inn К Кой
тс); а-с регенераторами; е ~ ячеистого типа; Неточная вода; И- активный ил ///-иловая
смесь; ; - аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 - регенератор иловая
Рис. 5.14. Распределение нагрузки на ил
в аэротенках различных типов
1 — вытеснители; 2 — смесители; 3 —с
рассредоточенной подачей воды; 4 — гнла АНР
ком отношении сооружение. Аэротенки
могут быть успешно применены для
полной или частичной очистки многих видов
производственных сточных вод в
широком диапазоне концентраций
загрязнений и расходов сточных вод. Число конструктивных модификаций и
технологических рабочих схем аэротенков непрерывно увеличивается.
В аэротенках-вытеснителях, имеющих один — четыре коридора, вода
и ил подаются в начало сооружения, а смесь отводится в конце его.
Теоретически режим потока в вытеснителях должен быть поршневым
без продольного перемешивания. Однако, как показали исследования, в
коридорных аэротенках существует значительное продольное
перемешивание. В большей степени режиму вытеснителя соответствуют
конструкции аэротенков ячеистого типа.
Аэротенк ячеистого типа представляет собой прямоугольное в
плане сооружение, разделенное на ряд отсеков поперечными
перегородками. Смесь из первого отсека переливается во второй (снизу), из
второго—в третий (сверху) и т. д. В каждой ячейке устанавливается режим
полного смешения, а сумма ряда последовательно расположенных
смесителей составляет практически идеальный вытеснитель.
Сточная вода и ил в аэротенках-смесителях подводятся и отводятся
равномерно вдоль длинных сторон сооружения. Принимается, что
поступающая смесь очень быстро (в расчетах мгновенно) смешивается с
содержимым всего сооружения.
В аэротенках промежуточного типа можно рассредоточенно подать
либо воду,' либо ил с отводом смеси сосредоточенно в конце аэротенка.
На практике применяется первый тип — с рассредоточенной подачей
воды.
В аэротепках с разными структурами потока существенно различны
и условия развития популяции микроорганизмов. В
аэротенках-вытеснителях нагрузка на ил и скорость потребления кислорода максимальны
в начале сооружения и минимальны в конце (рис 5.14). Если воздух
подается равномерно по всей длине аэротенка, то в начале процесса
может отмечаться глубокий дефицит кислорода. Условия развития
популяции микроорганизмов в этой системе оптимальны только в какой-
то средней части сооружения, где имеется соответствие между уровнем
питания и наличием растворенного кислорода. Аэротенки-вытеснителп
плохо справляются с залповыми перегрузками по загрязнениям, в них
нельзя существенно повысить рабочую концентрацию ила.
Нагрузка на ил, скорости процесса изъятия загрязнений и потребле-
136

ниє кислорода в аэротенках-смесителях (называемых также аэротенка-
ми полного смешения) постоянны во всем объеме сооружения. Ил
находится в одной достаточно узкой стадии развития культуры,
обусловленной величиной нагрузки на ил. Условия существования культуры
близки к оптимальным. Однако качество очищенной воды при прочих
равных условиях может оказаться несколько ниже, чем в аэротенках-
вытеснителях, поскольку в силу особенностей гидродинамической
структуры потока, обусловливающих вероятность попадания части только что
поступившей сточной воды в отводную систему, снижается общий
эффект очистки. Эта вероятность тем выше, чем ближе конструкция
сооружения к идеальному смесителю.
При рассредоточенной подаче жидкости полная нагрузка по
загрязнениям достигает максимума к концу сооружения, но степень очистки
воды может быть очень высокой, так как по мере продвижения смеси
по аэротенку ранее поданные загрязнения успевают срабатываться и к
концу аэротенка уровень питания истинный (а не расчетный) может
соответствовать состоянию ила с высокой окислительной способностью.
Аэротенк с рассредоточенной подачей воды имеет тот же недостаток,
что и аэротенк-вытеснитель: отсутствие оптимальных условий по
кислородному режиму в сооружении. Однако общая масса ила в аэротенке
с рассредоточенной подачей воды выше, чем в вытеснителе, в связи с
чем пропускная способность этого аэротенка также выше.
Рассредоточенную подачу сточной воды можно осуществить таким
образом, чтобы нагрузка на ил оставалась постоянной по всей длине
аэротенка. Такую систему предложил К. Бойте, ее всестороннее
изучение провели на кафедре канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева
(О. Я. Евсеева). Сточную воду в аэротенк подают не равномерно, а с
постоянно уменьшающимся по длине сооружения расходом, в точности
соответствующим уменьшению концентрации ила вследствие разбавления,
что и позволяет иметь нагрузку на ил постоянной. Нагрузку по сточной
воде на единицу Длины сооружения qx рассчитывают по формуле
«Q A/а+1)«-1
Ч , E.25)
11
V *[A/а+ IJ—1]//+ 1
где а — количество возвратного ила, выраженное в долях единицы от расхода воды;
Q — общий расход сточных вод, мэ/с; I — длина сооружения, м; х — расстояние от
начала впуска до заданного сечения, м.
Аэротенк с неравномерно распределенной подачей жидкости (АНР)
совмещает в себе, таким образом, основные преимущества и смесителя
и вытеснителя. Ил в этих аэротенках находится в одной определенной
фазе развития, скорости изъятия загрязнений и их окисление
(потребление кислорода) постоянны, возможность попадания неочищенной
воды в отводную систему сведена к минимуму. Общая масса ила, а
следовательно, и пропускная способность в сооружениях типа АНР выше, чем
в вытеснителях.
Широкое распространение получили аэротенки с отдельными
регенераторами. Сущность системы с регенераторами заключается в том, что
из общего процесса окисления загрязнений выделяют в самостоятельную
стадию процесс изъятия их из сточной воды. Давно замечено, что
переход загрязнений из сточной воды в ил происходит относительно быстро*
за lfj—30 мин можно очистить воду более чем на 50 % (по величине
БПК), а за 1,5—3 ч практически полностью (до начала заметной
нитрификации). Изъятые илом загрязне.пия не могут быть выделены
обратно {десорбция}, поэтому сложный комплекс явлений, составляющих в
целом процесс очистки сточной воды, неправильно приписывать только
физической сорбции, которая составляет лишь часть общего процесса.
Если контакт ила со сточной водой непродолжителен (до 30 мин),
то утилизация растворенных примесей не успевает пройти до конца и
степень очистки оказывается невысокой. При длительном контакте из
'87

воды можно изъять максимум растворенных веществ, за то же время
успевает закончиться сорбционная очистка от нерастворенных примесей,
что обусловливает общую высокую степень очистки.
Окисление полученных илом загрязнений происходит с самого
начала процесса очистки, но продолжается гораздо дольше перехода
загрязнений из сточной воды в ил и может быть осуществлено после
отделения от него практически очищенной воды. Продолжительность
окисления загрязнений соответствует времени, за которое ил
потребляет количество кислорода, равное снятой БПК. (если аэротенки не
рассчитываются на нитрификацию аммонийного азота), и расходу
кислорода на эндогенное окисление ила. Поскольку часть кислорода
потребляется уже на стадии очистки сточной воды, т.е. в самом аэротенке, то
продолжительность регенерации (окончания окисления) составляет
разность общего времени окисления и времени очистки сточной воды.
Регенераторы могут быть включены в аэротенки любого
гидродинамического режима. Выделение регенераторов приводит к
существенному повышению массы ила в системе в целом и соответственно
повышает ее пропускную способность.
Не для всех видов производственных сточных вод выделение
регенераторов целесообразно. Если внеклеточная переработка очень
длительна и сопоставима со скоростью потребления кислорода, то
необходимость в устройстве регенераторов отпадает.
Математическое моделирование процессов в аэротенках в целом
включает описание гидродинамического режима с учетом кинетических
закономерностей процессов биологического окисления. Задача может
быть решена теоретически для аэротенка любого типа. Ценность
такого решения для практики невелика в силу .ряда объективных
обстоятельств: в реальном аэротенке не осуществляются идеальные режимы
потоков, а всегда имеются элементы'движения, присущие разным
структурам, и, кроме того, слишком сложны закономерности процессов
окисления. Однако для дальнейшего развиня теоретических представлений
математическое описание процессов в аэротенках — единственно
перспективный метод.
Высоконагружаемые аэротенки работают с высокими дозами
активного ила и их окислительная мощность можеі превосходить мощность
обычных аэротенков в 1,5—2 раза. Однако применение этого способа
связано с трудностями разделения концентрированных иловых смесей.
В этом случае целесообразно двухступенчатое гравитационное
разделение либо комбинация фильтрования с отстаиванием или флотацией
иловых смесей.
Кафедра канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева разработала
способ фильтрования смеси илов аэротенков с дозами ила до 25 г/л через
сетчатые фильтры. Таким образом, во вторичные отстойники поступает
не более 3—4 г/л взвешенных веществ. Разработана технологическая
схема такого сооружения, получившего название фнльтротенк.
Аэротенки для низкоконцентрированных сточных вод или так
называемые аэротенки с продленной аэрацией ила получили применение в
основном для малых расходов сточных вод (до 1000 м3/сут). Прирост
активного ила в них невелик, в процессе очистки происходит его
стабилизация, значительно облегчается проблема обработки осадка и
избыточного активного ила.
Основой для разработки методов многоступенчатой очистки
является идея культивирования на очистных станциях активных илов,
приспособленных к окислению отдельных групп органических загрязнений.
Такие схемы применяют для высококонцентрированных сточных вод.
Система аэрации — важнейший элемент любого аэротенка Эта
система состоит из комплекса сооружений и специального оборудования,
обеспечивающего снабжение жидкости'кислородом, поддержание ила
во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с
188

илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации
обеспечивает одногфемекное выполнение всех этих функций, лишь в окситенке
перемешивание механическими мешалками не связано с системой подачи
кислорода.
Существуют три системы аэрации: пневматическая, механическая и
комбинированная.
Пневматическую систему, при которой воздух нагнетается в аэротенк
под давлением, подразделяют на три типа в зависимости от размера
продуцируемого пузырька воздуха: на мелкопузырчатую — с размером
пузырька до 4 мм, среднепузырчатую—5—10 мм и крупнопузырчатую—
более 10 мм. В качестве распределительного устройства для воздуха в
пневматических системах применяют фильтросные пластины и трубы,
купола, диски, тканевые аэраторы и др.
При механической системе аэрации в качестве источника кислорода
используется непосредственно наружный воздух, вовлекаемый в
аэротенк при вращении в нем жидкости мешалкой-аэратором. Механические
аэраторы обычно классифицируют по типу расположения оси
вращения ротора на горизонтальные и вертикальные. Наибольшее
разнообразие видов имеют аэраторы с вертикальной осью вращения.. Эти
аэраторы могут располагаться либо на поверхности, либо в толще воды
(соответственно кавитационная или импеллеркая система).
Удельный расход воздуха D, м3/м3, при очистке производственных
сточных вод в аэротенках с пневматической системой аэрации
определяют так же, как и для бытовых сточных вод. Расчетная формула
(ВНИИ ВОДГЕО) представляет собой отношение количества
кислорода, требующегося для обработки 1 м3 воды, к количеству кислорода,
используемого с 1 м3 подаваемого воздуха
D= *1Ь±Ы > E.2G)
¦ *1 *2 ni п2 (Cp — С)
где Z — удельный расход кислорода, мг на 1 мг снятой БПКполн; к,—коэффициент,
учитывающий тип аэратора (но размеру пузырька) и для мелкопузырчатых аэраторов
являющийся функцией илощадн, которая замята аэраторами по отношению к общей
площади зеркала воды п сооружении; k?— коэффициент, учитывающий глубину
погружения аэратора; Яі—коэффициент, учитывающий температуру сточных вод; Пі —
коэффициент качества сточной воды, списывающий изменение величины объемного
коэффициента массопередачи в сточной воде по отношению к водопроводной воде при
7 = 20 °С; Ср — растворимость кислорода в воде в зависимости от высоты столба
сточной воды над аэратором, мг/л; С — допустимая минимальная концентрация кислорода
в сточной воде, которая не лимитирует скорости окислительного процесса, мг/л.
Формула E.26), по которой определяется расход воздуха на очистку
в аэротенках, естественно, подобна формуле E.15) того же назначения
для биологических прудов. Имеющееся между этими двумя формулами
различие заключается .лишь в том, что при расчете аэротенков не
учитывается незначительная добавка B мг/л) к потребности в кислороде
для поддержания необходимого его минимума в очищаемой смеси. Для
аэротенков при начальной концентрации 'воды по БПКполН,= 200—
500 мг/л эта добавка составляет менее 1 % общей потребности и ею
можно пренебречь. При доочистке в прудах сточных вод с начальной
концентрацией по БПКполн=15—30 мг/л и желаемым уровнем
содержания кислорода в воде С = 4ч-6 мг/л при наличии запаса
собственного кислорода Ьо — 2н-4 мг/л такая добавка учитывается, так как она
может достигать в данном случае 20 % общей потребности.
НеТруДНО ВИДеТЬ, ЧТО Изменение ВеЛИЧНН КОЭффИЦИеНТОВ k\, k-i, П\ И
Ср в формуле E.26) не связано с характером обрабатываемых сточных
вод и одинаково для любого их состава. Поэтому при расчете систем
аэрации для очистки производственных сточных вод значения
перечисленных выше величин следует принимать по СНиП П-32-74.
Специфику загрязнений сточных вод описывает только коэффициент
п2, численное значение которого изменяется от 0,5 до 3,25 (определено
189

экспериментальным путем). Некоторые опубликованные данные по
значению этого коэффициента (по данным эксплуатации) приведены ниже.
Наименование п.
Водопроводная вода 1
Речная загрязненная вода 0,78—1
Бытовая сточная вода 0,7—0,95
То же, после биологической очистки . ....... 0,63—0,98
Активный ил 0,8—1,1
Сточная вода:
производства крафт-бумаги 0,48—0,86
целлюлозно-бумажного комбината 0,69—0,9
фармацевтических заводов . 0,2—0,3*
Раствор с концентрацией, иг/л:
пептона С=300 0 27
ОП-7, С=5 0,42
* По данным эксплуатации.
Аэраторы. За счет интенсивной рециркуляции и засасывания
воздуха в воду механические аэраторы насыщают жидкость кислородом.
В зависимости от принципа действия и конструкции механические
аэраторы разделяются на поверхностные и погружные (всасывающие и
пневмомеханические).
Поверхностные — дисковые (табл. 5.5) и конусные—аэраторы
представляют собой лопастные турбины диаметром 0,5—4 м с
вертикальным валом, которые приводятся во вращение двигателями-редукторами.
ТАБЛИЦА 5.5. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСКОВЫХ АЭРАТОРОВ
с.
р
Г? в
Зё
0,5
1
2
З"
=ч
о
к.
у І
133
67
38
СТЄ.І
o
ч
о
у
а*
6
12
18
ас-
о
я Ж
mi
14
13
15
О
С
о
з
17
21
30
|о|
1,2
3,4
4,8
d
0
о
3,3
9,58
33,3
O.
G.
ST 3
s .
= Э
3
4
1
I
t- *
О
t-
и 5
З" в
27
22
BUOI/
с
с;
a
З"
24
24
,
с
о
tq
я Е
Н U
о
и'"
17
20'
С
О
с;
S
от о
І!
35
47
с л-':"-
т— О ¦'тч
26,5
52,5
6
с
о.с
77,5
145
При работе аэратора жидкость засасывается снизу, приводится во
вращение и отбрасывается к периферии. В результате гидравлического
прыжка захватывается и диспергируется атмосферный воздух.
Основными показателями, характеризующими механические аэраторы,
являются окислительная способность О. С и удельные затраты Э.
Расчет аэратора производится по формуле
"" "" "' -°'45, E.27)
где Ид — минимальная донная скорость потока в аэрируемом резервуаре, м/с; DT —
диаметр турбины, м; N — частота ее вращения, с-'; Н — глубина резервуара, м; В —
длина зоны действия одного аэратора, м.
При выборе механических аэраторов следует исходить из их
производительности по кислороду, определенной при 20'С. При отсутствия
растворенного кислорода в воде скорости потребления кислорода и мас-
сообменных свойств жидкости характеризуются коэффициентами п\,
по и дефицитом кислорода (Ср—С)/Ср.
Число аэраторов ц для аэротенков и биологических прудов
рассчитывают по формуле
ZILa — L,)W
¦ ~~ п, n2V[(Cp —С)/Ср]М000 '
где W — объем сооружения, м3; V — производительность аэрчтороп по кислороду, кг/с
(принимается по паспорту); t — продолжительность пребывания жидкости в
сооружении, ч.
190

Окислительная способность О.С аэратора зависит от многих
факторов и может быть определена расчетным путем. Ориентировочно можно
принять, что дисковые аэраторы диаметрами 0,5; 1 и 3 м имеют О.С,
равную соответственно 80, 230 и 1860 кг/сут.
Существуют также струйные аэраторы, обеспечивающие
диспергирование атмосферного воздуха путем эжектировання его напорной струей
аэрируемой жидкости, которая подается к аэраторам предусмотренными
для этих целей циркуляционными насосами. Применяют два типа
струйных аэраторов — шахтный и эжекториый.
Шахтный аэратор представляет собой цилиндрическую или
коническую трубу, расположенную над уровнем воды или заглубленную под ее
уровень. Циркулирующая рабочая жидкость подается в верхнюю часть
трубы, переливается через водослив и направляется по отсекам трубы
вниз, захватывая при этом воздух, диспергируя его и увлекая в
аэрируемый резервуар.
Эжекторный аэратор представляет собой сравнительно короткое
сопло @,6—0,7 м) цилиндрической формы, внутри которого коаксиально
введена труба, сообщающаяся с атмосферой. При подаче жидкости в
суженное кольцевое пространство между соплом и воздушной трубой
образуется разрежение и происходит всасывание воздуха, который
вместе с рабочей струей поступает на поверхность жидкости аэрируемого
резервуара. При падении струи в жидкость осуществляется
дополнительная аэрация.
По производительности и энергетическим показателям шахтные
аэраторы превосходят эжекторные, но последние более компактны.
Имеются и другие конструкции эрлифтных аэраторов.
Расчет аэротенков. Задача технологического расчета аэротенков —
определение основных параметров системы (продолжительность
аэрации, расход воздуха и прирост ила), по которым устанавливаются
размеры, конструкции и оборудование сооружений. Для расчета
аэротенков, предназначенных для очистки производственных сточных вод,
могут быть использованы формулы, предложенные для той же цели
применительно к бытовым сточным водам и внесенные в действующие
нормы проектирования СНиП П-32-74.
Период аэрации в аэротенках t, ч, работающих по принципу
смесителей, определяется по формуле
/= L"~Lf , E.29)
а(\— 5)р
где 5 — зольность ила, доли единицы; р — скорость окисления загрязнений, мг БПК-юля
на 1 г беззольного вещества ила а 1 ч.
Формула E.29) записана в общем виде и определяет
продолжительность процесса окисления как отношение количества загрязнений,
которое требуется удалить из воды, к суммарной скорости, с которой
происходит этот процесс.
Величину р мг/(г-ч), находят по формуле
р = Рмакс
С0-г До Lt \ 1 + Фа
где р5такс — максимальная скорость окисления, мг/(г-ч), равная для городских сточных
вод 85; Со — концентрация растворенного кислорода, мг/л; /Со— константа,
характеризующая влияние кислорода, мг О2/л, равная для городских сточных вод 0,625; /Сі —
константа, характеризующая свойства органических загрязнений, мг БПКполн/л,
равная для городских сточных вод 33; (р — коэффициент ингибпрования продуктами
распада активного ила, г/л, равный для городских «очных вод 0,07; а —доза ила, г/л.
Скорость окисления, как это неоднократно подчеркивалось выше,
зависит от многих факторов, определяющими из которых являются:
состав обрабатываемой сточной воды, степень адаптации биоценоза ила,
температура, pH, наличие биогенных элементов, уровень нагрузки,
концентрация растворенного кислорода и ингибирующего фактора.
191

Возможность теоретически учесть влияние совокупности всех
действующих факторов отсутствует, а поэтому самым надежным и
правильным методом является экспериментальное определение удельной
скорости процесса. Эксперимент должен проводиться со сточными водами,
для которых создаются очистные сооружения, или с водой состава,
максимально приближенного к составу исходных сточных вод.
Период аэрации в аэротенках-вытеснителях t, ч, рассчитывают по
формуле
'= '/!!'¦ о \(Сс+К0)аа-Ц)+2,ЗКгС0 lg-^-ІЛСр, E.31)
РмансСоа A — S) I Lt \
где Кг — коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания,
равный при полной биологической очистке 1,5 при /_i<15 мг/л и 1,25 при Lt = 30 мг/л.
Следует иметь в виду, что режим вытеснения обеспечивается при
соотношении длины коридоров L/B>30. При L/B<30 необходимо
предусматривать секционирование коридоров с числом ячеек 5—6.
Количество рецнркулирующего ила Qp, м3/ч, в аэротенках
Q7- E-32)
где Q — средний расход сточных вод, м3/ч; а — концентрация ил^а, г/л; /—иловый
индекс, см3/л.
При этом формула E.32) справедлива при значении /=175 см3/л
и а^5 г/л.
Величина илового индекса / определяется при разбавлении иловой
смеси до 1 г/л и зависит от концентрации ила. Для городских сточных
вод и основных видов промышленности она определяется по табл. 5.5.
ТАБЛИЦА 5.5. ЗНАЧЕНИЯ ИЛОВОГО ИНДЕКСА /
Сточные воды
Городские

Производственные:
заводов
синтетического
каучука

нефтеперерабатывающих
заводов
Прм магрузке на ил <7,
ыгдг.сут)
100
100
100
120
200
70
40
70
80
70
80
400
95
100
120
500
130
130
160
Сточные воды
комбинатов
искусственного
волокна

целлюлозно-бумажных
комбинатов
химических
комбинатов
азотной
промышленности
При нагрузке'на ил <?,
мг/(г-сут)
100
300
220
90
200
2С0
150
60
300
260
170
75
400
280
200
90
500
400
220
120
Нагрузка на ил q, мг/БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в
сутки, составляет:
а A — S) t
Средняя суммарная скорость процесса определяется как
произведение концентрации ила по беззольной массе и удельной скорости
окисления. В этом определении содержатся два допущения: 1) мерой
биомассы ила считают беззольную часть сухого ила; 2) предполагают
постоянство удельной скорости в некотором интервале концентрации ила.
Что касается первого допущения, то, как известно, беззольная часть
ила характеризует биомассу не совсем точно, поскольку клето'-ное
вещество бактерий и простейших имеет собственную зольность E—7%)
и, кроме того, в беззольной части ила могут присутствовать
посторонние органические вещества, не являющиеся субстанцией клетки. Эти
два фактора частично взаимно компенсируют друг друга. Очевидно
также, что две одинаковые биомассы ила отнюдь не всегда означают
192

равенство числа живых организмов и их метаболической активности.
Однако на сегодняшний день нет лучшей и более простой для практики
меры биомассы, чем беззольная часть активного ила, а потому и
удельная скорость окисления должна быть выражена именно по отношению
к этому показателю.
Рассматривая второе допущение, следует отметить, что при
увеличении концентрации ила в смеси удельная его активность снижается. Эта
зависимость проявляется заметно при значительном изменении
концентрации ила, в пределах же небольших изменений B—5 г/л),
встречающихся в наиболее распространенных конструкциях аэротенков,
удельная скорость окисления изменяется не более чем на 10 %. Поскольку
точность экспериментального определения величины р не превышает
20%, в практических расчетах зависимость p = f(a) в интервале
значений а = 2ч-5 г/л допускается не учитывать. Можно утверждать, что если
в аэротенках разных конструкций нагрузка на ил одинакова, то при
прочих равных и оптимальных условиях удельная скорость окисления,
средняя за весь цикл очистки, будет также одинаковой. В этих условиях
обеспечивается одинаковое
качество очистки сточной воды. Такое
утверждение основывается на
ряде экспериментов, проведенных в
ЧССР. Данные по величинам
удельной скорости окислени:-; для
индивидуальных веществ и
сточных вод ряда производств
приведены ниже.
Объем аэротенков W подсчи-
тывается как произведение Qt
(где Q — среднечасовой расход
за время аэрации t в часы
максимального притока).
Если целесообразность
устройства регенераторов
экспериментально выявлена, то следует
проектировать аэротенки с
регенераторами, поскольку их
устройство при любой конструкции
аэротенков обеспечивает
значительное снижение расчетных
объемов сооружений. Методика
расчета аэротенков с
регенераторами для производственных
сточных вод также аналогична
методике расчета, предложенной для
городских сточных вод (Т. А. Ка-
рюхина), однако в
экспериментальной проверке нуждается
формула для подсчета
продолжительности очистки воды ія. В
частности, для сточных вод
химико-фармацевтической
промышленности формула имеет вид
;-^ . E.34)
0,5
Сравнивая формулу E.34) с
сооТіветствуїощсй формулой,
приведенной в СНнП П-32-74,
13—179
Вещество и сточная Удельная скорость
вода окисления, мг
БПКполн на 1 г
сухого вещества
в 1 ч
Анилин ..... 9
Ацетальдегид ... 12
Ацетон 28
Бензойная кислота . 14
Бутанол 15
Глицерин 30
Капролактам ... 22
Кротоновий альдегид 5,5
Метанол 23
Пропанол .... 18
Резорцин 12
Толуол ..... 8
Уксусная кислота . 26
Уксусно-этнловый
эфир 20
Фенол 14
Этанол 19
2-этнлгексанол . . , 100
Сточные воды
производств:
вискозного волокна 9—13
бутадиен-нитриль-
ного каучука . . 8—13
бутаднен-стироль-
ного каучука . . 12—19
изопренового
каучука 11—17
капролактама . . Ю—16
поливинилацетата 14—21
поливинилхлорид-
ной смолы . . . 21—31
синтетических
жирных кислот . . . 12—18
синтетического
спирта Ю--15
фенола и ацетона 12—18
хлоропренового
каучука .... 13—20
химико-фарманев-
тическнх
препаратов .. . . / . . 5—15

нефтеперерабатывающих 8—30
термической
переработки сланцев 9—25
переработки
твердого топлива . . 10—16

2,5 La
"аэр
можно видеть, что скорость изъятия загрязнений из сточной воды
химико-фармацевтических предприятий на 20 % выше, чем для городских
сточных вод.
После несложных преобразований формулы для подсчета
продолжительности окисления t0 можно убедиться в том, что она полностью
подобна общей формуле E.29), если за величину а в этой формуле
принимается средняя концентрация ила в системе «аэротенк+регенератор»:
t 7-° - Lt E.35)
/tap«. (l-S)p
Где /j — доля циркулирующего ила от расчетного притока сточных вод, равная:
R = Qpe?/Q; E-36)
арег — концентрация возвратного ила, г/л, дозу которого определяют по формуле
¦ ¦ E.37)
Кг — коэффициент, учитывающий продольное перемешивание, равный 2,3; р —
удельная скорость очистки, определяемая по формуле E.30).
Продолжительность регенерации ^рег, с
^рег — ^о — ^а. E.38)
Объем аэротенка Wa, м3,
W* = U(i+R)Q, E-39)
где Q — расчетный расход, м3.
Объем регенераторов Ц7рег, м3,
WveP = t0RQ. E-40)
Необходимость последовательного подсчета продолжительности
аэрации, окисления, регенерации и, наконец, расчетной
продолжительности (а не наоборот) вызвана тем, что нельзя произвольно назначать
среднюю концентрацию ила, так как в этом случае решение теряет
определенность. Средняя концентрация ила в сооружении должна быть
определена только расчетным путем.
Расход воздуха. Расчет необходимого количества воздуха при
пневматической системе аэрации и числа аэраторов при механической сие*
теме уже приведен выше на стр. 189.
Как было показано, количество потребного кислорода выражено
только через величину БПК. В то же время следует отметить, что в
целом при биологической очистке кислород расходуется:
на окисление до конца (до СО2, Н2О, NH3) части органических
веществ, используемых в энергетическом обмене;
на эндогенную респирацию активного ила;
на химическое окисление некоторых примесей, окисляющихся
кислородом;
на нитрификацию аммонийного азота;
на создание некоторого запаса растворенного кислорода в
очищенной воде.
Из приведенного перечня видно, что затраты кислорода на
конструктивный обмен не учитываются. Этими затратами можно пренебречь, так
как обычно потребность кислорода в конструктивном обмене полностью
покрывается запасом кислорода в исходных органических веществах.
Из приведенного далее перечня следует, что в производственных
сточных водах могут находиться вещества, которые в условиях
достаточного количества кислорода будут окисляться химическим путем
(например, сероводород, который в аэротенках окисляется до сульфатов;
двухвалентное железо, которое окисляется до трехвалентного и т. п.). Такие
примеси практически в городских сточных водах отсутствуют, поэтому
194

в расчетах систем на их очистку содержанием веществ, окисляемых
химически, справедливо пренебрегают.
Отметим также, что аэротенки на полную биологическую очистку
рассчитываются лишь на достаточно эффективное снижение БПК, но
не на нитрификацию. Однако, если система работает в условиях низких
нагрузок на ил, нитрификация обязательно происходит, поскольку при
этих нагрузках, а следовательно, при большом возрасте ила, в нем
успевают развиваться бактерии-нитрифнкаторы, что и обусловливает
окисление аммонийного азота.
Суммарное количество кислорода, затрачиваемого на окисление
загрязнений в энергетическом обмене, на эндогенное окисление
клеточного вещества и нитрификацию, в отечественной практике выражают
через величину БПК с введением к ней поправочного коэффициента г
(С. В. Яковлев, Т. А. Карюхина, Э. П. Доскина). При неполной очистке
величина г может быть принята равной 0,7—0,9, при полной очистке —
1 —1,2, при глубокой минерализации, а следовательно, и при
нитрификации— 1,5—2,4. Экспериментами со сточными водами
фото-желатинового завода и химико-фармацевтического предприятия и с
синтетическим нмптатом городских сточных вод доказано, что введение
коэффициента 2 к величине БПК позволяет с достаточной степенью точности
зафиксировать потребность в кислороде при биологическом окислении.
• Если в производственных сточных водах имеются химические
окисляемые кислородом вещества, то на этот процесс необходимо вводить
поправку.
Прирост ила. Биомасса ила увеличивается за счет синтеза клеток
(конструктивный обмен), за счет части исходных загрязнений, изъятых
илом, но неокнсляемых биологически, и уменьшается вследствие
эндогенной респирации и выделения метаболитов в очищенную воду.
Прирост ила, учитываемый при проектировании, включает кроме
беззольной массы также и зольную часть, которая составляет от сухого
вещества ила внушительную величину— 10—50 % в зависимости от вида
обрабатываемых сточных вод и условий проведения процесса. Зольная
часть ила более чем па 80 % образуется за счет посторонних примесей,
внесенных со взвешенными веществами сточной воды.
Величину прироста теоретически определить невозможно,
наибольшую достоверность имеют лишь экспериментальные данные. Расчет,
выполненный по формулам, имеет весьма приближенный характер.
Формула, внесенная в СНиП П-32-74 (Т. А. Карюхина), пригодна лишь
применительно к городским сточным водам.
Расход химических веществ, %, на прирост биомассы при окисления
составляет:
Алифатических углеводородов 20—50
Ароматических » 10—35
Алифатических спиртов 60—80
Фенолов 40—70
Альдегидов и кетонов 40—80
Алифатических карбонових кислот 56—80
Углеводов 65—85
Аминокислот 32—68
Аэротенки, применяемые для очистки производственных сточных вод.
Для очистки производственных сточных вод могут быть применены все
известные конструкции аэрационных сооружений. Выбор конструкции
диктуется составом сточных вод и условиями проведения процесса.
Аэротенки-вытесннтели коридорнуго типа применяют при начальной
БПКполн не более 500 мг/л.
Типовые конструкции двух-, трех- и четырехкоридорных аэротенкоз
разработаны ЦНИИЭП инженерного оборудования зданий и сооруже-
13* 195

A-A
.
Рис. 6.15. Типовой четырехроридорнын (/—/V) аэротенк (диаметры трубопроводов
указаны в мм)
/ — воздуховод; 2 — средний кзнэл; 3 — щитовой затвор; 4 — верхний канал осветленной воды;
5,6 — соответственно воздушные н водовыбросные стояки; 7 — скользящая опора-, 8 — труба Вен-
турн; 9 — трубопровод циркулирующего активного ила (от распределительной камеры): 10 —
распределительный канал вторичных отстойников: // — иижннй канал осветленной воды; 12, 13 —
воздуховод соответственно на канале н секцнн
ний (рис. 5.15). Ширина коридоров в типовых проектах принята 4,5; б
или 9 м, шаг длины коридора равен 6 м, что соответствует длине
стандартной панели. Всего разработано 100 вариантов с очень' небольшим
шагом изменения рабочего объема от одного аэротенка к другому, что
позволяет осуществлять подбор сооружений с точностью, не меньшей
2—3 % требуемого расчетного объема (табл. 5.6).
В двухкоридорных аэротенках можно осуществить 50 %-иую регене-
ТАБЛИЦА Б.в. ТИПОРАЗМЕРЫ АЭРОТЕНКОВ-ВЫТЕСНИТЕЛЕИ КОНСТРУКЦИИ
ЦНИНЭП ИНЖЕНЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Число
коридоров
2
3
4
Размеры коридора, м
ширина
4,5
6
9
4,5
6
9
4.5
6
9
глубина рабочан
3,2; 4,4
4,4; 5
3,2; 4,4
4,4; 5
3,2; +,4
4,4; 5
длина
36—60
48—72
78—108
36—60
48—72
78—108
36—66
54—84
84—114
Число рядов
фнльтросов от
первого коридора
к четвертому
2+1
2+2
3+2
2+1 + 1
3+2+1
3+3+2
2+2+1+1
3+2+2+1
3+3+2+2
Число
вариантов
аэротенков
10
12
10
12
12
196

рацию, в трехкоридорных — 33- и 67%-ную и в четырехкоридорных —
25-, 50- и 75 %-ную. Теоретически возможный вариант 67- и 75 %-ной
регенерации на практике не был реализован.
В СССР разработана технологическая схема аэротенка-вытеснителя„
которая позволяет в действующем сооружении изменять регенерацию
от 25 до 75 % с шагом изменения объема 6,25 %. Сточная вода подается
по лотку, укрепленному на стенке, который отделяет второй коридор от
третьего. Лоток снабжен выпускными окнами с шиберами. Объем
регенератора изменяется в зависимости от того, через какое окно подается
весь расход сточных вод.
Для обработки химико-фармацевтических сточных вод,
отличающихся высокой концентрацией загрязнений с начальной БПК на уровне 1 —
2 г/л, Гипромедпромом и МИСИ им. В. В. Куйбышева разработана
конструкция аэротенка-вытесиителя с регенератором, объем которого
может изменяться от 35 до 85 %, шаг изменения объема регенератора
5%. Впуск'сточной воды осуществлен по аналогии с предыдущей
конструкцией. Существенное отличие от последней заключается в системе
подачи и распределения воздуха. В качестве аэраторов использованы
фильтросные трубы. Площадь аэрируемой зоны составляет 50 % общей
площади аэротенка. Система регулирования воздуха позволяет подать
в зону аэрации 20—80 % общего количества воздуха и распределить его
поровну между двумя зонами при любом проценте регенерации (рис.
5.16).
Рабочая глубина аэротенка 5 м, ширина коридора 6 м, число
коридоров 3, длина аэротенка 36—66 м с длиной вставки 6 м. •
Аэротенки с рассредоточенной подачей воды запроектированы Укр-
гипрокоммунводоканалом (УГК.ВК). По этой схеме сточная вода
подается через несколько впускных окон одновременно. Место первого
впуска воды принимается за границу, разделяющую зоны аэрации и
регенерации. Если производственные сточные воды по характеру потребления
кислорода соответствуют бытовым, то впуск воды в аэротенки
конструкции УГК.ВК. осуществляют через пять окон из девяти (табл.-5.7).
ТАБЛИЦА 5.7. КОЛИЧЕСТВО СТОЧНЫХ ВОД, ПОДАВАЕМЫХ Б ОКНА, Б АЭРОТЕНКАХ
КОНСТРУКЦИИ УГКПК
Объем
тора. %
25
31,25
37,5
43,75
50
Количеству сточных вод. %, подаваемых и окна (номер)
1
10
¦)
20
15
п
25
20
15
4
25
25
20
10
5
20
20
25
15
10
6
20
20
20
15
7
20
?5
20
а
30
25
9
30
Если характер потребления кислорода резко отличен, порядок
впуска сточной воды определяется в процессе эксплуатации и может
производиться через все окна одновременно.
Аэротенки с неравномерно рассредоточенной подачей воды (АИР)
разработаны ЦНИЭП инженерного оборудования и МИСИ
им. В. В. Куйбышева (табл. 5.8).
В настоящее время разрабатываются конструкции секционированных
аэротенков ячеистого типа. Коридор такого аэротенка делится
поперечными перегородками на 4—10 камер.
Аэротенки-смеснтелн рекомендуется применять для сточных вод с
высокой начальной БПК, а также при резких колебаниях состава соды.
Один из таких аэротенков, разработанный Гипрокоммунводоканалом,
показан на рис. 5.17. Аэротенк двухкорндорнып, один коридор выделен
под регенератор. Собственно аэротенк и регенератор разделены легкой
107

Рис. 5.16. Аэротенк для очистки сточных вод химнко-фармацевтических предприятий
1 — канал осветленной воды; 2 — фильтросные трі'бьі; 3 — водовыпускные отверстия; 4 —
распределительный лоток; 5 — водослив; б — затвор; 7 — воздухопровод
Рис. 5.17. Аэротенк-смеситель
/—распределительный лоток: 2 — трубопровод опорожнения аэротенков и вторичных отстойников;
3 — камера задвижек опорожнения: 4 — лпток активного ила; 5 — регенераторы; 6 — коридоры
аэротенков; 7 — щитовые затворы
198

"г
Рис. 5.18. Аэротенкн-отстойники с механической системой аэрации
г, д ~ установки с центрально расположенной зоной аэрации (Франция); б — установка
больой производительности с удалением осадка скребками (США); в — установка со смежным
расоложением зон аэрации и отстаивания (США); е — установка МИСП им В В Куйбышева;
а.
шой производительности с удалением садка скребками (США); у м рс
положением зон аэрации и отстаивания (США); е — установка МИСП им. В. В. Куйбышева
/ — подача сточной воды; 2 — стабилизатор потока; 3 — механический аэратор поверхностного тн
па; 4 — зона аэрации-, Ц — отделение дегазирования ила; 6 — чои;і отстаивания-, 7 — зона у
нения ила; 8 — выпуск обработанной сточноіі воды; 9 — выпуск избыточного
тельный загл>бле:шь;п ротор
ила;
зона
уплотЮ —
дополни10
Рнс 5.і 9. Аэротенки отстойники (аэроакселеряторы) с пневматической системой
аэрации (США)) -
а —с центрально расположенной зоной аэрации: б—с периферийно расположенной зоной
аэрации; в — со смежным расположением зон аэрации и отстаивания; г — с удалением осадка скреб»
кали (большой производительности): / — подача сточных вод; 2 — подача сжатого воздуха; 3 —
зоны аэрации; 4 — пневмомеханический аэратор; 5 — отражатели; 6 — отделения дегазирования
нла; ? — зоны отстаивания; 8 — илоуплотнитель; 9 — выпуск обработанных сточных вод; 10 —
выпуск избыточного ила
ТАБЛИЦА 5.8. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АЭРОТЕНКОВ ТИПА АНР
(ПРИ ЧИСЛЕ СЕКЦИЙ 3—6)
Число
коридоров
2
4
Размеры коридора, л
ширина
6
9
6
9
9
рабочая глубина
4,4
5
длина
36—78
36—90
90—120
Пропускная способность,
тыс мт/сут
25—70
35—140
100—280
140—280 и более
199

Рис. 5.20. Оксиконтакт с аэраторами типа «Вибрейр»
t— подача сточной воды; 2 — выпуск обработанных сточных вод; 3 — зоны отстаивания; 4—
выпуски избыточного ила; 5 — подача воздуха
Рис. 5.21. Окислительные каналы (планы)
о —кольцевой вытянуто» формы; о —с боковым ответвлением; а —с двумя боковыми
ответвлениями; г —с круглой кольцевой частью; д — G-образной формы; є - Г-образноЙ формы- ж ~
грушевидной формы; з—почкообразной формы; а — формы сплющенной восьмерки
стенкой из волнистого шифера. Длина коридора 135 м, ширина 9 м,
рабочая глубина 5 м. Сточная вода подается в коридор собственно аэро-
тенка рассредоточенно через отверстия в распределительном лотке,
расположенные на расстоянии 40 м друг от друга.
Практически все аэротенки небольшого размера с механическими
аэраторами относятся к типу азротенков-смеснтелей. Наибольшее
распространение получили аэротенки-смесители, совмещенные со
вторичными отстойниками. Конструкций таких аэротенков предложено много,
некоторые из иих показаны на рис. 5.18.
За рубежом широко распространены аэротенкн-отстойники с
пневмомеханической системой аэрации (рис. 5.19).
Разновидностью аэротенков-отстойников можно считать аэротенки-
осветлители, конструкции которых разработаны на Украине.
Применение таких аэротенков рекомендовано пока только для бытовых сточных
вод.
Аэротенки-отстойники для обработки больших количеств сточных
вод предложены во Франции фирмой «Дегремон». Сооружения
называются оксиконтактамн и имеют ряд модификаций, одна из которых пока-
зана на рис. 5.20.
Для очистки производственных сточных вод, содержащих примеси,
окисляющиеся с заметно разной скоростью, эффективно применение
двухступенчатых аэротенков. Создание активного ила, хорошо
адаптированного к определенным веществам, в каждой ступени аэротенков
повышает общую пропускную способность системы на 15—120%.
Схемы двухступенчатых аэротенкоЕ могут включать как аэротенки-
200

A-A
Рис. 5.22. Фильтротенк радиального типа дл,я расхода сточных вод более 10 тыс. мэ/сут
1 — наружная боковая стенка; 2— зона аэрации; 3— лоток циркулирующего активного ила; 4 —
лоток осветленной сточной нодві; 5 — фильтровальные иасадкн; Б — камера дегазации; 7 — струе-
направляющая перегородка; S — зона отстаивании; 9 — сборный лоток очищен..ой сточной воды;
10— ферма илососов; // — мостик; 12— эрлифт; 13— камера управления; 14 — воздухопровод;
15 — трубопровод избыточного активного ила; 16 — иловая камера; ¦ 17 — трубопровод рецнркули-
рующего активного ила; 18 — и.'юсосы; 19 — трубопровод очищенных сточных вод; 20 — клапаны
отведения иловой смеси; 21 — трубопровод сточной воды; 22 — корпус насадки; 23 — подложка из
крупной сеткн размером 1—2 мм: 24 — фильтровальная сетка с ячейками размером 60—100 мкм;
25 — клапаны; 26 — воздухопровод; 27 — трубопровод фильтрованной воды
вытеснители, так и аэротенки-смесители. Аэротенки могут быть с
регенераторами и без них. Чаще регенератор вводят только в I ступень.
Интересна схема двухступенчатых аэротенков с флотаторами
взамен отстойника I ступени. Флотация вместо отстаивания позволяет
поднять рабочую дозу ила в аэротенках I ступени до 10—15 г/л, что
способствует значительному повышению пропускной способности системы
в целом. Флотатор не обеспечивает столь же глубокого отстаивания
воды, как отстойник, поэтому его можно применять только в I ступени
системы. Такая схема нашла применение в СССР и ;за рубежом (ФРГ).
Разновидностью аэротенков-смесителей можно считать
циркуляционные окислительные каналы (ЦОК), работающие в режиме низких
нагрузок на ил (режим продолжительной аэрации). Система аэрации в
каналах — механическая, с аэраторами типа щеток Кессенера. Формы
ЦОК в плане могут быть очень разнообразны в зависимости от
местных условий (рис. 5.21).
Заслуживают внимания попытки разработать конструкции аэротен-
201

¦ A
Рис. 5.23. Протпвоточный аэротенк
/—.?uHii[ аэрации; 2 — пористые аэраторы; 3—
зоны циркуляи,1.!!!; 4 — эрлифты; 5 — струена-
цранляюгцис лоіютки; 6 — зона отстаивания; 7 —¦
ьодоотводящщ'1 лоток; в—подача смеси сточной
воды и активного ила
коз, работающих с высокими дозами
активного ила. Одним из таких
сооружении является фильтротенк (Я. А.
Карелин, Д. Д. Жуков, В. Л.
Рязанов), показанный на рис. 5.22. В
фильтротеике радиального типа
зону аэрации выполняют в виде кольцевого резервуара. В
центральной части резервуара устраивают зону отстаивания с
периферийным впуском осветляемой иловой смеси и центральным сбором освет:
ленной воды. На наружной боковой стенке имеются кольцевые лотки
для впуска и распределения поступающей на биологическую очистку
сточной воды, а также возвратного активного ила. На внутренней
боковой стенке, являющейся общей для зон аэрации и отстаивания,
располагают фильтровальные насадки с запорной арматурой и системой
отводящих патрубков осветленной иловой смеси и трубопроводов для
подачи сжатого воздуха. Насадка работает попеременно в режиме
фильтрования и регенерации. Из-за быстрого возрастания
сопротивления слоя активного ила режим фильтрования длится всего около 1 мин.
Регенерация осуществляется обратным током воздуха, подаваемого в
насадку. Продолжительность фильтрования и регенерации
поддерживается автоматически.
Осветление концентрированной иловой смеси, поступающей в зону
отстаивания из зоны аэрации, производится с помощью сетчатой
фильтровальной перегородки, попеременно работающей в режимах
фильтрования и обратной ' продувки сжатым воздухом. Основные параметры
фильтротенка зависят от дозы активного ила, гидродинамических
условий в зонах аэрации и отстаивания и свойств активного ила,
определяемых биохимической структурой и степенью окисления загрязнений.
Фильтротенк в настоящее время применяется для очистки
производственных сточных вод как экспериментальное сооружение.
Представляет интерес конструкция аэротенка с противоточным
движением воды и воздуха, в котором вследствие увеличения длительности
контакта двух фаз (газовой и жидкой) повышается процент
использования кислорода. Идея создания протнвоточного азротенка впервые
была высказана Г. С. Попковичем з 1964 г. Несколько позднее были
разработаны противоточные аэротенки харьковским отделом ВНИИ
ВОДГЕО. Конструкции подобных сооружений за рубежом появились'
позднее отечественных.
Конструкция, предложенная во ВНИИ ВОДГЕО (И. В. Скирдов,
В. Н. Швецов), представляет собой прямоугольный в плане резервуар,
в центре которого расположен отстойник (рис. 5.23). Циркуляция
жидкости создается путем устройства перегородки и расположения в
верхней части образующегося зазора (между стенкой резервуара и
перегородкой) эрлифтов, направляющих воду вверх, а затем (в зоне аэрации)
навстречу потоку воздуха.
Впуск воды в аэротенк осуществляется рассредоточенно; сооружение
работает в режиме полного смешения. В зону отстаивания иловая смесь
попадает через щель, образованную двумя наклонными перегородками.
Живое сечение щели по пути потока увеличивается, что способствует
выделению пузырьков воздуха из иловой смеси до поступления ее в
отстойник. Аэротенк работает с концентрацией ила 5—6 г/л. В качестве
аэраторов применяют фнльтросные трубы или тканевые аэраторы.
Расчет аэротенка производится по обычным формулам, при этом
учитывается, что при увеличении концентрации ила на 1 г/л (в интер-
202

вале от 1 до 6 г/л) удельная скорость окисления снижается на 5 %.
Таким образом, если за 100 % принять окислительную мощность аэро-
тенка при концентрации ила в 1 г/л, то при увеличении концентрации
ила до 6 г/л окислительная мощность станет равной 450%.
Кратким перечнем, приведенным здесь, далеко не исчерпываются все
разработанные и применяемые в практике или только исследуемые
конструкции аэрогенков и схемы аэрационных сооружений. Так, не
рассмотрены компактные блоки сооружений, сконструированные в СССР,
включающие многоярусные отстойники, аэротенкн с переменной
гидравлической структурой, трубчатые аэротенки типа «Тубомат» и др.
Число предложенных конструкций аэротенков возрастает
непрерывно и в этом несомненный залог того, что в будущем будут созданы еще
более мощные, высокопроизводительные и экономически оправданные
биоокислители.
Окситенки
Окситенки — сооружения биологической очистки, в которых вместо
воздуха используется технический кислород или же воздух,
обогащенный кислородом.
Первые исследования по биологической очистке сточных вод с
кислородом на полупромышленной установке выполнили Бадд и Ламбес
(США). Заслуга создания действующих окситенков и-широкого их
применения на практике принадлежит американской фирме «Юнион Кар-
байд». Система окситенков этой фирмы ноепт название «Юнокс».
Глубокое и всестороннее изучение работы окситенков выполнено во
ВНИИ ВОДГЕО под руководством И. В. Скирдова. В результате этих
исследований предложена оригинальная и высокоэффективная
конструкция сооружения (рис. 5.24).
Кислород — газ, относительно мало растворяющийся в воде. При
температуре 20 °С в воде растворяется около 9 мг/л кислорода. Если
применять чистый кислород вместо воздуха, то растворимость его
возрастает пропорционально повышению парциального давления
кислорода в газовой фазе (по закону Генри).
Влияние повышенных концентраций кислорода в воде на
биологическую активность клетки было предметом многих исследований, причем
были получены как положительные, так и отрицательные результаты.
В частности, в ряде работ было отмечено токсическое влияние
концентрации кислорода на жизнедеятельность бактерий. В то же время
другими специалистами отмечалось ускорение процессов окисления и енн--
жение прироста биомассы.
Во ВНИИ ВОДГЕО исследования работы окситенка были
проведены на реальных сточных водах азотной, химической и нефтехимической
промышленности. Существенным отличием окситенка от аэротенка,
работающего на атмосферном воздухе, является возможность повысить в
нем концентрацию ила в связи с увеличенным массообменом кислорода
между газовой и жидкой фазами. Рекомендуемая концентрация ила в
окситенке составляет 6—8 г/л, хотя принципиально сооружение может
работать и при более высоких концентрациях. Экспериментально
получено, что при прочих равных условиях окислительная мощность
окситенков в 5—10 раз выше, чем у аэротенков, эффективность
использования кислорода составляет 90—95 %•
Конструктивно окситенк выполнен в виде резервуара круглой в
плане формы с цилиндрической перегородкой, отделяющей зону аэрации от
зоны илоотделения. В средней части цилиндрической перегородки
устроены окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотдели-
тель; в нижней части — для поступления возвратного ила в зону
аэрации. Последняя оборудована герметическим перекрытием, на котором
установлен электродвигатель турбоаэратора и смонтированы трубопро-
203

A-A
Рис. 5.24. Окситенк
1 — продувочный трубопровод; 2, 5 — задвижки с электроприводом; 3— электродвигатель; 4 — тур-
боаэратор; 6 — герметичное перекрытие; 7 — трубопровод для подачи кислорода; 8 —
вертикальные стержни; 9 — сборный лоток; 10 — трубопровод для сброса избыточного ила; И — резервуар;
12 — окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; 13 — цилиндрическая
перегородка; 14 — скребок; 15 — окна для перепуска возвратного ила в зону аэрации; /6 — зона
аэрации; 11 — трубопровод для подачи сточной воды в зону аэрации; 18 — нлиотделптель; 19 —
трубопровод для выпуска очищенной воды
воды подачи кислорода и продувочный. Илоотделитель оборудован
перемешивающим устройством, представляющим собой радиально
расположенные решетки из вертикальных стержней (d = 30-f-50 мм), которые
установлены друг от друга на расстоянии 300 мм. В нижней части
решеток размещен шарнирно-подвешенныи скребок. Илоотделитель
работает со взвешенным слоем активного ила, уровень которого
стабилизируется автоматически путем сброса избыточного ила через трубу.
Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе. Под воздействием
204

скоростного напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через
окна поступает в илоотделитель. Благодаря направляющим щиткам
жидкость в нем медленно движется по окружности. В сочетании с
перемешивающим устройством все это значительно интенсифицирует
процесс отделения и уплотнения нла. Очищенная вода проходит сквозь
слой взвешенного активного ила, доочищается от взвешенных и
растворенных органических веществ, поступает в сборный лоток и отводится
по трубке. Возвратный активный нл опускается по спирали вниз и
через окна поступает в камеру аэрации.
Окситенк оборудуется системой автоматики, обеспечивающей
подачу кислорода в зону аэрации в соответствии со скоростью его
потребления. Система автоматически поддерживает заданную концентрацию
растворенного кислорода в иловой смеси окситенка при любых
изменениях состава, концентрации или расхода сточной воды.
В настоящее время наиболее перспективно применение окситенков
на объектах, которые имеют собственный технический кислород или
могут получать его от соседних предприятий (например, заводы по
производству синтетического каучука, а также химические, коксохимические,
нефтехимические и др.).
Расчет окситенков выполняют по формуле, учитывающей снижение
удельной скорости окисления при повышении концентрации ила,
t= La~Lt . E.41)
pa(l-S)*„
Значения коэффициентов ku установлены экспериментально:
а, г/л 1 2 3 5 8 10 15
kB 1,8 1,3 1 0,7 0,5 0,4 0,3
При повышении концентрации ила окислительная мощность
системы, пропорциональная произведению akH, возрастает, но при
концентрации свыше 8—10 г/л остается почти на одном уровне. Следовательно,
для окситенка дальнейшее повышение концентрации ила оказывается
нецелесообразным.
Скорость окисления р определяется экспериментально, и в расчет
принимается величина, соответствующая концентрации ила 3 г/л.
И. В. Скирдовым разработана методика проведения эксперимента, по
результатам которого оказывается возможным рассчитать скорость
окисления при изменении качества очистки воды и концентрации
растворенного кислорода. Расход кислорода по массе принимается равным
величине снятой БПКполк с коэффициентом 1,2.
Данных о микробиологической характеристике активного ила
окситенков и о сущности влияния повышенных концентраций кислорода на
ферментативную активность клетки еще недостаточно. Требует, в
частности, объяснения вопрос о причинах снижения прироста биомассы ила
по сравнению с приростом в обычных аэротенках. В качестве гипотезы
высказано мнение о перестройке аппарата окисления веществ с
преобладанием свободного окисления, не сопровождающегося окислительным
фосфорилированием.
В последние годы специалистами США предложена новая система
аэротенков с аэрацией техническим кислородом—система «Марокс».
Показано, что зона аэрации может быть открытой, чго исключает
необходимость строительства сложных сооружений и значительно упрощает
систему автоматизации подачи кислорода. В аэротенке системы
«Марокс» кислород подается с помощью вращающихся диффузоров,
которыми вводимый газ раздрабливается на мелкие пузырьки размером до
50 мкм. Подача кислорода автоматически регулируется по концентрации
растворенного кислорода в смеси. Подсчеты показали, что открытые
аэротенки системы «Марокс» при прочих равных условиях дешевле
обычных аэротенков, биофильтров и даже биофильтров, продуваемых
кислородом.
205

Прочие сооружения биологической очистки
К числу прочих отнесены сооружения биологической очистки,
занимающие промежуточное положение между аэротенками и
биофильтрами, т. е. погружные биофильтры, называемые иначе- биодисками, био-
тенкн-биофильтры, аэротепкп с заполнителями, анаэробные
биофильтры. В этих сооружениях ил частично находится во взвешенном
состоянии, а частично — в прикрепленном к материалу загрузки.
Погружные биофильтры (>естоят из вращающегося вала с
насаженными на нем дисками и резервуара со сточной водой, в которую диски
погружаются на Уз—!/2 своего диаметра. Диски (пластины)
изготовляются из разного материала (предпочтительно легкого) и располагаются
на расстоянии 10—20 мм друг от друга. Число пластин на валу может
быть различным — от 20 до 200. Диаметр дисков 0,5—3 м. Частота
вращения вала в среднем около 1 мин~' (рис. 5.25).
Сточная вода протекает по резервуару с разной скоростью в
зависимости от желаемой степени ее очистки. Обычно наименьшая
продолжительность пребывания воды в резервуаре составляет 70 мин, а при
необходимости более высокой степени очистки может достигать 3 ч и
более. На дисках нарастает биопленка толщиной до 4 мм. Попеременно
погружаясь в воду и выходя из нее, биопленка извлекает загрязнения и
окисляет их с помощью кислорода, который она получает
непосредственно из атмосферы. Отмершая часть биопленки попадает в воду и
выносится затем с очищенной водой во вторичный отстойник. Поскольку
вода в резервуаре находится продолжительное время, то в ней
развивается активный ил, доля участия которого в общем эффекте очистки
также должна приниматься во внимание. Сточная вода в резервуаре
аэрируется вследствие вращения дисков, а сумма вращательного и
поступательного движения воды способствует поддержанию активного ила
(и всех остальных веществ) во взвешенном состоянии.
Погружные фильтры часто устраивают двух- и трехступенчатыми,
что позволяет активизировать деятельность биопленки в каждом
фильтре и, кроме того, возвращать часть сточной воды в начало резервуара
для большей полноты изъятия загрязнений.
Расчет погружных- биофильтров осуществляют по окислительной
мощности, отнесенной к 1 м2 площади поверхности дисков.
Окислительная мощность должна определяться экспериментально; по данным
разных авторов, она колеблется от 7 до 100 г БПК на 1 м2 площади
поверхности в сутки. Использование погружных биофильтров
целесообразно в качестве сооружений I ступени с последующей глубокой
очисткой в биоокислителях других типов. Погружные биофильтры успешно
применяются для очистки сточных вод пивоваренных заводов.
Биотенки-биофильтры. Первоначально название биотенк было дано
экспериментальному сооружению, показанному на рис. 5.26. Это
сооружение состоит из корпуса и расположенных внутри него друг над
другом в шахматном порядке лотковых элементов. Обрабатываемая
сточная вода поступает в верхнюю часть биотенка и, заполнив
расположенные выше емкости, стекает вниз. При этом сточной водой омываются
наружные части элементов, на которых образуется биопленка.
Образующаяся в самих элементах биомасса активного ила перемешивается и
насыщается кислородом вследствие движения обрабатываемой сточной
воды.
Позднее название биотенк было заменено на название бнотенк-био-
фнльтр, что явилось следствием разработки двухступенчатой
конструкции, включающей в себя и описанный выше биотенк (с пластмассовой
загрузкой). Биотенк в совокупности с биофильтром обеспечивает
высокую степень очистки (до БПКб порядка 30 мг/л) при нагрузке по БПК.5
примерно 1,5 кг/(м3-сут).
Аэротенки с заполнителями. С целью повышения общей концентра-
206

A-A
№7
Рис. 5.25. Схема установки биодйсков в
блоке с отстойником
/ — камера впуска сточных вод; 2 — лоток: 3 —
биодиски; 4 — нлопровод; 5 — отстойник; 6 —
камера выпуска обработанных сточных вод; 7 —
двигатель-редуктор биодиска; 8 — трубопровод к
иловой насосной Станции
Рис. 5.26. Схема биотенка
1 — корпус; 2 — элементы загрузки
ции ила в аэротенк помещают биологически инертную массу, которая
обрастает биопленкой. Одним из первых вариантов такого устройства
был аэротенк, в который помещался поролон в виде мелких кусков
неправильной формы. После обрастания биопленкой поролон становился
тяжелее воды и поддерживался во взвешенном состоянии продувкой
смеси. На выходе из аэротенка устраивалась сетка, задерживающая
наполнитель. Позднее была разработана конструкция вставки в
аэротенк, выполненный в виде решетки, в которой укреплены полосы
поролона.
В настоящее время существует несколько разновидностей аэротен-
ков с заполнителями (называемых также и биотеиками). Они успешно
применяются для очистки фенолсодержащих сточных вод. Общая
окислительная мощность аэротенков с заполнителями выше, чем у,обычного
аэротенка, вследствие, увеличенной концентрации ила, но удельная
скорость окисления, отнесенная к 1 г ила, такая лее, как и в других аэро-
тенках. В последнее время появился новый тип аэротенков с
заполнителем в виде поролоновых ершей (Макеевский инженерно-строительный
институт).
Анаэробные биофильтры. Эта новая разновидность биофильтров
представляет собой закрытые резервуары с загрузкой, сквозь которую
вода профильтровывается восходящим потоком, без доступа в Нее
кислорода воздуха. Анаэробные биофильтры по принципу работы
занимают промежуточное положение между обычными биофильтрами и метан-
тенками. Биопленка в них закреплена на материале загрузки; процессы
окисления сопровождаются метанообразованием. Анаэробные
биофильтры можно применять для очистки высококонцентрированных сточных
вод, не содержащих взвешенных веществ или содержащих их в
незначительном количестве. Эти биофильтры еще не изучены в эксплуатации,
имеются лишь экспериментальные конструкции.
Кроме технических приемов повышения пропускной способности
аэрационных сооружений (увеличения в них массы ила, создания
эффективных систем аэрации, создания оптимальных гидродинамических
207

условий, применения чистого кислорода и т. п.) широко исследуются
пути интенсификации процессов окисления микробиологическим,
химическим и биохимическим способами.
К микробиологическим приемам следует отнести попытки
выращивания селективной микрофлоры активного ила, максимально
адаптированной к утилизации преимущественного загрязнения. Этот прием
эффективен, если в сточных водах постоянно и в больших количествах
присутствует один и тот же компонент загрязнений. Поскольку сточная вода
реального производства постоянством не отличается, то селективная
микрофлора, выращенная в особых условиях, довольно быстро
вырождается и превращается в обычный смешанный ил. Селективная микрофлора
более или менее успешно может быть применена на локальных цеховых
очистных установках. Химические способы интенсификации
заключаются в добавке к сточной воде веществ, повышающих растворимость
кислорода в воде.
Биохимические способы наиболее перспективны. Здесь имеются два
направления: воздействие на внутриклеточные пути окисления, не
затрагивая генетическую основу клетки, и направленный мутагенез с
созданием культур бактерий с заданными свойствами. Уже получены
многообещающие результаты в исследованиях по обоим направлениям,
однако исследования еще не закончены и не вышли из стадии
лабораторного эксперимента.
ГЛАВА 6. ГЛУБОКАЯ ОЧИСТКА (ДООЧИСТКА)
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД*
В большинстве случаев производственные сточные воды после
очистки могут быть использованы для технического водоснабжения. Иногда
допускается выпуск в водоем воды после биологической очистки с
БПКполн= 15-4-20 мг/л и примерно с таким же количеством взвешенных
веществ. Эти показатели являются практически предельно
достижимыми на современных очистных сооружениях биологической очистки.
Однако при спуске сточных вод в водоемы, имеющие большое народнохо-,
зяйственное и особенно рыбохозяйственное значение, требования к
качеству очищенной воды повышаются. Так, например, по требованию
Госрыбвода сточные воды Комсомольского целлюлозно-бумажного
комбината могут быть спущены в р. Амур с БПКполн^1,5-н2 мг/л; для
выпуска сточных вод Байкальского целлюлозного завода БПКполн и
содержание взвешенных веществ должны составлять не более 3,5 мг/л.
Содержание растворенного кислорода в месте выпуска сточных вод в
рыбохозяйственные водоемы I категории должно быть не менее 6 мг/л.
Такие высокие требования не достигаются при применении
существующих сооружений биологической очистки сточных вод.
Содержащиеся в биологически очищенных производственных
сточных водах или в их смеси с бытовыми водами суспензированные
частицы активного ила, остаточные органические загрязнения (выражаемые
БПКполн и ХПК), ПАВ, биогенные элементы (фосфор и азот) и
бактериальные загрязнения оказывают вредное влияние на водоемы,
вызывают их эвтрофикацию и создают трудности при повторном использовании
воды. В связи с этим необходима глубокая очистка производственных
сточных вод, предусматривающая:
уменьшение количества взвешенных веществ в очищенных сточных
водах;
снижение величин БПК, ХПК и содержания ПАВ, фосфора и азота;
обеззараживание сточных вод;
насыщение очищенных сточных вод кислородом при спуске их в
водоемы рыбохозяйственного значения.
* В написании гл. 6 принимала участие канд. техн. наук Л. А. Евсеева.
208

В результате глубокой очистки достигается возможность:
полного повторного использования очищенных сточных вод в
технологических процессах на промышленных предприятиях, что позволит
сэкономить значительное количество свежей природной воды и
особенно воды питьевого качества;
полной очистки сточных вод с удалением всех вредных веществ перед
сбросом их в водоем.
В нашей стране проведены исследования по разработке
эффективных методов глубокой очистки биологически очищенных сточных вод с
целью их повторного использования на промышленных предприятиях.
Особое внимание обращено на методы, для применения которых не
требуется больших производственных площадей, сложного оборудования и
громоздкого реагентного хозяйства.
Широкое применение глубокой очистки производственных сточных
вод является требованием экологии — науки о взаимоотношениях
растительных и животных организмов п образуемых ими сообществ, а
также с окружающей природной средой.
§ 29. ГЛУБОКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД НА ФИЛЬТРАХ
с зернистой и плавающей загрузками
Процесс глубокой очистки сточных вод на фильтрах с зернистой
загрузкой после биологической очистки определяется двумя параллельно
протекающими явлениями:_ 1) задержанием в загрузке
суспензированных частиц, вынесенных пз вторичных отстойников; 2) минерализацией
растворенных в воде органических веществ с помощью
накапливающихся в загрузке фильтров микроорганизмов активного ила в присутствии
кислорода.
В СССР сооружены фильтры для глубокой очистки
производственных сточных вод (рис. 6.1) на нескольких крупных химических,
нефтехимических и машиностроительных комбинатах, создающих системы
водного хозяйства без сброса сточных вод в открытые водоемы. Среди них
такие, как Первомайский и Саратовский химические комбинаты,
Тобольский нефтехимический комбинат, Волжский автомобильный завод,
(ВАЗ) и многие металлургические заводы.
В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны типовые
проекты установок глубокой очистки сточных вод на фильтрах с песчаной
загрузкой пропускной способностью 10, 17 и 25 тыс. ма/сут. Установки
размещаются в зданиях, состоящих из подземной и надземной частей
(рис. 6.2).
В этих установках сточная вода проходит сначала барабанные сетки
и затем поступает в приемный резервуар, откуда насосами подается для
1
2
ЗІ _
4
VT
J я
^
5
.__±-± I
Рис. 6.1. Технологическая схема станции доочистки производственных сточных вод с
фильтрами
/ — приемный резервуар: 2 — насосы для подачи сточноіі воды на фильтровальные сооружения;
3 — барабанные сетки; 4 — фильтры с зернистой загрузкой; 5 — хлораторная установка; 6 —
насосная станция для подачи очищенной воды и систему производственного водоснабжения; 7 —
резервуар воды для промывки барабанных сеток и фильтров; 8 — резервуар для промывных вод;
9 — насосная станция для подачи воды на промыику и загрязненной воды от промывш в
первичные отстойники; W — контур здания фильтровальной станции
14—179
209

Рис. 0.2, Здание фильтровальной станции для доочистки сточных вод пропускной
способностью 10, 17 и 25 тыс. мэ/сут
У—подача сточной волы после биологической очистки'. 11 — отвод сточной воды после доочистки;
111— отвод переливкой воды; I — барабанные сетки БСБ 3X2,8; 2, 5 — краны ручные подвесные;
3 — насосы подачи воды на Промывку: 4 — насосы подачи воды на фильтрование; 6, 10 — насос
для перекачки соответственно воды после промыакн и технической воды; 7 — дренажный насос;
U — таль ручная передвижная; 9 — фильтры г ,ер:!і:сто(і эп гру з к oil; //—гидропульты; 12 —
воздуходувки; 13 — глушители шума; 14 — резервуар загрязненной промывной воды; 15 — приемный
резервуар воды после барабанных сеток; /6 — переносной электронасос ГНОМ
стабилизации напора во входную камеру. Из нее сточная вода
поступает на фильтры с песчансй загрузкой.
Расчетная концентрация загрязнений сточной воды, поступающей на
фильтры, по БПКтюлн составляет 15 мг/л и по взвешенным веществам —
6—8 мг/л, а прошедшей глубокую очистку по БПКполн и по
взвешенным веществам соответственно 6—8 и 3—5 мг/л. Профильтрованная
вода подается в контактные резервуары, где дезинфицируется и после
этого может быть использована на производственные нужды.
Восстановление фильтрующей способности песчаной загрузки
осуществляется водовоздушной промывкой. Для промывки барабанных
сеток и загрузки фильтров используется очищенная вода после фильтров.
Промывная вода подается насосами, забирающими воду из резервуара
210

Рис. 6.3. Скорый двухслойный фильтр
; — желоба для распределения фильтруемой
воды и отвода промывной; 2,3 — загрузка
соответственно из антрацита н кварцевого
песка (dbKB=l,5 мм); 4 — дренажная система
Рис. 6.4. Фильтр с восходящим потоком
воды и водовоздушной промывкой
/ — зернистая загрузка; 2 — стенки фильтра:
3— струенаправляющнй выступ; 4— надза-
грузочный объем; 5.7 — стенки желоба; 6 —
пескоулавлнвающнй желоб; 8 — отвод
осветленной воды; S —карман; 10 — сброс
промывной воды; ;/—подача воздуха; 12 — иодача
промывной воды; 13 — подача сточной воды;
14 — фланцы для осмотра и прочистки труб
распределительных систем; 15, 16 —
распределительная система для подачи соответственно
воды и воздуха
профильтрованной воды. Загрязненная вода после промывки
барабанных сеток и фильтров отводится в резервуар, откуда насосами
перекачивается в головные очистные сооружения.
В подземной части здания фильтров технологические емкости
расположены параллельными блоками (фильтры и резервуары),
объединенными между собой галереей обслуживания; между емкостями
расположены насосное отделение и отделение барабанных сеток. В надземном
павильоне размещены: щиты сигнализации и управления, операторская,
вентиляционная камера и санитарный узел.
При проектировании двухслойных фильтров (рис. 6.3) принимаются
следующие расчетные параметры: скорость фильтрования до 8,5 м/ч;
крупность песчаной загрузки 1—2 мм при эквивалентном диаметре d3KB
песка 1,5 мм; крупность загрузки из антрацита d'fB = (a^-4)dmB песка;
высота слоя песчаной загрузки 0,5—1 м; высота слоя антрацита 0,6—¦
0,9 м; концентрация взвешенных веществ в исходной воде не более
40 мг/л.
Грязеемкость загрузки двухслойных фильтров при концентрации
взвешенных веществ в поступающей на фильтр воде 20—40 мг/л и
эффективности осветления 86—90 % составляет 4,4—-7,7 кг/м3
фильтрующего материала, а продолжительность фильтроцикла 15—-34 ч.
Увеличение продолжительности фильтроцикла более 34 ч не рекомендуется
из-за сложности отмывки остаточных загрязнений. Двухслойные
фильтры можно промывать Еодопроводной водой или фильтратом с
интенсивностью не выше 12 л/(с-м2).
Крупные фракции загрузки фильтров (гранитный щебень с
диаметром частиц 1,5—3 мм) менее чувствительны к заиливанию, что
сказалось на увеличении пропускной способности фильтра и
продолжительности фильтроцикла (по сравнению с фильтрами с мелкозернистой
загрузкой — песком).
По исследованиям Мосводоканалниипроекта, загрузка фильтров
высотой 1,2 м из гранитного щебня с размером зерен 1,6—-3 мм
обеспечивает максимальную скорость фильтрования 16 м/ч при достижении
эффективности глубокой очистки биологически очищенных сточных вод по
взвешенным веществам 75%, по БПК5 47,7% и по ХПК 31,8%-
Продолжительность фильтроцикла колеблется от 12 до 24 ч. Водовоздушная
регенерация загрузки осуществляется в три этапа: I этап — подача
воздуха интенсивностью 16л/(с-м2) в течение 6 мин; Пэтап —
водовоздушная обработка с интенсивностью подачи воздуха 16 л/(с-м2) и воды
14*
211

10 л/(с-м2) в течение 7 мии; III этап — подача воды с интенсивностью
15 л/(с-м2) в течение 3 мин. Расход промывной воды составляет 2%
расхода профильтрованной воды.
Применение загрузки фильтров из гранитного щебня вместо песка
позволяет увеличить пропускную способность фильтров в 1,6 раза и
повысить их грязеемкость в 1,5—2 раза.
Фильтрующая загрузка из материалов с развитой поверхностью и
большой пористостью имеет лучшие фильтрационные параметры по
сравнению с кварцевым песком, это увеличивает скорость фильтрования
при одинаковой высоте и крупности зерен фильтрующего слоя. Потери
напора-в загрузке из этих материалов возрастают медленнее, чем в
песчаном слое. Применение таких фильтрующих материалов позволяет
увеличить пропускную способность фильтровальных сооружений в 1,5 раза.
Керамзит и некоторые виды вулканических шлаков, благодаря меньшей
плотности по сравнению с песком, могут быть использованы в
многослойных фильтрах.
Фильтры с восходящим потоком воды и нижним отводом промывной
воды. При подаче воды снизу вверх реализуется принцип фильтрования
в направлении убывающей крупности зерен загрузки, что улучшает
условия работы фильтра, как то: обеспечивается повышенная
грязеемкость фильтра, не требуется устройства системы взрыхления верхнего
слоя загрузки, увеличивается продолжительность фильтроцикла,
используется практически полностью строительный объем фильтра.
Конструкция такого фильтра (рис. 6.4) разработана НИИ КВОВ
АКХ им. К. Д. Памфилова и рекомендована для применения в целях
глубокой очистки биологически очищенных городских или близких по
составу производственных сточных вод. Эффективность очистки по
взвешенным веществам составляет 70—85 %, по БПКполн — 50—65 % » по
ХПК— 30—40%.
Основными технологическими элементами фильтров с восходящим
потоком являются: фильтрующая загрузка, распределительные системы
для равномерного распределения по площади фильтра обрабатываемой
и промывной воды, а также сжатого воздуха, системы для сбора и
отвода очищенной и промывной воды.
Загрузка двухслойных фильтров выполняется из речного песка (или
дробленого кварца) и гравия. Высота и крупность слоев загрузки
ориентировочно могут приниматься по данным табл\ 6.1.
Т А Б Л И
Материал
загрузки
и номер
слоя
(снизу)
Гравий:
1
2
3
ЦА 6.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРУЗКИ ФИЛЬТРОВ С
ВОДЫ
Крупность
зерен
в слоях, мм
§
IS
х а
40
20
10

наименьшая
20
10
5
Высота слоев
загрузки, м
при без-
реагент-
ном
фильтровании
0,2—0,25
0,2—0,3
0,3—0,4
при подаче

коагулянта перед

фильтрованием
0,2—0,25
0,2—0,3
0,3—0,4
Материал
загрузки
и номер
слоя
(снизу)
Песок:
4
5 .
6
ВОСХОДЯЩИМ ПОТОКОМ
Крупность
зерен
в слоях, мм

наибольшая
5
2
1,2

наименьшая
о — to
oo to
Высота слоев
загрузки, м
при без-
реагент-
ном
фильтровании
0,5—0,7
1,3—1,5
при подаче

коагулянта перед

фильтрованием
0,3—0,5
0,9—1,0
0,6—0,7
Примечание. Слой гравия крупностью 40—20 мм должен укладываться до
верха труб распределительной системы подачи сточной воды.
При обработке воды коагулянтом перед фильтрованием его раствор
дозируется и подается во входную камеру после барабанных сеток.
Расчетные параметры фильтров определяются на основании
технологических изысканий или по объему работы сооружений,
эксплуатируемых в аналогичных условиях.
212

При безреагентнон обработке води скорость фильтрования в
рабочем режиме ориентировочно следует принимать равной 11 —12 м/ч, а
при форсированном — 13—14 м/ч. Промывку фильтров в указанных
условиях следует предусматривать 1 раз в сутки при выносе взвешенных
веществ из вторичных отстойников до 20 мг/л и 2 раза в сутки при
повышенном содержании взвешенных веществ — до 40 мг/л.
Общая высота загрузки фильтра должна быть не более 3 м.
При использовании дробленого кварца применяют кварцы
Байкальского и Первоуральском месторождений.
При подаче коагулянта перед фильтрами расчетную скорость
фильтрования при рабочем режиме следует принимать равной 5—6 м/ч, а при
форсированном—7—8 м/ч. Число промывок необходимо принимать
равным 2—3 в сутки в зависимости от степени выноса взвешенных
веществ из вторичных отстойников и дозы коагулянта.
Перед фильтрами устраивается входная камера-воздухоотделитель
на 5-минутное пребывание в ней сточкой воды.
Водораспределительная система выполняется из винипластовых и
полиэтиленовых труб, а трубопроводы для подачи воздуха — из
полиэтиленовых.
Промывка — водовоздушная трехэтапная: 1) продувка воздухом
1,5—2 мин с интенсивностью 18—20 л/(с-м2); 2) совместная
водовоздушная промывка 8—10 мин с интенсивностью подачи воды 3—
4 л/(с-м2); 3) промывка водой с интенсивностью 6 л/(с-м2) в течение
6—8 мин. Отвод промывной воды из фильтра нижний
(горизонтальный).
Предотвращение уноса песчинок загрузки с потоком промывной
воды достигается устройством пескоулавливающего желоба.
Продолжительность фильтроцикла принимается равной 24 ч при
нормальном содержании механических примесей B0 мг/л) и 12 ч при
повышенном их содержании D0 мг/л).
Суммарную площадь фильтров F, м2, следует определять по формуле
-rtUp/)) F.1
где Qp — расчетный расход на сооружения глубокой очистки сточных вод, м3/сут (при
отсутствии регулирующих емкостей перед фильтрами Qp определяется по
максимальному часовому притоку воды); Qu — общий циркуляционный расход, в том числе расход
воды на промывку фильтров, барабанных сеток и сброс первого фильтрата, м3/сут
[для ориентировочных расчетов следует принимать Q4 = 0,025Qp (при п=1) и Q4 =
= 0,05Qp (при п = 2I; 'п.— число промывок одного фильтра в сутки; ґ
—продолжительность простоя одного фильтра во время промывки, ч; Dp — расчетная скорость
фильтрования, м/ч, определяемая по формуле
Ур = аф(Л/ — m)IN; F.2)
здесь N — общее число фильтров; m — число фильтров, находящихся в ремонте (при
А'>20 т = 3; при yV<20 m = 2); оф — скорость фильтрования при форсированном
режиме, т. е. при максимальном притоке воды и выключении части фильтров на ремонт,
м/ч.
Число фильтров N на станции глубокой очистки, принимаемое
равным не менее четырех, может быть ориентировочно определено по
формуле
N ==0,5/F . F.3)
Площадь одного фильтра должна быть не более 50—60 м2 при
ширине ячейки фильтра не более 4 м.
Сброс- первого фильтрата следует предусматривать в тех случаях,
когда временное ухудшение качества очищенной воды недопустимо.
Продолжительность сброса первого фильтрата определяется в
процессе эксплуатации и ориентировочно принимается равной 5 мнн.
При безреагентном фильтровании для станции глубокой очистки
сточных вод пропускной способностью 40 тыс. м3/сут (чугунолитейный
завод в г. Ярцево), включающей фильтры с восходящим потоком, ка-
213

Рис. 6.5, Каркасно-засыпной фильтр (КЗФ)
/ — поддерживающие гравийные слои; 2 —
распределительная система высокого сопротивления; 3 — трубчатая
система для подачи исходной и отвода промывной воды;
4 — подзча воздуха при промывке; 5 — гравийный
каркас; 6 — песчаная загрузка; 7 — подача исходной воды;
У — подача промывной воды; J0 — отвод фильтрата
питальные вложения составили 354 тыс.
=тИ ?\ руб., в то время как для станции такой
^^^ же пропускной способности с фильтрами
L
s- ^^ТТтг~Г^ * 8 :^i !^ снисходящим потоком (г. Узловая, Туль-
; Ш'Ш^Л^а^ JI\P><&*>~ ской обл.)—505 тыс. руб. Для станции
§ глубокой очистки сточных вод с фильт-
Ґ10 рами с восходящим потоком пропускной
способностью 170 тыс. м3/сут
(Кисловодск и Ессентуки) капитальные
вложения оказались равными 1640 тыс. руб., а для станции той же
пропускной способности с фильтрами с нисходящим потоком (Куйбышевский
промышленный район г. Тольятти) — 1680 тыс. руб.
Введение фильтров для безреагентного фильтрования увеличивает
общую стоимость станции биологической очистки сточных вод на 20—
25%.
Каркасно-засыпные фильтры (КЗФ) являются разновидностью
фильтров, в которых используется принцип фильтрования в
направлении убывающей крупности зерен (рис. 6.5). Перед этими фильтрами не
требуется установка барабанных сеток. Фильтры КЗФ рекомендуется
применять для глубокой очистки биологически очищенных бытовых и
производственных сточных вод, а также в установках денитрификации
нейтрализованного общего стока машиностроительных заводов и других
промышленных предприятий.
Конструктивно КЗФ оформляется как обычный скорый фильтр с
нисходящим потоком воды и нижним отводом промывной воды. Исходная
сточная вода подается трубчатой системой, соединенной с желобом.
Расстояние между желобами рекомендуется принимать 1 м.
Дренажная система состоит из перфорированных труб с
поддерживающими гравийными слоями общей высотой 500 мм из зерен пяти
фракций, мм: 40—20, 20—10, 10—5, 5—2, 2—1 (по 100 мм каждая).
Загрузка КЗФ состоит из каркаса, в качестве которого
используется гравий с крупностью зерен 40—60 мм, и засыпки, состоящей из песка
с крупностью зерен 0,8—1,0 мм. Общая высота гравийной загрузки
(каркаса) составляет 1,8 м. Для каркаса КЗФ кроме гравия может быть
применен также щебень, а для заполнителя кроме песка можно
применять гранулированный доменный шлак, керамзит, мраморную крошку,
антрацит.
Основные расчетные параметры фильтров КЗФ следующие: скорость
фильтрования 10 м/ч, при форсированном режиме допускается
увеличение этой скорости до 12 м/ч; при средней концентрации взвешенных
веществ в исходной сточной воде 20 мг/л и расчетной скорости
фильтрования 10 м/ч продолжительность фильтроцикла составляет 20 ч.
Пропускная способность КЗФ рассчитывается на максимальный часовой
приток.
Основным требованием при конструировании фильтра является
соблюдение в процессе промывки максимально равномерного
распределения воды и воздуха. Промывка фильтров может быть как водяная, так
и водовоздушная. Интенсивность водяной промывки 14—15 л/(с-м2),
ее продолжительность 8 мин. При водовоздушной промывке
предусматривается следующий режим: а) спуск воды до уровня песка; б) подвод
воздуха и воды в течение 5—7 мин с интенсивностью подачи воздуха
214

14—]6 л/(см-м2) и промывной воды 6—8 л/(с-м2); в)" подача
промывной воды с интенсивностью 14—15 л/(с-м2) в течение 3—4 мин. Расход
промывной воды 3—5 % объема очищенной воды.
Потери напора в загрузке к концу фильтроцикла достигают 3—3,5 м;
потери напора в начальный момент промывки — 4 м. Уровень воды над
загрузкой при рабочем режиме не менее 2 м. Высота перелива
промывных вод над поверхностью каркаса 300—400 мм.
Периодически 1 раз в 2—3 мес следует промывать КЗФ хлорной
водой с содержанием активного хлора 200 мг/л.
Максимальные размеры фильтров в плане зависят от компоновки
фильтровальных станций и условий обеспечения равномерного отвода
промывной воды по площади фильтра. Для проектирования фильтров
площадью более 30—40 м2 необходимо технико-экономическое
обоснование.
Удаление взвешенных веществ и активного ила на КЗФ в
соответствии с результатами исследований составит, по-видимому, 80 % при
исходной концентрации взвешенных веществ до . 20 мг/л; снижение
БПКполн — 60—70% при БПКполи исходной сточной воды 10—15 мг/л,
снижение содержания ПАВ—80 % при их концентрации в исходной
сточной воде 2,5 мг/л.
Конструкция КЗФ, разработанная Челябинским филиалом ВНИИ
ВОДГЕО, имеет следующие технико-экономические показатели:
капитальные вложения на 1 м3/сут при пропускной способности сооружений
29 тыс. м3/сут составляют 7,9 руб., а себестоимость глубокой очистки
1 м3 сточных вод—0,28 коп. Применение КЗФ вместо зернистых
однослойных фильтров для глубокой очистки бытовых сточных бол Пнка-
левского глиноземного завода в количестве 29 тыс. м3/сут позволит
снизить стоимость строительства на 143 тыс. руб. и уменьшить
эксплуатационные затраты на 67 тыс. руб. в год.
Укрводоканалпроектом запроектированы КЗФ для глубокой очистки
сточных вод Тобольского нефтехимического комплекса, а Союзводока-
налпроектом — для уже упомянутого выше Пикалевского глиноземного
завода и Ефремовского завода синтетического каучука.
Наряду с КЗФ практическое применение получили фильтры с
зернистой загрузкой следующих типов: однослойные с нисходящим и
восходящим потоками воды, двухслойные, аэрируемые, а также с
плавающей загрузкой.
Фильтры с плавающей загрузкой (ФПЗ) из вспененного
полистирола применяют как для глубокой очистки механически очищенных
производственных сточных вод металлургической, химической и легкой
промышленности, так и для биологически очищенных сточных вод —
городских или их смеси с производственными. Эффективность глубокой
очистки на фильтрах с плавающей загрузкой по взвешенным веществам
и БПК равнозначна эффективности глубокой очистки на фильтрах с
двухслойной зернистой загрузкой.
Украинским институтом инженеров водного хозяйства и Одесским
инженерно-строительным институтом предложена конструкция ФПЗ с
нисходящим потоком, в котором в качестве загрузки применен
вспененный полистирол с диаметром гранул от 0,3 до 8—12 мм.
Поскольку гранулы загрузки легче воды, в верхней части фильтра
для поддержания загрузки в затопленном состоянии устанавливается
решетка, под которой загрузка самопроизвольно сортируется по
убывающей крупности гранул сверху вниз. Эти фильтры промываются
нисходящим потоком воды.
Комплексным отделом ВНИИ механизации техники полива по
капельному орошению в Молдавской ССР для глубокой очистки сточных
вод предложены конструкции фильтров ФПЗ-3 и ФПЗ-4 (табл. 6.2).
Схема устройства фильтров ФПЗ-3 и ФПЗ-4 приведена на рис. 6.6.
Исходная сточная вода поступает в пространство над фильтрующей за-
215

ТАБЛИЦА 6.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЛЬТРОВ С ПЛАВАЮЩЕЙ ПОЛИСТИРОЛЬПОП ЗАГРУЗКОП
Сточные воды
Биологически
очищенные
бытовые н
производственные
Вискозного
производства
после
флотаторов
Меховых
фабрик после
электрокоагу-
ляцни
-флотации
Кожевенного
производства
после электро-
коагуляцни-
флотацнн
Тип фильтра
ФПЗ-4
ФПЗ-3
ФПЗ-4
ФПЗ-3
ФПЗ-3
Характеристик
фильтрующего слоя
диаметр
гранул, мм
8—12
4—6
2-3
1—2
0,5-1
4-6
2—4
1—2
8—12
2—6
1-2
0,5—1
1—4
1 4
высота
слоя, мм
100
. 200
200
300
400
200
500
500
100
200
300
400
500
500
Содержание в воде
взвешенных веществ, БПКь или
ХПК. мг/л
а исходной
10
7—12
20
9—16
-60
40—50
180
180
800—3800
A000—1650)
До 380
F56—933)
в фильтрате
1—3
2—4
2—6
3—6
9—12
8-14
2—6
1—2
18—50
E40—980)
До 50
E06—901)
Скорость
фильтрования, м/ч
рабочая
10
10
8
8
10
10
10

форсированная
12
12
J0
10
12
2

Продолжительность
фильтроцик-
ла, ч
24
12
12
8
8
6
5—6
Режим промывки

интенсивность,
Л/(СМ2)
10
10
10
10
10—12
10—12
10 12

продолжительность .
ми»
4—6
4—6
4—6
3-4
3—4
4—3
4—3

относительное
расширение загрузки,
О'
60
60
60
40
60
40
40
П пмечание. Над чертой приведены данные по содержанию взвешенных веществ, а под чертой — БПК (без скобок) и ХПК (в скобках).

Рис. 6.6. Фильтры с плавающей загрузкой конструкции ФПЗ
а — ФПЗ-3; б — ФПЗ-4; / — корпус; 2 —' плавающая загрузка; 3 — подача исходной воды; 4 —
карман фильтра; 5 — удерживающая решетка; 6 — нижняя дренажная система; 7—отвод фильтрата;
8 — отвод промывной воды; 9 — средняя дренажная труба
грузкой, фильтруется через плавающую загрузку сверху вниз в
направлении убывающей крупности гранул вспененного полистирола.
Фильтрат собирается нижней (ФПЗ-3) и средней (ФПЗ-4) дренажными
трубами и выводится из фильтра. При ухудшении качества фильтрата
загрузка фильтра промывается. Плавающая загрузка регенерируется в
нисходящем потоке осветленной воды.
С целью предупреждения биологических обрастаний загрузки
фильтра и восстановления ее фильтрующей способности ежемесячно
производят промывку фильтра хлорной водой с дозой хлора до 300 мг/л.
Продолжительность контакта загрузки с хлорной водой 1 сут.
Потери напора на фильтрах ФПЗ-3 и ФПЗ-4 принимаются равными
1,5 м.
Высота слоя воды над поверхностью загрузки во время фильтрования
должна быть не менее 0,5 м, а к концу промывки — не менее 0,1 м.
При выключении одной секции ФПЗ на промывку допускается
увеличение скорости фильтрования в работающих секциях на 30%.
Температура очищенной воды не должна превышать 50 °С (во
избежание размягчения полимера).
Преимущества применения ФПЗ: экономичность установки,
простота конструкции и эксплуатации, долговечность фильтрующей загрузки,
надежность очистки, отсутствие промывных насосов и емкостей
промывной воды, способность загрузки к самостоятельной гидравлической
сортировке в процессе промывки по убывающей крупности гранул.
Годовая экономическая эффективность от применения в проекте Ак-
ташской АЭС фильтров с плавающей загрузкой (ФПЗ-4) при
пропускной способности 20 тыс. м3/сут вместо фильтров с зернистой загрузкой
составляет 70,5 тыс. руб. Капитальные вложения на строительство
станции глубокой очистки с использованием фильтров с плавающей
загрузкой составляют 173,4 тыс. руб. (экономия 79,7 тыс. руб.),
эксплуатационные затраты 69,4 тыс. руб. (экономия 60,9 тыс. руб.). Себестоимость
глубокой очистки 1 м3 сточных вод— 1,17 коп.
Технорабочий проект станции очистки сточных вод с глубокой
очисткой на фильтрах с плавающей загрузкой пропускной способностью
44 тыс. м3/сут разработан для Завода металлоконструкций в г.
Каменец-Подольский.
Фильтры с пенополиуретановой загрузкой. Метод фильтрования
сточной воды через пенополиуретан заключается в том, что процесс
ведется через предварительно сжатую загрузку из этого материала, а ее
регенерация производится при двукратном расширении загрузки
(рис. 6.7).
217

Рис. 6.7. Пенополнуретановый фильтр с гранулированной загрузкой для доочистки
биологически очищенных сточных вод
/ — лотки для сбора фильтрата; 2 — кран-балки; 3 — регуляторы скорости фильтрования; 4 —
подача промывной водьг; 5 — подача исходной воды; 6 — подача воздуха при водовоздутиной
промывке; 7 — пенополиуретановая гранулированная загрузка; 8 — прижимные перфорированные
плнты; 9 — отвод промывной воды
Фильтр представляет собой железобетонный резервуар, в котором
на разных уровнях установлены две дренажные плиты, одна из которых
подвижная. К внутренней поверхности плит прикреплен сетчатый
каркас с размерами отверстий в сетке менее диаметра гранул
пенополиуретана.
Конструкция фильтра с использованием в качестве загрузки
высокопористого эластичного материала — гранулированного
пенополиуретана (ППУ)—предложена Харьковским отделом ВНИИ ВОДГЕО.
Фильтры с загрузкой ППУ применяются для глубокой очистки
биологически очищенных сточных вод с эффективностью очистки по
взвешенным веществам 92—93%, по БПКга 50—60 % при исходной
концентрации взвешенных веществ 15—35 мг/л. Эти же фильтры могут
применяться для очистки сточных вод от нефтепродуктов и масел в
неэмульсионном состоянии после очистки сточных вод на песколовках и в
нефтеловушках.
Загрузка — гранулированная с размерами гранул 4—6 мм;
плотность загрузки 35—40 кг/м3, степень сжатия фильтрующего слоя 15 %.
начальная высота слоя 850 мм, фильтрование предусматривается снизу
вверх.
Технологические параметры: скорость фильтрования при рабочем
режиме 10 м/ч, а при форсированном 12 м/ч; продолжительность фильтро-
цикла при рабочем режиме работы 50—60 ч, а при форсированном 17—
36 ч. Потери напора к концу фильтроцикла 1,3 м; грязеемкость при
рабочем режиме 8,8—17 кг/м3, а при форсированном 6,8—9,6 кг/м3.
Промывка осуществляется в разноуплотненном состоянии загрузки
при расстоянии между нижней и верхней плитой равном 1,7 м.
Режим промывки водовоздушной смесью с противоточным
движением воды и воздуха: I этап — 5-минутная продувка воздухом с
интенсивностью 14—16 л/(с-м2) в направлении снизу вверх; II этап —
совместная водовоздушная промывка в течение 15 мин с подачей воды
сверху с интенсивностью 15 л/(с-м2) и воздуха снизу с интенсивностью
14 — 16 л/(с-м2). Количество промывных вод составляет 1,5—2,5%
профильтрованных сточных вод.
Технико-экономическая оценка глубокой очистки сточных вод на
фильтрах с загрузкой ППУ приведена в сопоставлении с глубокой
очисткой на песчаных фильтрах и на фильтрах ФПЗ в табл. 6.3.
Напорные сверхскоростные фильтры. При транспортировании доочи-
щенных сточных вод на промышленные предприятия предпочтительнее
использовать для глубокой очистки напорные фильтры, применение
которых позволяет уменьшить отводимые под них площади и улучшить
санитарно-гигиенические условия труда путем исключения контакта
воды с воздухом в этих сооружениях.
Значительными преимуществами в этом отношении обладают авто«
2ЇЄ

X—*—X—X—X—X——X—г— X— X.—X—— Х-
/O
Рис. 6.8. Автоматическая напорная сверхскоростная фильтровальная станция системы
Г. Н. Никифорова
/ — подача сточной воды из вторичных отстойников; 2 — приемный резервуар.: 3 — ввод
коагулянта; 4 — насос; 5 — Еоздуховод; 6 — самоочищающийся сетчатый фильтр ВСФ-2000; 7 —
сверхскоростные песчаные фильтры с автоматической промывкой; 8 — отвод фильтрованной воды; 9 —
подача аоды на промывку; 10 — отвод промывной воды в песколовки
ТАБЛИЦА б.З. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ФИЛЬТРОВ
Показатели
Пропускная
способность, тыс. мэ/сут
Капитальные
вложения, тыс. руб.
Удельные
капитальные вложения,
руб/1000 м3
Эксплуатационные
затраты, тыс. руб/год
Тип фильтров

песчаный
50
104,5
5,71
8,7
ФПЗ-4
50
54,4
2,97
4,5
ППУ
50
39,9
2,18
' 3,4
Показатели
Себестоимость
глубокой очистки,
руб/1000 мэ
Приведенные
затраты, тыс./руб
Годовая
экономическая эффективность,
гыс. руб.
Тип фильтров

песчаный
47,54
24,3
ФПЗ-4
24,59
12,7
ППУ
10,6
9,4
14.9
матические напорные сверхскоростные фильтровальные станции
батарейного типа (АСФС) системы Г. Н. Никифорова.
Кафедрой водоснабжения ЛИСИ разработана, двухступенчатая
напорная схема глубокой очистки сточных вод на
высокопроизводительных самоочищающихся сетчатых фильтрах ВСФ-2000 и на
сверхскоростных песчаных фильтрах с автоматической промывкой (рпс. 6.8).
Фильтры ВСФ-2000 серийно выпускаются заводом «Пензахиммаш».
Площадь фильтрования этих фильтров составляет 3,1 м2, средняя
скорость фильтрования — 25—30 м/ч, допустимые потерн напора в
фильтре— 10 м. Расход воды на промывку равен 5% производительности
фильтра.
Сверхскоростные фильтры загружаются кварцевым песком
крупностью 1,2—2,5 мм на высоту 2,5 м.
При механическом фильтровании на сверхскоростных фильтрах
эффективность глубокой очистки составляет по взвешенным веществам
70—80 %, а по БПК и ХПК —40—50 %.
Отличительной особенностью режима работы блока сверхскоростных
песчаных фильтров является автоматическая поочередная промывка
каждого фильтра из напорного трубопровода фильтрованной воды с за-

данным интервалом времени между окончанием операции по промывке
одного фильтра и началом операций по промывке очередного фильтра.
Проведенными исследованиями была-установлена достаточно
высокая эффективность двухэтапной водовоздушной промывки фильтров:
продувка сжатым воздухом с интенсивностью 25 л/(с-м2) в течение 5—
6 мин, промывка водой с интенсивностью 18—20 л/(с-м2) в течение
5 мин. При необходимости снижения содержания фосфора в доочищен-
ных сточных водах предусматривается введение коагулянта перед
фильтрами.
Ленинградским отделением Гипрокоммунводоканала
запроектирована многопоточная автоматическая сверхскоростная фильтровальная
станция пропускной способностью 350 тыс. м3/сут для объединенных
канализационных очистных сооружений на одном металлургическом
заводе.
Внедрение указанной схемы глубокой очистки на этом заводе
позволит снизить по сравнению с безнапорной схемой глубокой очистки
капитальные вложения на 40 % и эксплуатационные затраты на 25 %.
Согласно рекомендациям ЛИСИ, при применении сверхскоростных
фильтров необходимо производить технологический расчет.
Магнитные фильтры имеют те же основные элементы и оборудование,
что и обычные, а именно: дренаж, трубы и регулирующую аппаратуру
для подачи и отвода фильтруемой и промывной воды. В отличие от
обычных фильтров в магнитных имеются намагничивающие электромагниты,
а также ферромагнитная загрузка в виде металлических шаров,
стружки и окалины. Фильтры рекомендуется изготовлять из немагнитного
материала диаметром 1—2 м и высотой 2—2,5 м. По мере кольматации
магнитного фильтра необходимо его промывать и рыхлить (для
разрыва точек контакта шаров) с помощью скребкового механизма. Перед
промывкой необходимо фильтрующую загрузку размагничивать, для
чего через намагничивающие катушки пропускают ток противоположного
направления. После размагничивания загрузки включают скребковый
механизм, а в фильтр подают промывную воду.
Применение магнитных фильтров экономически целесообразно по
разработанной Харьковским отделом ВНИИ ВОГЕО схеме, согласно
которой рекомендовано производить глубокую очистку сточных вод
агломерационной фабрики железной руды. Внедрение таких фильтров
позволит получить экономию капитальных вложении по очистным
сооружениям этой фабрики и снизить себестоимость очистки 1 м3 сточных вод.
Сравнение вариантов обработки сточной воды на фильтрах с их
осветлением в радиальных отстойниках указывает на возможное сокращение
приведенных затрат в 2,3 раза, а при применении реагента в 4,3 раза.
§ 30. ГЛУБОКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА
И ФОСФОРА. УДАЛЕНИЕ РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ МЕТОДОМ СОРБЦИИ
Эвтрофикацня — процесс роста биологической растительности
водоемов, который происходит вследствие превышения баланса питательных
веществ. При этом повышается температура воды, появляются
привкусы и запахи, ухудшается цвет воды, чрезмерно развиваются водоросли,
преобладают нежелательные виды планктона и нарушается
жизнедеятельность рыб. К ускорению эвтрофикации приводят загрязнения
биогенными элементами, которые попадают в водоемы со сточными и
дождевыми водами, стоками с сельскохозяйственных полей, из донных
отложений и т.д. Установлено, что массовое развитие водорослей в
первую очередь происходит при наличии С, N и Р. Поскольку СО2
поглощается водой из воздуха (причем этот процесс усиливается при высоких
значениях pH, характерных для воды в цветущих водоемах), ограничить
концентрацию углерода в воде сравнительно трудно. Наиболее целесооб-
220

разно бороться с эвтрофикациеи путем сведения к минимуму
концентрации азота и фосфора в сточных водах, сбрасываемых в водоемы.
При наличии свободного диоксида углерода (концентрация
которого зависит от бикарбонатной щелочности и pH воды), определенных
БПК. и концентрации взвешенных веществ 1 мг азота продуцирует 21—
25 мг водорослей, а 1 мг фосфора — 40—250 мг.
Глубокая очистка сточных вод может исключить попадание N и Р в
водоемы, поскольку при механической очистке содержание этих
элементов снижается на 8—10%, при биологической —на 35—50% и при
глубокой очистке —на 98—99 %. Кроме того, разработан ряд
мероприятий, позволяющих бороться с процессом эвтрофикацин непосредственно
в водоемах, например искусственное увеличение содержания кислорода
с помощью азрационнын установок. Такие установки работают в
настоящее время в СССР, ПНР, Швеции и других странах. Для снижения
роста водорослей в водоемах используют различные гербициды. Однако
установлено, что для •условий Великобритании стоимость глубокой
очистки сточных вод от биогенных веществ будет ниже, чем стоимость
гербицидов, затраченных на снижение роста водорослей в водоемах.
Существенным для последних является .снижение концентрации
нитратов, представляющих опасность для здоровья человека. Всемирной
организацией здравоохранения предельно допустимая концентрация
нитратов в питьевой воде принята равной 45 мг/л или в пересчете на азот
10 мг/л, такая же величина принята по санитарным нормам для воды
водоемов. Количество и характер соединений азота и фосфора влияют
на общую продуктивность водоемов, вследствие чего они включены в
число главных показателей при оценке степени загрязнения
водоисточников.
Для удаления азота, находящегося в сточных водах в виде
свободного аммиака, солей аммония и нитратов, используются следующие
методы: отдувка аммиака; удаление нитратов способом ионного обмена,
гиперфильтрации, электролиза; восстановление нитратов до
молекулярного азота химическим или биологическим способом (денитрификация).
Метод отдувки аммиака основан на подавлении диссоциации гидро-
ксида аммония в сильнощелочной среде с образованием газообразного
аммиака, который можно отдуть воздухом при многократном
разбрызгивании сточной воды. Эффективность отдувки аммиака составляет
около 90 %• Аммиак удаляют в дегазаторах с деревянной насадкой или в
градирнях.
При применении ионообменных фильтров, заполненных
селективными смолами, в частности цеолитом, удаление аммонийного азота при
скорости фильтрования, равной 14,7 м/ч, составило 90 % при исходном
его содержании 16 мг/л. ~*
Биологическая денитрификация
При денитрификацин концентрация аммонийного азота изменяется
незначительно. По этой причине необходимо предварительно окислить
аммонийный азот в нитриты и нитраты. Реакция осуществляется
нитрифицирующими микроорганизмами и протекает в две стадии:
4NH4 + 702->-4HN02 + 6Н2О;
2HNO2 + O2-*2HNO3.
В зависимости от того, в каких сооружениях осуществляются
процессы нитрификации и денитрификации, различают одно-, двух и трехста-
дийные схемы.
При одностадийной схеме устраивают аэротенки с продленной
аэрацией, одна секция в которых выделяется для восстановления азота
нитратов до газообразного азота (рис. 6.9,а). Кроме таких аэротенков при
одностадийной схеме возможно устройство контактного стабилизатора,
22!

ВоъВротный ил
Рис. 6.9. Одностадийная
схема дснитрификацни
< Аэрация
Рис. 6.10. Двухстадипная схема денитрифи-
кацин
Рис. 6.11. Трсхстадийная схема
депнтрпфикации (/ — /// —
номера вариантов)
/ — аэротенк; 2 — отстойник после
аэротеика; і — нитрификатор; 4 —
отстойник после нптркфикатора;
5 — денитрификатор открытый; 6—
отстойник после денитрификатора;
7,8 — денитрификаторы
соответственно с мелкозернистой и
крупнозернистой загрузкой; 9 — песчаный
фильтр
также разделенного на зоны (рис. 6.9,6);
в одной из них происходит окисление
аммонийного азота до азота нитритов и
нитратов, в другой — восстановление нитратов.
По одностадийной схеме работает Манас-
ская станция (г. Бостон). Режим работы
аэротенка установлен нз расчета снижения
концентрации азота в очищенных сточных
водах на 75 % (при обычном методе аэрации
снижение концентрации азота в аэротенке
составляет 20—50 %). Первая стадия
полуаэробного окисления осуществляется в 1-й
секции аэротенка (без подачи воздуха) при
минимальной концентрации растворенного
кислорода. Окислителем является кислород
нитратов очищенных вод, подаваемых в 1-ю
секцию из вторичных отстойников. Во 2-й
секции аэротенка окислительный процесс
происходит при аэрации. При этом за счет кислорода воздуха
завершается процесс нитрификации.
При двухстадийной схеме возможны следующие варианты: аэротен-
кн с продленной аэрацией и изолированным денитрификатором (рис.
6.10, а); контактный стабилизатор с изолированным денитрификатором
(рис. 6.10,6); обычный аэротенк н смеситель, которые представляют
собой комбинированное сооружение, разделенное на зоны нитрификации
и денитрификации (рис. 6.10, в).
При трехстадийной схеме обработка разделяется на три ступени:
аэрация, нитрификация и денитрификация.
На рис. 6.11 представлены модификации трехстадийной схемы,
распространенной на ряде станций за рубежом. По варианту I
нитрифицированные сточные воды подаются в деннтрнфикатор, затем подвергаются
отстаиванию. По варианту II после нитрификации сточные воды
подвергаются денитрификации в реакторе, загруженном мелкозернистой
насадкой. По варианту III денитрификация осуществляется в денитри-
фикаторах с крупнозернистой загрузкой, после чего сточные воды
направляются на фильтры с зернистой загрузкой.
Трехстадийная обработка требует наибольших капитальных
вложений, однако имеет неоспоримые преимущества в смысле надежности,
стабильности и простоты действия. Кроме того, эта схема обеспечивает
последовательность реакций превращения азотистых соединений в
газообразный азот, лучшее удаление углерода, высокую степень нитрифи-
222

кации и денитрификации, что обусловлено использованием
изолированной иловой культуры. Удаление углерода с одновременной
нитрификацией (см. рис. 6.9, а и 6.10, а) требует длительного времени аэрации для
нитрификации, что в свою очередь приводит к увеличению объема
сооружений.
Говоря о преимуществах трехстадийной схемы обработки сточных
вод, следует отметить, что не исчерпаны и недостаточно глубоко
изучены возможности одно- и двухстадийных схем.
Как указывалось выше, для процессов денитрификации могут быть
использованы резервуары с перемешиванием, а также колонны с
насадками из гравийных зерен диаметром 2,5 см или частиц гравия
диаметром 2—4 мм. Фильтры-денитрификаторы можно применять в схемах,
представленных на рис. 6.11 (варианты II и III). Кроме того, на
некоторых очистных сооружениях фильтры-денитрификаторы устанавливают
непосредственно после вторичных отстойников (см. рис. 6.10, а).
Фильтры-денитрификаторы идеально приспособлены для формирования
биопленки, заселенной денитрифицирующей микрофлорой, для них
характерен малый вынос взвешенных веществ, отсутствует необходимость в
рециркуляции сточных вод и активного илз, требуется меньшая
продолжительность пребывания сточных вод в сооружении.
Во ВНИИ ВОДГЕО в результате исследований по удалению азота
нитратной формы в процессе биохимической денитрификации (Н. В.
Кравцова и Е. В. Соколова) установлено, что в зависимости от конструкции
фильтра изменяется состав сооружений для осуществления процесса
денитрификации. Режим работы гравийных фильтров-денитрификато-
ров близок к режиму работы биофильтров. По мере работы гравийных
фильтров на загрузке развивается биопленка, заселенная
денитрифицирующими микроорганизмами. Частично она выносится потоком
жидкости, и поэтому после гравийных фильтров-денитрификаторов
необходима установка обычных фильтров.
В кварцевых фильтрах-денитрификаторах с загрузкой крупностью
1—2 мм и с подачей воды сверху или снизу после промывки необходимо
обеспечить условия для образования биопленки из денитрифицирующей
микрофлоры на загрузке. При таком режиме работы фильтров
необходимо иметь питомник денитрифицирующего ила с тем, чтобы после
каждой промывки подавать в фильтр определенное число денитрификаторов
или ставить промытый фильтр на созревание микрофлоры.
Глубокая очистка концентрированных азотсодержащих
сточных вод в пленочных денитрификаторах
Сточные воды, содержащие значительное количество азота
нитратной формы, перед подачей на общие очистные сооружения
целесообразно подвергать обработке на локальных установках. Для этой цели
могут быть использованы аппараты с контактной средой, в частности,
пленочные фильтры-денитрификаторы конструкции ВНИИ ВОДГЕО.
Пленочные денитрификаторы (рис. 6.12), работающие по принципу
биофильтров, могут применяться для очистки сточных вод с широким
диапазоном исходных концентраций нитратного азота. При
концентрациях, не превышающих 500 мг/л, используется одноступенчатая схема
обработки, при концентрациях 500—1000 мг/л рекомендуется
двухступенчатая схема, которая состоит из денитрификатора I ступени, где
происходит снижение концентрации нитратного азота до 350—500 мг/л, и
денитрификатора II ступени, где концентрация снижается до требуемых
пределов. Для обеих ступеней могут' быть использованы одинаковые
сооружения. Продолжительность пребывания сточных вод в пленочных
денитрификаторах 2—3 ч.
В качестве контактной среды используются пластмассовые рулонные
материалы (пленки винипластовые каландрированные, перфорирован-
223

Рис. 6.12. Пленочный денитрнфикатор
/ — подача исходной воды; 2 —
распределительная система; 3 — водослив; 4—полибиннлкло-
ридные пленки; 5 — зона осветления; 6 — отстом-'
иая зона; 7— выпуск осадка
і—І ные, гофрированные и т. д.),
стоимость которых составляет 7,2—
13,1 руб/м3 изделия. Основным
преимуществом использования
этих материалов является
возможность установки их в
аппарате по направлению движения
воды. Это не препятствует
нормальному росту денитрифицирующей
биопленки и способствует смыву
ее избыточного количества, чем
исключается специальная
регенерация загрузки.
Глубокая очистка сточных вод
от соединений фосфора
При концентрации фосфора в
воде водоема менее 0,001 -мг/л
эвтрофикация не наблюдается.
Величина допустимой
концентрации фосфора в сточных водах
зависит от разбавления сточных вод
в водоеме, фоновой концентрации
в нем фосфора, наличия прочих
источников фосфатов в сточной
воде и обычно принимается
равной 0,01—0,1 мг/л.
Основным источником
фосфора в производственных сточных
водах являются синтетические ПАВ. Концентрация фосфора в таких
сточных водах может быть различной в зависимости от назначения воды
в промышленности. Большая часть фосфора находится в сточной воде
в растворенном состоянии.
Среди различных методов биологическая очистка производственных
сточных вод в аэротенках, по-видимому, является наиболее
эффективной для снижения содержания фосфора. Остаточное количество
фосфора после обработки в аэротенках и вторичных отстойниках может быть
удалено на скорых фильтрах с обработкой сточных вод химическими
реагентами — солями алюминия и железа, полиэлектролитами. Расходы
реагентов определяются опытным путем. Наименьший расход реагентов
наблюдается при введении их в биологически очищенные сточные воды
перед скорыми фильтрами путем использования метода контактного
коагулирования.
При загрязнениях, характерных для бытовых сточных вод
(содержание общего фосфора 15—20 мг/л в пересчете на РО^~, фосфатов 7—
9 мг/л), введением максимально допустимых доз коагулянта снижают
содержание фосфора на 90 %; остаточное содержание фосфора в
очищенной воде в этом случае составляет 2—3 мг/л, а фосфатов — 0,2—
0,4 мг/л. Одновременно с этим благодаря коагулированию достигается
весьма высокая эффективность глубокой очистки: содержание
взвешенных веществ в фильтрате 3 мг/л, снижение БПК.5 до 60—80 °/о и ХПК. до
40—60%.
Лучшим реагентом для химико-биологического извлечения фосфора
считается сернокислый алюминий. При использования этого коагулянта
помимо удаления фосфора достигается более полное удаление
бактерий, чем при применении других коагулянтов. При этом величина pH
остается в пределах нормы для биологической очистки сточных вод.
224

В качестве коагулянтов при введении их перед аэротенком можно
применять отходы производств, содержащие двухвалентное железо.
Добавление в аэротенк кислых растворов солей трехвалентного
алюминия или железа может разрушить активный ил, если в результате
гидролиза алюминия щелочность воды снизится до нуля, поэтому для
сточных вод с низкой щелочностью рекомендуется их подщелачивание.
Учитывая, что нитрификация снижает щелочность, биологический
процесс очистки сточных вод, сочетающийся с химическим осаждением
фосфора, в низкощелочных водах рекомендуется вести до стадии
нитрификации.
В НИИ КВОВ разработаны технологические схемы очистки сточных
вод от соединений фосфора с введением коагулянта.
Опыты показали, что доза реагента зависит от начальной
концентрации фосфора в сточных водах. При содержании фосфора до 10 мг/л
необходимая доза реагента должна отвечать соотношению AI : Р = 1 : 1,
при содержании фосфора в исходных сточных водах более 10 мг/л
доза реагента должна быть увеличена в 1,5 раза.
С увеличением концентрации фосфора в поступающей сточной воде
эффективность его химического осаждения понижается и
стабилизируется при значении 10 мг/л. Стабильная величина составляет 70 % при
добавлении реагента в соотношении AI : Р=1 : 1 и 80 % при увеличении
его дозы в 1,5 раза. Процесс химического осаждения фосфора
протекает в течение первых 4—6 ч контакта, что вполне согласуется с
продолжительностью обработки сточных вод в окислителе и денитри-
фикаторе.
При начальной концентрации фосфора более Ср=10 мг/л та же
самая эффективность по его удалению достигается при одновременном
введении реагента в окислитель в соотношении AI : Р = 1 : 1 ив дени-
трификатор в соотношении AI : Р = 0,2 : 1. Общая доза реагента
составляет Сді = 1,2Ср и уменьшается на 20% по сравнению с дозой
СА] = 1,5Ср при введении только в окислитель.
При комплексном решении схемы удаления биогенных элементов из
сточных вод реагент предлагается подавать только в денитрификатор.
При этом его доза должна отвечать соотношению AI : Р = 0,5: 1.
На эффективность процесса биологического окисления органических
соединений присутствие коагулянтов для удаления фосфора в аэротен-
ках в указанных дозах не влияет.
Сравнение микробиологической картины активных илов из азротен-
ков с обычным режимом работы и при добавлении сернокислого
алюминия позволяет утверждать, что добавление A12(SO4K к сточным водам
существенно не влияет на микробиологический состав активного ила, а
различие микробиологических систем заключается в том, что в обычном
аэротенке бактерии находятся в диспергированном состоянии, тогда как
в аэрстенке с добавкой алюминия в коалесцированном, что повышает
эффективность снижения концентрации бактерий Coli.
Для расчета сооружений рекомендуется принимать скорости окис*
ления органических загрязнений в нитрификаторе с учетом кислорода,
необходимого на нитрификацию и денитрификацию, соответственно 22
и 8,9 мг/л беззольного вещества в час.
Глубокая очистка сточных вод от азота
методом ионообмена на цеолитах
При удалении азота в аммонийной форме целесообразно применять
фильтрование сточной воды через цеолитовую загрузку. Цеолиты,
представляющие собой алюмосиликаты — минералы по происхождению,
получают искусственно. Ионообменная способность цеолитов по NH4—N
достигает 500—700 мг-экв/кг. Степень удаления аммонийного азота
составляет 90—97 %•
15—179 225

20 4, 19
Рис. 6.13. Схема глубокой очистки сточных вод с применением цеолитовых фильтров
/—подача биологически очищенной воды; 2 — барабанная сетка; 3 — приемный резервуар: 4 —на-
соо; 5 —входная камера; в. 7 — соответственно песчаный и цеолнтовый фильтр; 8 — подача
раствора серной кислоты; 9, 11 — градирня соответственно для отдувкн и нейтрализации аммиака;
10, 15 — удаление осадка на обработку, 12 — отвод воды В систему производственного
водоснабжения; 13 — смеситель; 14 — отстойник промывочного раствора; /6 — затворный и растворный
резервуары поваренной соли; 17 — расходный резервуар поваренной соли; 18 — резервуар промывной
воды; 19 — расходный резервуар коагулянта; 20 — затворный резервуар коагулянта
Сточная вода '(рис. 6.13)' после биологической очистки проходит
барабанные сетки и приемный резервуар, а далее насосом подается во
входную камеру, откуда поступает на песчаные фильтры. Перед
входной камерой в сточную воду подается коагулянт (соли железа).
Профильтрованная вода самотеком поступает на цеолитовые фильтры с
нисходящим потоком движения воды. Очищенная от азота вода
отводится в систему производственного водоснабжения.
Расчетные параметры ионообменной установки: скорость
фильтрования 5—7 м/ч, высота фильтрующего слоя 2 м, продолжительность
фильтроцикла 5—7 сут.
Загрузка цеолитовых фильтров периодически взрыхляется водой и
регенерируется раствором поваренной соли. Скорость движения
раствора при регенерации загрузки 2 м/ч, а продолжительность регенерации
2 ч. Соль загружается в затворный бак из автотранспорта и заливается
водой до 25%-ной концентрации, затем раствор разбавляется в
расходном баке до 10%-ной концентрации, откуда подается на фильтры.
Требуемое количество 10%-ного раствора соли: 40 частей на 1 часть по
объему цеолита.
После регенерации загрузка промывается водой. Промывочный
раствор отстаивается, осадок в виде карбоната кальция и гидроокиси
магния удаляется, а жидкость подается на градирню, где отдувается
аммиак, который направляется затем для нейтрализации в градирню,
орошаемую раствором серной кислоты. Применение цеолитовых фильтров
обеспечивает более глубокую степень и надежность очистки сточных вод
от азрта по сравнению с другими способами при равных или несколько
больших капитальных расходах и эксплуатационных затратах.
Глубокая очистка сточных вод методом сорбции
очистка сточных вод методом сорбции активированными
углеродсодержащими сорбентами б комплексе с механической, физико-
химической или химической очисткой позволяет удалить из сточных вод
органические биохимически неокисляемые растворенные примеси.
226

Рис. 6.14. Схема адсорбционной доочистки
с использованием активированного
антрацита
Потоки: 7 —сточная вода на очистку,
//—регенерированный антрацит; /// —активированный
антрацит; IV—г сточная вода на ионообменные
фильтры; V — свежий антрацит на активацию;
VI — водяной пар; VII — природный газ; VIII—
дымовые газы; / — адсорбер; 2. 3 — печь
соответственно регенерации и активации антрацита
Основными узлами технологической схемы обработки сточных
вод активированным углем являются адсорберы, обеспечивающие его
контакт со сточными водами, и система гидравлического перемещения
угля, с помощью которой
отработанный уголь подается в печь на
регенерацию. Регенерированный
уголь возвращается обратно в
адсорбер.
Адсорберы могут быть с
подвижной (по принципу
противотока сточная вода подается снизу,
а уголь —сверху) и
неподвижной загрузкой, когда адсорберы
работают в условиях
нисходящего потока сточной воды. Как
правило, несколько адсорберов
соединены последовательно, поэтому
сточная вода в» начале
контактирует с более загрязненным
углем.
Термическая регенерация
угля позволяет осуществить до 10—
20 последовательных циклов
«насыщение—регенерация». Потери угля на истирание составляют
примерно 5 % за один цикл. Для глубокой очистки сточных вод
используются отечественные активированные гранулированные угли марок АГ-3,
АР-3, БАУ.
Схема глубокой адсорбционной очистки городских биологически
очищенных сточных вод с целью их повторного использования в
производственном водоснабжении Первомайского химического комбината
представлена на рис. 6.14. В качестве сорбента используется микропористый
активированный антрацит с зернами размером 0,25—1 мм.
Сточная вода поступает в нижнюю часть адсорбера, активированный
антрацит —в верхнюю его часть. В процессе контакта воды и
антрацита .на нем адсорбируются органические загрязнения. Очищенная вода
из верхней части адсорбера отводится на ионообменные фильтры для
глубокой очистки от растворенных загрязнений, находящихся в воде в
ионной форме, а затем поступает в систему производственного
водоснабжения комбината.
Отработанный антрацит отводится из нижней части адсорбера на
регенерацию, которая происходит под воздействием раскаленных F00—
700 °С) газов, отходящих из печей активации (утилизация их теплоты
повышает экономичность процесса). Органические загрязнения при этом
выгорают, антрацит вновь обретает адсорбционную способность и
возвращается в адсорбер. Активация антрацита происходит при
температуре 800—900 °С в специальной печи под воздействием дымовых газов и
водяного пара.
Преимуществом активированного антрацита, по сравнению с
традиционными активированными углями, является в 1,5 раза большая
пористость, поэтому потребность в нем в 2—8 раз меньшая; а
продолжительность адсорбции снижается в 1,5—2 раза.
Кроме того, активированный антрацит можно добавлять в
адсорберы в сухом виде: в течение 1 мин он, пропитавшись водой, оседает на
дно.
Для использования гранулированного активированного угля в
подобных аппаратах требуется дозировать его в виде суспензии. При
транспортировании последней по трубопроводам возрастают потери
угля за счет истирания.
227

За рубежом имеется значительный опыт глубокой сорбционной
очистки сточных вод. Например, в штате Калифорния (США) работает
установка производительностью более 35 тыс. м3/сут.
Продолжительность контакта воды с активированным углем на этой установке 15—
45 мин; ХПК сточных вод снижается с 10—18 до 1—6 мг/л,
содержание ПАВ — с 1,1—2,9 до 0,002—0,05 мг/л; в очищенной воде БПКполн
составляет менее 1 мг/л; РО^~— Р не превышает 0,1 — 1, a NOif—N
менее 2 мг/л. Уголь регенерируют в многоподовых печах.
§ 31. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРУДЫ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД
Биологические пруды находят применение для очистки и глубокой
очистки производственных сточных вод при наличии свободных
земельных участков. Пруды располагаются на водонепроницаемых или слабо-
фильтрующих грунтах и размещаются во всех климатических районах;
на Крайнем Севере они используются только в летнее время.
Глубокая очистка сточных вод в прудах происходит за счет
дополнительного продолжительного отстаивания, а также биологических
процессов (в теплое время года). Пруды эксплуатируются на
канализационных очистных сооружениях многих промышленных предприятий, а
также городов Чернигова, Северодонецка, Новополоцка и др.
Биологические пруды (рис. 6.15) устраиваются при БПКполн
производственных сточных вод 150—400 мг/л. Они представляют собой
земляное сооружение прямоугольной формы в плане с гидравлической
глубиной при аэрации: искусственной 3 м и естественной 1 м. Сточная
вода в биологических прудах 1—3 аэрируется с помощью механических
аэраторов типа АМПВ, а в прудах 4 и 5 принята естественная аэрация.
Число ступеней очистки сточных вод при БПКполн=400 мг/л составляет
4, при БПКполн=250 мг/л—3, при БПКполн = 150 мг/л—2. Величина
БПКполн воды после прудов должна составлять до 15 мг/л, а после
глубокой очистки до 5—6 мг/л. Очищенная в прудах вода смешивается с
хлорной и поступает в контактную емкость, где дезинфицируется и
может быть использована на производственные нужды.
Биологические пруды для глубокой очистки рекомендуется
предусматривать с соотношением ширины к длине 1 : 2 или 1 : 3 и трехкаскад-
ными; при этом в первых двух каскадах следует устраивать по две
параллельные секции, что дает возможность их периодически очищать.
Располагать пруды необходимо таким образом, чтобы направление
движения воды было перпендикулярно господствующему направлению
ветра. Объем пруда (каждой секции отдельно) можно рассчитать по
формуле
W = <#, F.4)
где iff—рабочий объем пруда, м3; Q — количество сточных вод, поступающих в пруд,
ма/сут; t — продолжительность пребывания воды в пруду, сут, определяемая по
формуле
здесь Сп, Со — концентрация загрязнений по БПКполн соответственно в поступающей
и очищенной сточной воде, мг/л; а — количество активкого ила (по сухому
веществу), выносимое из вторичных отстойников и принимаемое равным 0,02—0,06 г/л;
R— удельная нагрузка на активный ил (скорость окисления), мг БПКполн на 1 г
сухого вещества ила в 1 ч при температуре 15 °С; при других температурах Т
значение R определяется по формуле: R = RT/\5
По исследованиям МИСИ мм. В. В. Куйбышева для прудов глубокой
очистки нефтесодержащих сточных вод при Со = 5н-10 мг/л может быть
принята на основании опытных данных величина /?is=4,5-i-6,2 мг/(г-ч).
Удельный расход кислорода на аэрацию в биологических прудах
глубокой очистки принимается 2 мг на 1 мг снижения БПКполн.
22S

ЗАО -UO
А-А
260,50
Рис. 6.15. Аэрируемые биологические пруды для очистки и доочистки сточных вод
пропускной способностью 1400 мэ/сут
Потоки: 1 — сточная вода, поступающая на I ступень очистки; II —то же. поступающая на 11
и III ступени очистки; /// — сточная вода после биологической очистки; IV — то же, после до-
очистки; /, 2, 3 — аэрируемый биологический пруд соответственно 1, II и III ступени; 4, 5 —
биологический пруд соответственно 1 и II ступени с естественной аэрацией; 6 ~ контактная емкость;
7 — аэраторы
Система аэрации может быть механическая или пневматическая.
Методика расчета механических систем аэрации прудов заключается в
определении числа аэраторов, способных подать необходимое количество
кислорода без учета его поступления путем фотосинтеза и атмосферной
реаэрации.
Исследования работы биологических прудов на одном из
нефтеперерабатывающих заводов, оборудованных плавающими аэраторами с
диаметром рабочего колеса 2 м, показали, что процесс глубокой очистки в
этих прудах может быть завершен за 3—5 вместо 10 сут и более в не-
аэрируемых прудах. При этом обеспечивается высокое качество воды
на выпуске: содержание эфирорастворимых веществ не более 1—2,5 мг/
/л, концентрация загрязнений по БПКполн не более 8—10 мг/л,
практически полное отсутствие фенолов и одновременное насыщение воды
кислородом.
На основании результатов исследований НИИ К.ВОВ можно
рекомендовать следующую технологическую схему глубокой очистки
сточных вод в трехсекционных аэрируемых биологических прудах (рис. 6.16).
В первых двух секциях происходит глубокая очистка сточных вод за
счет развивающихся в пруду водорослей. В третьей секции возможно
выращивание зоопланктонных организмов, утилизирующих водоросли,
которые развиваются в первых двух секциях пруда.
Для производственных сточных вод, близких по составу к городским,
229

Рис. 6.16. Технологическая схема доочистки
сточных вод в аэрируемых биологических
прудах
/ — сооружения биологической очистки; 2, 3 —
секции аэрируемых прудов для доочистки
сточных вод с использованием водорослей; 4 —
секция пруда для наращивания зоопланктона; 5 —
флотатор; 6 —центрифуга
при глубине пруда 1 м и
ожидаемой концентрации водорослей в
летний период 100—150 мг/л
возможный съем зоопланктона
составит 0,24—0,26 г/л. Увеличение
продолжительности пребывания
сточной воды л третьей секции от
1 до 10 сут повышает съем
культуры со всего пруда.
Для извлечения водорослей из
воды пруда может быть
использовано центрифугирование с
предварительной концентрацией
водорослей во флотаторе.
Полученная биомасса водорослей
может быть использована в
сельском хозяйстве в качестве
удобрения или в животноводстве в
качестве кормовой добавки. При
необходимости интенсификации
глубокой очистки сточных вод в
биологических прудах может
быть использован альгологичес-
кий метод, т. е. внесение
культуры водорослей в первую секцию
пруда.
Механические аэраторы,
предназначенные для сооружений
биологической очистки сточных
вод в биологических прудах
целлюлозно-бумажной, химической,
нефтехимической и других
отраслей промышленности,
выпускаются двух типов: >) MB (рис.
6.17) —для установки в
аэрируемых прудах, коллекторах и
водоемах; 2) МПУ (рис. 6.18) —для
установки в прудах и других
сооружениях биологической
очистки в сочетании с аэраторами MB
для предотвращения осаждения
взвешенных частиц и
выравнивания концентрации кислорода
(табл. 6.4).
На основе обобщения опыта
о работе действующих прудов
следует отметить, что для поступающей на глубокую счистку воды при ее
БПКполн=^20 мг/л пруды с искусственной аэрацией можно принимать
глубинен до 3 м; при БПКполн = 20ч-30 мг/л — до 2 м. В тех случаях
когда из-за отсутствия свободных площадей пруды приходится
сооружать с рабочей глубиной более 3 м, следует предусматривать
искусственную аэрацию с установкой механических аэраторов.
На очистных сооружениях Соломбальского целлюлозно-бумажного
комбината (ЦБК) глубокая очистка сточных вод осуществляется в
аэрируемых прудах с турбинно-всасывающими аэраторами конструкции
Ленниихиммаша; для Заволжского химического завода — в
аэрируемых прудах с планетарными аэраторами; для Сокольского ЦБК —в
высоконагружаемых прудах с турбинно-всасывающими аэраторами.
ТАБЛИЦА 6.4
ХАРАКТЕРИСТИКИ
. ОСНОВНЫЕ
МЕХАНИЧЕСКИХ
АЭРАТОРОВ
Показатели
Массовая
пропускная способность по
кислороду *, кг/ч
Размеры, м:
L
Н
h
dt
Привод **:
мощность, кВт
частота вращения
электродвигателя,
МИН
MBS5-1
112
4,4
6
0,55
1,2
1.25
Аэратор
2
50/55***
172
МПУ37-3.3
По
расчету
4,6
6
1,32
3,3
—
28/37***
25
* Массовая скорость поглощения
кислорода воздуха в обескислороженной
водопроводной воде при температуре 20 °С и
атмосферном давлении 0,1 МПа G60 мм
рт. ст.).
** Приводы укомплектовываются
электродвигателями-редукторами типов МП01 и
МП02.
*** Перед чертой приведена потребляемая
мощность, а за чертой — номинальная.
230

По А
Рис. 6.17. Механический аэратор типа MB
— привод; 2—муфта; 3— стойка; 4 — опора вала; 5 — понтон; 6—вал; 7— статор; 8, 9 —
мешалка соответственно турбинная и лопастная-
А- А
план
A e
T
<*¦
§ 32. УСТАНОВКИ ДЛЯ
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
Обеззараживание
(дезинфекция) очищенных сточных вод
производится для уничтожения
содержащихся в них
болезнетворных микробов, вирусов " и
бактерий.
Болезнетворные микробы,
бактерии и вирусы не могут быть
полностью удалены ни при
отстаивании, ни при искусственной
биологической очистке сточных
вод. Работами Л. Б. Долнво-Доб-
ровольского показано, что
бактерии кишечной группы
обнаруживаются в очищенной воде даже
тогда, когда содержание
кишечных палочек уменьшается на
9 %. В сооружениях
искусственной биологической очистки (в
биофильтрах и аэротенках)
устраняется 91—98 % таких
бактерий. Поэтому после
механической и биологической, а также
физико-химической очистки при
повторном использовании воды
или при спуске ее в водоем
требуется применять
обеззараживание. Оно может быть эффективно
только в том случае, когда в
воде не содержатся взвешенные
вещества.
Согласно действующим «Правилам охраны поверхностных вод от
загрязнения сточными водами», сточная вода не должна содержать
возбудителей заболеваний. Следовательно, эффективность
обеззараживания, определяемая по концентрации бактерий Coli, должна достигать
практически 100 %.
231
А
Рис. 6.18. Механический аэратор типа МПУ
/ — привод; 2 — муфта; 3 — стойка; 4 — опора
пала; 5 — понтон; 6 — вал; 7 — мешалка
лопастная

Надежными способами обеззараживания сточных вод являются
естественные методы биологической очистки (в биологических прудах, на
полях орошения и фильтрации), которые обеспечивают высокую
эффективность (до 99,9 %). В этих случаях дезинфекции реагентами, как
правило, не требуется.
Из-за сложности непосредственного определения содержания
болезнетворных бактерий в сточных водах обычно применяют метод оценки
эффективности по титру кишечной палочки (бактерий Coli).
Для эффективного обеззараживания биологически очищенных
сточных вод доза хлора должна подбираться так, чтобы содержание
кишечных палочек в воде, сбрасываемой в водоем, не превышало 1000 в 1 л,
а доза остаточного хлора составляла не менее 1,5 мг/л при
продолжительности контакта 30 мин или 1 мг/л при продолжительности контакта
60 мин.
Если ни один из рекомендуемых режимов хлорирования не
обеспечивает обеззараживания сточных вод, прошедших биологическую
очистку, до коли-индекса, равного 1000, необходимо соответствующее
увеличение содержания остаточного хлора или продолжительности
контакта.
Для поддержания указанных уровней остаточного хлора при
обеззараживании сточных вод требуемые дозы хлора должны устанавливаться
в каждом конкретном случае опытным путем в период эксплуатации.
Согласно СНиПу в проектах для предварительных расчетов дозы
активного хлора следует принимать:
а) для сточной воды после механической очистки — 10 г/м3;
б) для неполностью биологически очищенной сточной воды в аэро-
тенках или в высоконагружаемых биофильтрах и для сточных вод
после физико-химической очистки (при эффективности отстаивания выше
70%)-5 г/м3;
в) для полностью биологически очищенной сточной воды —3 г/м3.
Введение хлора перед фильтрами для глубокой очистки сточных вод
или биологическими прудами не допускается.
Контроль за хлорированием сточной воды осуществляется
проверкой фактического количества израсходованных реагентов по
массе и определением остаточного хлора в воде после контакта ее с
хлором.
Состав очищенной сточной воды непостоянен, поэтому нужно
регулярно следить за содержанием остаточного хлора и поддерживать его в
требуемых пределах.
С 1981 г. Опытный завод аналитических приборов (г. Гори,
Грузинской ССР) выпускает электрохимический анализатор остаточного хлора
в воде АХС-203, разработанный НПО «Аналитприбор» (Тбилиси) по
техническому заданию, согласованному с ВНИИ ВОДГЕО. Нижняя
граница измерения концентрации остаточного хлора в очищенной воде
0,1—0,2 мг на 1 л.
Основное отличие этого анализатора от ранее выпускавшегося
АПК-01М состоит в том, что новый прибор приспособлен для
работы на сточных водах, очищенных от взвешенных веществ до 40 мг/л,
и диапазон его измерения может быть доведен до 10 мг хлора
на 1 л.
Анализатор АХС-203 (рпс. 6.19) представляет собой амперометриче-
ский концентратомер активного хлора, растворенного в воде. В приборе
измеряется предельный диффузионный ток во внешней цепи
поляризованного электрода. При заданном постоянном напряжении величина
тока пропорциональна концентрации активного хлора в растворе. Ток
во внешней цепи электродов возникает вследствие электролиза —
окислительно-восстановительных реакций, обусловленных присутствием в
растворе хлора или других окислителей. Поляризационное напряжение
должно соответствовать потенциалу восстановления активного хлора.
232

Оно может быть создано внешним
или внутренним источником.
В данном приборе напряжение
создается гальванической парой
(внутренний источник),
составленной из платинового катода и
медного анода. Разность
стандартных потенциалов этих
металлов равна 0,773 В. Величина
этого напряжения близка к
потенциалу восстановления активного
хлора в его свободной форме.
Механизм электролиза можно
представить в следующем виде.
Медь, как наиболее активный
элемент, посылает в раствор
электроны
e, F.6)
которые накапливаются на
платиновом катоде и поляризуют
его, т. е.
Pt + 2e^Pt2-. F.7)
Этот процесс вызывает во
внешней цепи появление тока,
который не исчезает, если в
растворе присутствуют сильные
окислители (HCI, С12, СЮз, Ьь
О3, Вг2). Платиновый электрод
отдает им свои лишние
электроны и деполяризуется:
Рис 6 19. Функциональная схема
анализатора АХС-203
/ — входной патрубок; 2 — регулирующие
вентили; 3 — сосуд постоянного иапора; 4, 18 —
сливные патрубки; 5 — очищающее устройство; 6 —
сосуды с реагентами; 7 — микронасосы; 8—
смеситель; 9 — ротаметр; 10. // — ячейка
соответственно амперометрическая и формирования
сигнала; 12 — усилитель измерительный; 13, 14. 15—
соответственно дублирующий, записывающий,
регулирующий прибор; 16 — сливной сосуд; П —
термистер
F.8)
Хлор восстанавливается, например, по реакции
S2C1-. F.9)
,Это также вызывает появление во внешней цепи тока, поскольку из-
за диффузии процесс идет непрерывно до тех пор, пока в растворе будет
содержаться окислитель.
Растворы реагентов заливаются в два сосуда вместимостью по 1 л.
Расход буферного раствора 60—100 мл/сут при щелочности воды 1 —
4 мг-экв/л. Расход йодата калия составляет 50—100 мл/сут в
зависимости от измеряемой концентрации хлора. Подача реагентов
осуществляется двумя диафрагмовыми микронасосами, управление которыми
производится ручкой, смонтированной на панели измерительного блока.
На Курьяновской станции аэрации (КСА, Москва) остаточный хлор
измеряется в зоде после ее полной биологической очистки и
дополнительного фильтрования через песчаные фильтры. Содержание
взвешенных веществ в фильтрованной воде составляет 1—4 мг/л.
Анализатор АХС-203 работает с достаточной точностью на
очищенных сточных водах.
Хлораторная состоит из склада и дозаторной хлора, насосной
установки и вспомогательных помещений. Склад предназначен для хранения
хлора в баллонах вместимостью 55 л для хлораторкых
производительностью 2 кг товарного хлора в 1 ч и в контейнерах вместимостью 800 л
для хлораторных производительностью 5 кг хлора в 1 ч и более.
Жидкий хлор из баллона или контейнера, помещенного на весы,
подается в испарительную установку. После этого газообразный хлор
проходит грязевик, фильтр и затем подводится через хлораторы
233

ЛОНИИ-100К к эжекторам индивидуального изготовления, в которые
насосами — повыснтелями напора для больших и малых хлораторных
производительностью до 2 кг'хлора в 1 ч подается вода из водопровода.
После этого хлорная вода отводится из хлораторной к потребителю. Для
обеззараживания сточных вод хлорная вода подается в одну точку.
Предусмотрен также вариант подачи потребителю газообразного хлора.
Для периодической очистки хлораторов, грязевиков, фильтрэв,
испарителей от хлора, а также для предупреждения накопления треххлорис-
того азота предусматривается их продувка сжатым азотом из баллонов.
Для неисправных баллонов имеются футляры. Для ликвидации
аварий контейнеров предусмотрены резервуары нентрализационного
раствора, насосы, затворный бак и склад сухих реагентов, а также
автоматические системы ликвидации аварии и очистки вентиляционного
воздуха перед выбросом его в атмосферу.
ЦНИИЭП инженерного оборудования разработан типовой проект
хлораторной для обеззараживания сточных вод производительностью
25 кг товарного хлора в 1 ч.
НИИ КВОВ совместно с ПК.Б АКХ им. К. Д. Памфилова
разработаны электролизные установки для получения на месте потребления
обеззараживающего хлорреагента — гипохлорита натрия — из обычной
технической поваренной соли. Электролитический метод получения
гипохлорита натрия основан на получении хлора и его взаимодействии со
щелочью в одном и том же аппарате — электролизере.
При электролизе раствора NaCl в ванне без диафрагмы на аноде
происходит разряд ионов хлора
2CI—
Выделяющийся хлор растворяется в электролите с образованием
хлорноватистой и соляной кислот:
С12 + НоО^НСЮ + НС1 или С12 + ОН-^НСЮ + С1-.
На катоде происходит расщепление молекул воды:
Н2О + е = ОН- + Н+.
Атомы водорода выделяются из раствора в виде газа, оставшиеся же
в растворе ионы ОН~ образуют возле катода с ионами Na+ щелочь.
При взаимодействии хлорноватистой кислоты со щелочью образуется
гипохлорит натрия:
НСЮ + №ОН = NaClO + Н2О.
Если сравнить процессы, происходящие при введении в
обрабатываемую воду гипохлорита натрия и хлорной извести:
NaClO + Н2О = NaOH + НСЮ,
НС1О?И++С1О-;
2СаОС12 + 2Н2О^2НС1О + СаС1, + Са (ОНJ,
НСЮ2Н++СЮ-,
то видно, что в обоих случаях образуются одни и те же бактерицидные
агенты НСЮ и СЮ~. Таким образом, обеззараживание воды гипохло-
ритом натрия с помощью метода электролиза представляет собой по
существу один из видов хлорирования.
Достаточная эффективность обеззараживания очищенной сточной
воды гипохлоритом натрия наступает обычно при его концентрации 1,5—
3,5 мг/л (в зависимости от хлоропоглощаемости); содержание
избыточного хлора при этом составляет 0.3—0,5 мг/л. Эффективность
обеззараживания сточной воды зависит от температуры лишь при введении
малых доз гипохлорита натрия, высокие его дозы нивелируют влияние
температуры. Продукты электролиза в некоторой степени способствуют
ускорению процессов коагулирования и осаждения взвешенных
веществ.
234

Рис. 6.20. Технологическая схема получения
гипохлорита натрия на электролизной
установке с графитовыми электродами
/ — растворный бак; 2—насос; 3 —
распределительный тройник: 4 — рабочий бак; 5 — поплавок-
дозатор; 6 — электролизер с графитовыми
электродами; 7 — зонт вытяжной вентиляции; 8—бак-
накоонтель гипохлорита натрия
На рис. 6.20 представлена
схема электролизной установки для
обеззараживания сточных вод
продуктами электролиза,
полученными из раствора поваренной
соли. В растворный бак
загружается поваренная соль, которая
заливается водой и
перемешивается до получения насыщенного
раствора. Приготовленный
раствор насосом подается в
рабочий бак, где разбавляется
водопроводной водой до
концентрации 100—120 г/л. Из этого бака
электролит через дозатор
поступает в электролизер. Готовый
продукт собирается в
баке-накопителе, из которого дозируется в
соответствии с колебаниями
притока сточной воды. Контакт
раствора соли со сточной водой
должен продолжаться не менее 30 мин.
Техническая характеристика электролизной установки
Производительность по активному хлору, кг/ч і 1—1,1
Концентрация, г/л:
электролита ....... ,.... 100—120
активного хлора 5—6
Расход электролита, м3/г 0,18—0,2
Напряжение общее на клеммах электролизера, В 60—62
Сила тока, А 120-130
Удельные затраты электроэнергии,. кВт-ч на 1 кг хлора . ¦ 6,6—6,7
При использовании гипохлорита натрия обеззараживающий эффект,
технологические показатели качества обрабатываемой воды и методы
контроля такие же, как и при применении хлора или хлорной извести.
На станции устанавливают до четырех-пяти параллельно
работающих электролизных установок, из которых одна является резервной.
Конструкции электролизных установок разработаны в НИИ КВОВ
АКХ им. К. Д. Памфилова, а типовой компоновочный проект — Мосгип-
ротрансом. Хлораторные на электролитическом гипохлорите натрия
предусматривают применение электролизеров ЭН-Ю0 с графитовыми
электродами производительностью 100 кг активного хлора в сутки.
Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод может
быть также применен метод электролиза с использованием засыпных
электродов из зерен магнетита—электролиз собственно сточной воды и
раствора поваренной соли с последующим добавлением его в
обеззараживаемую воду. Опыты по обеззараживанию сточной воды
непосредственным электролизом раствора NaCl показали, что оптимальное
напряжение составляет 7—10 В; расход электроэнергии зависит от характера
сточной воды и степени ее очистки. На Люблинской станции, аэрации
(Москва) для снижения числа бактерий кишечной палочки до 99 %
затраты электроэнергии составляют 100 Вт-ч/м3.
При обеззараживании сточной жидкости электролизованным
раствором оптимальное напряжение 4 В, оптимальная концентрация рабочего
раствора соли 25 г/л. Затраты электроэнергии на 1 м3
обеззараживаемой жидкости составляет 12—25 Вт-ч, а расход соли — соответственно
7—3 г. Плотность тока при крупности зерен 2—3 см должна быть
3,5 А/дм2, а при крупности зерен 3—5 см —2,5 А/дм2.
При проектировании электролизной-хлораторной следует использо-
235

вать типовые проекты, разработанные Гипрокоммунводоканалом для
очистных сооружений с расходом хлора 1—200 кг/сут.
Установки с комплектом технологического оборудования
размещаются в здании, в котором предусмотрены помещения электролизеров, на-
сосно-дозаторное отделение, электрощитовая, вентиляционная камера и
служебное помещение.
В помещении электролизеров размещают электролизные установки с
системой вытяжной вентиляции, а в насосно-дозаторном отделении —
рабочие баки с дозирующими устройствами и насосное оборудование.
Электрощитовая помимо традиционного назначения используется для
технического обслуживания электролизеров и насосов. Все
технологическое оборудование — насосы, электроаппаратура и т. п.— дублируется.
Резервное оборудование включается автоматически при выходе из строя
основного.
В целях упрощения эксплуатации установок в проекте предусмотрено
мокрое хранение соли с расположением растворных баков-накопителей
гипохлорита натрия вне зданий.
В помещении электролизной должен быть обеспечен постоянный
приток свежего воздуха; на видном месте должны находиться инструкции
по эксплуатации и технике безопасности.
Обслуживание электролизной установки может быть поручено
только лицам, прошедшим специальный инструктаж и сдавшим
необходимый технический минимум.
Запрещается производить пуск установки: 1) при неисправной
системе автоматики; 2) при отсутствии вытяжной вентиляции; 3) без
проверки наличия заземления.
Для канализационных очистных сооружений, расположенных в
приморских населенных пунктах, могут быть рекомендованы электролизные
установки для получения дезинфектанта из морской воды. В Бакинском
отделении Союзводоканалпроекта разработан технический проект
экспериментальных электролизных установок аналогичного действия для
обеззараживания сточных вод на бакинских очистных сооружениях.
Высокое бактерицидное действие активного хлора, получаемого
электролизом воды Каспийского моря, является результатом наличия в морской
воде значительного количества сульфат-ионов, вследствие чего помимо
гипохлорита натрия образуются серосодержащие соединения, также
обладающие бактерицидным действием. При электролизе этой воды
оптимальной является температура 60—80 °С. При такой температуре
наблюдается максимальный выход активного хлора с минимальными
затратами электроэнергии для обеззараживания. Проведение процесса
электролиза при этих температурах увеличивает также
электропроводность воды, что является благоприятным фактором.
При получении гипохлорита натрия из морской воды, расход которой
составляет 4 л на 1 м3 сточной воды, затрачивается 3—5 кВт-ч
электроэнергии.
В исследованиях НИИ К.ВОВ в качестве сырья для получения
гипохлорита натрия был использован подземный рассол с минерализацией
265 г/л, поступающий из скважины. Опыты показали, что этот гипохло-
рит обладает высокой эффективностью по обеззараживанию и снижению
цветности воды.
Обработка сточной воды гипохлоритом натрия по стоимости
практически равноценна обработке хлором и в 1,5—2 раза дешевле, чем
обеззараживание хлорной известью.
Контактные резервуары (рис. 6.21) предназначены для обеспечения
расчетной продолжительности контакта очищенных сточных вод с
хлором или гипохлоритом натрия.
Разработан проект контактных резервуаров на две секции: ширина
каждой 6 м, длина 9 м, рабочая глубина 3,1 м. Дополнительно
предусмотрена вставка длиной 3 м.
236

A-A
Рис. 6.21. Контактные резервуары шириной 6 м (две секцин)
/-распределительная камера; 2 - впускной лоток; 3 - струенаправляющиП щит- 4 - приямок
для опорожнения; 5 -сборный лоток; ? - трубопровод опорожнения; 7-воздуховод
Расчетная вместимость резервуаров по данному проекту (две
секции) для рекомендуемого диапазона длин 9—18 м составляет 319—
643 м3. Расчетная пропускная способность сооружений 10 000 17 000 и
25000 м3/сут.
Контактные резервуары следует проектировать как первичные
отстойники без скребков; число резервуаров предусматривается не менее
2. Допускается барботай воды сжатым воздухом при интенсивности
0,5 м3/(м2-ч).
При обеззараживании сточных вод после биологических прудов
допускается выделять отсек для контакта'сточных вод с хлором.
Количество осадка, л, выпадающего в контактных резервуарах,
следует принимать на 1 м3 сточной воды при влажности 98 % следующим:
после механической очистки
» неполной биологической очистки в аэротенках
» полной биологической очистки:
на биофильтрах
в аэротенках '.,.'.'
1.5
0,5
0,5
0,25
Удаление осадка производится периодически после слива отстойной
воды.
Преимущества озона хорошо известны —это сильный окислитель,
его бактерицидное действие значительно активней хлора, он также
более активен по отношению к -вирусам, является хорошим средством
237

борьбы с привкусами и запахами. Однако озонирование —пока весьма
сложный по аппаратурному оформлению и дорогой метод. По-видимому,
озон наиболее целесообразно применять не вместо традиционных
методов обработки воды, а в дополнение к ним при очистке сильно
загрязненных производственных сточных вод для разрушения некоторых
канцерогенных веществ и детергентов, для борьбы с вирусами н для
окисления веществ, продуцирующих запахи и привкусы (например, фенола).
Большой интерес представляет применение озонаторных установок
для обеззараживания производственной сточной воды. Для этой цели
наиболее эффективны установки производительностью по озону 10—
20 кг/ч.
Скорость распада озона возрастает с увеличением солесодержания,
значений pH и температуры воды. При повышении температуры с 1 до
20 °С скорость распада озона возрастает в 22 раза, а при повышении pH
воды с 7,6 до 9,2—в 15 раз. В технологической схеме температуру воды
перед озонированием следует принимать около 25 °С. Тип озонаторной
установки и расход озона определяются из дозы озона 5 мг на 1 л
обрабатываемой воды. Концентрация остаточного озона в воде 0,2—
0,5 мг/л. Озон предпочтительнее синтезировать из кислорода,
доставляемого в баллонах. Объем контактной камеры для смешения озона с
водой рассчитывают исходя из продолжительности контакта 20 мин и
глубины слоя воды в камере 4—4,5 м. Озонаторную установку следует
полностью автоматизировать. Элементы установки, контактирующие с
озоном или с его водными растворами, должны быть изготовлены из
устойчивых противокоррозионных материалов — нержавеющей стали,
алюминия или пластических масс.
Озонирование не оказывает влияния на качественный состав
растворенных минеральных веществ, содержащихся в сточной воде. Число
бактерий после озонирования уменьшается в среднем на 99,8 %. Споро-
образующие бактерии более устойчивы к озону, чем вегетативные.
Для обеззараживания сточных вод мясокомбинатов, кожевенных
заводов и инфекционных больниц целесообразно применение
радиационного метода в связи с присутствием в воде конгломератов органических
соединений, которые не могут быть надежно обеззаражены обычными
методами.
Процесс радиационного обеззараживания с применением
гамма-установки типа РХУНД осуществляется по следующей схеме: сточная
вода поступает в полость сетчатого цилиндра приемно-разделительного
аппарата, где твердые включения (бинты, вата, бумага и т. п.) увлекаются
вверх шнеком, отжимаются в диффузоре и направляются в
бункер-сборник. Затем сточные воды разбавляются условно чистой водой до
определенной концентрации и подаются в аппарат гамма-установки, в
котором под действием гамма-излучения изотопа Со60 происходит процесс
обеззараживания. Обработанная вода сбрасывается в канализационную
систему городских сточных вод.
Обеззараживание осадка осуществляется периодически по мере
накопления в бункере. Осадок помещают в стандартные контейнеры
(сборники твердых осадков, поставляемые В/О «Изотоп») и подвергают
радиационному обеззараживанию в аппарате гамма-установки.
§ 33. УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ КИСЛОРОДОМ
ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Как уже было отмечено ранее, содержание растворенного кислорода
в очищенных сточных водах, сбрасываемых в рыбохозяйственные
водоемы, должно быть не менее 6 мг/л. Содержанке кислорода в сточных
водах после очистки обычно составляет 0,5—1,0 мг/л и лишь при очень
благоприятных условиях достигает 3—4 мг/л. Следовательно, для
выполнения требований рыбохозяйственных и санитарных органов в ряде
2Ь8

550
Случаев НеобХОДИМО ДОПОЛНИ-
тельно аэрировать сточные воды
перед выпуском.
Применение каскадной
системы аэрации для насыщения
очищенных сточных вод кислородом
при наличии подходящего
рельефа местности имеет практическое
значение. Одним из вариантов
каскадных систем могут быть
водосливы с гидравлическим
прыжком в нижнем бьефе (рис. 6.22).
Перепад уровней на каждой
ступени каскада должен быть не
более 0,55 м при критическом
положении прыжка. На каждой
ступени можно получить до 20 %
снижения дефицита кислорода в
поступающей воде. Для
насыщения кислородом очищенных
сточных вод до требуемой
концентрации 6 мг/л достаточно трех —
пяти ступеней каскада водослива.
Для насыщения сточных вод кислородом могут быть
запроектированы водосливы-аэраторы с водосливными отверстиями в виде тонкой
зубчатой стенки с зубчатым щитом над ней (зубья стенки и щита
обращены друг к другу остриями). При проектировании таких сооружений
следует принимать: высоту зубьев 50 мм; угол при вершине 90°; высоту
отверстия (между остриями зубьев) 50 мм; длину колодца нижнего
бьефа 4 м и глубину 0,8 м; удельный расход воды ^ = 120-f-160 л/с на
1 м водослива; напор воды на водосливе /г0Тв, м, отсчитывается от
середины зубчатого отверстия:
йотв = (<?/225)?. F.10)
250
8 П 16 20 Ik
Снижение дефицита кислорода, %
Рис, 6.22. Водослив а гидравлическим
прыжком для насыщения воды кислородом
воздуха ,
§ 34. СРАВНЕНИЕ СХЕМ ОЧИСТНЫХ СТАНЦИЙ С ВАРИАНТНЫМИ
РЕШЕНИЯМИ СООРУЖЕНИЙ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ
В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработана станция
глубокой очистки биологически очищенных сточных вод пропускной
способностью 100 тыс. мэ/сут с доведением концентрации поступающих
сточных вод по БПКполн от 15 до 6 мг/л, взвешенных веществ от 15 до
3 мг/л и ПАВ от 2,5 до 0,5 мг/л.
Сооружения глубокой очистки включают резервуары и фильтры
(рис. 6.23). Сточная вода после полной биологической очистки
поступает в приемный резервуар, откуда погружными осевыми насосами
подается в приемную камеру, а затем на каркасно-засыпные фильтры
(КЗФ).
В Мосводоканалниипроекте разработана технологическая схема
глубокой очистки смеси бытовых и производственных сточных вод (рис.
6.24).
По этой схеме биологически очищенная вода после вторичных
отстойников поступает на станцию глубокой очистки и проходит
последовательно барабанные сеткн, песчано-гравийные фильтры с восходящим
потоком и резервуар пенного фракционирования, после чего доочищен-
ная вода направляется на сооружения дезинфекции, а затем к
потребителям для производственного водоснабжения либо сбрасывается в
водоем. На барабанных сетках задерживаются крупные хлопья
взвешенных веществ, выносимых из вторичных отстойников. Пропускная
239

—~ isjL
Рис. 6.23. Технологическая схема сооружений доочистки биологически очищенных
сточных вод пропускной способностью 100 тыс. м3/сут
I — приемный резервуар; // — приемная камера воды, направляемой на фильтрование; 111—фильтр
КЗФ; IV — приемная камера воды, направляемой иа промывку; V — резервуар фильтрованной
воды; VI— резервуар грязной промывной воды; VII, VIII. IX, X — насос для подачи соответственно
промывной воды, воды на фильтрование, фильтрованной воды на промывку, для перекачки воды
после промывки; / — подача воды на доочистку; 2 — отвод воды в контактный резервуар после
доочистки; 3— подача воды на фильтрование; 4 — подача воды на промывку-фильтров; 5 —
подвод фильтрованной воды в резервуар; 6 — отвод воды после промывки; 7 — подача воздуха;
8 — опорожнение
11,0 _„ П,й
Рис. 6.24. Технологическая схема сооружений доочистки смеси бытовых и
производственных сточных иод
/ — здание фильтров; // — распределительная камера; /// — резервуар пенного фракционирования;
IV — резервуар чистой промывной воды; V — резервуар загрязненной промывиий воды. Потоки:
/ — биологически очищенная сточная вода; 2— фильтрованная вода; 3— доочмщемная сточная
вода; 4, 5 — соответственно загрязненная и чистая промывная вода; 6 — техническая вода; 7 —
воздух; в—пенный концентрат; 9 — опорожнение
способность барабанных сеток определяется по расчетному расходу
сточных вод.
Для предотвращения биологического обрастания сетки, а также для
улучшения санитарных условий проведения профилактических и
ремонтных работ предусмотрено облучение поверхности барабана с помощью
бактерицидных ламп.
240

Промывка барабанных сеток предусматривается от технического
водопровода фильтрованной водой. Расход промывной воды 3 %
расчетной пропускной способности сетки, периодичность промывки 12 раз в
сутки, продолжительность промывки 5 мин. Промывная вода отводится
в резервуар загрязненной воды. Предусматривается дренаж камер
барабанных сеток и каналов в резервуар загрязненной промывной воды.
Для глубокой очистки сточных вод фильтрованием применяются
песчано-гравийные фильтры с высотой загрузки 3 м. Скорость
фильтрования в рабочем режиме 10—12 м/с. Площадь фильтров определяют
по формуле F.1), принимая п (число промывок одного фильтра в
сутки) равным 1, t (продолжительность простоя одного фильтра во время
про.мывкй) равной 0,33 чип, (расчетную скорость фильтрования)
равной 11 м/ч.
Восстановление фильтрующей способности фильтров осуществляется.
с помощью водовоздушной промывки в три этапа: I этап — продувка
воздухом в течение 1,5—2 мин с интенсивностью подачи воздуха 18—
20 л/(с-м2); II этап — совместная водовоздушная промывка в течение
10—12 мин с интенсивностью подачи воздуха 18—20 л/(с-м2) и воды
3—3,5 л/(с-м2); III этап — водяная промывка в течение 6—8 мин с
интенсивностью 6—7 л/(с-м2). Расход воздуха составляет 0,94—1,05, а
промывной воды—0,314—0,367 м3/с Фильтры промываются
фильтрованной водой. Загрязненная промывная вода сбрасывается в резервуар
и затем откачивается в головные сооружения станции биологической
очистки. Предусматривается оперативная и аварийная сигнализация от
всех агрегатов и механизмов на диспетчерский пункт.
Для глубокой очистки сточных вод от ПАВ, которые практически не
задерживаются на фильтрах, применяют метод пенного
фракционирования, являющийся наиболее
перспективным. Этот метод
эффективен для малоконцентрированных
растворов (табл. 6.5) и
сравнительно прост; процесс
автоматизирован.
При барботаже воздухом
сточной воды ПАВ
адсорбируется на поверхности раздела фаз
воздух — вода, понижая
поверхностное натяжение. Увлекаемые
поднимающимися воздушными
пузырьками эти вещества
способствуют образованию на
поверхности воды слоя пены.
По данным исследований
НИИ КВОВ, для пенного фракционирования применяют
мелкопузырчатые аэраторы — керамчиеские фильтросные пластины.
Резервуар для пенного фракционирования показан на рис. 6.25.
Основные параметры для расчета резервуара принимаются на основании
исследований НИИ КВОВ: интенсивность барботажа 35—40 м3/(м2-ч);
продолжительность барботажа 15—20 мин, рабочая глубина резервуара
3 м. Резервуар проектируется в виде однокоридорного аэротенка
шириной 9 м и состоит из трех секций. Габариты резервуара 21x27x3,6 м.
Число резервуаров определяется по расчетному расходу сточной воды.
В конце резервуара имеется канал шириной 1 м для сбора пены, в
который она сгоняется скребковым механизмом. Объем пенного продукта
составляет 3—8 % объема очищенной сточной воды. Пена в канале
гасится технической водой, после чего обрабатывается одним из
следующих способов. При наличии в составе станции аэрации сооружений
механического обезвоживания и термосушки осадка обработку пенного
концентрата целесообразно осуществлять путем подачи его в тракт об-
ТАБЛИЦА
ПОКАЗАТЕЛИ
Показатели, мг/л
БНКполн
Содержание:
взвешенных
ществ
ПАВ
6.5.
КАЧЕСТВЕННЫЕ
очищенной воды
ве-
растворенного
кислорода
После
фильтров
6
3
2,5
1—2
После
пенного

фракционирования
4
1,5—2
0,5
8-9
16—179
241

а3
План
Рис. 6.25. Резервуар для пенного фракционирования
-трубопровод фильтрованной воды; 2 — воздуховод; 3 — механическое устройство для сгона
пены; 4 — трубопровод доочищенной сточной воды
a) J
1
J
Со
о) В илоуплотнитель
Рис. 6.26. Схемы
очистных станций с
вариантными
решениями сооружений до-
очистки
а, б — вариант
соответственно I и II; /—аэро-
тенкн; 2 — вторичные
радиальные отстойники;
3 — биологические
пруды; 4 — микрофнльтры;
5 — насосная станция;
6 — подача промывной
воды
работки осадка перед механическим обезвоживанием. Как было
показано выше, эффективность обезвоживания осадка при этом несколько
повышается. Другим способом обработки пенного концентрата является
возвращение его в аэротенки для биохимического окисления.
По уравнению баланса концентрация ПАВ в доочищенной сточной
воде Сю мг/л, в условиях рециркуляции пенного концентрата составит:
Сн= Г^Г Г" A—77^ Vl- -?г) = °.48, F.11)
1 —
Д
100
1 —-
100
100/
)
100 /
где С* — концентрация ПАВ в отстоенной воде, равная 10 мг/л; Б, Д — удаление
ПАВ соответственно на сооружениях биологической очистки и в процессе пенного
фракционирования, равное в обоих случаях 80 %.
Из полученного результата следует, что в тех случаях, когда
концентрация ПАВ в доочищенной сточной воде должна быть не выше
0,5 мг/л, метод рециркуляции пенного концентрата в аэротенке
приемлем только при содержании ПАВ в отстоенной воде не более 10 мг/л.
Для подачи воздуха в резервуар пенного фракционирования устанав-
242

ливают турбовоздуходувки. Для
очистки воздуха, поступающего
в воздуходувки, применяют
рулонные фильтры.
Во ВНИИ ВОДГЕО для
глубокой очистки биологически
очищенных сточных вод после
вторичных отстойников
сравнивались следующие два варианта ^
глубокой очистки после вторич- 5
€ " 20
01 Концентрация загрязнений Sue/одной 6оде,мф
Рис. 6.27. Эффективность различных
методов доочистки по снижению концентрации
взвешенных веществ (сплошные линии) и
величины БПКполн (пунктирные линии)
1, 2 — фильтрования на скорых фильтрах; 3, 4 —
флотации; 5, 6 — деструкции в биологических
прудах; 7 — микрофильтрадин
ных отстойников: 1) в
биологических прудах; 2) на
микрофильтрах с последующей глубокой
очисткой в двухступенчатых
биологических прудах (рис. 6.26).
При глубокой очистке
биологически очищенных сточных вод
на микрофильтрах оптимальные
параметры процесса следующие:
концентрация взвешенных
веществ в исходной воде 20—60 мг/л; скорость фильтрования 24 м/ч;
потери напора при микрофильтровании — 6—12 см; частота
вращения барабана микрофильтра 3—5 мин; расход воды на нромыв-
ку примерно 3—4 % общего расхода воды, обрабатываемой на
микрофильтре.
Глубокая очистка биологически очищенных сточных вод на
микрофильтрах обеспечивает снижение содержания взвешенных веществ на
50—70 % и БПК на 30—40 7о общего их содержания в поступающей
воде. При этом количество растворенного кислорода практически не
уменьшается, что является преимуществом микрофильтров по
сравнению с песчаными фильтрами. С применением микрофильтров в системе
глубокой очистки появляется возможность уменьшить число вторичных
отстойников, сократив продолжительность пребывания сточной воды в
них до 30 мин либо заменив I ступень биологических прудов
микрофильтрами, уменьшить площадь прудов, капитальные расходы и
эксплуатационные затраты. Применение микрофильтров при глубокой очистке
сточных вод после вторичных отстойников позволяет уменьшить
площадь биологических прудов, что для станций пропускной
способностью 50—200 тыс. м3/сут дает экономию в размере 285—764 тыс.
руб/год.
На рис. 6.27 приведены данные, характеризующие эффективность
фильтрования, микрофильтрации, флотации и глубокой очистки в
биологических прудах по задержанию в них взвешенных веществ и БПКполн-
Анализ графика показывает, что все методы обеспечивают разное
качество очищенных вод по этим показателям при одинаковых значениях
их в исходной воде, что свидетельствует о разных диапазонах
применимости каждого метода.
При концентрации взвешенных веществ в исходной воде менее
20 мг/л эффективность работы фильтров значительно превышает
эффективность других методов; при концентрации взвешенных веществ
более 20 мг/л эффективность флотаторов и микрофильтров
увеличивается.
Независимо от величины БПКполн в исходной сточной воде фильтры
обеспечивают наибольшее снижение этого показателя. Это является
весьма существенным преимуществом метода фильтрования по
сравнению с другими методами глубокой очистки, так как основная задача —
уменьшение остаточного БПКполн в биологически очищенных сточных
водах без значительного удорожания всего комплекса сооружений.
Определение капитальных расходов и эксплуатационных затратна
16* 243

глубокую очистку показывает, что наибольшие капитальные расходы
наблюдаются при применении биологических прудов, а наибольшие
эксплуатационные затраты — при использовании фильтров.
§ 35. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДООЧИЩЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД
В Советском Союзе интенсивно проводятся исследования по
разработке условий рационального и безопасного потребления доочищениьгх
сточных вод в производственном водоснабжении.
Задача очистки сточных вод определяется характером их
дальнейшего использования в народном хозяйстве. Но в любом случае
необходимо нейтрализовать воздействие органических веществ, предельно
уменьшить количество взвешенных веществ и биогенных элементов,
придать воде благоприятные органолептические свойства и обеспечить без-
опасно.сть доочищенных сточных вод в эпидемиологическом отношении.
Для этого необходимо применять новые методы и схемы глубокой
очистки сточных вод. Поэтому наряду с традиционными процессами иа
станциях аз-рации следует использовать и такие, как фильтрование
через различные загрузки с предварительной коагуляцией или без нее;
отстаивание и окисление в биологических прудах; адсорбцию
активированным углем, ионный обмен, электролиз, дистилляцию. и др. Кроме
того, во все схемы глубокой очистки следует включать завершающий
этап — обеззараживание доочищенных сточных вод.
Опыт работы Курьяновской станции аэрации (Москва) показывает,
что сооружения доочистки задерживают около 70 % взвешенных
веществ, после глубокой очистки их концентрация в абсолютных цифрах
колеблется в течение года от 3 до 3,8 мг/л. В процессе фильтрования
количество органических веществ снижается на 30—40 %, содержание
растворенного кислорода составляет 2,8—3,6 мг/л. Концентрация меди,
хрома и других элементов изменяется незначительно. То же можно
сказать и о бактериальном составе. Практически не изменяются значения
pH и концентрация биогенных элементов—аммиака и фосфатов.
Глубокая очистка методом фильтрования не улучшает органолепти-
ческих свойств сточной воды. Запах очищенной воды, определяемый
величиной 5 баллов, сохраняется и после хлорирования, поэтому воду
необходимо разбавлять примерно в 60 раз, чтобы достичь допустимой
величины—2 балла. Практически не изменяется и окраска сточных вод.
В санитарно-гигиеническом отношении использование доочищенных
сточных вод, содержащих не только производственные, но и бытовые,
опасно. Поэтому важной задачей является достижение эффективности
их обеззараживания хлором. До последнего времени не существовало
единого подхода и критериев к оценке эффективности этого процесса,
тем более по отношению к сточным водам, прошедшим глубокую
очистку путем фильтрования и обеззараживания. Пробы доочищенной
сточной воды до и после обеззараживания хлором проверяли на наличие
бактериальной микрофлоры, в том числе и на наличие возбудителей
заболеваний.
По данным кафедры коммунальной гигиены 1-го Московского
медицинского института (ММИ) им. И. М. Сеченова, необходимая
гигиеническая эффективность обеззараживания дорчищенных сточных вод,
прошедших механическую и биологическую очистку, достигается при
наличии 1,5 мг/л остаточного хлора после 30-минутного контакта.
В таких же условиях проводили и эксперимент по обеззараживанию
сточных вод, прошедших глубокую очистку на зернистых фильтрах. При
наличии 1,5 мг/л остаточного хлора бактериальное загрязнение
оказалось значительно меньшим, чем при обычной механической и биологит
ческой очистке, а качество воды стало даже более высоким, чем в при-
944

родных открытых водоемах, поэтому, несколько изменив условия
обеззараживания доочищенных сточных вод, уменьшили количество
остаточного хлора при той же продолжительности контакта сточной воды
с хлором. Бактерицидный эффект был по-прежнему высок. Однако
уменьшение количества остаточного хлора до 0,5 мг/л необходимого
уровня обеззараживания уже не обеспечивает.
Таким образом, результаты исследований показали, что если
фильтрование через зернистые загрузки обеспечивает снижение уровня
содержания взвешенных веществ до 3 мг/л и органических соединений до
6 мг/л, надежное обеззараживание доочищенных стояных вод
достигается при наличии не менее 1 мг/л остаточного хлора после
30-минутного контакта.
В результате обследования систем технического водоснабжения на
предприятиях были выделены и исключены из снабжения доочищенны-
ми сточными водами те технологические процессы, где возможен прямой
контакт рабочих с технической водой. Так, на ТЭС повторное испольчо-
ваіние доочищенных сточных вод рекомендовано лишь для систем
охлаждения, но не разрешено для открытых систем горячего
водоснабжения. Иначе говоря, повторное использование доочищенных сточных вод
для технических целей необходимо внедрять только после тщательною
обследования предприятий совместно с органами
санитарно-эпидемиологической службы. При этом следует руководствоваться разработанными
кафедрой коммунальной гигиены 1-го ММИ им И. М. Сеченова
совместно с другими институтами «Методическими рекомендациями к
использованию доочищенных городских сточных вод в техническом
водоснабжении».
На Ново-Курьяновской станции аэрации в составе сооружений
глубокой очистки имеются трубопроводы для транспортирования
технической воды группе предприятий, расположенных в юго-восточной части
города. Пропускная способность производственного водопровода
составляет 600 тыс. м3/сут.
Повторное использование доочищенных сточных вод в
промышленности практически уже осуществляется, особенно в районах с
высокоразвитой промышленностью и ограниченными водными ресурсами.
Очищенные сточные воды используются для охлаждения закрытых теплооб-
менных аппаратов и питания котлов, для тушения кокса, смыва и
гидротранспорта окалины в различных отраслях промышлености (за
исключением предприятий пищевой промышленности).
Максимальное использование доочищенных городских сточных вод
для производственного водоснабжения позволяет в значительной
степени сократить потребление воды из природных источников и уменьшить
сброс очищенных городских сточных вод в водоемы, что значительно
снизит капитальные расходы и эксплуатационные затраты на
водохозяйственные нужды городов, а также улучшит санитарное состояние
водоемов. Доочищенные сточные воды целесообразно также использовать
для поливки улиц и зеленых насаждений.
В перспективе процент использования доочищенных сточных вод в
промышленности и городском хозяйстве должен резко возрасти. Это
направление — одно из наиболее рациональных при использовании и
охране водных ресурсов.
ГЛАВА 7. ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ОСАДКОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД*
В процессе очистки производственных сточных вод, как правило,
образуются осадки, различные по химическому составу и физическим
• В переработке гл. 7 принимал участие канд. техн. наук Е. А. Пугачев.
245

свойствам. Объем осадков зависит от вида обрабатываемых сточных
вод и принятого метода очистки. При совместной очистке бытовых и
производственных сточных вод объем образующихся осадков обычно не
превышает 0,5—2 % объема очищаемой воды. При локальной очистке
производственных сточных вод, особенно при обработке воды
химическими реагентами для выделения из нее нерастворимых примесей,
количество образующихся осадков может достигать 10—40 % расхода
сточных вод.
Проблема обезвреживания и утилизации осадков, выделяемых в
процессе очистки сточных вод, является наиболее сложной, а
технология обработки — наименее разработанной.
Конечная цель обработки осадков сточных вод состоит в превращении
их путем проведения ряда последовательных технологических
операций в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей
природной среды. При этом ценные компоненты, содержащиеся в
осадке, должны быть максимально утилизированы.
§ 36. СОСТАВ И СВОЙСТВА ОСАДКОВ
Химическая и санитарная характеристика осадков зависит от
вида производственных сточных вод и от применяемого метода
очистки.
По химическому составу осадки подразделяются на трн группы:
1) преимущественно минерального состава; 2) преимущественно
органического состава, имеющие зольность менее 10 %; 3) имеющие в своем
составе вещества органического и минерального происхождения;
зольность таких осадков может изменяться от 10 до 60 %.
Все осадки производственных сточных вод можно разделить на два
класса: инертные и токсичные.
Кроме того, осадки производственных сточных вод бывают двух
видов: стабильные и нестабильные (загнивающие).
Отдельные виды осадков требуют обязательной дезинфекции.
Обработка инертных стабильных осадков первой группы, как
правило, не встречает особых затруднений. Эти осадки обычно направляются
в шламонакопители и по возможности утилизируются. Так, осадки
сточных вод предприятий металлургической и угольной промышленности
могут быть использованы вновь в производстве. Многие осадки
минерального состава находят применение в промышленности строительных
материалов. Осадки второй и третьей группы отличаются чрезвычайным
разнообразием по составу и свойствам, и поэтому для каждого
конкретного вида осадков должны изыскиваться свои приемы обработки и
утилизации,
Химический состав осадков производственных сточных вод
существенным образом влияет на выбор метода их обработки. Если осадки
содержат соединения железа, алюминия, хрома, меди, то процесс
обезвоживания таких осадков интенсифицируется и уменьшается расход
реагентов на коагуляцию перед обезвоживанием. Такие вещества, как
жиры, масла, нефть, волокна, нарушают процессы уплотнения и
коагуляции осадков, уменьшают их водоотдачу.
Важнейшим показателем способности осадков сточных вод к
влагоотдаче является удельное сопротивление. Величина удельного
сопротивления является обобщающим параметром. Этот параметр учитывает
изменение состава и свойств осадка и позволяет выбирать методы его
обработки, а также осуществлять соответствующие технологические
расчеты.
В табл. 7.1 приведены значения влажности и удельного
сопротивления некоторых видов осадков производственных сточных вод в
зависимости от принятой технологии их образования.
24В

ТАБЛИЦА 7.1. ВЛАЖНОСТЬ И УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСАДКОВ
(ПО И. С. ТУРОВСКОМУ)
Осадок
Шлам, полученный при нейтрализации:
травильных растворов известью
гальванических сточных вод известью
Осадок Московского кожевенного завода
им. Э. Тельмана
Осадок Кунцевского кожевенного завода
Осадок сточных вод производства обувных
картонов
Уплотненный активный ил с очистных
сооружений Омского завода синтетического каучука
Влажность, %
63,1—89,8
95,5—97
58,3—92,7
81,7—95,1
98—98,5
94,4—97,5
Удельное сопро.
тввление, г ¦ 1010,
см/г
2,9—6,5
15—45
47—54
130—226
62—75
55—90
Удельное сопротивление осадков городских сточных вод
определенным образом зависит от вида сточных вод промышленных предприятий,
преобладающих в данном городе (табл. 7.2).
ТАБЛИЦА 7.2. ВЛАЖНОСТЬ И УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СЫРЫХ ОСАДКОВ,
СТОЧНЫХ ВОД, ПРЕОБЛАДАЮЩИХ В ГОРОДСКОМ СТОКЕ (ПО И. С. ТУРОВСКОМУ)
Преобладающие сточные воды в городском стоке
Влажность,
Удельное
сопротивление г-101и. см/г
Металлургических заводов (г. Череповец)
Завода синтетического каучука (г. Тольятти)
Текстильных предприятий (г. Иваново)
Производственные различных отраслей в
количестве более 50 % общего стока
Бытовые (г. Сочи)
91—96
92—95.
95—97
93—96
94—97
50—300
200—400
300—700
300—1000
150—400
На различных этапах очистки производственных сточных вод
образуются специфические осадки. Осадки сточных вод фабрик первичной
обработки шерсти (ПОШ) образуются при работе волокиоуловителей,
песколовок и отстойников.
Волокноуловитель задерживает смесь песка, взвешенных веществ,
волокна и шерстного жира. Влажность осадка составляет 62—82%, а
зольность — 38—64%. В осадке содержится 25—65% песка, 15—
20 % волокна, 5—10 % шерстного жира.
Влажность осадка, задерживаемого в песколовках, 30—66 %, а
зольность — 70—95 %. В этом осадке содержится 32—82 % песка, 1,4—
2,9% волокна, 1,5—11% шерстного жира. Удельное сопротивление
осадка из песколовок очень низкое, поэтому он легко отдает воду.
В сыром осадке из первичных отстойников содержится до 10^
20 кг/м3 шерстного жира. Этот осадок при мыльно-содовом процессе
промывки шерсти относится к инертным нестабильным осадкам,
требующим обязательного обеззараживания.
Осадки сточных вод кожевенных заводов выделяются на решетках и
ситах, а также в жироловках, песколовках и отстойниках.
Решетками задерживаются прирезы сала и мяса, сгустки крови,
шерсть, частицы песка и пыли. Влажность отходов, задерживаемых на
решетках, 72—75 %, плотность 850—950 кг/м3. Зольность осадка из
песколовок 72—90 %.
В сыром осадке первичных отстойников содержатся в большом
количестве соединения хрома, сульфиды, ПАВ, жиры. Содержание
соединений хрома достигает 48—55 кг/м3, поэтому такие осадки являются
нестабильными и токсичными. Содержание жира достигает 7—29 %
массы сухого вещества осадка. Осадки сточных вод кожевенных заводов,
247

ТАБЛИЦА 7.3. ХАРАКТЕРИСТИКА
СЫРЫХ ОСАДКОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД ПОСЛЕ 2-ЧАСОВОГО
ОТСТАИВАНИЯ
Сточные воды
Фабрик ПОШ
Кожевенных
заводов
Фабрик
обувного картона
Л
оды
Объем осадко
объема обраба
МОЙ СТОЧНОЙ SI
11
2—12
10
Влажность, %
85—95
95—97
97,5
Зольность, %
50—67
45—20
—
удельное сопр
ленце осадка,
см /г
900
4—10
27
так же как и осадки сточных вод фабрик первичной обработки шерсти
(ПОШ), требуют обеззараживания.
Осадки сточных вод трикотажных предприятий содержат ветршь*
волокна, красители и ПАВ, поэтому они также относятся к классу
токсичных. Зольность осадков 30 %.
Осадки сточных вод фабрик обувного картона состоят из отходов
компонентов, применяемых при отливе кожевенного картона, я пр.одук,--
тов их взаимодействия (хромовое и краснодубное волокно, латекс, алю-
мокалиевые квасцы, ПАВ и др.). Для очистки сточной воды добавляют
1 %-ный раствор известкового молока дозой 50—300 мг/л в пересчете
на активный СаО. После
2-Часового отстаивания сточной воды
образуется высоковлажный
токсичный осадок.
В табл. 7.3 представлены
важнейшие показатели сырых
осадков отдельных
производственных сточных вод предприятий
легкой промышленности. Из.
анализа этих показателей следует,
что удельные объемы таких
осадков значительно превосходят
удельные объемы осадков
городских сточных вод и являются в
подавляющем большинстве
токсичными и нестабильными.
Обработка и утилизация такого типа
осадков наиболее
затруднительна.
Формы связи воды с твердыми частицами влияют на выбор
процессов, используемых для обработки осадков. В соответствии с
классификацией влага в осадках по степени увеличения энергии связи с
твердыми частицами суспензий подразделяется на избыточную, осмотическую,
макро- и микропор При обезвоживании и сушке осадков на каждый
вид влаги затрачивается определенная удельная энергия. Химически
связанная вода входит в состав вещества и не отделяется даже при
термической сушке осадков.
Механическими методами обезвоживания осадков, а также
естественной их сушкой на иловых площадках из осадков удаляется
значительная часть избыточной и осмотической воды. Вода микро- и макро-
пир удаляется выпариванием или под действием давления. Метод
тепловой сушки, наиболее надежный для изучения форм связи влаги с
частицами твердой фазы, заключается в выявлении форм связи влаги
путем снятия кривых кинетики изотермической сушки осадков.
Кинетика сушки осадков изучается с помощью лабораторного влагомера по
методике, изложенной в специальной литературе.
На рис. 7.1 показаны кривые скорости сушки различных осадков,
полученные путем графического дифференцирования. Как видно из
этого рисунка, в первый период сушки и в начале второго периода
удаляется более половины всей влаги исследованных осадков. Удаление влаги
из осадка в первый период сушки лимитируется лишь условиями тепло-
и массообмена межаду поверхностью осадка и окружающей средой, что
определяет целесообразность интенсификации процесса сушки в этот
период.
Во втором периоде скорость сушки ограничена условиями
перераспределения теплоты и влаги внутри осадка. Поэтому во избежание его
перегрева следует сократить подвод теплоты и увеличить
продолжительность пребывания осадка в сушилке.
Кривые скорости сушки показывают, что в исследованных осадках
24S

|о,а
|fl'4
I
V
ч
't
¦1
в
-o-I
0,4 0,8
Относительное благасодержание,
Рис. 7.1. Кривые скорости сушки
осадков сточных вод фабрик ПОШ
1— для сырого; 2— для обезвоженного
после центрифугирования; I, II. III
—соответственно первое, второе, третье
критическое влагосодержаиие; AB — участок
нагрева осадков; ??i, BB2 — участки
постоянной скорости сушки; ABi, ABi н fl,?,
BiE — соответственно первый и второй
период сушкн осадков
20 IM ВО
Влажность мі, %
во то
Рис. 7.2. Зависимость показателей процесса
сжигания осадков от влажности
/ // /// _ соответственно термически высушенные,
механически обезвоженные и жидкие осадки
содержится поверхностная и внутренняя влага, поэтому при глубоком
высушивании (до влажности 0 %) необходимо, чтобы осадки прошли
два периода сушки. Первый период для большинства осадков третьей
группы ограничивается влажностью 25—30 %. Если по технологическим
условиям требуется обеспечить более глубокую сушку осадков, то
процесс целесообразно вести в двух различных аппаратах.
Теплотехнические расчеты процесса сжигания в зависимости от
влажности осадка осуществляются в соответствии с его
теплотехническими характеристиками.
На рис. 7.2 представлены результаты теплотехнических расчетов для
осадков сточных вод, характерных для фабрик ПОШ. Представленные
на этом рисунке кривые соответствуют среднему элементарному составу
осадков шерстомойных сточных вод (ШСВ) применительно к сжиганию
их в топках с псевдоожиженным слоем.
Сырой осадок ШСВ имел зольность 65%. Органическая часть
составляла для углерода 60,6 %, Для водорода 11,3 %, для азота 6,8 /о,
для кислорода 21,3% массы сухого вещества осадка. Теплота сгорания
?оставйлаРна горючую массу 28 000 кДж/кг и на сухую 10 400 кДж/кг.
Выход летучих был равен 97 %. • 0
Из рис 7 2 видно, что процесс сжигания при температуре 10UO Ь
становится автотермичным при 45%-ной влажности осадков сточных
вод фабрик ПОШ. Следовательно, этот вид осадков перед сжиганием
необходимо механически обезвоживать и термически высушивать.
Аналогичными исследованиями установлено, что, например, в случае
сжигания осадков сточных вод трикотажных фабрик необходимо иметь
осадок влажностью 55%, а осадков сточных вод отлива обувного
картона —77% Осадки сточных вод отлива обувного картона можно
подавать на сжигание сразу же после механического обезвоживания.
Сжигание термически высушенного осадка облегчает подачу его в
топку и позволяет получить избыточную теплоту, которую можно
регенерировать для нужд канализационной очистной станции и предприятия.

§ 37. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ
В общем случае обработка осадков производственных сточных вод
состоит из следующих стадий: уплотнение или сгущение, стабилизация,
кондиционирование, обезвоживание, обезвреживание, ликвидация,
обеззараживание, утилизация.
На рис. 7.3 показан типовой граф процессов, применяемых для
обработки осадков производственных сточных вод.
Уплотнение
Грабитоционнов
Флотационное
центробежное
Вибрационное
Фильтрационное
_
Стабилизация
Анаэробное сбраживание
Аэробная минерализация
Кондицио ниробание
Обработка минера льными реагентами
Теплабая обработка
Обработка полиэлектролитами
Заморат 8а ние
Электрокоагуляция
- \ у \
Ооезвожибание
Сушка на и/юВых площадках
Вакуум - фильтрование ¦
Фильтрование
Центрифугирование
вибрационное фи/гьтробание
Тертчесная - сушка
Ликвидация
Сжигание В топках
Жидкосраанве окисление
Сорос В накопители
Закачка 6пустотные породы
Вывоз на сВа/тки-
\
Утилизация
Сельскохоз. использование
Регенерация ценных провуктоб
Производство стройматериалов
Производство сорбентов
Рис. 7.3. Типовые процессы, применяемые для обработки осадков производственных
сточных вод
Стадия уплотнения (сгущения) осадков является, как правило,
неотъемлемой частью любой технологической схемы их обработки.
Стабилизация производится с целью предотвращения загнивания
осадков для облегчения их захоронения или утилизации. Сущность
стабилизации осадков заключается в изменении их физико-химических
характеристик, при которых происходит подавление жизнедеятельности
гнилостных бактерий.
Стабилизация осадков достигается следующими технологическими
приемами:

1) минерализацией органических веществ с помощью анаэробного
метанового сбраживания, аэробным окислением, тепловой обработкой,
биотермическнм разложением, жидкофазным окислением;
2) изменением активной реакции среды до высоких значений pH
путем введения щелочей;
3) высушиванием осадков;
4) введением ингибиторов химического происхождения.
В зависимости от метода обработки осадков их стабилизация может
быть полной или частичной.
На рис. 7.3 приведены методы полной стабилизации осадков,
которая не зависит от дальнейшего их физико-химического состояния.
Целесообразно использовать такие методы стабилизации, которые
способствуют улучшению санитарного состояния осадка, повышению
влагоотдачи и улучшению других технологических свойств.
Кондиционирование — технологический прием, которым
обеспечивается наилучшее обезвоживание осадков и которым в большинстве
случаев заканчивается их обработка. С помощью кондиционирования
увеличивают водоотдающие свойства осадков путем изменения их
структуры и форм связи воды.
Для кондиционирования малозольных осадков обычно используются
реагентная обработка, тепловая обработка и жидкофазное окисление;
для осадков с высоким содержанием электролитов — замораживание и
оттаивание, а также злектрокоагуляция.
Обезвоживание осадков осуществляется в условиях естественных (на
иловых площадках или в иловых прудах) и искусственных (на вакуум-
фильтрах, фильтр-прессах, виброфильтрах, центрифугах).
Заключительным этапом обезвоживания осадков является термическая сушка.
Осадки после механического обезвоживания и термической сушки
значительно уменьшаются по массе и объему. Осадки после термической
сушки имеют влажность 5—40 %.
Санитарные показатели таких осадков достаточно высоки, однако
осадки не полностью стерильны, хотя и не загнивают при сохранении
влажности; осадки удобны для транспортирования и утилизации.
Для термической сушки осадков применяют барабанные, ленточные,
пневматические и вальцовые сушилки, а также сушилки со взвешенным
слоем и со встречными струями.
Сжигание малозольных осадков применяют в тех случая«, когда
утилизация их невозможна или экономически нецелесообразна, а также
с целью их обезвреживания и уменьшения объема. Сжигание осадков
необходимо, если в них содержатся токсичные примеси. Для сжигания
применяют камерные, многоподовые, барабанные, распылительные и
циклонные печи, а также печи с псевдоожиженным слоем.
Утилизация осадков сточных вод промышленных предприятий
предназначена для извлечения и использования ценных веществ. Ряд
осадков сточных вод обладает высокими удобрительными свойствами.
Активный ил может быть использован как кормовой продукт. Как уже
было сказано, осадки сточных вод минерального происхождения могут
найти применение в промышленности строительных материалов и в
дорожном строительстве (заменители керамзита и других материалов, а
также как связующий материал при дорожных работах).
Осадки сточных вод органического происхождения при сбраживании
их в метантенках разлагаются с выделением метана, который может
быть использован как источник тепловой, механической, электрической
энергии, и может служить заменителем бензина.
Имеется опыт по использованию в качестве удобрения осадков
сточных вод гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности. Так,
при внесении подсушенного осадка сточных вод Бнрюсинекого гидрвлиз-
ного завода в почвы Иркутской обл. урожай пшеницы и овса увеличился
на 15—30 %.
2S1

Активный ил сточных вод Байкальского целлюлозного завода
успешно применяется в качестве удобрения при внесении его под посевы нще-
ницы и для выращивания овощных культур. Этот ил обладает высокой
кормовой ценностью: в нем содержится много белковых еєщєств,
аминокислот, микроэлементов, витаминов группы В. Получаемые из
активного ила кормовые продукты могут входить в рацион птиц, свиней,
телят, пушных зверей.
Обычно извлечение ценных веществ осуществляют на локальных
цеховых установках или на установках, сооружаемых непосредственно, у
технологического оборудования.
На нефтеперерабатывающих заводах извлекаются и утилизируются
нефть и нефтепродукты; на целлюлозно-бумажных комбинатах — дел-
люлозное волокно.
Технологические схемы обработки осадков, как видно из рис. 7.3,
могут быть весьма разнообразны, а общее число всех возможных
вариантов достигает нескольких сотен.
Для инертных осадков возможны следующие технологические
схемы: 1) уплотнение, кондиционирование, обезвоживание, утилизация;
2) уплотнение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание,
утилизация; 3) уплотнение, стабилизация, утилизация и другие варианты.
Для токсичных осадков возможны схемы: 1) уплотнение,
ликвидация; 2) уплотнение, кондиционирование, обезвоживание, ликвидация;
3) уплотнение, кондиционирование, обезвоживание, утилизация и другие
варианты.
Выбор оптимальной технологической схемы обработки осадков
производственных сточных вод зависит от многих факторов: свойств
осадков, их количества, климатических условий, наличия земельных
площадей и пр. Для окончательного выбора схемы необходимо тщательное
технико-экономическое обоснование.
§ 38. УПЛОТНЕНИЕ ОСАДКОВ
При любом принятом способе обработки осадков последние
подвергаются уплотнению с целью уменьшения их влагосодержания. Чем
больше при уплотнении уменьшится влажность осадков, тем существеннее
снизятся затраты на последующие стадии обработки — механическое
обезвоживание, сбраживание, термическую сушку и сжигание.
Различают следующие способы уплотнения (сгущения) осадков:
гравитационное, флотация, центрифугирование, фильтрование. Иногда
применяется комбинация этих методов. Эффективность и экономичность
применения того или иного метода уплотнения осадков зависят от их
состава и свойств, форм связи воды и принятых способов последующей
обработки и использования осадков.
Гравитационное уплотнение применяется для избыточного активнрго
ила и сброженных осадков и отличается от других методов уплотнения
простотой и экономичностью. Продолжительность уплотнения зависит
от свойств осадка и принимается равной 4—24 ч. Уплотненные осадки
имеют влажность 85—97 %.
Для уплотнения избыточного активного ила применяются илоуплот-
нители вертикального и радиального типов. Последние могут быть
оборудованы илососами или илоскребами. Исследования показали, что в
илоуплотнителях, оборудованных илоскребами, уплотнение происходит
лучше. Это объясняется перемешиванием активного ила в процессе
уплотнения и меньшей высотой радиальных илоуплотнителей по
сравнению с вертикальными. Перемешивание способствует лучшему хлопьеоб-
разованию и осаждению ила.
Гравитационное уплотнение недостаточно эффективно: наблюда-етея
высокое содержание взвешенных веществ в отделяемой воде;
влажность уплотненных осадков высока, что удорожает последующую их об-
252

работку; при продолжительном уплотнении требуются большие объемы
илоуплотнителей. ;
С целью снижения продолжительности уплотнения, получения осадка
с меньшей влажностью и уменьшения выноса взвешенных веществ из
нлоуплотнителя применяются различные приемы: коагуляция,
перемешивание в процессе уплотнения, совместное уплотнение различных
видов осадков, термогравитационный метод.
В качестве коагулянтов применяют различные минеральные и
органические соединения. И. С. Туровский предложил вводить хлорное
железо в обрабатываемый осадок на стадии уплотнения, а затем перед
механическим обезвоживанием. При этом уплотнение существенно
интенсифицируется. Фильтрат, образующийся при вакуум-фильтровании,
можно направлять в илоуплотнитель, что улучшает уплотнение и
уменьшает вынос взвешенных веществ. Для улучшения уплотнения некоторых
видов осадков производственных сточных вод, содержащих плохо
оседающие мелкодисперсные частицы, к осадку добавляют активный ил.
За рубежом применяется совместное уплотнение сырого осадка из
первичных отстойников и активного ила. Через 7—8 ч уплотнения
влажность уплотненной смеси составляет 92 %.
Перемешивание с помощью стержневых мешалок или вертикальных
решеток, укрепляемых на илоскребе (рис. 7.4), способствует
укрупнению частиц осадка и быстрому их осаждению. После 6-часового
уплотнения влажность активного ила уменьшается с 97,5 до 93,6 %.
А. А. Бондаревым установлено, что при непрерывном перемешивании
активного ила, образующегося в сооружениях Щекинского химического
комбината, скорость уплотнения в илоуплотнителях увеличивается в
4—15 раз.
Интересен новый термогравитационный метод уплотнения. При
нагревании гидратная оболочка вокруг частиц активного ила разрушается,
часть связанной воды переходит в свободную, а поэтому процесс
уплотнения улучшается. Оптимальная температура нагрева активного ила
сточных вод гидролизных заводов составлет 80—90 °С. После
нагревания в течение 20—30 мин с последующими выдержкой ила и
уплотнением влажность активного ила снижается с 99,5 до 96—95 %• Общее время
обработки составляет 50—80 мин. Следует отметить, что этот метод еще
не прошел широкой производственной проверки.
Флотация широко применяется в практике уплотнения различных
суспензий. Достоинство этого метода состоит в том, что по сравнению с
гравитационным уплотнением осадков продолжительность его меньше,
уплотнение более глубокое и, главное, его можно регулировать путем
оперативного изменения параметров.
Обычно применяют импеллерную, электро- и напорную флотацию.
Последняя получила наибольшее распространение.
При напорной флотации применяют непосредственное насыщение
уплотняемой суспензии воздухом или же используют рабочую жидкость.
Воздух подается под давлением 0,4 МПа. Когда во флотационном
резервуаре снимается давление, выделяющиеся пузырьки воздуха
флотируют твердые частицы осадка и увлекают их на поверхность.
Образовавшаяся флотационная пена непрерывно или периодически удаляется.
При флотационном способе скорость уплотнения осадка в 10—15 раз
больше, чем при гравитационном способе.
В зарубежной практике широко применяют флотаторы
прямоугольного типа (рис. 7.5). Подаваемый осадок смешивается с водой в зоне
смешения, затем смесь через щелевой выпуск поступает в камеру
флотации. Флотошлам удаляется скребковым транспортером 6 в лоток, а
выпавший во флотаторе осадок сгребается транспортером 7 и
удаляется. Иловая вода отводится через водослив. Часть воды (рабочая
жидкость) циркулирует в системе.
'__ За рубежом применяют также флотационные уплотнители периоди-
253

Рис. 7.4.
Гравитационный уплотнитель со
стержневой мешалкой
/ — подача ила; 2 — ило-
скреб со стержневой
мешалкой; 3—отвод
осветленной воды; 4, 5 —
отвод соответственно
плавающих веществ н
уплотненного осадка
план
A
22.
12
Рнс. 7.5. Прямоугольный флотационный илоуплотнитель
7, 1 ~ подача соответственно осадка и сточной воды; 3— зона смешения; 4 — щелевой выпуск:
5 — камера флотации; 6,7 — скребковые транспортеры; 8 — сборный лоток; 9 — отвод осветленной
воды; 10 — отвод рециркуляционной веды; Л — отвод выпавшего осадка; 12 — подпитка
технической водой; 13 — центробежный насос; /¦* — подача сжатого воздуха; 15 — напорный резервуар;
16 — регулятор давления
Рис. 7.6. Флотационный уплотнитель
периодического действия
/ — подача ила; 2 — патрубок; 3 — винтовой
конвейер; 4 — резервувр; 5 — скребок; б —
перегородка; 7 — шиеховый транспортер; в —
водослив; 9 — бункер
Рис. 7.7. Флотационный уплотнитель
конструкции УИИВХ
/ — трубопровод для подачн нла; 2 — лоток
для сбора уплотненного ила;'3, 4 — скребки;
5 — распределительная система; в —
центральная труба; / — трубопровод для опорожнения;
8 — трубопровод, для подачи рабочей
жидкости
ческого действия (рис. 7.6). Активный ил смешивается с водой и
насыщается воздухом, а затем поступает по трубе в резервуар. Сфлотиро-
ванный ил скфебком удаляется в бункер и далее шнековым
транспортером подается на дальнейшую обработку. Иловая вода из флотатора
переливается через водослив. Осадок, выпавший во флотаторе,
удаляется винтовым конвейером. Уплотненный ил имеет влажность 92 %.
Находят применение также флотационные илоуплотнители
радиального типа. Конструкция такого уплотнителя, разработанная Украинским
институтом инженеров водного хозяйства (УИИВХ), показана на рис.
7.7. Через водовоздушный эжектор происходит насыщение рабочей
254

Рис. 7.8. Открытый
гидроциклон с
ложной стенкой и
конической
диафрагмой
А—коническая часть;
2 — впускные
патрубки; 3 — ложная
стенка; 4 —
цилиндрическая часть; 5 —
коническая
диафрагма; 6 —
водосборный лоток; 7 —
полу погруженное
кольцо
Рис. 7.9. Схема устройства и работы тарельчатого сепаратора
/ — сборник кека; 2 — ротор; 3 — тарелки; 4 — питающая труба; 5 —
сливная труба
жидкости воздухом во всасывающей линии насоса.
В напорной линии и в напорном резервуаре воздух
растворяется. Во флотатор подаются ил и рабочая
жидкость через распределительную систему. Подило-
вая жидкость через отверстия отводится в центральную трубу. Удаление
флотошлама производится скребком 3, выполненным в виде спирали
Архимеда. Кольцевой илосборный лоток оборудован самостоятельным
скребком 4.
Рекомендуются следующие параметры работы флотационного
уплотнителя радиального типа: давление при насыщении жидкости воздухом
0,2—0,4 МПа; количество воздуха, подаваемого на 1 м3 жидкости, 0,05—
0,06 м3; отношение объема рабочей жидкости к объему уплотняемого
ила 2 : 1—3 : 1; продолжительность пребывания смеси рабочей жидкости
и уплотняемого активного ила во флотационном уплотнителе 0,7—I ч;
скорость истечения рабочей жидкости и активного ила из дырчатых
отверстий распределительных труб соответственно 1,8—2,3 и 0,7—1 м/с;
влажность уплотненного ила 94,5—95%; концентрация взвешенных
веществ з подиловой воде 20—30 г/м3.
Центрифугирование позволяет разделить суспензии в компактных и
высокопроизводительных аппаратах — гидроциклонах, центрифугах и
сепараторах. Следует заметить, что скорость разделения суспензий в
гидроциклонах в 10—20 раз, а в центрифугах и сепараторах более чем
в 1000 раз больше, чем при гравитационном уплотнении.
Для сгущения шламов заводов черной металлургии применяют
напорные гидроциклоны с последующим обезвоживанием на ленточных
фильтрах. Сливная вода имеет высокую концентрацию взвешенных
веществ мелких фракций, а поэтому ее обрабатывают полиакриламндоми
отстаивают. Можно применять также напорный гидроциклон в
сочетании с ленточным вакуум-фильтром. Осадок, сгущенный в гидроциклоне,
подается на вакуум-фильтр и образует на его поверхности пористый
слой. Затем на этот слой подают сливную воду, содержащую мелкие
фракции. При таком режиме работы фильтрат содержит мало
взвешенных веществ и отсутствует необходимость в специальной очистке
сливной воды.
Во ВНИИ ВОДГЕО (В. Г. Пономарев и И. В. Скирдов)
разработана конструкция открытого гидроциклона с ложной стенкой и конической
диафрагмой. Такие гидроциклоны /рис« 7.8) предлагается применять
255

вместо гравитационных уплотнителей для обработки осадков
различного состава. Обрабатываемый осадок через впускные патрубки,
расположенные диаметрально, поступает во внутреннюю часть гидроциклона,
ограниченную ложной стенкой, и поднимается вверх по спирали.
Падающие частицы перемещаются центробежными силами в пристеночный
слой. В верхней части стенок поток разделяется. Часть его попадает в
пространство между ложной стенкой гидроциклона и опускается вниз.
С этим потоком удаляются тяжелые частицы. Основная часть потока
движется к отверстию в диафрагме и удаляется через водослив. Легкие
всплывшие вещества собираются на поверхности, ограниченной
полупогруженным кольцом. Сгущенный осадок из конической части
удаляется через штуцер.
Напорные гидроциклоны применяют для классификации шламов и
сгущения осадков. Например, при очистке сточных вод доменных
газоочисток в многоступенчатых гидроциклонных установках происходит
классификация и обогащение шлама на первых ступенях.
На Ново-Тульском металлургическом заводе проводились
исследования по обогащению шламов. При непрерывном откачивании шлама из
радиальных отстойников его концентрация составляет 5—25 г/л. Для
обеспечения нормальной работы вакуум-фильтров шлам необходимо
предварительно сгущать до 100 г/л. С этой целью применяют его
классификацию в напорных гидроциклонах. В данном случае
использовались напорные гидроциклоны диаметром 150 и 250 мм, изготовляемые
Уфимским заводом горного оборудования.
В напорных гидроциклонах происходит эффективная классификация
частиц. За счет выноса мелких и легких фракций осуществляется
обогащение шлама железом. Шлам становится грубодисперсным, в связи с"
чем облегчается последующее его обезвоживание.
Фугат от гидроциклонов должен уплотняться в гравитационных
сгустителях с применением коагуляции и обезвоживаться на барабанных
вакуум-фильтрах.
¦ Для сгущения активного ила и сырого осадка находят применение
жидкостные сепараторы с тарельчатыми вставками, принцип действия
которых состоит в следующем. На частицы, взвешенные в сепарируемой
жидкости, действуют две силы: одна направлена радиально к
периферии Рщ а другая — к центру Рц. Равнодействующая этих сил Р
осаждает частицы на внутренней поверхности пакета тарелок (рис. 7.9).
Образующийся кек сдвигается центробежной силой к периферии ротора и
сползает в сборники, откуда выгружается непрерывно или периодически.
Осветленная жидкость (фугат) потоком направляется к оси вращения
сепаратора и отводится через сливную трубу.
Фирмой «Альфа-Лаваль» (Швеция) разработана конструкция
сепаратора с автоматическим опорожнением шламового объема при его
заполнении. Сепаратор применяется и для обработки фугата после
центрифугирования сырого осадка на шнековой центрифуге.
На Люблинской станции аэрации (Москва) исследована работа
отечественных сепараторов следующих типов: АСГ-ЗМ
(производительность до, 750 л/ч), СПВ-12 (производительность 2200 л/ч) с ручной
выгрузкой, АСЭ-3 и ВСС-2 (производительность до 10 м3/ч) и ВСВ
(производительность до 7 м3/ч) —сепаратор соплового типа. При
обезвоживании активного ила влажностью 99,4—99,6 % влажность кека
составила 88,1—91,4%; содержание взвешенных веществ в фугате равно 66—
212 мг/л.
На Лосино-Петровской фабрике ПОШ испытывался сепаратор
РТ-ОНС-4, выполнявший одновременно несколько функций. Основное
Назначение трехпоточного жидкостного сепаратора данного типа
заключалось в разделении загрязнений ШСВ на три потока: осветленную
воду — водяной сброс, сгущенные загрязнения преимущественно
минерального происхождения — грязевой сброс и шерстный жир.
256

Рис 7.10. Барабанный фильтр-сгуститель
/ — подача суспензии; 2 — распределительное
устройство; 3 — резервуар для суспензии; 4—
вращающийся барабан; 5 — суженная часть
резервуара; 6 — мешалка; 7 — отвод
сгущенной суспензии; 8—подача возвратного
фильтрата; S — отвод фильтрата
Рис. 7.11. Динамический
фильтр-сгуститель
/, 2 — фильтрующие диски соответственно
неподвижные и вращающиеся; 3 — пустотелый
вал для сбора фильтрата: 4 — подача
осадка; S — сборник фильтрата с неподвижных
дисков-, 6 — отвод сгущенного осадка
Водяной сброс —поток, освобожденный от взвешенных веществ и
шерстного жира, направлялся в оборотную систему для промывки
шерсти, вследствие чего удельная норма водопотребления сократилась
на 25%. Грязевой сброс — поток сгущенных загрязнений — отводился
на дальнейшую очистку (на выпаривание или на осадительную
центрифугу). Поток жирового полупродукта направлялся на обработку, в
результате чего стало возможным получение ценного сырья — шерстного
жира, используемого в косметической и медицинской промышленности.
Следовательно, центробежные аппараты типа сепараторов могут
быть многоцелевого использования.
Производительность сепараторов L, л/ч, определяется по формуле
Бремера
L = 0,04faZpVn2, G.1)
где ? — кпд сепаратора; т — разделяемость, период в течение которого расчетная
частица твердой фазы выделяется из жидкости, с; Z — число межтарелочных прост*
ранств; р — коэффициент переполнения рабочего объема барабана сепаратора; V —
объем межтарелочного пространства, см3; п — частота вращения барабана, мин-1.
Оптимальная производительность сепаратора РТ-ОНС-4 составляла
3,5—4 м3/ч.
Фильтрование чаще всего используется как метод механического
обезвоживания осадков, а для их сгущения применяется крайне редко.
Конструкция барабанного фильтра-сгустителя показана на рис. 7.10.
В резервуаре находится вращающийся барабан, обтянутый
фильтровальной тканью с распределительным устройством. Подаваемый по
трубе возвратный фильтрат создает толчок, под действием которого
осадок отделяется от фильтровальной ткани и отводится по трубе.
Для сгущения осадков могут найти применение динамические
фильтры-сгустители (рис. 7.11), работа которых сейчас изучается. В
герметическом корпусе находятся неподвижные н вращающиеся
фильтрующие диски, обтянутые фильтровальной тканью. Подаваемый под
давлением осадок движется в зазорах между дисками к выходному
отверстию. При зигзагообразом движении осадок постепенно сгущается.
Фильтрат под давлением уходит во внутреннюю полость дисков. На
поверхностях дисков образуется слой осадка, который за счет вращения
постоянно разрушается. Фильтрование осуществляется через
взвешенный слой и фильтровальную ткань.
В Швейцарии были проведены опыты по сгущению активного ила на
17—179
257

динамическом фильтре. Пропускная способность 1 м2 площади
фильтрования составляла 0,3—0,5 мэ/ч (по илу) при давлении 0,5—1 МПа.
Влажность сгущенного ила достигала 75 %.
§ 39. АНАЭРОБНОЕ СБРАЖИВАНИЕ И АЭРОБНАЯ
СТАБИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ
Анаэробное сбраживание органических осадков производственных
сточных вод применяется для сырых осадков из первичных
отстойников, избыточного активного ила или для их смеси. Сброженный осадок
направляется на иловые площадки или подвергается механическому
обезвоживанию. В процессе метанового анаэробного сбраживания
одним из основных продуктов распада органических веществ осадка
является метан.
Сбраживание осадков проходит две фазы: кислую и щелочную. В
кислой фазе сбраживания сложные органические вещества осадка и
ила под действием внеклеточных бактериальных ферментов сначала
гидролизуются до более простых: белки — до пептидов и аминокислот,
жиры — до глицерина и жирных кислот, углеводы — до простых Сахаров.
В дальнейшем образуются конечные продукты — органические кислоты.
Во второй фазе щелочного или метанового сбраживания из
органических кислот образуются метан и угольная кислота.
Скорость распада органических веществ осадка зависит от их
химического состава, температуры, дозы загрузки, влажности осадков и
других факторов.
Для анаэробного сбраживания осадков сточных вод обычно
используют два температурных режима сбраживания: мезофильный при
температуре 30—35 °С и термофильный при температуре 52—55 °С.
Разумеется, для каждого вида осадков производственных сточных вод
необходимо экспериментально определять оптимальные условия сбраживания
(дозу загрузки, температуру и пр.). При этом следует учитывать то
обстоятельство, что в осадках могут содержаться вещества, которые
могут мешать процессу: ПАВ, соединения хрома, мышьяка, ионы тяжелых
металлов и пр.
В последние годы все более широкое распространение находит метод
аэробной стабилизации осадков, при котором происходит длительная
аэрация осадков либо ила в сооружениях типа аэротенков-стабилизато-
ров. Этот процесс, по сравнению с анаэробным сбраживанием осадков в
метатенках, отличается простотой, устойчивостью, взрывобезопасностью,
меньшими капитальными вложениями. Главным недостатком метода
аэробной стабилизации являются высокие энергетические затраты,
необходимые для продувки осадка воздухом, и малоэффективная работа
в холодное время года.
В практике применяется несколько технологических схем аэробной
стабилизации осадков.
Существует метод продленной аэрации или полного окисления, суть
которого состоит в длительном аэрировании ила и сточной жидкости. По
экономическим соображениям этот метод применим при очистке
сточных вод в количестве не более 1000 мэ/сут. Другим приемом является
метод раздельной стабилизации, по которому избыточный активный ил,
образовавшийся в результате очистки неотстоенной сточной жидкости,
направляется в стабилизатор. Распространен метод раздельной
обработки, по которому сырой осадок из первичных отстойников
обрабатывается в метантенках, а избыточный активный ил — в стабилизаторах.
Используется также схема, по которой на стабилизацию подается
уплотненный активный ил без рециркуляции. Подача на стабилизацию
уплотненного ила позволяет уменьшить объем стабилизатора.
Стабилизированные осадки либо илы обычно подсушиваются на иловых
площадках или подвергаются механическому обезвоживанию. Такие осадки или
258

илы обладают значительно лучшей влагоотдачей по сравнению с
сырыми или анаэробно сброженными осадками. Применяется схема
стабилизации с использованием центрифуг. По этой схеме осадок после
уплотнителя обезвоживается на центрифуге, а фугат направляется в
стабилизатор. Центрифугирование осадков производится без добавления
реагентов.
Технико-экономические сравнения анаэробного сбраживания и
аэробной стабилизации осадков показывают, что последняя экономичнее
для станции пропускной способностью до 50 тыс. м3/сут. При
пропускной способности 50—100 тыс. м3/сут оба метода равноценны, а при
пропускной способности более 100 тыс. м3/сут экономичнее анаэробное
сбраживание осадков.
СНиП П-32-74 рекомендуют применять аэробную стабилизацию
избыточного активного ила или смеси его с сырым осадком из первичных
отстойников. Продолжительность обработки в стабилизаторе
неуплотненного избыточного активного ила 7—10 сут; распад беззольного
вещества 20—30%; удельный расход воздуха 1 м3/(м3-ч). Для смеси
сырого осадка и ила продолжительность пребывания в стабилизаторе
равна 10—12 сут; распад беззольного вещества составляет 30—40%;
удельный расход воздуха 1,2—1,5 м3/(м3-ч).
Отстаивание стабилизированного осадка можно проводить в
отстойной зоне стабилизатора или в отдельных отстойниках. Иловая вода
возвращается в стабилизатор. Продолжительность отстаивания
принимается равной 1,5—2 ч.
Для каждого вида осадков производственных сточных вод данные
для расчета стабилизаторов следует устанавливать экспериментально.
§ 40. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ОСАДКОВ
Под кондиционированием осадков обычно понимают такой вид
обработки, при котором осадок изменяет структуру и формы связи воды,
благодаря чему лучше обезвоживается. Иными словами,
кондиционирование осадков — это процесс подготовки осадков к механическому
обезвоживанию.
В качестве метода кондиционирования осадков наибольшее
распространение получила реагентная обработка. Тепловая обработка, жидко-
фазное окисление, замораживание и оттаивание пока широкого
распространения не получили.
Реагентная обработка изменяет структуру осадка и улучшает его
способность отдавать влагу.
При коагуляции осадков обычно используют два или несколько
реагентов. При этом можно наблюдать три случая взаимодействия элек-
ния и хлорного железа); антагонизм электролитов, когда они как бы
независимо друг от друга (например, коагулянты сернокислого
алюминия и хлорного железа); антагонизм электролитов, когда они как бы
противодействуют друг другу и для коагуляции осадка их нужно
добавить в большем количестве, чем это требуется по правилу аддитивности;
синергизм электролитов, когда они как бы способствуют друг другу, а
для коагуляции их требуется меньшее количество, чем нужно по
правилу аддитивности. При реагентном кондиционировании осадков
производственных сточных вод по экономическим соображениям целесообразно
подбирать реагенты, проявляющие синергические свойства.
Для реагентной обработки обычно применяют коагулянты и флоку-
лянты минерального и органического происхождения. Из минеральных
коагулянтов чаще всего применяют соли железа, алюминия и др.
Используют также сочетание коагулянтов и реагентов, например хлорного
железа с известью. Вместо кристаллического хлорного железа можно
применять его раствор, являющийся отходом химических производств;
17« 259

вместо сульфата железа — более дешевый сульфат оксида железа, хо
тя для обработка осадков требуются при прочих равных условия?
большие его дозы.
Для обработки некоторых видов осадков применяют только одну
известь. Так, для кондиционирования осадков сточных вод предприятий
обрабатывающих цветные металлы, доза извести составляет 2%. В
зарубежной практике имеется опыт регенерации извести из золы,
образующейся при сжигании обезвоженных осадков.
Применяемые в настоящее время минеральные коагулянты
относительно дефицитны и дороги. Кроме того, их использование вызывает
определенные трудности в эксплуатации установок кондиционирования:
они коррозионны и относительно сложны при транспортировании,
хранении, приготовлении и дозировании.
Достаточно широкое применение за рубежом находят синтетические
флокуляиты. Они обеспечивают довольно высокую эффективность
кондиционирования и снижают расходы на эксплуатацию установок.
Различают катионные, анионные и неионные флокулянты.
В отечественной практике довольно широкое применение при
обработке осадков находит синтетический флокулянт — полиакриламид
^ПАА). Он применяется при обработке осадков сточных вод
аккумуляторных заводов, цехов гальванических покрытий машиностроительных
заводов, газоочисток конвертерных печей и пр.
Для обработки осадков, содержащих значительное количество
органических загрязнений (зольность 25—50%), обычно применяют
катионные флокулянты; при более высокой зольности—смесь катионных и
анионных флркулянтов; для сильноминерализованных осадков —
анионные соединения.
Наиболее рационально применение синтетических флокулянтов при
последующей обработке осадков на центрифугах. В зависимости от
вида осадка доза флокулянтов составляет 0,05—0,4 % массы сухого
вещества осадка. Обезвоживание осуществляется достаточно глубоко, и
влажность обезвоженного осадка может достигать 40—50%.
Исследованиями, проведенными в НИИ КВОВ АКХ им. К. Д.
Памфилова установлено, что для кондиционирования активного ила
наиболее эффективным является катионный флокулянт типа ВА. Однако при
обезвоживании осадка на вакуум-фильтре он обеспечивает снижение
влажности до 85%. Для сравнения заметим, что при
кондиционировании осадка хлорным железом и известью осадок, обезвоженный на
вакуум-фильтре, имеет влажность 72—80 %.
По зарубежным данным, для кондиционирования осадков хорошие
результаты дает комбинированное применение минеральных
коагулянтов и синтетических флокулянтов перед подачей осадка на фильтр-
пресс с дозой по сухому веществу: флокулянта 0,001—0,5%;
коагулянтов (хлорида железа, сульфата желе'за и др.) 0,5—10%. При
обезвоживании на фильтр-прессе влажность осадка составляет 37—64%.
С целью улучшения процесса обезвоживания используют
присадочные материалы, которые способствуют формированию жесткого скелета
на фильтровальной поверхности, препятствуют слипанию частиц осадка
н их деформации. В результате увеличивается пропускная способность
фильтров, лучше снимается обезвоженный осадок, а фильтрат
оказывается менее загрязненным: Обычно по массе добавляют три-четыре части
присадочного материала на одну часть твердой фазы осадка.
Практикуется также совместное применение присадочного материала и
химических реагентов.
. Широкое использование в качестве присадочного материала находит
зола, образующаяся при сжигании осадков. Так, по данным, получен-
вым на ряде установок в ФРГ, установлено, что пропускная способность
фильтр-прессов повышается на 40—50%. Исследованиями,
проведенными во ВНИИ ВОДГЕО, показано, что при обработке сырых осадков
МО

Рис. 7.12. Технологическая схема обработки осадка по методу Портеуса
хлоридом железа и известью с добавкой золы пропускная способность
вакуум-фильтров увеличивается в 2—3 раза.
Тепловая обработка считается перспективным методом, особенно для
органических осадков, имеющих зольность 30—40 %.
Сущность этого метода состоит в следующем. Осадок нагревается в
герметическом резервуаре типа автоклава до температуры 150—200 °С
и выдерживается 0,5—2 ч. Температура нагрева и продолжительность
выдерживания зависят от свойств осадка и определяются обычно
экспериментально. В процессе обработки до 40 % сухого вещества осадка
переходит в раствор. Осадок после тепловой обработки за короткий
период времени уплотняется до влажности 92—94 %• Объем уплотненного
осадка достигает 20—30 % первоначального. Осадок приобретает
хорошие водоотдающие свойства, стерилен. Уплотненный осадок хорошо
обезвоживается на вакуум-фильтрах (до 65—70%) и фильтр-прессах.
Так как в процессе тепловой обработки значительная часть
органического вещества осадка переходит в раствор, вода, отделенная при
уплотнении и обезвоживании, имеет высокую загрязненность (ее ХПК
достигает 10 г/л) и направляется обычно иа обработку в аэрационные
сооружения. Это требует увеличения их пропускной способности на
10—15%.
В настоящее время эксплуатируется большое число установок
тепловой обработки, имеющих производительность по осадку 50—2000 м3/сут.
Ряд фирм—«Дорр-Оливер» (ФРГ), «Портеус» (Англия), «Фон Ролл»
(Швейцария) и другие поставляет комплексное оборудование таких
установок.
На рис. 7.12 показана технологическая схема тепловой обработки по
методу Портеуса. По трубопроводу 1 осадок поступает в
резервуар-накопитель 2, откуда с помощью насоса высокого давления 3 подается в
теплообменник типа «труба в трубе» 4, где происходит нагрев
исходного осадка осадком, прошедшим тепловую обработку (минимальный
диаметр внутренней трубы 80 мм и наружной 150 мм; продолжительность
пребывания осадка в теплообменниках 5—10 мин). Затем осадок
вместе с паром, поступающим из паропровода 5, подается в реактор 6, в
котором и происходит собственно процесс тепловой обработки.
Парогазовая смесь, состоящая из диоксида углерода и азота, отводится по
трубопроводу 7. Обработанный осадок, пройдя теплообменник 4 и
устройство для снижения давления 8, направляется в уплотнитель 9. Надило-
вая вода по трубопроводу 12 подается на сооружения биологической
очистки. Уплотненный осадок насосом 10 перекачивается на вакуум-
фильтр, фильтр-пресс или центрифугу 11. Обезвоженный осадок
хорошо подсушивается на воздухе, он негигроскопичен и стабилен.
При тепловой обработке подвергаются частичному разрушению все
основные классы органических веществ, входящих в состав осадка;
происходит гидролиз макромолекул до простых составляющих: белки гид-
261

ролизуются до аминокислот, жиры — до свободных жирных кислот и
стиролов, крахмал — до низших Сахаров. Глубина распада веществ
зависит от температуры обработки. Наиболее легко распадается крахмал,
труднее жиры.
В процессе тепловой обработки существенно улучшаются
фильтрационные свойства осадков, поэтому обезвоженные осадки имеют
влажность 40—70%.
Выше отмечалось, что надиловая вода из уплотнителя и фильтрат из
обезвоживающего аппарата обычно направляются на очистку в аэро-
тенки. Но поскольку вода и фильтрат содержат около 30 % общего
количества биологически инертных загрязнений, после очистки в аэротенках
вода имеет повышенную ХПК и цветность. Для снижения величины
этих показателей предлагается проводить глубокую очистку воды на
фильтре, загруженном активированным углем. На некоторых станциях
надиловую воду выпаривают на многокорпусной вакуум-испарительной
установке. Конденсат сбрасывается1 на очистные сооружения, а
концентрированный сток из испарителей сжигается. Существует вариант
первоначально сбраживать надиловую воду в метантенках, а затем подавать
ее в аэротенки.
По технико-экономическим показателям тепловая обработка осадков
может конкурировать с другими методами обработки. Так, по данным
Союзводоканалпроекта, при сравнении двух вариантов (первый —
тепловая обработка и механическое обезвоживание осадков; второй —
сбраживание в метантенках, реагентная обработка и механическое
обезвоживание осадков) стоимость обработки 1 т сухого вещества осадка в
первом случае составляет 24,15 руб., а во втором—32,25 руб.
Метод тепловой обработки имеет ряд достоинств: осадок не
загрязняется реагентами; непрерывен процесс; осуществляется кондициониро
вание и стерилизация осадка; компактна установка. К недостаткам
можно отнести сложности конструктивного оформления, а также
эксплуатации установки (особенно теплообменников); трудности, возникающие
при очистке надиловой воды.
Жидкофазное окисление в зарубежной практике известно как метод
Циммермана. Напомним, что этот метод используется для подготовки
осадков к механическому обезвоживанию.
Сущность метода состоит в окислении органической части осадка
кислородом воздуха при поддержании в аппарате высоких температуры
и давления. О глубине процесса жидкофазного окисления органической
части осадка судят по снижению величины ХПК. В свою очередь
глубина процесса окисления зависит от температуры. Так, при температуре
200°С ХПК снижается на 50%; для снижения ХПК на 70% и более
необходимо поддерживать температуру 250—300°С. При окислении
органического вещества выделяется теплота. При обработке осадка
влажностью 96 % выделяемой теплоты достаточно для поддержания
заданного температурного режима.
На рис. 7.13 приведена технологическая схема установки
жидкофазного окисления осадков. По трубопроводу / в приемный резервуар
подается смесь сырого осадка и избыточного активного ила, которая
нагревается до температуры 45—50°С. Осадок насосами 3, 4
перекачивается через теплообменники 5, 6 в реактор 7, На входе в реактор
температура паровоздушной смеси составляет 240 °С. Из реактора смесь
продуктов окисления, воздуха и золы направляется в сепаратор 8 через
теплообменник 6. Эта смесь теряет часть теплоты, отдавая его
поступающему на обработку осадку. Выделяющиеся в сепараторе газы
выбрасываются в атмосферу или используются в турбогенераторе 9. Сжатый
воздух от компрессора 10 подается в напорный трубопровод. Осадок из
сепаратора проходит теплообменник 5 и отдает также часть теплоты
осадку, находящемуся в резервуаре. Охлажденный осадок направляется
262

Рис. 7.13.
Технологическая
схема
установки жидкофаз-
ного окисления
осадков
/ — подача
исходного осадка;
2 — приемный
резервуар; 3 —
питательный
насос; 4 — насос
высокого
давления; 5, 6 —
теплообменники;
7 — реактор; 8 —
сепаратор; 9 —
турбогенератор;
10 — компрессор
в уплотнитель и после уплотнения до влажности 95 °/о подается на
иловые площадки или на механическое обезвоживание. После вакуум-
фильтров влажность обезвоженного осадка достигает 60%. Сливная
вода из уплотнителя имеет ХПК, равную 5—6 г/л, и направляется на
обработку в аэротенки.
На очистной станции в Чикаго (США) был построен крупный цех с
установками жидкофазного окисления. В настоящее время этот цех
законсервирован из-за большого расхода энергии и трудностей в
эксплуатации.
В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработан проект
установки по жидкофазному окислению осадков для очистных сооружений
г. Дзержинска. Производительность установки по осадку 1000 м3/сут.
Проектное снижение ХПК—50 %.
На Лосино-Петровской фабрике ПОШ (Москва) в процессе жидко-
фазного окисления ХПК снижается на 90 % и происходит стерилизация
ШСВ при температуре 320 °С и давлении 20 МПа.
Замораживание и оттаивание сточных вод не находит широкого
применения. Сущность метода заключается в том, что при замораживании
часть связанной влаги переходит в свободную, происходит коагуляция
твердых частиц осадка и снижается его удельное сопротивление. При
оттаивании осадки образуют зернистую структуру, их влагоотдача
повышается. Замораживание производится при температуре от —5 до
— 10 °С в течение 50—120 мин.
Впервые этот метод изучен в Великобритании в 1961—1963 гг. для
обработки осадков водопроводных станций. Для замораживания
применялись аммиачные холодильные машины трубчатого типа. Оттаивание
и замораживание производились в одном резервуаре. При оттаивании
осадка резервуар играл роль теплообменника для охлаждения аммиака
после его компрессии.
На рис. 7.14 показана технологическая схема такой установки. В
заполненные осадком резервуары 1 подается жидкий аммиак, который,
испаряясь в трубках, замораживает осадок. Пары аммиака из трубок
через вакуумный отделитель поступают в компрессор и через
маслоотделитель направляются в промежуточный теплообменник 6. Здесь пары
конденсируются с выделением теплоты. Теплый аммиак проходит через
трубки резервуара 7 для оттаивания, куда заранее подается
замороженный осадок. Жидкий аммиак из резервуара направляется в вакуумный
отделитель, а оттуда в резервуары /.
В НИИКВОВ проводились исследования по искусственному
замораживанию и оттаиванию осадков сточных вод в холодильных установках
с теплообменниками поверхностного типа. В исследованиях
использовались серийные испарители панельного типа, выпускаемые московским
заводом «Компрессор». Установлено, что процесс намораживания ооад-
ка происходит интенсивно при толщине слоя до 20 мм.
263

1—*—У
X
1
X
і
1
X
X
—У-
У—<¦*——
1
: •—і у
1
11 п м і П и
ІІІІІІІІІН
ІІІМІІІІМ
1
П"
1
г
і
III!
1
.._L._
II
ІІІІ
j
Рис. 7.14. Технологическая схема установки для заморажийания и оттаивания осадка
/ — резервуары для замораживания осадка; 2 — насос; 3 — вакуумный отделитель; л —
маслоотделитель; 5 — компрессор; 6 — промежуточный теплообменник; 7 — резервуар для оттаивания осадка
На рис. 7.15 приведена
принципиальная схема холодильной
установки с использованием
панельных льдогенераторов.
Процесс обработки осаіка
непрерывный при периодической работе в
режимах замораживания и
оттаивания. Жидкий холодильный
агент подается в панельные,
аппараты 3 и 4 через регулируемые
вентили РВ-2 и переключатели
режимов В-2 и кипит при отводе
теплоты от замораживаемого
осадка. Пары отсасываются
компрессором нижней ступени,
сжимаются до давления конденсации
в плавителе и после охлаждения
в нем направляются в аппараты
/ и 2, работающие в режиме
оттаивания. Здесь пары
холодильного агента конденсируются, а
осадок оттаивает.
Конденсат из льдогенераторов
передавливается в ресивер,
откуда поступает через вентиль В-4 в
льдогенераторы, работающие в
режиме замораживания. Часть
агента, не сконденсированного в
льдогенераторах при оттаивании
осадка, отсасывается
компрессором верхней ступени,
конденсируется при охлаждении внешним
источником в конденсаторе и
после дросселирования в промежу-
раздачи жидкого холодильного
Рис. 7.15. Принципиальная схема
холодильной установки непрерывного действия для
обработки осадков с использованием
льдогенераторов панельного типа
1 — подача осадка на обработку. II — отвод
осадка после обработки; ;—4 — панельные
льдогенераторы; 5. 8 — компрессоры нижней и
верхней ступени; 6 — ресивер; 7 — конденсатор; 9 —
плавитель
точном сосуде подается в коллектор
агента по льдогенераторам.
Исходный осадок после рекуперативного теплообмена с оттаявшим
осадком подается в Льдогенераторы по распределительному коллектору
через вентили В-6, а полученный после таяния осадок отводится из
льдогенераторов через вентили В-7. Переключение льдогенератора с
режима замораживания на режим оттаивания осуществляется
автоматически с помощью вентилей В-1 и В-2.
264

Вентиль В-5 служит для
выравнивания давления в паровой
линии между ресивером и
панельным аппаратом, а вентиль В-3—
между ресивером и
промежуточным сосудом.
Схема с панельными
льдогенераторами позволяет применять
стандартное серийное
оборудование. Использование внутренней
рекуперации теплоты при
переходе с режима замораживания на
режим оттаивания обеспечивает
снижение расхода
электроэнергии на обработку осадка. К
недостаткам этой схемы относятся:
цикличность работы
льдогенераторов, что требует затрат
энергии на периодический нагрев и
охлаждение конструкций
льдогенераторов; необходимость
ведения процессов теплообмена через
разделительную поверхность, что
снижает энергетические показатели, увеличивает
Рис. 7.16. Установка барабанного типа для
замораживания и оттаивания осадка
/ — подача осадка: 2 — поддон; Я — регулирую-
ющий нож; 4 — барабан-испаритель; 5 — нож;
6 — регулирующий вентиль; 7 — ороситель; 8 —
сквозные отверстия; 9, И, 13 — трубопроводы
холодильного агрегата; 10 —
решетка-конденсатор; 12 — компрессор
установки и
массу
первоначальные затраты на теплообменное оборудование.
Фирмой «Линде» (ФРГ) предложена установка барабанного типа
(рис. 7.16). Замораживание производится на поверхности
вращающегося барабана, который частично погружен в поддон с исходным осадком,
подаваемым по трубопроводу /. Толщина слоя намораживаемого
осадка регулируется ножом 3. Замороженный осадок снимается с
поверхности барабана ножом 5. Снятые кусочки осадка оттаивают на наклонной
пустотелой решетке со сквозными отверстиями. Из компрессора по
трубопроводу 11 в решетку нагнетается разреженный холодильный агент,
отсасываемый из барабана по трубопроводу 13. Охлажденный газ по
трубопроводу 9 через регулирующий вентиль возвращается в барабан.
В период пуска установки решетка дополнительно охлаждается водой
из оросителя. _.
После оттаивания осадок обычно уплотняется, а затем
подсушивается на иловых площадках. Уплотненные осадки имеют влажность 80—
85%, а после подсушивания на иловых площадках 50—60 %•
Исследование химически обработанных осадков ШСВ
замораживанием с последующим оттаиванием в естественных условиях фабрики
ПОШ Омска было выполнено в МИСИ им. В. В. Куйбышева.
Химический осадок после оттаивания и взбалтывания через 5—7 мин
уменьшился в объеме в 5 раз, в дальнейшем уплотнения не
происходило. Влажность при этом уменьшалась с 95 до 75 %¦ Относительно
высокое удельное сопротивление химического осадка после размораживания
резко снизилось до #=0,02-1010 см/г, и поэтому осадок легко отдавал
воду. После оттаивания химический осадок приобретал зернистую
структуру.
Теплотехнические и технологические расчеты показали, что для
обеспечения нормальной работы иловых морозильных площадок в
условиях Омска при продолжительности периода с температурой ниже
—10°С, равной 3600 ч, для типовой фабрики ПОШ необходима общая
площадь 10 га.
Предварительное замораживание сырого осадка ШСВ
способствовало заметному увеличению производительности вакуум-фильтра по
сухому веществу.
Чем больше доза вводимых реагентов, тем больше эффективность
265

предварительного замораживания. При введении реагентов до
замораживания (нрс-коагуляция) в обычный сырой осадок сточных вод
фабрик ПОШ (например, глинозема в сочетании с известью) и
последующем замораживании после оттаивания наблюдается резкое увеличение
влагоотдачи таким осадком и значительное повышение
производительности вакуум-фильтров (до 100 %).
§ 41. СУШКА ОСАДКОВ НА ИЛОВЫХ ПЛОЩАДКАХ
И МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ
Сброженные в метантенках осадки подсушиваются обычно на
иловых площадках или в иловых прудах. Этот метод находит довольно
широкое распространение, но надо полагать, что со временем он будет
вытесняться такими более совершенными методами обезвоживания, как
вакуум-фильтрование, центрифугирование, фильтр-прессование.
Для подсушивания осадка в естественных условиях на иловых
площадках или в иловых прудах требуются большие территории. Если
применяется механическое обезвоживание осадков, то иловые площадки
устраиваются в качестве аварийных сооружений. Потребная площадь
иловых площадок определяется из условия подачи на них 20—25 %
годового количества осадка. В настоящее время применяются иловые
площадки на естественном основании без дренажа и с дренажем, на
искусственном дренирующем и асфальтобетонном основаниях, каскадные
иловые площадки с отстаиванием и поверхностным удалением иловой
воды, площадки-уплотнители, площадки с механическим удалением
осадка.
При подсушивании осадка на иловых площадках протекают
следующие процессы: уплотнение осадка и удаление жидкой фазы с
поверхности, фильтрование жидкой фазы через слой осадка и ее удаление с
помощью дренажа, испарение жидкости со свободной поверхности осадка.
Нагрузка на иловые площадки зависит от их конструкции,
климатических условий, гранулометрического состава твердой фазы осадка, его
влагосодержания и др. Осадок на иловых площадках, особенно в
средней полосе европейской части СССР, на севере и в Сибири, подсыхает
медленно. Так, на иловых площадках на естественном основании
каскадного типа с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды
на Курьяновской станции аэрации (Москва) осадок подсыхает до
влажности 75—80 % в течение 3—6 лет.
Для интенсификации работы иловых площадок и повышения
нагрузки на них можно проводить предварительную промывку труднофильтру-
ющихся осадков очищенной сточной жидкостью, коагуляцию осадков
химическими реагентами, а также замораживание и последующее
оттаивание осадков.
Предварительная промывка осадка позволяет увеличить нагрузку на
иловые площадки на 70%, а использование химических реагентов или
присадочных материалов при подсушивании осадков способствует
увеличению нагрузки на иловые площадки в 2—3 раза.
Опыт длительной эксплуатации иловых площадок показывает, что
обезвоживание осадков сточных вод после их зимнего замораживания и
весеннего таяния идет более интенсивно. Улучшение обезвоживания
осадков после их весеннего таяния объясняется изменениями физико-
химической структуры осадков, перераспределением форм связи влаги,
увеличением количества свободной влаги. В процессе таяния осадка
на поверхности иловых площадок образуется слой относительно чистой
воды (примерно около 80 % первоначального объема осадков,
поданного на площадки). Нагрузка на иловые площадки должна быть
дифференцированной в зависимости от климатических условий и обеспечивать
полное промораживание осадка на всю глубину. Для равномерного
отвода воды с площадок водоотводящие колодцы с водосливами необходи-
266

Рис. 7.17. Барабанный вакуум-фильтр
/ — цилиндрический барабан; 2 —
распределительная головка; 3 — камеры распределительной
топов**. 4 — otwwmwA ¦(Ют.змж.тар, 5 —гинч*а\
б — нож для съема осадка; 7 — корыто с
осадком; в — зона фильтрования; 9 — зона просушки;
/O — зона съема осадка; /У—зона регенерации
ткани
мо устраивать по периметру карт
на расстоянии 30—50 м друг от
друга.
После механического
обезвоживания осадков улучшаются
условия их транспортирования или
утилизации. Этот метод может
служить также этапом
подготовки осадков к последующей
сушке или сжиганию. При
механическом обезвоживании
применяются фильтры различных
конструкций или центрифуги.
Фильтрование. Этот процесс
обычно осуществляется на
вакуум-фильтрах, листовых фильтрах,
фильтр-прессах и виброфильтрах.
На вакуум-фильтрах удаляется
около 80 %, на листовых
фильтрах— 90%, на фильтр-прессах—
98 %, на гравитационных и
виброфильтрах— 60—70% общего
количества связанной воды,
содержащейся в осадках. Выбор
типа фильтра определяется технико-экономическими расчетами и
зависит главным образом от условий последующего использования или
дальнейшей обработки осадков.
Вакуум-фильтры для обезвоживания осадков нашли наибольшее
распространение по сравнению с другими аппаратами. На них можно
обрабатывать практически любые виды осадков. Различают
барабанные со сходящим полотном, дисковые и ленточные вакуум-фильтры.
Барабанный вакуум-фильтр (рис. 7.17) —вращающийся
горизонтально расположенный барабан, частично погруженный в корыто с осадком.
Барабан имеет две боковые стенки: внутреннюю сплошную и
наружную перфорированную, обтянутую фильтровальной тканью.
Пространство между стенками разделено на 16—32 секции, не сообщающиеся
между собой. Каждая секция имеет отводящий коллектор, входящий в
торце в цапфу, к которой прижата неподвижная распределительная
головка. В зоне фильтрования осадок фильтруется под действием вакуума.
Затем осадок просушивается атмосферным воздухом. Фильтрат и
воздух отводятся в общую вакуумную линию. В зоне съема осадка в
секции подается сжатый воздух, способствующий отделению обезвоженного
осадка от фильтровальной ткани. Осадок снимается с барабана
ножом. В зоне регенерации ткань продувается сжатым воздухом или
паром. Для улучшения фильтрующей способности ткани через 8—24 ч
работы фильтр регенерируют — промывают водой, ингибированной
кислотой или растворами ПАВ.
В табл. 7.4 дана характеристика барабанных вакуум-фильтров,
выпускаемых отечественной промышленностью. Данные, характеризующие
работу барабанных вакуум-фильтров при обезвоживании осадков
производственных сточных вод, приведены в табл. 7.5.
В последнее время находят применение барабанные вакуум-фильтры
со сходящим полотном. Они выпускаются отечественной
промышленностью и рядом зарубежных фирм. В этих фильтрах регенерация
фильтровальной ткани производится непрерывно. Применение их особенно
эффективно в тех случаях, когда обезвоживанию подвергаются осадки
производственных сточных вод, по своей структуре способные быстро
заиливать фильтровальную ткань, а также сырые осадки.
Барабанный вакуум-фильтр со сходящим полотном имеет регенера-
267

ционный узел (рис, 7.18). Кек, образовавшийся на фильтровальной
ткани, при прохождении последней через отдувочно-разгрузочныи ролик 4
снимается ножом. Перед подходом к ножу происходит отдувка ткани
ТАБЛИЦА 7.4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БАРАБАННЫХ ВАКУУМ-ФИЛЬТРОВ
Показатель
Площадь поверхности
фильтрования, м3 . ...
Диаметр барабана, мм . .
Длина барабана, мм . . .
Частота вращения
барабана, мии-1 ; .
Объем жидкости в
корыте, л
Мощность
электродвигателя привода барабана, кВт
Марки фильтра
БОУ-5-1,75
5
1762
960
0,13—2
1300
1.1
БОУ-Ю-2,6
10
2612
1350
0,13—2
2700
2,2
БОУ-20-2,6
20
2612
2702
0,13—2
4200
3
БОУ-40-3-4
40
3000
4400
0,44—1,18
3000
3,3—4,1
БОУ-40-3-7,
БОУ-40.3-9
40
3000
4400
0,15—1,5
3000
4
Примечания: 1. Заводы-нзготовнтели фильтров БОУ-5-1,75; БОУ-10-2,6;
БОУ-20-2,6 — Уральский завод химического машиностроения, а фильтров БОУ-40-3-4,
БОУ-40-3-7, БОУ-40-3-8 — Пензенский завод химического машиностроения.
2. фильтры БОУ-40-4-7 (правый) и БОУ-40-3-8 (левый) предназначены для
обезвоживания осадков городских сточных вод.
ТАБЛИЦА 7.5. ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ БАРАБАННЫХ ВАКУУМ-ФИЛЬТРОВ
Осадок сточных аод
Городских
Сероулавливающих установок
агломерационных фабрик
Станций нейтрализации
металлообрабатывающих
предприятий
Свиицово-цинковых заводов
Аккумуляторных »
Предприятий обработки
цветных металлов
Цехов гальванических
покрытий машиностроительных
заводов
Систем газоочистки от печей:
доменных
конвертерных
Производство фосфорных
удобрений
Целлюлозно-бумажных
предприятий
Фабрик ПОШ
Производства синтетических
Гидролизно-дрожжевых
заводов
Химических заводов
Производства пластмасс
> вискозного
волокна
Производства искусственного
волокна
Нефтеперерабатывающих за-
водоа
Доза химических ре-
агентоа, % массы
сухого вещестаа осадка
FeCl3—2—9,
СаО—6—25
—
—
ПАА—0,1—0,16
СаО—2
ПАА—0,1—0,33
—
ПАА—0,01
—
FeCl3—10;
СаО—20
A12(SO4K—3—6;
СаО—10—13
—
FeCl3-2;
СаО—15
— .
—
FeCI3—3—5;
СаО—3—6
FeSO4 илн
FeCl3—8—14;
СаО—2—5
FeCl3 или
FeSO4—2—6;
СаО—2—5
Удельная

производительность, кг/
8—40
35—90
3,5—5,5
75—125
20—25
23
20
60—200
100—180
11—24
13—30
35—45
9—21
3—6
20—30
10—16
8—10
5—6,5
16—30
Влажность осадка, %
исходная
93—97,5
50—90
84—92
70—80
94—95
98
95
60—80
60—70
90—96
96—98
98,6
97—98
92—96
95
96—97,5
97—97,5
98,5
96,4
обезао-
женного
72—87
27
66—87
65—68
78—81
42
81—85
25—35
25—38
76—80
87—95
52—58
75—80
73—75
68—70
84
80—85
93,5
85-87
гее

воздухом, поступающим из
ролика 4. Затем ткань промывается с
двух сторон водой, подаваемой
из насадок, очищается
вращающейся щеткой и дополнительно
промывается водой, подаваемой
через щель. Промывочная вода
отводится в канализацию. Через
ролик 3 регенерирования ткань
возвращается на поверхность
барабана и фильтроцикл
повторяется. При недостаточной
регенерации ткани водой в
разбрызгиватели может подаваться инги-
бированная соляная кислота.
Ниже в качестве иллюстрации
приводятся данные по
обезвоживанию на вакуум-фильтрах
некоторых видов осадков
производственных сточных вод.
Шламы мокрой доменной
газоочистки заводов черной
металлургии образуются при
осветлении в отстойниках. При обезво^
живании мелкодисперсных шла-
мов удельная производительность
барабанного вакуум-фильтра 60—
200 кг/(м2-ч) при влажности ке-
ка 25—35%; величина вакуума
46,7—60 кПа; частота вращения
барабана 3,5—5 мин. Также
успешно обезвоживаются шламы
конвертерных газоочисток,
осадки свинцово-цинковых заводов,
заводов обработки цветных
металлов, гидролизно-дрожжевых
заводов, производств вискозного
волокна, синтетического каучука
и других предприятий (см. табл. 7.5)\
Рассмотрим более подробно результаты опытов по обезвоживанию
осадков сточных вод кожевенных заводов и фабрик первичной
обработки шерсти.
Хромсодержащие стоки кожевенного производства содержат в
высоких концентрациях грубодисперсные примеси, ПАВ, жиры, сульфиды,
белковые вещества и пр. Экспериментальные исследования по
обезвоживанию хромсодержащих сточных вод проводились на базе
Осташковского кожевенного завода, где высадка оксида хрома производилась
кальцинированной содой. В среднем исходный осадок характеризовался
следующими показателями: влажность 93—95%, зольность 85%,
рН==8-ь9, содержание хрома 30—40 г/л. По гранулометрическому
составу осадок мелкодисперсный: частиц размером 0,05—0,1 мм—58%;
менее 0,05 мм—36%. Удельное сопротивление осадка составляло от
4-10шдо 10-1010 см/г при вакууме 53,3 кПа, исходной влажности 93—
95 % и температуре 20—22 °С. Хромсодержащие осадки относятся к
категории сжимаемых.
Экспериментами установлены оптимальные параметры работы
вакуум-фильтра: величина вакуум 53,3 кПа> продолжительность фильтрации.
75 с, сушки 15 с, удельная производительность 19,7 кг/(м2-ч), влаж-.
ность кека 82,3%, толщина слоя осадка 2 мм, содержание трехвалент-
269
Рис. 7.18 Схема регеиерационного узла
вакуум-фильтра со сходящим полотном
/—барабан фнльтра; 2 — фильтровальная ткань;
3 — возвратный ролик; 4 — отдувочно-разгрузоч-
ный ролик; 6 — воздухопровод; 6 — нож; 7 —
щетки; « — желоб промывной воды: 9, IS — насадки;
/О —натяжной ролнк; // — труба со щелью для
промывка ткани

І.кг/(м'ч)
J
25% і
Сап ^
,
L-—-7 '
J
' г —
4
—
Cat?
го '¦
го
Рис. 7.19. Зависимость
производительности вакуум-фильтра от
дозы коагулянта
Рис. 7.20. Схема сооружений
механического обезвоживания
осадков сточных вод фабрик ПОІІІ
ного хрома в фильтрате 50—60 мг/л.
В качестве фильтрующих тканей
рекомендуется применять фильтромиткаль,
фильтро-бельтинг, фильтро-диагональ.
Установлено, что при подогреве осадка
до температуры 80 °С производительность
вакуум-фильтра возрастает более чем в
2 раза. Попытка введения в осадок
органических полиэлектролитов — полиакри-
ламида (ПАА), полиэтиленимина (ПЭИ)
и флокулянта ВА — с целью повышения
производительности вакуум-фильтра не
привела к положительным результатам.
На фабриках первичной обработки
шерсти осадки, образующиеся при мытье
шерсти мылом и содой, не поддаются
успешной обработке на вакуум-фильтре
без предварительной обработки
реагентами— хлоридом или сульфатом железа,
глиноземом, известью и пр. Для
обработки этих осадков, как показали
эксперименты, в качестве реагента наилучшим
оказался глинозем.
Осадки шерстомойных сточных вод
(ШСВ) характеризуются высоким
содержанием шерстного жира, который
быстро зажиривает ткань
вакуум-фильИ
1 — первичный отстойник; 2, 3 — ме-
тантенки соответственно І н II
ступени; 4 — нторнчиый отстойник; 5 — ре-
зервуар-усреднитель; 6 — камера
коагулирования; 7 - вакуум-фильтр; Я— Тра. ИзбеЖЭТЬ ЗаЖИрИВЭНИЯ ТКЭНИ МОЖ-
.транспортер для кем: 9 - отвод филь- HQ двумя путями;
добавлением глинозема в таких
количествах, чтобы все частицы осадка (в
том числе и шерстного жира) были полностью скоагулированы; однако
это привело бы, с одной стороны, к перерасходу высокоэффективного
(относительно дорогого) коагулянта, а с другой — к быстрой коррозии
аппаратуры, поскольку вакуум-фильтрация осадка осуществляллась бы
при значениях рН<5;
введением присадочного материала, который переводил бы шерстный
жир из эмульгированного и мелкодисперсного состояния в такое, при
котором он теряет способность зажаривать ткань.
Присадочным материалом является известь. В осадках ШСВ
шерстный жир и грязь находятся в виде частиц разной величины, покрытых
мыльной пленкой, препятствующей соединению частичек жира и грязи
и их укрупнению. При добавке извести эта пленка разрушается, так как
образуются нерастворимые кальциевые мыла.
На процесс вакуум-фильтрации действуют различные факторы.
Исследование влияния подогрева коагулянтов перед их введением в
осадок, а также очередности и способа введения коагулянтов даст
возможность выявить и разработать те условия обработки- осадков, при
которых можно достигнуть максимальной эффективности
реагентов.
В процессе исследований определялась производительность вакуум-
фильтра L при последовательном и совместном введении реагентов (рис.
7.19). При введении извести после глинозема производительность
вакуум-фильтра оказалась наивысшей (кривая 2), особенно при подогреве
реагента до температуры 80 °С (кривая 1). Совместное поступление
перемешанных реагентов дает самое низкое значение производительности
(кривая 4). При раздельной подаче глинозема после извести (кривая
3) производительность вакуум-фильтра достигла промежуточных
значений. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее эф-
270

фективно последовательное использование коагулянтов с интервалом в
2—3 мин.: сначала глинозема, затем извести.
Схема сооружений механического обезвоживания осадков мыльно-
содовых ШСВ на Омской фабрике первичной обработки шерсти (ПОШ)'
показана на рис. 7.20. ШСВ, прошедшие песколовки, отстаиваются в
первичных отстойниках, где образуется сырой осадок влажностью 90 %
в количестве 95 м3 в 1 сут. Далее сточные воды ПОШ проходят метан-
тенки I и II ступени и вторичный отстойник и направляются в городскую
канализацию. Из метантенка II ступени удаляется избыточный
сброженный ил в количестве 40 м3 в 1 сут влажностью 91 %. Осадок
влажностью 97 % в количестве 65 м3 в 1 сут удаляется из вторичного
отстойника. Осадки из отстойников, а также избыточный активный ил подаются
в резервуар-усреднитель, затем в камеру коагулирования и на вакуум-
фильтры БОУ-40-3-4. Обезвоженный осадок влажностью 65 % и
зольностью 70 % по транспортеру подается в бункер и затем вывозится. В
сутки на обезвоживание подается 200 м3 смеси осадка (из отстойников
и метантенка) влажностью 92 %, в которой содержится 15,7 т сухого
вещества. Оптимальные дозы реагентов составляют: глинозема 0,75%,
извести 15 %. Ежесуточно расходуется около 10 т реагентов.
Дисковые вакуум-фильтры имеют площадь поверхности
фильтрования 9—100 м2 и применяются чаще всего для обработки осадков
сточных вод предприятий черной металлургии и угольной промышленности.
Диски фильтра, обтянутые с обеих сторон фильтровальной тканью,
расположены на горизонтальном вращающемся валу, внутри которого
расположены коллекторы, отводящие фильтрат. В зависимости от
производительности фильтра число дисков изменяется от 2 до 12.
Преимущество дисковых вакуум-фильтров перед барабанными
состоит в том, что занимают меньшую площадь.
Ленточные вакуум-фильтры принимают для обезвоживания быстро
расслаивающихся осадков, преимущественно минерального
происхождения, таких как окалина, осадки газоочисток доменного и
конвертерного цехов.
Фильтр (рис. 7.21) имеет бесконечную резино-тканевую ленту,
натянутую на двух барабанах, и фильтровальный стол. Щелевое
отверстие, расположенное посередине стола, сообщается с вакуум-камерой.
Лента имеет поперечные рифления и продольные сквозные прорези.
Фильтровальная ткань укладывается- на ленту и закрепляется в пазах
резиновым шнуром. Верхняя рабочая ветвь ленты протягивается по
столу так, что ее продольные прорези совпадают с щелевым
отверстием стола. Фильтрат отводится с внутренней стороны ткани по
поперечным пазам и через продольные отверстия поступает в вакуум-камеру и
сборный коллектор. При фильтровании быстро осаждающиеся крупные
частицы образуют подслой, который улучшает условия фильтрования и
повышает производительность фильтра.
Выпускаемые бердичевским заводом химического машиностроения
«Прогресс» ленточные фильтры имеют площадь поверхности
фильтрования 1,6—10 м2.
Листовые фильтры типа ЛВАв (листовой вертикальный
автоматизированный с вибровыгрузкой осадка) могут служить для обезвоживания
различных осадков.
Фильтр (рис. 7.22) представляет собой герметичный корпус с
поворотной заслонкой. Внутри корпуса размещены фильтровальные
элементы (листы) — плоские стальные коробки, обтянутые фильтровальной
тканью с перфорированными боковыми поверхностями. Каждый лист
имеет трубку для отвода фильтрата в коллектор.
Подача осадка на фильтр центробежным насосом прекращается
после образования на фильтрующей поверхности определенного слоя, что
контролируется по времени подачи осадка на фильтрацию или по
количеству отведенного фильтрата. Затем в фильтр подается сжатый воздух или
271

Phq. 7.21. Ленточный вакуум-фильтр
/ — фильтровальная ткань; 2 — направляющие для фильтровальной ткани; 3 — барабаны; 4 —
лоток для подачи осадка; 5 — фильтровальный стол; 6 — прорезиненная лента; 7 — сборный
коллектор фильтрата; 8 — поперечный желоб для отвода фильтрата; 9 — продольная прорезь; 10 —
направляющие для ленты; 11 — резиновый ишур
Рнс. 7.22. Листовой фнльтр
/ — фильтровальные элементы; 2 — сборный
коллектор; 3 — анброударное устройство; 4, 6 —
штуцера для подачи аоздуха на просушку; 5 —
штуцер для выпуска воздуха; 7—паровая
рубашка; 8 — штуцер для подачн н слнва осадка;
9 — разгрузочное отверстае с поворотной заслон-
Рнс. 7.23. Схема действия фнльтр-прес-
са ФПАКМ с горизонтальными
камерами
пар. Одновременно из фильтра удаляется избыток неотфильтрованного
осадка. Путем отдувки воздухом или паром обезвоженный осадок
снимается с фильтровальной ткани.
Фильтры ЛВАв компактны, имеют высокую производительность,
позволяют автоматизировать весь процесс фильтрования.
Продолжительность фильтроцикла и отдельных его операций для
каждого вида осадка должна быть экспериментально установлена
заранее или в процессе наладки фильтров.
Фильтр-прессы находят довольно широкое распространение для
обезвоживания осадков производственных сточных вод. Их применяют
для обработки сжимаемых аморфных осадков. По сравнению с вакуум-
фильтрами при прочих равных условиях после обработки на фильтр-
прессах получаются осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы
применяют в тех случаях, когда осадок направляют на сушку или сжигание
или когда для дальнейшей утилизации необходимо получить осадки с
минимальной влажностью.
Различают рамные, камерные типа ФПАКМ, ленточные, барабанные
и винтовые (шнековые) фильтр-прессы.
Рамный фильтр-пресс имеет набор вертикально расположенных
чередующихся плит и рам. Между поверхностями плит и рам проложена
272

Рис. 7.25. Горизонтальный ленточный пресс
/ — подача осадка; 2 — прижимная лента; 3 —
емкость для обезвоженного осадка; 4 — подача
промывной воды; 5 — отвод фильтрата и
промывной воды; 6 — фильтрующая лента
Рис. 7.24. Фильтр-пресс ФПАКМ
/ — верхняя часть плиты; 2 — перфорированный лист; 3— камера для приемая фильтрата; 4—
нижняя часть плиты э виде рамы; 5 — камора для осадка; 6 — эластичная водонепроницаемая
диафрагма; 7 — фильтровальная ткань; 8. J0, 13 — каналы; 9 — коллектор для подачи осадка; II —¦
коллектор для отвода фильтрата н воздуха; 12 — полость для воды
фильтровальная ткань. Сначала
собирают комплект рам и плит,
загружают камеры осадком и
отжимают его. Затем рамы и
плиты поочередно отодвигают и обез-
воженый осадок сбрасывают в
бункер. Рамные фильтр-прессы
имеют низкую
производительность. Кроме того, выгрузка
осадка из фильтра обычно
производится вручную.
На очистных сооружениях
Волжского автомобильного
завода работают два рамных фильтр-
пресса фирмы «Пассавант».
Площадь фильтрования
каждого фильтра 120 м2. Пропускная способность 1 м2 площади
поверхности фильтра по сухому осадку 25 кг/ч; влажность обезвоженного
осадка 60 %¦
На Осташковском кожевенном заводе обезвоживание хромсодержа-
щих осадков сточных вод производится на рамном фильтр-прессе с
площадью поверхности фильтрования 16 м2. Фильтрующая ткань —
хлопчатобумажное сукно. Производительность 18 кг/(м2-ч) по сухому
веществу, влажность кека 72—78 %, содержание хрома в кеке 86—160 г/л, в
фильтрате 40—60 мг/л.
Фильтр-прессы ФПАКМ ((фильтр-пресс автоматический камерный
модернизированный) находят довольно широкое распространение. Они
выпускаются промышленностью серийно и имеют площадь поверхности
2,5—50 м2.
Схема действия этого пресса представлена на рис. 7.23. Фильтр
состоит из нескольких фильтровальных плит / и фильтрующей ткани 3,
протянутой между ними с помощью направляющих роликов 2,
Поддерживающие плиты 4 связаны между собой четырьмя вертикальными
опорами, воспринимающими нагрузку от давления внутри фильтровальных
плит. В натянутом состоянии ткань поддерживается с помощью
гидравлических устройств.
Каждая фильтровальная плита (рис. 7.24) состоит из верхней и
нижней части. Верхняя часть перекрыта перфорированным листом, под ко-
18—179 273

торым находится камера для приема фильтрата. На перфорированном
листе находится фильтровальная ткань. Нижняя часть плиты
представляет собой раму, которая при сжатии плит образует камеру, куда
подается осадок. Между верхней и нижней частями фильтровальных
плит расположены эластичные водонепроницаемые диафрагмы.
В камеру 5 по коллектору 9 подаются осадок и воздух (положение
А). По каналам 13 фильтрат и воздух отводятся в коллектор И. Затем
осадок отжимается диафрагмой, для чего в полость нагнетается вода
под давлением (положение Б). После этого раздвигаются плиты
(положение В), передвигается фильтровальная ткань и кек снимается с нее
ножами. Ткань промывается и очищается в специальном устройстве.
При необходимости перед подачей на фильтр-пресс в осадок
вводятся химические реагенты — хлорное железо, известь, полиакриламид
и др.
В табл. 7.6 приведены показатели работы фильтр-прессов при
обработке некоторых видов осадков сточных вод.
ТАБЛИЦА 7.6. ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ФИЛЬТР-ПРЕССОВ
Осадок сточных вод
Доза химических
реагентов,%
Удельная

производительность,
КГ/(М2-Ч)
Влажность осадка, %
исходного
обезвоженного
Городских
Литейных цехов
Сероулавливающих установок
агломерационных фабрик
Станций нейтрализации
металлообрабатывающих
предприятий
Предприятий обработки
цветных металлов
Систем газоочистки пёчей:
доменных
мартеновских
ферросплавных
Производства огнеупоров
Стекольного производства
Тепловых электростанций
Производства фосфорных
удобрений
Целлюлозно-бумажных
предприятий
Фабрик ПОШ
Производства синтетических
каучуков
FeCl3—2—9;
СаО-6—25
ПАА
СаО—2
14—17
20—30
185—335
36
13—14
110—160
25—30
80—90
2С—60
50
72
1,8—3,6
2,5-6
10
10—15
93-97,5
85—90
60—85
88
98
85—90
95-96
88-90
75,5—82,5
99
88
90—96
95—98
99,6
97—98
42—56
40—50
17
75
33
20—25
18—20
35—40
27-35
16
40
41—61
71-80
73
63—75
Ленточные прессы относительно просты и по конструкции и в
эксплуатации. Принципиальная схема горизонтального пресса показана на
рис. 7.25. Пресс имеет нижнюю горизонтальную фильтрующую ленту и
верхнюю прижимнуюлешу. Фильтрование и отжим осуществляется в
пространстве между этими лентами. Обезвоженный осадок срезается ножом
и сбрасывается на транспортер. Фильтрующая лента промывается
водой., подаваемой по трубопроводу 4. Фильтрат и промывная вода
отводятся по трубопроводу 5. Имеются также конструкции вертикальных
ленточных фильтр-прессов.
Барабанный фильтр-пресс типа «Юнсон» конструктивно сочетает в
себе гравитационный ленточный фильтр и барабанный пресс.
Винтовые прессы служат для обезвоживания предварительно
сгущенных суспензий.
На очистных сооружениях Рязанского картоино-рубероидного
завода сравнивалась работа шнек-пресса с работой* центрифуги ОГШ-325,
274

на которые подавался предварительно уплотненный осадок,
представляющий собой волокнистую бумажную массу. Влажность
осадка после центрифуги была 59—67%, а после шнек-пресса — 50%.
Гравитационные фильтры не нашли еще достаточного применения
для обработки осадков сточных вод.
Фильтр имеет два полых вращающихся барабана с решетчатой
боковой поверхностью. Барабаны протягивают нейлоновую
фильтровальную ленту. Одна торцовая стенка барабана-сгустителя глухая, а
вторая— с отверстием посередине, куда по трубопроводу подается осадок.
Фильтрат собирается в поддоне, а сгущенный осадок выносится лентой
и через прозоры в решетке попадает внутрь барабана, где он
дополнительно обезвоживается. Осадок в виде комьев удаляется из барабана
через отверстие в торце и сбрасывается на транспортер.
Виброфильтры — относительно новые аппараты, применяемые для
обезвоживания суспензий. Их классифицируют на напорные и
безнапорные.
Эти аппараты просты по конструкции и требуют малых
энергетических затрат. Они могут применяться для обезвоживания труднофильтру-
емых осадков без предварительного кондиционирования. Однако после
обработки на виброфильтрах осадок имеет относительно высокую
влажность, а фильтрат содержит загрязнения высокой концентрации.
В СССР серийно выпускаются вибрационные фильтры
производительностью по фильтрату 5, 100 и 200 м3/ч.
В настоящее время в зарубежных странах работают установки по
механическому обезвоживанию осадка на безнапорных виброфильтрах
различных конструкций. По зарубежным данным, несмотря на низкое
качество фильтрата после виброфильтров, эксплуатационные затраты
на обезвоживание оказываются в 2 раза меньшими по сравнению с
затратами на обезвоживание кондиционированного осадка на вакуум-
фильтрах.
Виброфильтры применяются для обезвоживания осадков сточных
вод предприятий пищевой промышленности. Обезвоженный осадок
влажностью 75—81 % используется в качестве удобрения.
В Криворожском политехническом институте проводились
исследования по обезвоживанию сырых осадков и активного ила осадков
сточных вод на виброфильтрах. При частоте колебаний 50—60 Гц,
амплитуде'0,6 мм и ускорении (8-^10) g влажность осадка снижается с 97 до
82—87%. Производительность по обезвоженному осадку 1 м2
виброфильтра 1,5—2 м3/ч, а при сгущении активного ила с 99,4 до 94%-ной
влажности 10—15 м3/ч по исходному илу. В виброфильтре в качестве
фильтровальной перегородки использовалась металлическая сетка с
размером отверстий 0,05 мм.
Во ВНИИ ВОДГЕО исследована конструкция безнапорного
саморазгружающегося виброфильтра для обезвоживания осадков сточных
вод животноводческих комплексов. Виброфильтр представляет собой
лоток с фильтрующим основанием, установленный под определенным
углом и связанный с источником низкочастотных колебаний,
направленных по отношению к плоскости фильтрования также под определенным
углом. Направленные колебания обеспечивают одновременно с
фильтрованием транспортирование сгущенного осадка по фильтровальной
перегородке. Производительность фильтра и степень обезвоживания могут
регулироваться изменением направления колебаний или угла наклона
фильтровальной перегородки.
Установлено, что для уменьшения выноса взвешенных веществ с
фильтратом следует проводить последовательно сгущение и
обезвоживание на отдельных аппаратах. Сгущение проводится при частоте
колебаний 30—50 Гц и ускорении B-=-5) g, а обезвоживание при ускорении
до 10 g. Производительность виброфильтра при сгущении примерно в
2 раза ниже, чем при обезвоживании.
18* 275

Центрифугирование. Этот метод обработки осадков в последние годы
находит все большее распространение. Достоинствами этого метода
являются простота, экономичность и управляемость процессом. После
обработки на центрифугах получают осадки низкой влажности.
Центрифугирование осадков производится с применением
минеральных реагентов и флокулянтов или без них. При использовании флоку-
лянтов осадок после обезвоживания имеет меньшую влажность, а
центрифуга—большую производительность; фугат, образующийся при
центрифугировании,— меньшую загрязненность. Но поскольку
промышленностью выпускается ограниченное количество флокулянтов, для
обработки осадков сточных вод они применяются крайне редко. При
центрифугировании осадков без применения флокулянтов
образующийся фугат имеет высокие БПК и ХПК, а также высокое содержание
взвешенных веществ. Для дальнейшей обработки фугат направляется
обычно на сооружения биологической очистки, увеличивая тем самым
нагрузку на них.
В отечественной практике для обработки осадков сточных вод
применяют серийные непрерывно действующие осадительные центрифуги
типа ОГШ (рис. 7.26). Основными элементами центрифуги являются
конический ротор со сплошными стенками и полый шнек. Ротор и шнек
вращаются в одну сторону, но с разными скоростями. Под действием
центробежной силы нерастворенные частицы осадка отбрасываются к
стенкам ротора и вследствие разности частоты вращения ротора и
шнека перемещаются к отверстию в роторе, через которое обезвоженный
осадок попадает в бункер кека. Образовавшаяся в результате
осаждения нерастворенных частиц жидкая фаза (фугат) отводится через
отверстия, расположенные с противоположной стороны ротора.
Эффективность задержания твердой фазы осадков и влажность кека
зависят от характера обезвоживаемого, осадка. Наибольшее количество
взвешенных веществ содержится в фугате при центрифугировании
активного ила.
При обезвоживании осадков на центрифугах возникает проблема
обработки образующегося фугата. В НИИ К.ВОВ разработан ряд
технологических схем его обработки.
На рис. 7.27 показана схема раздельного центрифугирования сырого
осадка первичных отстойников и активного ила. По этой схеме фугат
сырого осадка сбрасывается в первичные отстойники, а фугат
активного ила используется в качестве возвратного ила в аэротенках. При
подаче фугата сырого осадка в первичные отстойники необходимо
увеличивать продолжительность отстаивания сточной • жидкости в них до
4—4,5 ч. По этой схеме из состава очистных сооружений исключаются
илоуплотнители. На центрифугу подается весь активный ил или его
часть.
Разработана также схема центрифугирования сырого осадка из
первичных отстойников с последующей аэробной стабилизацией фугата в
смеси с неуплотненным избыточным активным илом и
центрифугированием уплотненной сброженной смеси (рис. 7.28). По этой схеме период
аэробной стабилизации в минерализаторе составляет б—8 сут,
продолжительность уплотнения сброженной смеси — 6—8 ч, а влажность
уплотненного осадка — 97,5 %.
Третья схема — это центрифугирование сброженного осадка с
подачей фугата на иловые площадки.
Технико-экономические расчеты и эксплуатационные данные
показывают, что применение центрифуг для обработки осадков сточных вод
целесообразно для станций пропускной способностью до 70—100 тыс.
м3/сут.
Подбор центрифуг ведется по их производительности, а также по
количеству исходного осадка Яисх. Производительность центрифуг по
обезвоженному осадку рассчитывается по формуле
27G

?
Рис. 7.26. Центрифуга ОГШ
/ — подача осадка; 2— отверстия для выгрузки фугатгі; 3— бункер для выгрузки фугэта; 4 —
отверстие для поступления осадка а ротор; 5 -- бункер для выгрузки кека; 6 — ротор; 7 — полый
шнек; 8 — отверстия дли выгрузки кека
Рис. 7.27. Схема раздельного
центрифугирования сырого осадка и активнс*го
ила
1 — первичный отстойник; 2 — аэротенк; 3 —
вторичный отстойник; 4 — центрифуги;' 5 —
выпуски обезвожевного осадка; 6 —
трубопроводы фугата; 7 — трубопровод возьратного
ила
Рис. 7.28. Схема центрифугирования
осадка первичных отстойников с
последующим аэробным, сбраживанием
фугата в смеси с неуплотненным избыточным
активным илом и центрифугированием
уплотненной сброженной смеси
i — первичный отстойник; 2 — аэротенк; 3 —
вторичный отстойник; 4 — центрифуги; 5 —
выпуски обезвоженного осадка; в —
трубопроводы фугата; 7 — трубопровод
возвратного ила; 8 — трубопровод избыточного ила;
9 — минерализатор; 10 — уплотнитель
Пк — 10/7HCJC.A00 — j
рЭ/A00 - Гк),
G.2)
где ІУисі и WK — влажность соответственно исходного и обезвоженного осадка, %;
р — плотность осадка, т/м3; Э — эффективность задержания сухого вещества, %.
В зарубежной практике довольно широкое распространение для
обработки осадков сточных вод находят центрифуги, выпускаемые
фирмами «Альфа-Лаваль» (Швеция), «Дорр-Оливер» (США) и др. Как
правило, обработка осадка на этих тихоходных центрифугах производится
с добавлением флокулянтов. Для каждого вида осадков опытным путем
подбирается соответствующий полиэлектролит. Обезвоженный осадок
имеет влажность 65—75 %.
Ниже в качестве примера обработки осадков производственных
сточных вод приводятся данные по центрифугированию осадков ШС-В.
Исследования МИСИ им. В. В. Куйбышева показали, что эти осадки
могут успешно сбезвиживатъся в центробежном иоле сил. В процессе
277

\
\
\
\
15
ID
п
Ч
Ч
.V
.
¦
J
/
А
'
¦*=
2
S
б
SO
10
2000
WOO
6000 9
Рис. 7.29. Зависимость индекса
центрифугирования / от зольности сухого
вещества осадка
Рис. 7.30. Зависимость концентрации
фугата Сф от фактора разделения Ф
Ряс. 7.31. Схема обработки фугата
/ — первичный отстойник; 2—метантенки I
и II ступеней; 3 — вторичный отстойник; 4 —
трубопровод обезвоживаемых осадков; 5 —
труСопровод фугата; 6 — центрифуга; 7 —
выпуск кека
В настоящее время основным
исследований был отработан метод
определения расчетной
производительности центрифуг, изучены
основные закономерности процесса
разделения осадков ШСВ в
центробежном поле и разработана
технология обработки осадков с помощью
высокоскоростных центрифуг.
Центрифугирование осадков
ШСВ производили на лабораторной
модели при тех же значениях
центробежных ускорений, какие
достигаются в промышленной центрифуге.
В данном случае решался вопрос
применения центрифуги типа ОГШ-
500 для обезвоживания осадков
ШСВ.
методом предварительной очистки
мыльно-содовых ШСВ является процесс анаэробного сбраживания. При
очистке сточных вод по этому методу образуется сырой осадок в
первичных и избыточный сброженный ил во вторичных отстойниках.
Исследование способности осадков ШСВ к разделению в центробежном поле
сил проводили путем определения индекса центрифугирования /.
Закономерность изменения индекса / от зольности сухого вещества ЗЯСц
осадков одинакового происхождения отражается наклонной прямой
(рис. 7.29). Выявленная линейная зависимость показывает, что
способность осадков к разделению в центробежном поле пропорционально
увеличивается с повышением зольности сухого вещества. График
зависимости l—fCuax) получен для сырого осадка ШСВ при
продолжительности центрифугирования т=120 с и факторе разделения Ф = 5600.
Основными технологическими показателями процесса
центрифугирования являются качество кека, фугата и эффективность разделения
сухого вещества осадка.
Влажность кека имеет обратную линейную зависимость от зольности
сухого вещества исходного осадка. Установлено, что для осадков ШСВ
с увеличением разделяющего фактора Ф влажность кека уменьшается.
Так, при увеличении значения Ф с 200 до 5600 влажность кека
понижается с 69 до 49 %.
При решении технологической схемы обработки осадков ШСВ
следует особое внимание уделить дальнейшей обработке образующегося
278

ТАБЛИЦА 7.7 ТЕХНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЛДИІЕЛЬНЬІХ
ЦЕНТРИФУГ
фугата. На рис. 7.30 показана закономерность изменения качества фу-
гата.
По оси абсцисс даны значения фактора разделения Ф, по оси
ординат— концентрация загрязнений в фугате для общей (кривая /),
минеральной (кривая 2) и органической (кривая 3) частей сухого остатка и
соответственно (кривые 4, 5 и 6)
для взвешенных веществ. Как
следует из характера кривых, с
увеличением значений Ф
качество фугата улучшается.
При анаэробном сбраживании
в метантенках
высококонцентрированных мыльно-содовых ШСВ
целесообразно обработку фугата
осуществлять по технологической
схеме, представленной на рис. 7.31.
По этой схеме осадки из
первичного отстойника и избыточный ил
подаются на центрифугу, из
которой кек вывозится на
захоронение, а фугат направляется в
метантенки I ступени.
В табл. 7.7 представлена
техническая характеристика
серийных центрифуг, рекомендуемых
для механического
обезвоживания осадков производственных
сточных вод.
В табл. 7.8 представлены данные МИСИ им. В. В. Куйбышева по
эффективности работы осадительных центрифуг для различных
суспензий сточных вод фабрик ПОШ.
ТАБЛИЦА 7.8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ ОСАДИТЕЛЬНЫХ
ЦЕНТРИФУГ
Локаэатели

Производительность по
исходному осадку, м3/ч
Диаметр ротора,
мм
Фактор
разделения, Ф *
Мощность
электродвигателя,
кВт
Ти.
х
а
э
о
4—5
350
1500—
3500
22
центрифуги
'Г
X
ц
3
з
9—14
500
1100—
1950
28; 32
і
3
5
5
25—35
600
1400
100
* Фактор разделения Ф показывает, во
сколько раз центростремительное
ускорение больше ускорения свободного падения.
Суспензии
ШСВ после цеха жиродобычи,
?„,.„= 10-=-72 г/л
ШСВ, Сисх=72-И30 г/л
Сырой осадок ШСВ, СаСх =
= 70н-80 г/л
Характерная смесь сырого
осадка и аэробного
избыточного ила, Сисх=32 г/л
То же, при C„ci=51 г/л и с
добавкой фосфоритной муки
дозой 10 г/л
ИзбыТОЧИЫЙ ИЛ При С„С1 =
= 70 г/л с добавкой
фосфоритной муки дозой 25 г/л
Тип центрифуги
ОГШ-ЗЛк-5
?., ы'/ч
4
4
4
4
4
4
Ф
2230
2230
2230
1330
2230
1330
е. %
.68
78
75
55
49
60
«V %
38
40
30
42
32
19
ОГШ-502К-4
L, м'!ч
9
9
9
Ф
1960
1960
1960
е, %
62
96
70
33
31
45
Условные обозначения: L—производительность, м3/ч; Ф — фактор
разделения; є—эффект разделения сухого вещества суспензий, %; №к — влажность кека, %.
Сепарирование. На Люблинской станции аэрации (И. X. Заен)
производились опыты на отечественных сепараторах АСГ-ЗМ и СПВ-12 с
ручной выгрузкой, на сепараторах АСЭ-3 и ВВС-2 с пульсирующей
выгрузкой кека и на сепараторе соплового типа ВСВ.
При обезвоживании активного ила влажностью 99,4—99,6 % на
сепараторах с периодической и пульсирующей выгрузкой кека влажность
279

ила снижалась до 88,1—91,4%. При разделении фугата, полученного
центрифугированием сырых и сброженных осадков, влажность кека
составляла 89,3—92,1 %. На сепараторе ВСВ активный ил сгущался до
95,6—97,9%. В таких же пределах получены данные при
сепарировании фугата шнековой центрифуги, работавшей на сыром и сброженном
осадках.
Р. Я. Аграноником, Ю. Л. Ароматовым и Л. Д. Субботкиным
проведены исследования по сгущению активного ила на опытном сепараторе
с гидромеханической выгрузкой типа НВ-бООм — тарельчатом сепараторе
с сопловой выгрузкой. Сепаратор имеет увеличенный объем пакета
тарелок, что обеспечивает эффективное осветление суспензии.
Исследовалось сепарирование активного ила очистной станции
г. Первоуральска. Сепаратор обеспечивал сгущение неуплотненного
избыточного активного ила с концентрацией 3,9—4,3 кг/м3 до
концентрации 54,7—7|,8 кг/м3, выделение сухого вещества составляло 86—91 %.
Уплотненный активный ил после уплотнителя сгущался в сепараторе с
13,2 до 69 кг/м3, выделение сухого вещества достигало 91,7 %•
После обесцвечивания отработанных концентрированные сточных
вод из ванн окислительного крашения на меховых фабриках, где
применяется формалин, образуется осадок объемом 7—12 %, имеющий
мелкую структуру. Частицы крупностью 0,001—0,005 мм составляют 84,5 %.
Влажность осадка 99,5 %. После гравитационного уплотнения в течение
12—24 ч влажность осадка снижается до 98,5—96,5 %. Удельное
сопротивление уплотненнего осадка фильтрованию составляет D6-^58,5) X
ХЮ10 см/г. Попытка обезвоживать этот осадок на вакуум-фильтре не
увенчалась успехом.
В лабораторных условиях исследовалась обработка осадка
красильных сточных вод на сепараторе с сопловой выгрузкой осадка типа СОМ.
Производительность сепаратора 1 м3/ч, частота вращения ротора
?000 мин-1, число тарелок 10. Подача осадка в сепаратор и удаление
фугата осуществлялись постоянно. Влажность кека составляла 60—
80%, и удалялся он из сепаратора периодически. Отводимый из
сепаратора фугат был почти бесцветным.
§ 42. ТЕРМИЧЕСКАЯ СУШКА И СЖИГАНИЕ ОСАДКОВ
Термическая сушка предназначена для обеззараживания и
уменьшения массы осадков сточных вод, предварительно обезвоженных на
вакуум-фильтрах, центрифугах или фильтр-прессах. Известны различные
способы термической сушкн: конвективный, радиационно-конвективный,
кондуктивный, сублимационный в электромагнитном поле.
Наиболее распространен конвективный способ сушки, при котором
необходимая для испарения влаги тепловая энергия непосредственно
передается высушиваемому материалу теплоносителем — сушильным
агентом. В качестве сушильного агента могут использоваться топочные
газы, перегретый пар или горячий воздух.
Сушилки конвективного типа можно разделить на две группы:
1) в которых при продувке сушильного агента через слой материала
частицы его остаются неподвижными — барабанные, ленточные,
щелевые и др.; 2) в которых частицы материала перемещаются и
перемешиваются потоком сушильного агента — сушилки со взвешенным (псевдо-
ожиженным) слоем (кипящим, фонтанирующим, вихревым) и пневмо-
сушилки.
В СССР для термической сушки обезвоженных осадков сточных вод
наибольшее распространение получили барабанные сушилки с
прямоточным движением осадка и топочных газов. Такие сушилки
выпускаются диаметром 1—3,5 м и длиной 4—27 м. В сушилках осадок
подсушивается до влажности 30—40% и представляет собой сыпучий
полидисперсный материал. Основными недостатками барабанных сушилок
280

являются их громоздкость и большая металлоемкость, высокие
капитальные затраты и эксплуатационные расходы.
В последние годы получили распространение сушилки со
встречными струями газовзвеси. Сущность метода сушки во встречных струях
заключается в том, что частицы материалов, находясь во взвешенном
состоянии в горячем газовом потоке, т.е. образуя вместе с ним так
называемую газовзвесь, движутся по соосным горизонтальным трубам
навстречу друг другу и в результате ударной встречи струй вступают в
колебательное движение, проникая из одной струи в другую. Это
приводит к увеличению истинной концентрации материалов в зоне сушки.
При достаточно высоких скоростях движения сушильного агента
происходит измельчение материала. При этом также увеличивается
суммарная площадь поверхности тепло- и массообмена..
Основными элементами сушильной установки является аппарат со
встречными струями, который выполнен в виде двух горизонтальных
разгонных труб, врезанных в вертикальную пневмотрубу, и воздушно-
проходной сепаратор.
Для образования сушильного' агента используются камеры
сгорания авиационных газотурбинных двигателей РД-ЗМ-500, переведенные
на газообразное топливо. Принципиальная схема установки показана
на рис. 7.32. •
За рубежом широко применяют пневматические сушилки
(трубы-сушилки) фирмы «Раймонд» (США) (рис. 7.33). Обезвоженный осадок
предварительно смешивают с термически высушенным и измельчают в
сушильной мельнице. Осадок сушат в вертикальной трубе длиной до
20 м, по которой происходит движение снизу вверх топочных газов и
взвешенных в их потоке частиц осадка. Высушенный осадок с
влажностью до 10 % отделяют от отходящих газов в циклоне и с помощью
раздаточного узла либо расфасовывают, либо подают в печь, где его
сжигают. Туда же отсасывающим вентилятором подают запыленные
отходящие газы. Часть обезвоженного осадка шнековым питателем подают
в сушильную мельницу.
В последние годы большое применение получили сушилки со
взвешенным слоем. В зависимости от режима сушки различают сушилки с
кипящим и фонтанирующим слоем.
На рис. 7.34 показана схема сушилки с фонтанирующим слоем.
Влажный осадок из бункера с помощью питателя подается в сушильную
камеру. Теплоноситель, поступающий в сушилку через
газораспределительную решетку, подхватывает частицы влажного осадка, увлекает их
за собой и фонтаном отбрасывает к стенкам камеры. Частицы осадка
сползают по боковым поверхностям конуса к решетке, где вновь
подхватываются потоком теплоносителя. Осадок таким образом
циркулирует в сушильной камере. Высушенный осадок выгружается через
разгрузочное устройство.
Термическая сушка находит все большее распространение как
метод обработки осадков производственных сточных вод. Так, проведены
исследования по термической сушке осадков сточных вод целлюлозно-
бумажной промышленности в аппарате вихревого слоя.
Мосводоканалниипроектом проведены работы по сушке осадка в
распылительно-кипящей сушилке и разработан проект
экспериментальной установки для сушки осадков сточных вод Московского
автомобильного завода им. И. А. Лихачева.
На Лосино-Петровской фабрике ПОШ проведены исследования по
термической обработке некоторых видов осадков производственных
сточных вод предприятий легкой промышленности в
полупроизводственном реакторе щелевого типа с фонтанирующим слоем.
Изучены осадки сточных вод кожевенных заводов, предприятий
искусственных кож, фабрик ПОШ, текстильных и трикотажных
предприятий. Установлено, что на выбор метода и режима сушки этих видов
2S1

Рис. 7.32. Принципиальная схема
установки со встречными струями для
сушки механически обезвоженных осадков
/ — разгонная труба; 2 — сопло; 3 — камеры
сгорания; 4 — подача сжатого воздуха; 5 —
подача воздуха; 6 — пнтатели-смеснтелн; 7 —
соединительная пневмотруба; 8 — течка рету-
ра; 9 — сепаратор воздушно-проходного типа;
10 — система отсоса и очистки отходящих
газов; // — бункер готового продукта; 12 —
приемная камера; 13 — транспортер
обезвоженного осадка
К потребителю
Обезвоженный
\ осадок
¦ 5
Рис. 7.33. Пнеамосушилкз фирмы
«Раймонд»
1—печь; 2 — вентилятор отсасывающий: 3—
циклон; 4 — раздаточный узел; 5 — шнековый
питатель; 6 — вертикальная труба; 7 —
мельница
Отработанные
газы
осадков влияют прежде всего
количество влаги в осадках и формы
ее связи с твердой фазой осадка, а
также теплофизические свойства
и дисперсный состав.
Анализ кинетики сушки
осадков сточных вод предприятий
легкой промышленности показал, чго
термическая сушка механически
обезвоженных осадков происходит
в два периода. В первый период
удаляется более половины всей
влаги осадков. Для
интенсификации скорости удаления влаги в
этот период необходимо
обеспечить интенсивный подвод теплоты.
Во второй период после
удаления всей свободной влаги
происходит увеличение температуры
материала осадка. Во избежание его
перегрева необходимо уменьшить
температуру и скорость движения
сушильного агента, т. е. сократить
подвод теплоты, увеличив при этом
продолжительность пребывания материала в сушилке. Установлено, что
однокамерная сушилка с псевдоожиженным слоем и заполнителем в
виде керамзита или песка при постоянном режиме сушки обеспечивает
стабильную влажность высушенного осадка 20—30 %• Высушенный
осадок представляет собой сыпучий зернистый материал.
Термическая сушка может являться заключительным этапом
обработки осадка или этапом подготовки осадка к ликвидации путем его
сжигания.
фонтанирующим
Рис. 7.34. Сушилка с
слоем
/ — бункер; 2 —питатель; 3 — сушильная
камера; 4 — переливной порог; 5 — решетка;
6 — разгрузочное устройство
2S2

Сжигание осадков. Осадки подвергаются сжиганию, если их
полезные свойства невозможно или экономически нецелесообразно
использовать. При сжигании осадков большинство их используется как топливо,
поскольку по составу горючей массы и теплоте сгорания они близки к
бурому углю и торфу. Зола, образующаяся при сжигании осадков,
может использоваться для подщелачивания почв, в промышленности
строительных материалов, в качестве присадочного материала в процессе
кондиционирования осадков перед их обезвоживанием.
Термический метод обезвреживания производственных отходов в
зависимости от условий режима окисления и разложения,
технологического оформления процесса и состава отходов подразделяется на ряд
способов:
окисление органических веществ при температуре выше 700°С и
давлении ниже 0,2 МПа кислородом воздуха (сжигание);
окисление органических веществ в присутствии катализаторов при
температуре 100—500°С и атмосферном давлении;
окисление органических веществ в присутствии катализаторов при
температуре 100—500 °С и давлении до 35 МПа;
окисление органических веществ при температуре 100—300 °С,
давлении выше 0,2 МПа и неполном испарении воды — «мокрое» сжигание
или процесс Циммермана (жидкофазное окисление);
ТАБЛИЦА 7.9. СРАВНИТРЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ПЕЧЕЙ
ПРИ ОГНЕВОМ СПОСОБЕ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ
Печь
Температура
газоп,
отходящих из
камеры
сгорания, °С
Удельная
нагрузка
рабочего объема
по уничтожа-
?мому до
ПДК
веществу, кг/(м'-ч)

Коэффициенты избытка
воздуха
Недостатки
Камерная
650—900
250
1,08—1,2

Многоподовая
310—520
200—400
1,08—1,2
Барабанная
650— V '00
10—80
1,1-1,6

Распылительная
- Циклонная
С псепдо-
ожижениым
слоем
550—860
1200
600—850
80—100
600—850
300—800
1,1-1.8
1,04—1,6
1,04—1,3
Низкие нагрузки по массе,
громоздкость; высокая
металлоемкость; повышенные требования к
коррозионной устойчивости
материала колосниковой решетки, а
также механизации топочных
устройств, большие капитальные
расходы
Загрязнение газов органическими
продуктами от свежих порций
осадка в верхней части печи;
низкие удельные тепловые нагрузки;
вращающиеся элементы в
высокотемпературной зоне;
использование дорогостоящих материалов
для полого вала и скребковых
мешалок, высокие капитальные
расходы и эксплуатационные
затраты
Самая низкая удельная нагрузка
рабочего объема; разрушение фу-
геровки и быстрый выход печи из
строя в результате резкой смены
температуры при вращении печи
и эрозии, высокие капитальные
расходы и эксплуатационные
затраты
Низкая производительность;
сложность в эксплуатации; высокие
капитальные расходы
Необходимость установки мошных
пылеулавливающих устройств;
устройство дополнительного
оборудования для выгрузки шлака
Неравномерность распределения
и продолжительности пребывания
в слое частиц твердой фазы;
необходимость пылеулавливания
283

Рис. 7.35. Многоподовая печь для сжигания осадков фирмы «Херетоф»
lt 4 форсунки; 2—скруббер; 3 — дымовая труба; 5 — топочное пространство; б — труба для
выброса воздуха; 7 —заслонка; « — транспортер; 9 — рециркуляционная труба; 10 — вентилятор;
11 — бак с водой для золы; 12 — насос для золы; 13 — трубопровод для отвода золы; 14 —
трубопровод оборотной воды
разложение органических веществ при температуре 1500—1700 °С в
бескислородной или бедной кислородом среде — пиролиз.
В практике обработки осадков сточных вод наиболее широкое
распространение получил огневой способ обезвреживания
производственных отходов. Осадки сжигаются в камерных, циклонных,
многоподовых и распылительных печах, а также в печах с псевдоожиженным
слоем. Из сравнительной характеристики работы печей при огневом,
обезвреживании осадков (табл. 7.9) видно, что наиболее
производительными являются циклонные печи и печи с псевдоожиженным слоем.
За рубежом для сжигания осадков производственных сточных вод
довольно широкое распространение получили многоподовые, печи. На
рис. 7.35 приведена схема многоподовой печи фирмы «Херетоф» (ФРГ).
284

15
Рис. 7.36. Установка для сжигания осадков на нефтеперерабатывающем заводе
а —схема установки; б — общий вид камеры сгорания; / — печь с псевдоожнжеииым слоем; ? —
воздухоподогреватель-, 3 —циклон; 4 — бункера для илы; д — скруббер; 6" — отстойник для золы;
7 — дымосос; 8 — воздуходувка; 9 — насос; 10— воздушная камера; // — слой инертного носителя;
12 — форсунка для осадков; 13 — запальная горелка; 14 —горелка; 15 — решетка
Обезвоженный осадок транспор- ОС0(?да Ыа
тером подается через загрузочный
люк в печь — цилиндрический
стальной жаростойкий корпус, внутри
которого расположено от четырех до
восьми топок. К центральному
вращающемуся валу печи прикреплены
лопасти, служащие для
перемешивания осадка. Центральный вал и
лопасти полые, их охлаждают
воздухом, подаваемым вентилятором.
Осадок перемещается
вращающимися лопастями из топки в топку,
навстречу дымовым газам. Для
зажигания осадка используется газ. Зола
через разгрузочный люк
поступает в бак с водой и затем насосом по
трубопроводу 13 подается на
фильтрование. Отфильтрованная зола вывозится на поля или направляется
в отвал. Вода с фильтров возвращается в бак по трубопроводу 14.
Газы из печи поступают в скруббер, где очищаются от частиц золы и
охлаждаются водой, подаваемой в скруббер через форсунки. Очищенные
газы выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Часть
воздуха, предназначенного для охлаждения центрального вала и лопастей,
возвращается по рециркуляционной трубе в печь и используется для
процесса горения; другая часть выбрасывается в атмосферу. Отбор
воздуха на рециркуляцию регулируется заслонкой.
В последнее время все большее распространение для сжигания
осадков производственных сточных вод находят печи с псевдоожиженным
слоем, обладающие по сравнению с другими печами рядом
конструктивных и эксплуатационных достоинств.
На рис. 7.36 приведена схема установки для сжигания осадков на
нефтеперерабатывающем заводе. Осадок через форсунку подается в печь
Зола,
Рис. 7.37. Установка для сжигания ила
на целлюлозно-бумажнем комбинате
; — печь с псевдоожнженным слоем; J —
пусковые горелки; 'Л — горелки; 4 —
теплообменник; .5 — газодувка; 6 — циклон; 7 —
абсорбер; в — дымосос: 9 — отстойник; 10, 11 —
насосы; 12 — фильтр
285

с псевдоожиженным слоем. Для поддержания горения и создания псев-
доожиженного слоя воздух через воздухоподогреватель подается в
воздушную камеру печи. Слой инертного носителя находится над
решеткой. Для осуществления процесса горения при пуске печи используется
запальная горелка 13, а в процессе работы горючее подается через
горелку 14. Для выделения золы служит циклон, в котором
задерживаются мелкие частицы. Воздух охлаждается водой в скруббере и затем с
помощью дымососа через трубу выбрасывается в атмосферу.
Схема установки для сжигания ила на Светлогорском целлюлозно-
бумажном комбинате, разработанная финской фирмой «Темпелла»,
показана на рисг 7.37.
Ил подается на слой песка, где он подсушивается, истирается и
сгорает при температуре 590—780 °С. Дымовые газы и зола дожигаются
над слоем при температуре 800—850°С, поступают в теплообменник, где
охлаждаются воздухом, подаваемым газодувкой. Из теплообменника
воздух направляется в печь для создания псевдоожиженного слоя и
поддержания процесса горения. Охлажденные газы через циклон
поступают в абсорбер, где для очистки газов применяется вода, и по дымососу
выбрасываются в атмосферу. Из поступающей из абсорбера в отстойник
воды выпадают минеральные частицы, которые насосом 10 в виде
пульпы подаются для обезвоживания на вакуум-фильтр. Фильтрат с вакуум-
фильтра и вода из отстойника насосом // возвращаются в абсорбер.
Полученная зола используется как минеральное удобрение или для
изготовления строительных материалов.
§ 43. МЕТОДЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОСАДКОВ
Обеззараживание жидких осадков нагреванием до температуры
около 100°С при экспозиции в несколько минут способствует гибели яиц
гельминтов и отмиранию патогенных микроорганизмов. При
термическом режиме 52—56 °С в течение 5 мин погибают многие патогенные
бактерии, при температуре 62—71 °С и времени экспозиции до 30 мин
отмирают вирусы. Поэтому термическая пастеризация опасных в
санитарном отношении осадков является обязательной стадией их обработки,
особенно в технологических процессах, предусматривающих
утилизацию осадка.
Эффективная технологическая схема установки для непрерывной
пастеризации жидких осадков разработана фирмой «Ферайнигте Кес-
сельверке АГ» (ФРГ). Достоинство этой схемы заключается в том, что
часть затрачиваемой теплоты используется вторично путем
использования двухступенчатого теплообмена сначала в первом теплообменнике,
а затем во втором. Установка позволяет осуществлять непрерывную
пастеризацию осадка при температуре 65 °С в течение 30 мин в трубчатых
теплообменниках. В качестве теплоносителя можно использовать
горючие газы или пар, применяя конструкции типа аппаратов погружного
горения. Однако следует учитывать, что такая обработка не дает
требуемого эффекта, если осадок долго хранится без последующей
обработки (обезвоживания), так как в нем повторно развиваются санитар-
но-показательные микроорганизмы.
Химическое обеззараживание как жидких, так и обезвоженных
осадков осуществляется в случаях дальнейшего их использования в
сельском хозяйстве в качестве органического удобрения. Для химического
обеззараживания осадков применяют известь, аммиак и тиазон,
формальдегид и мочевину. Остаточное содержание в осадках названных
веществ предотвращает реактивацию патогенных микроорганизмов и
поддерживает стабильность осадков.
Термическая сушка осадков позволяет получить сыпучий продукт,
свободный от гельминтов и патогенных микроорганизмов. Однако
следует иметь в виду, что, по данным МИСИ им. В. В. Куйбышева, при
286

остаточной влажности температура внутри гранул осадка не
поднимается выше 80°С, даже при температуре газов 200—400°С.
При длительном хранении высушенный в цилиндроконической
сушилке кек осадков ШСВ 25 % -нон влажности покрывается
бактериальной пленкой н издает зловонный запах, поэтому полной стабильности
осадков можно достигнуть лишь при обжиге их в специальных печах.
§ 44. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖИДКИХ ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
Если жидкие отходы не подлежат регенерации, то для их обработки
применяют механические, физические, химические, биологические и
термические методы.
Наиболее распространенным способом ликвидации нефтепродуктов
и других горючих отходов является их термическая обработка —
сжигание в печах различной конструкции. Для этой цели применяют печи
с кипящим слоем, циклонные топки, барабанные и многоподовые печи,
печи поверхностного (надслоевого) сжигания.
Печи с кипящим слоем из-за их конструктивных недостатков,
несовершенства систем контроля п автоматики и высокой стоимости
процесса (себестоимость сжигания 1 т нефтешлама достигает 9 руб.) пока не
находят широкого распространенн. Технология сжигания обводненных
и загрязненных нефтеотходов в циклонных топках еще недостаточно
отработана. В барабанных печах происходит неполное сгорание
нефтешлама (около 28 % несгоревших веществ уходит с отходящими
газами). Барабанные печи громоздки и металлоемки. В ряде стран находят
широкое применение многоподовые печи, однако и они имеют те же
недостатки, что и барабанные. Сжигание нефтеотходов в камерных печах
в настоящее время имеет ограниченное применение.
Довольно широкое распространение находят установки слоевого
сжигания (рис. 7.38). Прямоугольная камера сгорания имеет зазоры для
охлаждения воздухом. Камера футерована огнеупорным кирпичом.
Днище камеры сгорания также выполнено из огнеупорного кирпича и
лежит наклонно на песчаном основании. В камере расположена
клапанная коробка с отверстиями. Из резервуара жидкие горючие отходы по
трубппроводу подаются в камеру, где их с помощью бензина или
керосина поджигают, и начинается процесс горения. Нагретые стенки
камеры способствуют испарению летучих компонентов сжигаемых отходов.
При нормальной эксплуатации горение происходит практически без
выделения дыма.
Такие установки просты в изготовлении, но имеют ряд недостатков:
низкую производительность, громоздкость, ограниченную управляемость
процессом сжигания, отсутствие автоматизации выгрузки золы.
В последние годы в ряде стран применяется печь для термического
разложения высококонцентрнрованных жидких и полужидких отходов
(рис. 7.39).
Печь располагается на стальной плите на трех трубчатых опорах.
В корпусе находится камера сжигания с Огнеупорной футеровкой.
Внешняя часть установки стальная. Узел горелок располагается в нижней
части печи и имеет отделения подачи воздуха, сжигаемых отходов и
дополнительного топлива. Рабочая температура термического разложения
составляет 900—1700 °С.
Отходы предварительно аэрируют и подают в камеру турбулизации,
где они смешиваются с воздухом, а оттуда в печь, в которой
происходит термическое разложение отходов вследствие молекулярного
распада, окисления и ионизации. Такие установки, имеющие
производительность до 6 м3/ч, автоматизированы и выполнены во взрывобезопасном
исполнении.
На московском заводе «Динамо» применяется барботажный метод
287

Рис. 7,38. Установка для слоеного
сжигания жидких отходов
/—трубопровод для подачи жидких горючих
отходов; 2 — насос; 3—клапанная корибка;
4 — отверстия; 5-»-песчаное основание; 6 —
днище камеры; 7 — камера сгорания; 8 —
зазоры; 9 — сопло; 10 — коллектор; 11 —
воздуховод; 12 — вентилятор
15,
13 ff^
UUU OTTU
12 П 10
Рис. 7.39, Печь системы «Пренко Супер»
/ — стальная плита; 2 — трубчатые опоры;
Л — у л ел горелок; 4 — турбовоздуходувка; 5 —
камера сжигания; 6—корпус; 7 —
огнеупорная футеровка; 8 — распределитель
вторичного воздуха; 9 — секция догорания; L0 —
вентилятор
Рис. 7,40. Барботажная горелка
/ — сопла; 2, 7, 8, // — каналы; 3 —
воздуховод; 4. 5 — заслонки; 6 — зазор; 9 —
барботажная решетка; 10 — отверстие; 12 — регулятор
уровня; 13 — водослив; 14 — корпус; 15 — фор-
камера; 16 — огнеупорный кирпич; 11 —
съемная горловина
сжигания нефтеотходов с помощью
горелок. Сущность этого метода
состоит в том, что в слой жидкого
топлива через перфорированную трубу
вводят первичный воздух, который
вспенивает топливо. Топливовоз-
душная смесь, выходящая из слоя воспламенения, горит в надслоевом
пространстве, куда подводят вторичный воздух. Весь процесс состоит
из ряда технологических операций: подачи обрабатываемых отходов,
их дробления, испарения и смешения испаренного топлива с воздухом,
воспламенения и горения.
Зона распыления горелок барботажного типа разделяется на зону
образования пенного слоя, в которой обводненное топливо смешивается
с пузырьками воздуха, на зону разрушения пенного слоя и на зону
стабилизации, где можно наблюдать дисперсию жидкого топлива в потоке
воздуха. Схема такой горелки показана на рис. 7.40.
Первичный воздух подводят по каналу 7, и через барботажную
решетку он направляется в камеру. Из каналов 8 через отверстия в
горелку поступает жидкое топливо. Регулятор уровня обеспечивает
постоянство высоты уровня топлива в горелке за счет водослива. Внутри
корпуса располагается форкамера, футерованная огнеупорным кирпичом.
Подача первичного воздуха регулируется заслонкой 4,.а вторичного —
заслонкой 5. Часть вторичного воздуха проходит через зазоры.
288

10
Рис. 7.41. Установка для
сжигания нефтепродуктов на
заводе «Динамо»
І — змеевики; 2— нефтепровод;
З — емкости для
нефтепродуктов; 4, 6 — насосы: 5.—
песчаный фильтр; 7,
14—трубопроводы; 8 — регулятор уровня;
5, И— заслонки; 10—
вентилятор; 12— баллон с пропаном;
13 — барботажная горелка;
15 — расходный бак
-1Q
Рис. 7.42. Плавающая установка для сжигания нефтяных отходов
/ — ограждение из трубчатых перил; 2 — ограждение из крупноячеистой сеткн; 3 — рептилятор;
4 — иасос; 5 — газовый шкаф; 6 — шибер; 7, 9 — понтоны; 8 — узел сжигания-, 10 — Топливосбориик
На рис. 7.41 приведена технологическая схема установки для
сжигания нефтепродуктов на заводе «Динамо», разработанная Мосводоканал-
ниипроектом. Нефтепродукты хранятся в бетонных емкостях, в которых
проложены змеевики для нагрева нефтепродуктов с целью снижения их
вязкости. Насосом 4 через коллектор перекачивают нефтепродукты в
расходный бак, где продукт уплотняется в течение 0,4—1 ч до
влажности 60 %¦ Отделившаяся вода насосом 6 подается на песчаный фильтр.
В расходном баке нефтепродукт продувается воздухом для обеспечения
равномерного распределения в нем воды. Насосом 6 нефтепродукт
перекачивается в регулятор уровня горелки барботажного типа. Избыток
продукта по трубопроводу 7 возвращается в бак. Установка
характеризуется следующими данными: номинальная производительность до
19-179
289

п.
10'-
-1-
-Z-
Рис. 7.43. Устаноока для сжигания топ.
ливиых отходов
/, // — соответственно подача первичного н
вторичного воздуха; 1 — резервуар; 2 —
фильтрующая сетка; 3 — трубопровод: 4 —
задвижка! 5 — сопло; 6 — камера сгорания; 7 —
защитный кожух; 8 — газоход; 9 — вочдуховод:
10—камера дожигания; //—
перфорированный сосуд; 12 — горелка
установка
Рис. 7.44. Передвижная
«Вцхрь-1»
/ — труба; 2— вентилятор: 3 — энергоблок;
4 — шасси; 5. б — воздуховоды; 7, 8 —
шиберы; 9 — днище; 10— отверстия крестовины;
// — крестовина; 12 — регулятор: 13 —
патрубок: 14 — воздушная «рубашка»: IS — камера
сгорания; 16 — тангенциальное отверстие
1,2 м3/ч; предельная влажность сжигаемого нефтепродукта без
применения газа 60% (с применением газа — не ограничена).
Заслонки служат для регулирования подачи первичного и
вторичного воздуха. Горелка опорожняется через трубопровод 14. Подача газа
для разжигания осуществляется от баллона с пропаном. Фильтр для
очистки воды имеет диаметр 800 мм и загружен слоем щебня и гравия
высотой 800 мм. К технологическим недостаткам следует отнести то,
что отходящие газы содержат токсичные продукты: оксид углерода,
оксид азота, формальдегид и пр. Поэтому для снижения концентрации
этих загрязнений в воздухе до предельно допустимых требуется
большое разбавление газов атмосферным воздухом. Себестоимость сжигания
1 т нефтеотходов составляет 1 р. 34 к.
Мосводокаиалниипроектом разработана также плавающая
установка для сжигания нефтяных отходов (рис. 7.42).
Установка располагается на двух понтонах: на понтоне 7 помещены
вентилятор, газовый шкаф и насос, а па понтоне 9 находятся узел
сжигания, топливосборник с дистанционным управлением, патрубок
распределения воздуха и устройство для дистанционного зажигания. Понтоны
соединены между собой шарниром. Воздух, необходимый для горения,
нагнетается вентилятором. Для экранирования факела служит
ограждение из крупноячеистой сетки. Ограждение из трубчатых перил
является одновременно коллектором для системы пожаротушения. Подача
воздуха регулируется шиберами, расположенными в патрубке
распределения воздуха. Зажигание горелки барботажного типа и поддержание
процесса горения производятся с помощью газового хозяйства с
дистанционным управлением. Нефтеотходы самотеком через гидравлический
затвор в топливосборнике поступают в горелку барботажного типа.
Плавающая установка имеет производительность 1,5 т/ч. Предельная
влажность сжигаемых нефтеотходов без применения газа составляет 60%.
В Институте термофизикн и электрофизики АН Эстонской ССР
разработан ряд конструкций установок, предназначенных для сжигания
жидких топливных отходов с содержанием воды и механических
примесей.
В такой установке (рис. 7.43) отходы накапливаются в резервуаре.
Фильтровальная сетка служит для задержания крупных механических
примесей. Отходы по трубопроводу подаются в камеру сгорания, над
которой расположен перфорированный газоход. Первичный воздух от
290

компрессора подается через сопло, вторичный нагнетается через
воздуховод. Для растопки установки предназначена горелка, работающая на
жидком топливе. Из газохода дымовые газы попадают в камеру
дожигания, а затем в циклон, где задерживаются частицы золы. Газы
выбрасываются в атмосферу.
В Мосводоканалниипроекте разработан турбобарботажный способ
сжигания жидких горючих отходов. По этому способу процесс горения
происходит в узкой кольцевой или цилиндрической камере.
Газификация отходов в тонком слое обеспечивает хороший прогрев, вскипание,
перемешивание и выгорание твердых примесей. Подача первичного
воздуха обеспечивает в кольцевой барботажной ванне вращательное
движение отходов. За счет центробежных сил облегчается выгрузка из
печи золы и других механических примесей. Вторичный воздух подается
в камеру сгорания тангенциально внутренней и наружной стенкам
камеры и движется над поверхностью топлива в двух взаимно
противоположных направлениях в параллельных плоскостях. Полнота сгорания
топлива обеспечивает бездымность процесса.
Установки бездымного горения, работающие по турбобарботажному
способу, получили название «Вихрь». Они находят все большее
распространение на промышленных предприятиях.
Мосводоканалниипроектом разработаны также установки
производительностью: передвижная—200 кг/ч, стационарная — 3 и 10 т/ч,
плавающая —3 т/ч.
Передвижная установка «Вихрь-1» производительностью 200 кг/ч
показана на рис. 7.44. Камера сгорания и вентилятор смонтированы на
шасси. Первичный и вторичный воздух подается по воздуховодам. Для
регулирования подачи воздуха служат шиберы. Первичный воздух
через днище направляется в турбобарботажную крестовину с
отверстиями. Вторичный воздух подается в воздушную рубашку, которая служит
для охлаждения стенок камеры сгорания. Затем воздух через
тангенциальное отверстие направляется в собственно камеру. Электроэнергия
подводится к вентилятору от энергоблока. Жидкие отходы на днище
печи подаются с помощью регулятора. Пуск печи в работу
осуществляется через запальный патрубок.
Установки «Вихрь-2» производительностью 3 т/ч смонтированы на
Волжском автомобильном заводе и Московском автомобильном заводе
им. И. А. Лихачева.
Общим недостатком рассмотренных установок сжигания жидких
отходов является высокая стоимость их обработки, так как конструкция
не предусматривает утилизации теплоты. ,
ГЛАВА 8. СОВРЕМЕННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ
В ПРОЕКТИРОВАНИИ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И УЗЛОВ,
ПРОМЫШЛЕННО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ РАЙОНОВ*
В настоящее время необходим переход на новый, качественно более
высокий уровень организации всех звеньев народного хозяйства. Одним
из главных требований является повышение эффективности работы
промышленности, транспорта, строительства, сельского хозяйства и т. п.
Увеличение объемов производимой продукции, ее качества,
ассортимента необходимо осуществлять с максимальным использованием
природного сырья, энергии и с минимальным воздействием на окружающую
природную среду. Решение этой проблемы ведется в различных
направлениях, к числу которых относятся: переход на безводные технологиче-
* В переработке гл. 8 принимал участие канд. техн, наук Л. Б. Григорьев.
13* 291

ские процессы; рациональное использование воды на промышленных
предприятиях; повторное применение производственных и городских
сточных вод в промышленности; оборотное водоснабжение на
предприятиях. Конечной является задача создания замкнутых систем водного
хозяйства предприятий, при которых отсутствует сброс сточных вод в
водоемы.
§ 45. МАЛООТХОДНАЯ И БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ.
ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Наиболее серьезное воздействие на природную среду оказывает
промышленное производство (энергетика, химическая, металлургическая и
другие отрасли промышленности).
Одним из основных направлений за последние десятилетия в
области охраны природной среды было строительство водо- и газоочистных
сооружений. За десятую пятилетку A976—1980 гг.) построено и
введено в эксплуатацию сооружений для очистки сточных вод пропускной
способностью 35 млн. м3/сут, в том числе в оборотных системах
находилось 114 млн. м3/сут. Уменьшение забора свежей природной воды
составило 67 км3. Для улавливания и обезвреживания загрязняющих
веществ из отходящих газов построено установок общей
производительностью 188 млн. м3/сут.
Сброс загрязненных сточных вод за этот же период сократился на
4,7 км3, а поступление вредных веществ в атмосферу уменьшилось на
14 млн. т при постоянном увеличении производимой продукции.
Необходимо отметить, что стоимость мероприятий по охране водных
объектов и атмосферы достигает 25 % стоимости капитальных
вложений и эксплуатационных расходов. Так, стоимость очистки сточных вод
в нефтеперерабатывающей промышленности колеблется от & до 12, в
деревообрабатывающей — от 13 до 20, в пищевой — от 8 до 17 коп/м3
с дальнейшей тенденцией к значительному увеличению.
Однако даже такие высокие расходы на очистку от вредных
компонентов не обеспечивают экономически безопасных концентраций
загрязняющих веществ в сточных водах и отходящих газах. Таким образом,
встает вопрос об изменении научного подхода, принципов
проектирования и эксплуатаци-и систем водного хозяйства при разработке
промышленных предприятий, территориально-промышленных комплексов
(ТПК) и региональных схем развития промышленности.
Принципиально новый подход к решению этой задачи состоит в
комплексном использовании основного технологического сырья и энергии с
тем, чтобы не образовывалось отходов производства и не загрязнялась
окружающая природная среда. Для решения этой задачи необходимо
разрабатывать и внедрять безотходные и малоотходные производства.
По определению, принятому Европейской экономической комиссией
ООН в 1974 г., безотходная технология-—это практическое применение
знаний, методов и средств для обеспечения в рамках человеческих
потребностей наиболее рационального использования природных ресурсов,
энергии и для защиты окружающей природной среды.
Разработка предприятий с безотходной и малоотходной технологией
является настоящим и будущим промышленности. Малоотходная и
безотходная технологии включают разработку и внедрение
технологических процессов, производство и оборудование, обеспечивающие:
комплексную переработку сырья с использованием вс&х его
компонентов;
существеное уменьшение или полное исключение загрязнения
окружающей природной среды отходами производства и потребления;
переработку отходов производства и потребления путем получения
товарной продукции;
создание замкнутых систем производственного водоснабжения.
292

Реконструкция старых предприятий требует значительного времени
и средств. Поэтому при их работе все еще будет образовываться
большое количество отходов, которые необходимо обрабатывать,
утилизировать, обезвреживать. Основное направление в развитии схем и методов
очистки сточных вод и осадков будет определяться выделением ценных
примесей и последующим использованием очищенных сточных вод и
осадков.
Одним из основных условий на начальном внедрении малоотходной
и безотходной технологии является наличие систем повторного и
оборотного использования воды. Совершенствование основного
технологического процесса, методов очистки сточных вод и стабилизации
очищенных, использование образующихся осадков позволят создавать в
дальнейшем системы замкнутого (бессточного) водоснабжения. При создании
оборотных и замкнутых систем водоснабжения необходимо
рассматривать основной технологический процесс и очистку сточных зод как
единое целое.
Создание замкнутых систем водоснабжения промышленных
предприятий и узлов, а также ТПК необходимо обосновывать
экономическими или экологическими расчетами и сравнивать с существующими
системами.
§ 46. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ПОВТОРНО
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Вода, используемая в технологических процессах на предприятиях,
может играть роль сырья, растворителя, поглощающей или
транспортирующей среды, теплоносителя и др. Поэтому и требования к ее
качеству, в зависимости от характера и цели применения, весьма различны.
Однако можно дать условную классификацию і требований к
качеству воды.
1. Вода, к качеству которой не предъявляются технологические
требования.
2. Вода, очищенная до качества вод открытых источников,
используемых обычно для технического водоснабжения без дополнительной
Обработки. ТАБЛИЦА 8.1. НОРМАТИВЫ КАЧЕСТВА
3. Вода, очищенная до
показателей питьевых стандартов.
4. Глубокоочищенная вода.
По данным американских
специалистов, сточные воды после
биологической очистки
характеризуются следующими средними
показателями содержания, мг/л:'
магния — 5—10; кальция 10—20;
оксида кремния—10—20;
фосфатов— 15—20; азота нитратов —
1—20; азота аммонийного—2—
20; хлоридов — 25—125;
сульфатов— 10—40; растворимых
органических веществ — 10—50;
общее содержание растворенных
веществ — 150—500. Из этих
данных следует, что существующими
методами глубокой очистки
сточных вод и водоподготовки можно
достичь требуемого качества
воды по приведенной выше
классификации.
ВОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ
Показатели
Солесодержание, мг/л
Содержание иоиов,
мг/л
А13+
Мп2+
Са2+
СІ-
нсог
Содержание, мг/л
SiO2
і Єобщ
Жесткость общая, мг-
экв/л
Щелочность общая,
мг-экв/л
ХПК, мг/л
рн
ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
Охлаждающие
системы водоснабжения

прямоточного
1000
_
200
600
600
680
50
—
16
10
75
5—8,3

оборотного
500
0,1
0,5
50
500
24
200
50
0,5
2.6
0.4
75
—
293

Так, для подпитки охлаждающих систем оборотного водоснабжения
вместо вод открытых источников можно использовать биологически
очищенные сточные воды с глубокой очисткой их на фильтрах с зернистой
загрузкой, иногда с применением коагулянтов. В горно-обогатительной
промышленности и для некоторых процессов в металлургии можно
применять биологически очищенные сточные воды без дополнительной
обработки. В ряде стран довольно широко практикуется применение в
охлаждающих системах производственного водоснабжения городских
сточных вод после их полной биологической очистки, глубокой очистки на
зернистых фильтрах и последующего обеззараживания.
Американские специалисты считают, что очищенные сточные воды
могут использоваться для охлаждения в прямоточном и оборотном
водоснабжении, если их качество отвечает стандартам, приведенным в
табл. 8.1. Вода, отвечающая этим стандартам, стабильна, имеет
невысокую коррозионную агрессивность и малую интенсивность
продуцирования биологических обрастаний.
Данные по качеству очищенных сточных вод (полученные во ВНИИ
ВОДГЕО и др.), используемые при охлаждении в системах оборотного
водоснабжения и в технологическом процессе автомобильной
промышленности, представлены в табл. 8.2.
ТАБЛИЦА 8.2. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ СИСТЕМ
ОХЛАЖДЕНИЯ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Показатели
Взвешенные вещества
Плотный остаток
Эфирорастворимые
Содержание:
железа
меди
никеля
хрома шестивалентного
» трехвалентного
БПКзо
ПДК на отдельные
технологические нужды, мг/л

технологические
процессы
20—30
1500
10—20
4
1,0
—
0,1
0,5
20
охлаждение
оборудования
20—30
800—1300
10—25
0,5—4
1,0
—
0,1
0,5
-—
ПДК.
мг/л, при сбросе сточных вод
її городскую
канализацию городов
Москвы
500
2000
20
5
0,5
0,5
0,1
1
500
Минска
200
1000
1,25
2
0,04
0,15
—
0,04
250—500
D ВОДОеМЫ
хозягїст-
венно-
пнтьевого
назначения


зяйственно го
Не должны
увеличиваться
более чем
на 0,25—0,75 мг/л
1000
0,3
0,5
1
0,1
0,1
0,5
3-6
1000
0,05
0,05
0,01
0,01
3
Из данных этой таблицы следует, что использование очищенных
сточных вод для охлаждения и основного технологического процесса
систем оборотного водоснабжения, как правило, не требует столь
глубокой очистки, как при сбросе сточных вод в водоёмы.
В зависимости от вида производства и характера технологии
вырабатываются различные требования к качеству технической воды.
§ 47. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ПРИ ЕЕ ПОВТОРНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
Городские и производственные воды могут успешно использоваться
повторно для различных целей на предприятиях многих отраслей
промышленности, При этом их можно совсем не очищать, подвергать
только механической, полной биологической очистке, доочищать после
биологической очистки (наиболее распространенный случай). Диапазон
возможного применения таких вод на предприятиях расширяется.
На предприятиях существуют следующие пути использования
сточных вод:
294

в системах оборотного водоснабжения предприятий или цехов
(наиболее распространенный случай);
очищенных вод одних предприятий для технического
водоснабжения других предприятий или цехов;
очищенных и обезвреженных городских сточных вод в техническом
водоснабжении предприятий или цехов.
В зависимости от отраслевых требований к качеству повторно
используемых вод глубокую очистку сточных вод производят в основном
от взвешенных веществ, нефтепродуктов и масел, а также от легкоокис-
ляемых органических веществ, токсичных ионов и органических
веществ. В связи с необходимостью создания замкнутых систем большое
значение приобретает очистка высокоминерализованных сточных вод.
Методы физико-химической глубокой очистки сточных вод в
сочетании с методами биологической очистки часто позволяют получить воду,
удовлетворяющую требованиям, предъявляемым предприятиями к ее
качеству (см. гл. 6).
Повторное использование биологически очищенных
производственных сточных вод на предприятиях различных отраслей промышленности
определяется требованиями, предъявляемыми к воде, которая
участвует в технологических процессах. Так, если биологически очищенные
сточные воды используются для подпитки охлаждающих систем
оборотного водоснабжения или используются в системах гидротранспорта, то
обычно их можно применять без дополнительной обработки — глубокой
очистки. В других же случаях требуется, наоборот, глубокая очистка
для удаления^органических загрязнений, биогенных элементов, солей
жесткости и др.
Биологически очищенные сточные воды, используемые для подпитки
оборотных систем водоснабжения, позволяют полностью или частично
отказаться от потребления свежей природной воды. Доля сточных вод в
подпитке оборотных систем составляет 5—100%.
В нашей стране выполнен ряд проектов, в которых предусмотрена
полная или частичная замена свежей подпиточной воды биологически
очищенными сточными воДами. Обычно на промышленных
предприятиях в систему оборотного водоснабжения для подпитки добавляется 5—
20 % биологически очищенных сточных вод.
Для ряда нефтеперерабатывающих заводов во ВНИПИнефти
выполнены проекты, в которых предусматривается повторное
использование в производстве биологически очищенных сточных вод.
Союзводоканалпроект разработал аналогичные проекты для
химических и горно-обогатительных предприятий. Так, для одного из
химических заводов биологически очищенные сточные воды проходят глубокую
очистку микропроцеживанием и фильтрованием через скорые песчаные
фильтры, а затем используются повторно. Использование доочищенных
сточных вод составляет около 8 % общего водопотребления
предприятия.
Необходимо отметить, что применение биологически очищенных
сточных вод в системах оборотного водоснабжения без корректировки
солевого состава воды может привести к интенсивному биологическому
обрастанию поверхностей трубопроводов и технологического
оборудования. Это происходит в основном в связи с тем, что в системы
оборотного водоснабжения вносятся с биологически очищенными водами соли,
содержащие биогенные элементы.
§ 48. БОРЬБА С БИОЛОГИЧЕСКИМ ОБРАСТАНИЕМ,
КОРРОЗИЕЙ И ОТЛОЖЕНИЯМИ В СИСТЕМАХ
ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Эксплуатация систем водоснабжения (прямоточных) и канализации
в некоторых отраслях промышленности приводит в ряде случаев к
биологическому обрастанию и коррозии трубопроводов.
295

В системах водоснабжения повторных и особенно оборотных
интенсивность биообрастаний, коррозии и отложений значительно
увеличивается. Существующие методы борьбы с этими явлениями дорогостоящи,
однако предприятия вынуждены идти на них, так как остановка
производства и замена или ремонт технологического оборудования стоит еще
дороже.
Биообрастание трубопроводов и технологического оборудования,
работающих на природных или очищенных сточных водах, зависит в
большой степени от их физико-химических свойств (температуры, наличия
растворенного кислорода, химического состава), скорости движения
жидкости и др. Биообрастание внутренних поверхностей трубопроводов
и аппаратов снижает их пропускную способность, уменьшает
теплопередачу, увеличивает расход электроэнергии на преодоление
сопротивлений при движении воды и т.д.
Для выбора метода борьбы с биообрастанием в закрытых системах
оборотного водоснабжения нужно определить группу бактерий,
образующих эти обрастания, а в открытых системах их источником могут быть
также и водоросли.
Среди методов борьбы с биообрастанием бактериями наиболее
часто применяют хлорирование, которое необходимо проводить по
возможности при низких значениях pH. Доза хлора зависит от наличия в воде
аммонийных солей.
Применяется также реагентный метод обработки воды для
устранения биообрастания. Для барьбы с водорослями, образующимися в
градирнях, оборотную воду обрабатывают медным купоросом дозой 2—
4 г/м3 (в пересчете на медь).
Коррозия металла, возникающая в системах оборотного
водоснабжения промышленных предприятий, наносит большой ущерб народному
хозяйству. Защиту трубопроводов и технологического оборудования от
коррозии можно осуществлять с помощью применения
ингибиторов-добавок и коррозионно-устойчивых материалов, а также
электрохимической защиты.
В оборотных системах главной причиной появления отложений в
трубопроводах и технологическом оборудовании является степень
насыщения воды карбонатом кальция. В связи с этим при расчете режимов
работы систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий
необходимо определять карбонатно-кальциевое равновесие в воде и
степень насыщения. Встречаются также отложения сульфата кальция.
Для различных предприятий отложения в системах оборотного
водоснабжения могут быть различными в зависимости от состава вод,
подпитывающих систему оборотного водоснабжения. Для предотвращения
карбонатных отложений применяют подкисление оборотных вод,
которое производится, как правило, дешевой серной кислотой при значениях
активной реакции рН=6,5-*-8,5.
При наличии на предприятии большого количества отходящих газов
для предотвращения отложений применяют рекарбонизацию воды
(обработка оборотной воды дымовыми газами). Для стабилизации
оборотных вод применяют их фосфатирование. Недостатком фосфатов как
добавок против карбонатных отложений является образование биообрас-
таиий.
Широкое применение находят комбинированные добавки —
ингибиторы кристаллизации, позволяющие одновременно предотвращать
процессы биообрастания и коррозии.
§ 49. ПРИМЕНЕНИЕ ОЧИЩЕННЫХ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Рассматривая возможность использования городских сточных вод
на промышленных предприятиях, следует помнить о некоторых ограни-
296

ТАБЛИЦА 8.3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ
ПОВТОРНО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ГОРОДСКИХ
СТОЧНЫХ ВОД
чениях, препятствующих применению этих вод. Например, городские
сточные воды запрещается использовать на предприятиях пищевой,
мясо-молочной н фармацевтической промышленности, где возможно
заражение продуктов производства, что создает угрозу здоровью людей; в
других отраслях промышленности необходимо соблюдать меры
предосторожности, исключающие контакт людей с технической водой, и
обеспечить мероприятия по технике безопасности (наличие указателей,
специальная окраска трубопроводов и т.д.).
Городские сточные воды в качестве источника снабжения водой
промышленных предприятий находят применение в первую очередь в
маловодных и промышленно развитых районах.
При применении очищенных городских сточных вод в системах
повторного и оборотного водоснабжения необходима учитывать:
технологические требования к качеству технической воды;
физико-химический состав городских сточных вод;
санитарно-гигиенические
требования при повторном
использовании этих уже очищенных
сточных вод.
Выбор технологической
системы производственного
водоснабжения (прямоточное или
оборотное) определяется
технико-экономическим расчетом.
Проведенные в нашей стране
исследования и опыт
эксплуатации оборотных охлаждающих
систем производственного
водоснабжения позволили определить
усредненные требования к
качеству повторно используемых или
добавляемых в эти системы
городских сточных вод (табл.
8.3).
Обязательным условии
применения доочищенных городских
сточных вод является их
хлорирование. При времени контакта
с хлором 60 мин и остаточной
концентрации свыше 1 мг/л
достигается полное
обеззараживание воды.
В СССР запроектированы и в некоторых местах уже построены и
эксплуатируются системы производственного водоснабжения с
использованием городских сточных вод: в Москве (пропускной способностью
200 тыс. м3/сут — на I очередь), в Челябинске и Липецке
(соответственно 330 и 86 тыс. м3/сут), а также в ряде других промышленных районов.
Воду предполагается использовать для подпитки охлаждающих систем
оборотного водоснабжения, а также в некоторых технологических
процессах. В настоящее время разрабатываются проекты перевода
нескольких нефтеперерабатывающих, нефтехимических, азотно-туковых и
других заводов на снабжение очищенными городскими сточными
водами без использования других источников воды.
В Японии сточные воды городов Токио, Осака, Кавасаки, Нагойя и
других после станций биологической очистки подвергаются
дополнительной обработке (процеживание, фильтрование через зернистую
загрузку или коагуляция, отстаивание и фильтрование) и используются
на металлургических заводах, бумажных фабриках, нефтеперерабаты-
Показатели
Солесодержание
общее, мг/л
Содержание, мг/л:
взвешенных веществ
хлоридов
сульфатов
железа общего
эфирораствори-
мых
азота общего
фосфатов
хрома
Жесткость общая,
мг-экв/л
БПКполн, МГ/Л
ХПК, мг/л
Коли-индекс
рн
Вода

добавочная
Не
нормировано
ДоЗ
Не
нормировано
То же
»
»
До 30
» 5
—
До 5
До 6
» 45
» 1000
6,5—8,5
оборотная
До 6000
До 50
» 350
» 500
» 4
» 20
Не
нормировано
То же
До 1,7
Не нор- о
мирован
До 50
» 120
» 2-Ю«
6,5—8,5
297

вающнх заводах, стекольном заводе и на многих мелких предприятиях.
В отдельных случаях (металлургический и стекольный заводы)
используется сточная вода непосрдественно после биологической
очистки — без глубокой очистки.
Общий расход используемых повторно городских сточных вод в
настоящее время достигает нескольких миллионов м3/сут.
В США очищенные городские сточные воды широко применяют для
водоснабжения промышленных предприятий. В городах Даллас и
Амарилло после глубокой очистки сточные воды используют в
нефтеперерабатывающей промышленности и энергетике. Нефтеперерабатывающий
завод компании «Эль-Пасо» таким образом покрывает 89 % своей
потребности в воде. В ближайшие годы предполагается до 80 % сточных
ьод Нью-Йорка использовать в промышленности. В г. Балтимор
сточные воды используются в сталелитейной промышленности, в т. Белл-
впл — для водоснабжения бумажной фабрики, в г. Гранд-Каньон — для
полива садов и парков и т. д.
В ближайшие годы во многих промышленно развитых районах с
напряженным водным балансом предполагается использовать очищенные
городские сточные воды в промышленности, на транспорте, в
строительстве, городском хозяйстве и для орошения сельскохозяйственных земель.
Таким образом, в настоящее время уже достаточно четко
оформились основные тенденции в использовании очищенных городских
сточных вод для нужд промышленности. Преимущественное использование
эти воды находят в системах охлаждающего оборотного
водоснабжения, а также в ряде технологических операций, где требования к воде
примерно соответствуют показателям качества пресных вод открытых
источников. В отдельных случаях производится глубокая очистка воды
до норм, приближающихся к показателям качества питьевых вод.
§ 50. ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В 1982 г. доля оборотной воды на производственные нужды
промышленности превысила 70%. Наибольший процент использования
оборотной воды достигнут на предприятиях Миннефтехимпрома СССР (90%),
Мингазпрома и Млнудобренин (89,7 %), Минчермета СССР (85 %)¦ Од-
нако в отдельных отраслях имеются предприятия, на которых доля во-
дооборота достигает 98 %.
В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности
основными потребителями воды являются предприятия по переработке
нефти E8%) и синтетического каучука B5%). Большая часть воды
потребляется в охладительных системах и при конденсации изделий.
В табл. 8.4 представлены обобщенные показатели водопотребления
и водоотведения в СССР и за рубежом для крупных
нефтеперерабатывающих заводов топливно-масляного профиля.
Сточные воды предприятий нефтеперерабатывающей
промышленности содержат нефть, нефтепродукты, соли, деэмульгаторы и др. Систе-
ТАБЛИЦА 8.4. ВОДОПОТРЕБЛ ЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕН ИЕ
НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДАХ
Страна
СЭВ (норма)
СССР
США
К?на/іа
Западная Европа (ФРГ,
Австрия, Португалия)
0
1
Удельные расходы воды,
свежей*
2,6
,14—0,62
,10—1,79
0,64
0,4—1,1
оборотной
41,2
10,1—21.0
До 46.9
14,2
9,6—36,8
ма/т
0
0
0
СТОЧНОЙ
1,02
,12—0,
,71—0,
,31—0,
ЬЗ
87
44
В одо обо рот,
%
_
96,7
До 97,6
93,6—98,2
Без учета расхода воды на паросиловые нужды.
298

ма канализации — полная раздельная. С целью повторного
использования сточные воды подвергают механической, физико-химической и
биологической очистке.
На современных нефтеперерабатывающих заводах устраивается
несколько систем оборотного водоснабжения и несколько локальных
установок по очистке сточных вод.
В черной металлургии пода'расходуется в основном на охлаждение
G5%), очистку отходящих газов, гидротранспорт, промывку изделий
после обезжиривания и травления. При этом широко применяется
повторное и оборотное водоснабжение.
Примером замкнутой системы водоснабжения в этой отрасли может
служить система цеха холодного проката на Верх-Исетском
металлургическом заводе.
Полная раздельная система канализации на этом заводе разделяет
сточные воды на девять потоков. Далее с учетом их физико-химических
характеристик они объединяются в четыре группы.
1. Промывные воды травильных отделений, пройдя последовательно
нейтрализацию, аэрацию, отстаивание с добавлением флокуляитов и
глубокую очистку на песчаных фильтрах, частично возвращаются в
производство. Оставшееся количество сточной воды направляется на
выпаривание.
2. Отработанные травильные растворы, из которых выделяют
сульфат железа, возвращают в водооборот.
3. Маслосодержащие сточные воды направляются на отстаивание,
далее на реагентную напорную флотацию и песчаные фильтры, после
чего часть воды возвращается в производство, а оставшаяся часть
направляется на выпаривание.
4. Сточные воды с содержанием диоксида магния проходят очистку
и возвращаются в производство.
Особенностью замкнутой системы этого цеха является необходимость
обессоливания сточных вод и сжигания маслосодержащих отходов.
В цветной металлургии основное количество воды используется на
обогащение руд, пылеподавлепие, гидротранспорт, очистку отходящих
•газов и др. Водооборот в среднем по отрасли составляет 80%.
Разработанная для Иртышского медеплавильного завода бессточная
система водоснабжения позволила прекратить сброс сточных вод в
р. Иртыш и получить товарный цинковый кек A8% цинка), медный
продукт (до 30% меди), минеральные удобрения, гипс,
деминерализованную воду. Бессточная система состоит из нескольких цеховых систем
оборотного водоснабжения. Продувочные воды более чистых оборотных
систем подаются для подпитки в более загрязненные.
В целлюлозно-бумажной промышленности основное количество
воды расходуется для получения продукции. Водооборот в среднем по
отрасли составляет 75 %¦
Для уменьшения сброса загрязненных сточных вод применяются
увеличение оборота воды на бумажных машинах, последовательное ее
использование при многоступенчатой промывке и отбелке
высококонцентрированных сточных вод, глубокая очистка сточных вод на
общезаводских сооружениях.
На рис. 8.1 представлена схема использования сточных вод картон-
но-бумажных предприятий.
Обеспечение водой картонной фабрики происходит тремя потоками
очищенных сточных вод. Поток I, пройдя песколовки и скребковые
ловушки с реагентной обработкой бентонитом, используется в
технологическом процессе (облагораживание макулатуры, промывка сукон
фильтров и т.д.). Содержание взвешенных веществ в 'воде потока I до
10 мг/л, БГІК5 до 20 мг/л, цветность 100 град по платино-кобальтовой
шкале. Поток сточных вод II после скребковых ловушек направляется
на глубокую очистку на скорые фильтры, а затем на технологическое
299

1230
йум. фабрика
"Коммунар"
99
130
30
Прочив
патребитепи
Скорые
фильтры
Ш
325
900
СкребкоЬь\е
лоЬциіки
195
І
315
Картонная фабрика
220
Очистные сооружения
/шбнебых стокаб
115
200
бум срабрит
"Комсомолец"
1601
200
Внеплощадочные очистные
сооружения
Рис. 8.1. Рациональная схема использования сточных вод бумажно картонных
предприятий (средние расходы даны в м3/ч)
производство с высокими требованиями к качеству воды. Содержание
взвешенных веществ в воде потока II не более 6 мг/л, железа 0,1 мг/л,
БПК5=12 мг/л и цветность до 250 град.
Поток сточных вод III после внеплощадочной очистки и глубокой
очистки на микрофильтрах подается в технологический процесс.
Содержание взвешенных веществ этого потока 20 мг/л, БПК5=20 мг/л.
На внеплощадочных сооружениях осуществляется глубокая очистка
подаваемой воды с тем, чтобы обеспечить требования к необходимому
качеству оборотной воды.
Схема предусматривает физико-химическую очистку этих вод в
отстойных сооружениях с реагентной обработкой и двухступенчатую
биологическую очистку в аэротенках. При этом снижается содержание
взвешенных веществ с 300 до 20 мг/л, БПК5 с 222 до 20 мг/л.
Образующиеся 30 т осадка и активного ила обезвоживаются на фильтр-прессах с
последующей сушкой и сжиганием.
В машиностроении количество воды, находящееся в системах
оборотного водоснабжения, достигает 70 % общего водопотребления
отрасли. Одним из последних достижений повторного использования сточных
вод на технологические нужды служит Волжский автомобильный завод
(см. гл. 9).
При проектировании систем оборотного водоснабжения
промышленных предприятий необходимо решать вопрос о сборе, очистке и
утилизации поверхностного стока с их территорий. В табл. 8.5 представлены
средние значения загрязненности поверхностного стока для
предприятий нефтеперерабатывающей, нефтехимической, металлургической и
машиностроительной промышленности.
Для возврата поверхностных вод в технологический процесс
необходимо осуществить их очистку до требований к качеству воды в системах
оборотного водоснабжения соответствующей отрасли. В состав очистных
сооружений обычно входят пруды-усредннтели, выполняющие также
роль отстойников. В случае необходимости производят химическую
обработку сточных вод перед подачей в отстойные сооружения, а затем
300

ТАБЛИЦА S.5. ЗАГРЯЗНЕННОСТЬ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА ДЛЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Показатели
Содержание, мг/л:
нефтепродуктов
взвешенных
веществ
Для талых
под
50—80
2000—2500
Для доіидс-
Duro стока
30—50
1000—1500
Показатели
ХПК, мг/л
БПКполв, МГ/Л
РЯДА ОТРАСЛЕЙ
Для
талых вод
100—150
30—50
Для
дождевого
стока
80— 100
20—30
сточная вода направляется на напорные фильтры. Более подробно о
схеме очистки поверхностного стока см. § 62.
Целесообразность и экономичность повторного использования
сточных вод должна быть обоснована соответствующими расчетами. В
каждом конкретном случае необходимо оценить, насколько рациональнее
проводить дорогостоящую очистку сточных вод, содержащих
органические и минеральные загрязнения, по сравнению с вариантом забора
воды из источников (поверхностных или подземных) и соответствующей
их обработки.
Проводя сравнительную экономическую оценку возможности
использования очищенных сточных вод или воды естественных источников,
необходимо учитывать расходы на строительство и затраты на
эксплуатацию водозаборных сооружений, водоводов, насосных станций,
водопроводных очистных сооружений.
Уменьшение количества потребляемых природных вод в
технологических циклах на предприятиях, замена их очищенными сточными
водами способствуют улучшению качества этих вод (за счет самоочищения),
что создает благоприятные условия для объектов, расположенных
ниже по течению реки.
§51. СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
С МИНИМАЛЬНЫМ СБРОСОМ СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМ
Наиболее рациональным в решении проблемы охраны водоемов от
загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем
водоснабжения и канализации промышленных предприятий с
использованием очищенных сточных вод в системах технического и оборотного
водоснабжения и забором свежей воды из водоисточников в основном для
целей питьевого водоснабжения.
Необходимость разработки и внедрения замкнутой системы
водоснабжения промышленного преДприятия зависит от ряда причин, а
именно: 1) от дефицита воды в районе или области; 2) от содержания в
водохозяйственном объекте загрязняющих веществ, близких к их ПДК в
водоеме; 3) от применения современной малоотходной технологии.
Целесообразность применения замкнутых систем определяется
также степенью ущерба, наносимого водоему при сбросе неочищенных или
недостаточно очищенных сточных вод; необходимостью извлечения из
сточных вод ценных компонентов и их утилизации; высокими
требованиями к качеству сточных вод, сбрасываемых в канализацию или
водоемы, ибо иногда по ряду компонентов к сбрасываемой воде
предъявляются требования более высокие, чем к качеству питьевых вод, и
поэтому сброс таких вод нецелесообразен.
Внедрение замкнутых систем обосновывается
технико-экономическими расчетами, причем в ряде случаев применение таких систем,
даже при их экономической нецелесообразности, диктуется
необходимостью улучшения санитарно-гигиенических и экологических условий на
предприятиях, в ТПК и т. д.
Кроме совершенствования методов очистки сточных вод и введения
безводных процессов для создания таких систем необходимо разрабо-
301

тать технологические процессы, позволяющие резко сократить отходы
производства и потребления воды. Применение рациональных схем
водоснабжения предприятий с многократным использованием воды в
производствах и создание внутрицеховых оборотных систем, включающих
локальные сооружения очистки наиболее загрязненных сточных вод,
дают возможность резко сократить количество сточных вод,
поступающих на внеплощадочные очистные сооружения. Причем на эти
сооружения поступают только воды, содержащие биохимически разрушаемые
соединения, что позволяет возвратить очищенную воду в системы
технологического и оборотного водоснабжения.
Основные предпосылки для создания замкнутых систем водного
хозяйства промышленных предприятий следующие.
1. Применение безводных или маловодных технологических
процессов, обеспечивающих более полное комплексное использование
сырьевых ресурсов. Внедрение аппаратов воздушного охлаждения позволяет
не только сэкономить значительное количество воды, но и уменьшить
количество сточных вод. Исключение использования'воды для
промывки газов (кроме тех случаев, когда из них водой извлекаются ценные
компоненты) позволяет значительно уменьшить ее потребление.
Применение сухих методов очистки газов только на предприятиях черной
металлургии позволит сократить водопотребление на 15—20%.
2. Выбор комплекса производств предприятия и их размещение на
промышленной площадке, обеспечивающие последовательное
многократное использование воды.
3. Совершенствование технологических, процессов, позволяющее
сократить количество и загрязненность сточных вод. Например, на
предприятиях азотной промышленности широкое внедрение укрупненных
технологических агрегатов с использованием и утилизацией теплоты
реакций позволяет снизить удельные расходы воды в производствах
аммиака на 65—70 %, азотной кислоты на 90—95 %, амиачной селитры на
85%- Внедрение на предприятиях нефтехимической промышленности
одностадийного метода получения дивинила обеспечивает сокращение
количества сточных вод в этом процессе в 100 раз. В производстве моно-
коруЕіда можно резко сократить количество и загрязненность сточных
вод путем улавливания образующегося сероводорода из парогазов
углеродистыми сорбентами с использованием их в дальнейшем в шихте
плавки. Регенерация обработанных кислых и щелочных растворов с
повторным использованием кислот и щелочей позволит резко сократить
количество солей, образующихся в сточных водах при нейтрализации
растворов.
4. Рациональное многократное использование воды во всех
технологических процессах и операциях, создание локальных замкнутых
систем технического водоснабжения. Особое значение приобретает
рациональное использование воды в наиболее водоемких технологических
процессах, например при промывке сырья, полупродуктов, готового
продукта, и разработка физико-химических способов очистки сточной
воды, обеспечивающих возврат очищенной воды в эти же процессы.
В этом случае не требуется глубокой очистки сточных вод: из них
достаточно удалить те компоненты, которые оказывают отрицательное
влияние на качество промываемого продукта. Например, разработанная
во ВНИИ ПАВ и ВНИИ ВОДГЕО рациональная система
использования воды в производстве синтетических жирных кислот обеспечивает
получение сточных вод с содержанием кислот 180—200 г/л. Очистка
этих вод методом азеотропной ректификации позволяет, с одной
стороны, выделить и получить в товарном виде низкомолекулярные жирные
кислоты (муравьиную, уксусную, пропионовую и масляную), а с
другой— использовать очищенную воду в производстве. На заводе
синтетических жирных кислот создана замкнутая система технического
водоснабжения по кислым сточным водам, позволяющая увеличить на 12%
302

выход товарных кислот при переработке парафина и сократить
поступление загрязнений на биологическую очистку по ХПК с 27 до 2 т/сур.
Большое количество сточных вод образуется на вакуум-выпарных и ди-
стилляционных установках, на которых летучие соединения вымываются
из газов водой в барометрических конденсаторах. Бесспорно, наиболее
рационально летучие соединения улавливать непосредственно из наро-
газов специальными поглотителями. Так, разработанная БашНИИНПом
принципиальная схема вакуумной системы установок АВТ
позволяет резко сократить загрязнение сероводородом сточных вод и атмосферы,
а также увеличить отбор дизельного топлива, которым ранее
загрязнялись барометрические воды.
5. Классификация сточных вод как по характеру загрязнений, так и
по их общей загрязненности и разработка рациональной системы их
очистки с целью повторного использования. Особое значение
приобретает разработка методов очистки сточных вод от органических
соединений отдельных классов с учетом физико-химических свойств этих и
основных сопутствующих соединений. Например, согласно разработанной
классификации сточных вод, содержащих сероводород, меркаптаны и
их соли, органические сульфиды и дисульфиды, и сточных вод,
образующихся в производстве сульфатной целлюлозы, искусственного
волокна, монокорунда, нефтепродуктов, все соединения серы разделены на
две группы, а все сточные воды на три категории. Для каждой из этих
категорий разработан свой метод очистки, учитывающий также и
характер основных сопутствующих загрязнений.
6. Обеспечение такого качества сточных вод, поступающих на вне-
площадочные очистные сооружения, которое позволяет осуществить их
очистку на этих сооружениях. Обязательным условием создания
замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий является
удаление из сточных вод биологически неразрушаемых и токсичных
соединений из локальных потоков до их объединения в общий поток,
поступающий на внеплощадочные очистные сооружения.
Оптимизация использования воды обеспечивает резкое сокращение
количества сточных вод и повышение их загрязненности. Поэтому в
последнее время начали применять физико-химические методы
очистки. Однако было бы ошибкой полностью отказаться от биологического
метода очистки. Каждый метод должен использоваться там, где любой
другой является менее технически и экономически рациональным.
Применению того илн иного метода должно предшествовать глубокое
изучение характера сточных вод и физико-химических свойств
присутствующих в них загрязнений. Практика показала, что оптимальной
является определенная комбинация методов, а это требует от специалистов
умения найти для каждого случая рациональные метод и систему
очистки сточных вод.
7. Обеспечение качества биологически очищенных сточных вод,
удовлетворяющего требования к воде, используемой для восполнения потерь
в оборотных системах, по санитарно-гигиеническим и
токсикологическим показателям. Для достижения этой цели используется один из
известных методов глубокой очистки или их комбинация.
Эпидемиологическая безопасность очищенных бытовых сточных вод
достигается обработкой хлором. Обеззараживание бытовых сточных вод
обеспечивается остаточным содержанием хлора 1—1,5 мг/л при
продолжительности контакта 30 мин; при этом коли-индекс не должен
превышать 1000. При подпитке охлаждающих оборотных систем
очищенными сточными водами необходимо исключать возможность загрязнения
воздушного бассейна. Вынос капельной влаги из градирен должен быть
минимальным, а образующиеся гидроаэрозоли не должны быть
токсичными.
В настоящее время проводятся исследования по изучению
санитарно-гигиенической и токсикологической оценки очищенных бытовых сточ-
303

ных вод, оборотных вод охлаждающих систем и гидроаэрозолеи,
выносимых из градирен. Для производственных сточных вод
токсикологические исследования должны проводиться в каждом случае, прежде чем
может быть дано разрешение на их использование (после
соответствующей очистки) на подпитку оборотных систем охлаждающего
водоснабжения. Последняя проблема является очень сложной вследствие
большой продолжительности токсикологических исследований на
животных.
ВНИИ ВОДГЕО разработаны условия использования очищенных
сточных вод Москвы в системах прямоточного и оборотного
водоснабжения на промышленных предприятиях. Эти сточные воды состоят на
60 % из бытовых и на 40 % из производственных (в основном
машиностроительной промышленности). Исследованиями установлено, что при
очистке этих вод по схеме «механическая очистка — биологическая
очистка— глубокая очистка на фильтрах с зернистой
загрузкой—дезинфекция хлором» они могут быть использованы в системах прямоточного
водоснабжения.
При использовании очищенных сточных в системах оборотного
водоснабжения необходимым является их кондиционирование: а) при
режиме с продувкой — обработка с целью предотвращения биообрастаний
и карбонатных отложений; б) при беспродувочном режиме —
дополнительная обработка для предотвращения коррозии и частичного
удаления из оборотной воды взвешенных веществ. Санитарно-гигиеническая
безопасность повторного использования таких сточных вод в оборотных
системах охлаждающего водоснабжения обеспечивается как в
процессе очистки, так и при кондиционировании воды в оборотных системах.
Начиная с декабря 1975 г. очищенные сточные воды объединения
Курьяновских станций аэрации используются на ряде промышленных
предприятий в системах прямоточного и оборотного водоснабжения, а также
в некоторых отдельных технологических процессах: например, на АЗЛК
в цехах гальванопокрытий (в аппаратах «Гидровартекс» для мойки
некоторых деталей и снятия покрытий), окраски (в аппаратах бендериза-
ции, а также в гидрозатворах некоторых камер, ваннах приготовления
раствора фосфатных покрытий), испытаний (в камерах «Шпрнвакс»
для мойки автомобилей, в камерах проверки автомобилей на
герметичность).
8. Применение рациональных методов обессиливания сточных вод.
При обессоливании сточных вод необходима их классификация и
разработка рациональной системы. Идеальным решением является
выделение индивидуальных солей и возврат в производство очищенной воды
и выделенных солей или регенерация рассолов и повторное их
использование. Особую проблему составляет разработка методов анализа и
изучения химического состава сточных вод на всех стадиях очистки.
Наиболее сложной задачей является изучение состава сточных вод,
прошедших сооружения биологической очистки. Определение состава
сточных вод различных производств позволит подойти к обобщению
данных и прогнозированию качества очищенных вод в зависимости от
их исходной характеристики и выбранных методов очистки.
Создание замкнутых систем водного хозяйства промышленных
предприятий требует изменения постановки научных исследований. От
разработки отдельных методов очистки сточных вод необходимо перейти
к разработке системы водного хозяйства промышленных предприятий,
которая включает оптимизацию использования воды во всех
операциях, производствах и цехах; регенерацию отработанных растворов;
извлечение из сточных вод ценных компонентов; методы очистки локальных
потоков сточных вод и создание локальных замкнутых систем
технического водоснабжения; решение вопросов, связанных с глубокой
очисткой сточных вод, подготовкой их для подпитки оборотных систем
водоснабжения; обработкой оборотной воды этих систем; обезвреживанием
304

осадков. При такой постановке вопроса в кратчайший срок могут быть
разработаны системы водного хозяйства предприятий с учетом уже
известных методов очистки сточных вод и выявлены те узлы, для
которых в настоящее время отсутствуют готовые решения или известные не
являются оптимальными; иными словами, будут определены задачи
дальнейших исследований в областях совершенствования основной
технологии и очистки сточных вод.
Вопросами, требующими изучения, являются: создание
высокоэффективных, обладающих высокой прочностью сорбентов, необходимых
для глубокой очистки сточных вод; поиск эффективных катализаторов
для очистки сточных вод окислением кислородом воздуха, позволяющих
проводить процесс при температурах ниже 250°С; изыскание
эффективных катализаторов для низкотемпературного сжигания осадков сточных
вод; создание высокоэффективных реагентов, органических коагулянтов
и флокулянтов; разработка нового мутатеста для токсикологической
оценки очищенных сточных вод и аэрозолей.
Применяемые схемы очистки сточных вод, включающие очистку
локальных потоков и общего потока, должны быть технически и
экономически оптимальными. В связи с этим большое значение приобретает
разработка математических моделей, упрощающих исследования и
сокращающих их сроки по определению оптимальных схем и параметров
работы отдельных узлов.
В некоторых случаях окажется наиболее рациональным создание
замкнутых систем водного хозяйства на отдельных промышленных
предприятиях, в ТПК или районах. Тогда для глубокой очистки сточных вод
и очистки слабозагрязненных сточных вод в средней полосе и на юге
нашей страны может оказаться весьма эффективным гидроботанический
метод с использованием каналов с высшей водной растительностью,
который позволяет удалять из сточных вод органические и минеральные
соединения.
ЕНИИ ВОДГЕО выполнены исследования по очистке этим методом
объединенного потока слабозагрязненных сточных вод промышленного
комплекса, в состав которого входит 11 предприятий, в том числе
заводы органического синтеза, синтетического каучука, искусственного
волокна, шинный и др. Сточные воды в первой стадии контактируют с
гидрокультурами высших водных растений в канале, во второй — в
пруду; при этом ХПК сточных вод снижается с 90—180 до 54—86 мг/л,
БПК20 — с 125—30 до 6,5—14 мг/л, достигается полная очистка от
цинка, меди, метанола, анилина, толуола, капролактама.
Фауна сооружений гидроботанической очистки сточных вод имеет
ярко выраженную тенденцию к увеличению числа видов микрофлоры
и микрофауны от начала канала к выходу из пруда, в воде которого
присутствует значительное количество гидробионтов и, в частности,
дафния магн-а. Это свидетельствует о последовательном снижении
токсичности воды в процессе ее очистки до уровня, близкого к уровню воды
водоемов санитарно-бытового водопользования. Очищенные сточные
воды по своим показателям соответствуют качеству воды, используемой в
системах оборотного водоснабжения.
Таким образом, решение проблемы создания замкнутых систем
водного хозяйства промышленных предприятий выдвигает ряд новых
задач, от решения которых зависят сроки внедрения этих систем.
ГЛАВА 9. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ОЧИСТКИ
И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Промышленное водоснабжение с использованием очищенных
производственных сточных вод на нужды предприятий осуществляется с
учетом следующих основных мероприятий:
20—179 305

сокращения забора воды из источников водоснабжения путем
перехода на новую технологию производства с заменой водоемких процессов
безводными или маловодными (например, широкое применение
воздушного охлаждения вместо водяного и др.);
повышения коэффициента оборотного водоснабжения и повторного
использования воды в производстве;
перехода на замкнутые системы водоснабжения и водоотведения;
внедрения новых методов очистки сточных вод на локальных
установках, общезаводских_ и районных очистных сооружениях,
предусматривающих извлечение и утилизацию ценных продуктов и отходов
производства и использование очищенной воды;
рационального размещения новых и реконструкции действующих
промышленных предприятий и сооружений очистки сточных вод.
Совершенствование проектирования схем очистки сточных вод
базируется на следующих основных принципах:
внедрении новейших научно-исследовательских разработок
технологических процессов очистки сточных вод и обработки осадка;
внедрении новых эффективных типов очистных сооружений и их
унифицированного оборудования, а также применении реагентов,
повышающих эффективность очистки сточных вод;
совершенствовании строительного проектирования, направленного
на улучшение объемно-планировочных решений, использовании новых
строительных материалов, неметаллических труб и аппаратуры,
создании новой серии типовых унифицированных деталей.
В ряде случаев для обработки производственных сточных вод
металлургических заводов могут быть использованы отходы
производства. Например, для предотвращения карбонатных отложений в системе
оборотного водоснабжения установки очистки доменного газа
применяется обработка воды углекислотой, которая содержится в дымовых
газах, образующихся после сжигания доменного газа в
воздухонагревателях или в котельных установках. В результате такой обработки
(рекарбонизация) в газоочистных аппаратах, трубопроводах,насосах и
градирнях интенсивных карбонатных отложений не наблюдается.
Затраты в этом случае сводятся лишь к оплате стоимости электроэнергии,
расходуемой на перекачку воды и подачу газа.
Другим примером может служить нейтрализация кислых оборотных
вод для сталеплавильных агрегатов (конвертерных, мартеновских)
щелочными отработанными сточными водами от установок разливки
чугуна.
Для производственного водоснабжения могут быть использованы не
только отработанные очищенные производственные сточные воды, но и
городские после их очистки и обеззараживания.
В одиннадцатой пятилетке в нашей стране наметилась тенденция
уменьшения сброса загрязненных сточных вод. Как правило, более
50 % общего расхода воды, используемой в производстве, включены в
замкнутый водооборот.
§ 52. СХЕМЫ КАНАЛИЗОВАНИЯ И ОЧИСТКИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Вопросы строительства канализационных очистных сооружений
нельзя решать локально, так как это приводит к возведению большого
числа сооружений малой пропускной способности и соответственно к
увеличению капитальных вложений. Затраты на строительство крупных
очистных сооружений, принимающих сточные воды от нескольких
объектов, даже при условии строительства магистральных коллекторов,
значительно ниже затрат на возведение очистных сооружений для
каждого объекта в отдельности.
306

населенный пункт
ВытаВые
стоиные Воды
Промпредприятия '•*-
Производственные
стопные боды
Групповые очистные установки
Городская канализация
\
Сооместная очистка на станциях аэрации
бодогм -*-
- Доочистка.-
Рис. 9.1. Схема совместной очистки производственных и бытовых сточных вод
Рис. 9.2. Технологическая схема станции очистки сточных вод г. Медвей (штат
Массачусетс, США)
Потоки: / — сырой осадок; // — возвратный ил; /// — избыточный ил; / — комминутор; 2 — насос
для подачи сточной воды; 3 — аэрируемые песколовки; 4 — отстойники с камерами хлопьеобразо-
вання; 5 — аэротеики; 6 — вторичные отстойники; 7 — гравийно-песчаные фильтры; S — контактные
резервуары; 9 — сооружения для каскадной аэрации обработанной воды; 10 — флотационный
уплотнитель; // — фильтр-пресс
Повышение эффективности капитальных вложений связано с
укрупнением сооружений по очистке сточных вод путем создания
региональных схем канализования и очистки производственных и бытовых
сточных вод. Региональная схема включает общие очистные сооружения,
канализационную сеть с насосными станциями, соединяющую эти
сооружения с промышленными предприятиями и населенными пунктами
региона.
Основные положения региональной схемы канализования сводятся
к следующему:
регионом считается территория, на которой расположены общие
очистные сооружения и все тяготеющие к нему промышленные
предприятия и населенные пункты;
региональные схемы канализования и очистки сточных вод
предусматривают полную очистку смеси производственных и бытовых сточных
вод с последующим использованием их в системе оборотного
водоснабжения;
региональные очистные сооружения строятся только после технико-
экономического обоснования.
Внедрение региональных схем канализования и очистки
производственных и бытовых сточных вод в бассейнах рек позволит снизить
капитальные вложения и эксплуатационные затраты.
Схема совместной очистки производственных и бытовых сточных вод
приведена на рис. 9.1.
Совместная очистка бытовых и производственных сточных вод в
нашей стране успешно производится на станциях аэрации. Качество сточ-
20*
307

ных вод, прошедших московские станции аэрации, характеризуется по
взвешенным веществам и БПК.5 до 10—12 мг/л.
Глубокая очистка на песчаных фильтрах и обеззараживание на
одной из московских станций аэрации позволяют довести качество
очищенной сточной воды по взвешенным веществам и по БПКб до 2—
3 мг/л.
Эффективность очистки на станциях аэрации во многом зависит от
схемы предварительной очистки сточных вод на промышленных
предприятиях перед сбросом их в городскую канализацию. В большинстве
случаев на промышленных предприятиях должна осуществляться
локальная очистка производственных сточных вод перед спуском их в
городскую канализацию, а на городских очистных сооружениях — полная
совместная биологическая очистка. Работа локальных очистных
сооружений должна быть эффективной, так как поступление вредных
веществ, нарушающих биохимические процессы, в городскую
канализацию недопустимо.
Биологическую очистку, будет ли она производиться на
предприятиях или на городских очистных сооружениях, следует рассматривать как
глубокую, обеспечивающую возможность повторного использования
очищенных производственных сточных вод. При этом целесообразнее
очистку сточных вод осуществлять на крупных (районных) очистных
сооружениях, которые проектируются, строятся и эксплуатируются, как
правило, на более высоком уровне, чем небольшие очистные
сооружения отдельных предприятий. В связи с этим большое значение имеет
разработка требований к количеству и качеству производственных
сточных вод, направляемых в городскую канализацию.
Предварительную реагентную обработку сточных вод
целесообразно осуществлять на станциях аэрации в тех случаях, когда необходимо
повысить степень совместной очистки производственных и бытовых
сточных вод или увеличить пропускную способность, станции. Такая
необходимость возникает в связи с поступлением сточных вод с высокой
концентрацией загрязнений, вызванной значительным нх
содержанием в производственных сточных водах.
Примером может служить построенная в г. Медвей (штат
Массачусетс, США) станция биологической очистки с предварительной реа-
гентной обработкой сточной воды (рис. 9.2).
Реагенты (сернокислый алюминий и известь) дозируются в сточную
воду перед аэрируемыми песколовками в количестве, обеспечивающем
снижение концентрации фосфора при отстаивании до 1—2 мг/л.
Одновременно в процессе отстаивания снижается БПКб на 60—65 % и
концентрация взвешенных веществ на 80—90 %. При такой высокой
степени извлечения загрязнений на стаднії механической очистки
продолжительность аэрации может быть значительно сокращена.
Реагентная обработка обеспечивает перевод всего аммонийного
азота в. нитратный. В зимние месяцы, когда не требуется высокой степени
очистки от соединений фосфора и аммонийного азота, сооружения могут
работать без предварительной реагентной обработки. Очищенная
сточная вода после вторичных отстойников поступает на гравийно-песчаные
фильтры для удаления оставшихся взвешенных веществ, а затем в
контактные резервуары, куда дозируется хлор.
Введение реагентов в сточную воду перед первичным отстойником
приводит к увеличению объема сырого осадка в 1,5—2 раза и
сокращению прироста активного ила также примерно в 2 раза. Изменение
соотношения между сырым осадком и активным илом способствует
улучшению водоотдающей способности смеси осадков при их механическом
обезвоживании, увеличению выхода газа при сбраживании.
3US

§ 53. СХЕМЫ КАНАЛИЗОВАНИЯ И ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ТЕРРИТОРИАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ
В настоящее время особое внимание обращено на создание
территориально-производственных комплексов (ТПК) как основной
хозяйственной единицы, так как для развития народного хозяйства большое
значение имеет решение вопросов территориального использования
различных природных ресурсов.
Экономическое развитие ТПК проходит в трех основных
направлениях: 1) создание эффективной структуры производства основных
видов продукции; 2) охрана окружающей природной среды; 3)
рациональное использование ресурсов.
При р-азмещении производительных сил необходимо: максимально
сохранять природные условия; внедрять безотходные процессы,
потребляющие минимальное количество воды; экономно использовать
имеющиеся земельные территории, перераспределять природные ресурсы и
промышленное сырье с целью создания благоприятной природной
среды; ограничивать развитие отдельных производств в некоторых районах
(курортных или туристических зонах, заповедниках и т. п.). При этом
к мероприятиям по охране окружающей природной среды относятся
также разработка и строительство на предприятиях канализационных
очистных сооружений, переработка промышленных и коммунальных
отходов, озеленение и некоторые другие санитарно-гигиенические
мероприятия.
Вредное влияние производственных сточных вод можно
предотвратить не только с помощью канализационных очистных сооружений, но и
путем создания замкнутых циклов водопользования. Следовательно,
при проектировании производств для ТПК с целью охраны чистоты
водоемов следует в первую очередь предусматривать строительство
безотходных предприятий и-очистных сооружений, способствующих
резкому уменьшению сбросов.
На территории нашей страны размещено большое число
производственных комплексов. Например, ведущая отрасль ТПК —
машиностроение. Предприятия этой отрасли сбрасывают загрязнения в виде
использованных органических растворителей, токсичных соединений металлов
с отработанными гальваническими и травильными растворами, СОЖ и
эмульсий. Для указанных жидкостей необходимо создавать сложные
системы очистки с регенерацией наиболее ценных компонентов.
Поскольку довольно часто органические продукты привозятся в комплекс
издалека, вероятно, достаточно выгодно осуществлять централизованную
переработку и регенерацию таких веществ, как четыреххлористый
углерод, трихлорэтилен и др. Сброс гальванических и травильных
растворов может привести к накоплению тяжелых металлов в биоорганизмах
прибрежной зоны и к поступлению их по трофическим цепям в организм
человека.
Следовательно, системы улавливания вредных компонентов и их
регенерация совершенно необходимы. Наиболее целесообразно в этом
случае применять ионообменный метод обработки сточных вод.
Достаточно значительной по объему выпускаемой продукции
является в ТПК пищевая промышленность. Эта отрасль развивается в виде
комплекса предприятий, для которых необходимо разрабатывать
системы водооборота с утилизацией образующихся отходов. Неочищенные
сточные воды мясомолочной, спиртоводочной, свеклосахарной отраслей
загрязняют водоемы и особенно мелкие реки. Применение метода
биологической очистки обеспечит полную очистку сточных вод этих
предприятий. Рыбная отрасль пищевой промышленности представлена, как
правило, рыбокомбинатами, рыбными портами и вспомогательными
предприятиями. Здесь образуется большое количество сточных вод,
загрязненных ограническими отходами основного производства. В этом
309

случае целесообразно на всех крупных рыбокомбинатах ТПК внедрять
системы биологической очистки с дальнейшей переработкой
избыточного активного ила в органоминеральные удобрения, пригодные для
употребления в сельском хозяйстве.
Агропромышленный комплекс (АПК) является одной из
сложнейших территориально-производственных единиц, так как использование
возобновляемых природных ресурсов в сельском хозяйстве в сочетании
с обслуживающими и обрабатывающими сельское хозяйство
промышленными предприятиями ставит ряд задач по предотвращению вредного
воздействия отходов комплекса на окружающую природную среду.
В зоне АПК на полях, животноводческих фермах и птицефермах
образуется большое количество сточных вод, содержащих соединения
биогенных элементов (азота и фосфора) и ядохимикатов. Сельское
хозяйство и его промышленные предприятия по переработке продукции
дают значительное количество органических отходов, подвергающихся
быстрому разложению с выделением токсичных соединений. Сточные
воды этих комплексов требуют специальной обработки с утилизацией
отходов производства. АПК должны иметь современные системы
биологической очистки сточных вод с возвратом воды на технологические
нужды и, кроме того, заводы по переработке активного ила в кормовые
добавки или в органоминеральные удобрения. В этом случае можно
сократить поступление удобрений из других областей и снизить
отрицательное влияние накапливаемых отходов на окружающую природную
среду. Таким образом, АПК должен иметь установки для подготовки
отходов производства к использованию.
При проектировании внеплощадочных систем канализации
промышленных районов и ТПК следует уделять особое внимание вопросам
межотраслевого кооперирования при строительстве очистных
сооружений независимо от ведомственной принадлежности канализуемых
объектов, что значительно снижает капитальные расходы при их
реализации.
Снижение затрат на строительство внеплощадочных систем
канализации за период до 1990 г. за счет внедрения новых типов сооружений,
эффективных технологических процессов очистки и новых материалов
составит: по отведению сточных вод до 3%; по механической очистке
до 10%, по биологической очистке до 20%, по глубокой очистке
сточных вод до 10 %, по обработке осадка до 5 %.
Для снижения стоимости строительства требуется расширение и
четкая организация производства необходимых материалов, реагентов
(например, органических флокулянтов), технологического оборудования —
тонкослойных блоков из пластмасс, механических аэраторов, печей для
сушки осадка, центрифуг, фильтр-прессов и вакуум-фильтров,
воздуходувок, насосов новых марок и др.
Автоматизация является основным средством создания
оптимального режима работы как отдельных очистных сооружений, так и всего
комплекса объектов водного хозяйства. Только при полностью
автоматизированных сооружениях обеспечивается оптимальный режим
работы оборудования в зависимости от качества исходной сточной воды и
требований, предъявляемых потребителями к ее качеству после очистки.
Проблемной лабораторией очистки природных и сточных вод ГИСИ
им. В. П. Чкалова изучено влияние различных показателей качества
сточных вод на глубину и продолжительность их обработки,
предложены и исследованы различные элементы оперативного воздействия на
процесс биологической очистки с целью достижения наилучших
показателей качества обработанной воды при минимальных затратах
реагентов и электроэнергии.
По каждому из элементов воздействия были созданы
математические модели, определяющие их величину в зависимости от текущего
значения качества сточных вод, а также технической характеристики обо-
310

рудования. На основе этих моделей была создана система оперативного
управления станцией очистки сточных вод.
Информация о качестве жидкости вводится в ЭВМ каждые 2—4 ч
на основании инструментальной оценки качества воаы, собранной
автоматическим пробоотборником. Один из основных показателей
качества очищаемой сточной воды — концентраиия органических соединений
по ХПК — оценивается автоматическим гигрометром Alfi-d каждые
30 мин. Это особенно важно при оценке качества сточных вод
химических предприятий, когда концентрация органических заі рч^іе.ч-ііі no XilK
может изменяться от 150 до 1300 мг/л.
В г. Дзержинске районные очистные сооружения предназначены
для приема и очистки производственных и городских сточных вод. Эти
два потока проходят раздельно сооружения механической очистки.
После них производственные сточные воды поступают в усреднитель, a ли-
тем на I ступень аэротенков. В схеме очистных сооружений
предусмотрены регулирующие емкости, которые необходимы для выравнивания
расходов и концентраций загрязнений производственных сточных вод
во время залповых сбросов.
Городские сточные воды, пройдя механическую очистку, при
необходимости могут подаваться на I ступень аэротенков для разбавления
производственных сточных вод или же на II ступень аэротенков, когда
их разбавления не требуется.
Производственные сточные воды после I ступени аэротенков
поступают на II ступень и совместно с городскими сточными водами
обрабатываются, при этом происходит окисление трудоокисляемых
органических веществ.
Для управления комплексом сооружений с целью достижения
стабильных показателей качества очищенной сточной воды и наиболее
низких показателей энергозатрат на обработку сточных вод внедряется
автоматизированная система управления процессом биологической
очистки. Первая очередь предусматривает работу системы в режиме диалога
«человек-машина» («советчик-диспетчер»).
Разработанный для этого случая алгоритм помогает в
зависимости от показателей качества исходной сточной воды и условий ее
очистки оперативно решать основные задачи по режиму работы сооружений
биологической очистки. При этом определяются: 1) необходимость и
степень предварительного разбавления производственных сточных вод
бытовыми (от города) для достижения концентрации, при которой
наблюдаются наибольшие скорости потребления кислорода; 2)
необходимость и количество сбрасываемых в регулирующий накопитель
производственных сточных вод при залповых их спусках от предприятий;
3) возможность и количество возвращаемых из регулирующего
накопителя на биологическую очистку производственных сточных вод; 4)
оптимальная доза биогенных элементов; 5) оптимальный расход воздуха;
6) прирост активного ила, его возраст; 7) оптимальный расход
избыточного активного ила.
Реализация алгоритма на ЭВМ позволяет определять снижение
затрат на очистку и предельный сброс недостаточно очищенных сточных
вод в водоем.
§ 54. КОМПЛЕКСНАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СТОЧНЫХ ВОД И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
ХИМИЧЕСКОГО КОМБИНАТА И ГОРОДА
Химические комбинаты — крупные предприятия с разнообразными
производствами, потребляющими значительное количество воды и
имеющими сложный состав производственных сточных вод. Комбинаты
строятся, как правило, там, где имеются запасы сырья. Однако в этих
районах могут быть недостаточные ресурсы воды и отсутствовать водо-
311

емы для приема сточных вод. Такие условия требуют создания на этих
комбинатах замкнутых циклов водного хозяйства и очистки сточных вод
для повторного их использования.
Примером такого решения может служить Первомайское ПО Хим-
пром. Продукция комбината—хлор, каустическая сода, пластмассы,
средства защиты растений, моющие средства и др. На этом
комбинате создана замкнутая система водоснабжения (табл. 9.1), при
которой полностью исключается сброс сточных вод в поверхностные
водоемы, а потребление воды из источников водоснабжения
предусматривается только для восполнения безвозвратных потерь.
ТАБЛИЦА 9.1. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О ВОДОПОТРЕБЛЕНИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ
СТОЧНЫХ ВОД ДО И ПОСЛЕ ВНЕДРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ
Показатели
Общий расход свежей воды, тыс. м3/сут
В том числе химическим комбинатом, тыс.
м3/сут
Общее количество воды в обороте, тыс. м3/сут
Общее количество сточных вод, поступающих
на биологическую очистку, тыс. м3/сут
В том числе от химического комбината, тыс.
м3/сут
Сброс сточных вод в реку, тыс. м3/сут
Закачивание сточных вод в подземные пласты,
тыс. м3/сут
Возврат сточных вод в производство, %
До внедрения схемы
175,6
150,7
551,2
137,2
128,1
137,2
—
—
После внедрения
схемы
29,4
4,5
688,4
16,8
7,6
—
1,8
95,7
В замкнутый цикл водооборота комбината (рис. 9.3) включены
сточные воды ТЭЦ, города и других предприятий промышленного
комплекса (база строительной индустрии, гндролизно-дрожжевой завод).
В комплексной схеме приняты следующие решения: сточные воды
технологических процессов химического комбината и ТЭЦ замкнуты в
локальных циклах водного хозяйства с очисткой производственных
сточных вод на определенной ступени цикла; выпуск в отдельные сети
канализации осуществляется только для потоков, очистка которых
предусмотрена на общезаводских очистных сооружениях. Для отдельных
потоков предусмотрены различные сети канализации. Например, для
сточных вод: 1) с содержанием органических загрязнений; 2) с
содержанием минеральных загрязнений; 3) с большой минерализацией
(более 3 г/л); 4) бытовых; 5) условно чистых и дождевых.
Согласно исследованиям ВНИИ ВОДГЕО и проекту Ростовского
отделения Союзводоканалпроект, для одного из крупных
промышленных комплексов и города построены общие очистные сооружения.
В промышленный комплекс входят предприятия, выпускающие
синтетический каучук, синтетическое волокно, автомобильные шины и др. Все
сточные воды от промышленной и жилой территорий города
сгруппированы в три потока: 1) производственные от аппаратов водяного
охлаждения, продуктов производства (резины и ее полуфабрикатов), а также
дождевые стоки заводов; 2) бытовые — от заводов и города, а также от
городских предприятий (хлебо- и молокозавода, прачечных и др.);
3) химически загрязненные — от предприятий органического синтеза,
синтетического каучука и т. д.
Загрязнения, содержащиеся в сточных водах первого потока,
представляют собой в основном механические примеси. Эти воды, часто
называемые условно чистыми, направляются в канал длиной 7,5 км, в
котором происходит окисление остаточных органических веществ.
Сточные воды второго потока после полной биологической очистки
поступают на земледельческие поля орошения (ЗПО), где выращиваются
люцерна, костер, кукуруза, используемые для откорма скота. Сточные
312

29Л
Свежая
вода
'2k,9
Город,
предприятия промышленного
комплекса
9.1 1,6
,
16,S
диалогические
очистные
сооружения
¦
і Дождевые
18,8
2,1
стоки
Установка
доочистки
сточных. Sod
Химкомбинат,
ТЭЦ
11.2
Установка
термического
опреснения
18,9
If
Ло/іигон
подземного
захоронения
Рис. 9.3. Комплексная схема и баланс водопотреблення с использованием сточных вод
химического комбината, ТЭЦ, города и предприятия .промышленного комплекса
(цифры— расходы воды в тыс. м3/сут за вычетом безвозвратных потерь)
воды третьего потока разбавляются в 3 раза обезвреженными
бытовыми сточными водами, проходят полную биологическую очистку и
направляются на глубокую очистку в лиман.
Таким образом, разработанная и реализованная система водоис-
пользования промышленного узла исключила полностью сброс воды в
реку. Все сточные воды после очистки либо возвращаются в
производство, либо направляются на ЗПО и в лиман. Степень их загрязненности
постоянно контролируется и не превышает допустимого уровня.
Экономическая эффективность этой системы водоиспользования составляет
более 2,4 млн. руб. в год.
§ 55. КОМПЛЕКСНАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ПРОИЗВОДСТВ ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТНЫХ ДИСПЕРСИИ
С УТИЛИЗАЦИЕЙ ОСАДКА
В Охтинском научно-производственном объединении (ОНПО) «Пласт-
полимер» разработан комплексный метод очистки сточных вод
производств поливиннлацетатных дисперсий с утилизацией образующегося
осадка, который позволяет создать на действующих и вновь
проектируемых предприятиях малоотходную технологию.
Этот метод основан на способности сточных вод, содержащих в
своем составе поливиниловый спирт (ПВС), образовывать в кислой среде
нерастворимые в воде комплексы с карбоксилсодержащими
полимерами (по'ликоагулянтамп). После отделения образовавшегося осадка иг
воды, уплотнения ьакуумированием осадок дополнительно обрабаты-
313

вают при перемешивании гидроксидами щелочных металлов, превращая
в гомогенную массу, обладающую клеящими свойствами (клей КО).
В качестве коагулянтов могут быть применены выпускаемые
отечественной промышленностью препараты «Комета» (частично
нейтрализованная полиметакриловая кислота) и «Метас» (сополимер метакри-
ловой кислоты и акриламида).
Способ очистки состоит в обработке сточной воды 5—10 %-ным
водным раствором поликоагулянта при температуре 20—60 °С.
Соотношение масс ПВС: поликоагулянта составляет 1 :2—1 : 4, подкисление
смеси кислотой производится до рН^З.
Для уменьшения продолжительности отстаивания скоагулированной
сточной воды производится флокуляция 0,1 — 1 %-ным раствором поли-
акриламида дозой 10—20 мл/л. Выпадающий при коагуляции сточной
воды осадок отделяется от ее осветленной части методом отстаивания.
Осадок уплотняется отсосом воды под вакуумом. Осветленная сточная
вода направляется на нейтрализацию и далее на сооружения
биологической очистки.
Осадок при перемешивании обрабатывают гидроксидами щелочных
металлов до значений рН=6-н7. При этом образуется гомогенная
масса, которая обладает клеящими свойствами по отношению к
различным субстратам и может быть использована в различных отраслях
народного хозяйства: строительстве, сельском хозяйстве,
деревообрабатывающей и полиграфической промышленности.
Описанный комплексный метод может быть успешно применен на
действующих и проектируемых производствах для очистки сточных вод
от дисперсий на основе поливинилацетата (ПВАД), сополимерных
дисперсий винилацетата с этиленом (СВЭД) и поливинилового спирта
(ПВС).
Сточные воды этих производств значительно загрязнены полимером
и эмульгатором ПВС. Содержание в сточных водах ПВС составляет
600—6000 и полимера —до 1000 мг/л, ХПК — 5000—6000 мг/л,
оптическая плотность — до 200.
В результате применения разработанного способа очистки сточных
вод его эффективность составляет, %: по ХПК 85—95; по ПВС 70—95;
по содержанию полимера 99,5—99,9; по оптической плотности 99,9. При
очистке упомянутых сточных вод образуется осадок в количестве 3—
10 % объема исходного стока с влажностью 75—85 % и зольностью
0,05—0,5%. Осадок уплотняется под вакуумом до содержания сухого
остатка 30—40 %¦
На примере сточных вод производства СВЭД показано, что
очищенная сточная вода без нейтрализации может применяться многократно
для промывки арматуры. Это дает экономию расхода свежей воды,
реагентов и уменьшение абсолютного количества сбрасываемых
загрязнений. Так, при 10-кратном использовании осветленной воды с подпиткой
свежей в количестве 4—20 % расход последней (по сравнению с
однократным использованием) уменьшается соответственно в 7,5—3,5 раза,
а выброс абсолютного количества минеральных солей — в 2,7 раза.
При 10-кратном применении очищенной воды для промывки аппарата
свойства выпускаемой дисперсии практически не изменяются.
Разработана принципиальная технологическая схема очистки
сточных вод производств СВЭД мощностью 2000 т и ПВАД мощностью
10 000 т в год.
Процесс очистки сточных вод осуществляется непрерывным
методом (рис. 9.4) и состоит в следующем.
Сточные воды от основного производства поступают в один из двух
резервуаров-усреднителей. Усреднение сточных вод достигается путем
непрерывной рециркуляции с помощью насоса 3. Затем вода подается
в теплообменник 5, где нагревается до заданной температуры. Нагретая
сточная вода в смесителе 6 смешивается с расчетным количеством по-
314

f У?
Рис. 9.4. Комплексный процесс очистки сточных вод, содержащих поливиниловый спирт
и его производные, с утилизацией образующихся осадков
Потоки: / — сточные воды; //—пар; /// — конденсат; IV — 5—10 %-ныП раствор «Комета»; V —
10 %-ный раствор H2SO,; VI — 0,1 — 1 %-ный раствор ПАЛ; VII— 10 %-ный раствор NaOH: VIII —
сточные воды на биологическую очистку; IX — 20—30 %-ный раствор NaOH. Сооружения: !, 2 —
усреднители; 3, 4. 12— насосы; 5 — теплообменник; в, 8 — смесителя; 7 — коагулятор; 9 —
отстойник; 10, II — приемные емкости; 13 — цистерна; 14, 15 — аппараты дли приготовления клея;
16 — бидоны
ликоагулянта «Комета» или «Метас», смесь поступает в коагулятор 7,
где подкисляется до величины рН = Зч-10 %-ным раствором серной
кислоты, подаваемым насосом-дозатором. Скоагулированная сточная
вода проходит смеситель 8, где осуществляется ее флокуляция раствором
полиакриламида. Сфлокулированный сток, представляющий собой
полидисперсную систему, поступает в отстойник 9.
Осветленная сточная вода из отстойника поступает в одну из двух
приемных емкостей 10, 11, откуда после ее заполнения подается на
последующие промывки реакторов. После 10-кратного использования
осветленная вода нейтрализуется 10 %-ным раствором NaOH в емкостях
10, 11. Нейтрализованная вода подается на сооружения биологической
очистки, а затем сбрасывается в водоемы.
Осадок из отстойника проходит в один из аппаратов периодического
действия, где при его перемешивании нейтрализуется 20—30 %-ным
раствором гидроксида натрия, поступающего из мерника. Образующийся
при этом клей затаривается в бидоны 16.
Разработанный метод очистки сточных вод с утилизацией
образующегося осадка может быть с успехом применен на действующих
предприятиях, выпускающих ПВАД и СВЭД. В варианте периодического
действия необходим всего один аппарат с рубашкой и мешалкой.
Процесс осуществляется следующим образом: подача загрязненной сточной
воды, коагуляция в кислой среде, отстаивание, слив осветленной
сточной воды, уплотнение осадка, нейтрализация и гомогенизация
образующегося клея.
Предполагаемая экономическая эффективность от внедрения
данного метода для предприятия мощностью 20 тыс. т СВЭД составит 490 тыс.
руб. в год.
315

§ 56. СХЕМА ОЧИСТКИ И ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СТОЧНЫХ ВОД ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ХЛОРА
И КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ ДИАФРАШЕННЫМ МЕТОДОМ
Схема очистки сточных вод, разработанная Госниихлорпроектом
(рис. 9.5), позволяет прекратить сброс сточных вод за пределы
хлорного производства, сократить потребление свежей воды, сырья,
энергетических ресурсов. Эта схема пригодна для производств, работающих на
привозной соли и получающих сырой рассол с рассолопромысла.
Повторное использование всех минерализованных сточных вод
производства обеспечивается комплексом мероприятий:
организацией рационального потребления и многократного
использования свежей и оборотной воды, в том числе созданием замкнутых
оборотных циклов конденсации вторичного пара вакуумных корпусов
выпарки щелоков, охлаждения хлоргаза и водорода;
сбором, усреднением и очисткой всех минерализованных сточных вод
производства до соответствия требованиям, предъявляемым к воде для
приготовления рассола; очистка сточных вод включает процессы
восстановления' активного хлора до хлорида на активированных углях,
автоматическую корректировку значений pH, осветление в отстойниках и
напорных фильтрах, сгущение, обезвоживание и промывку осадка на
автоматических фильтр-прессах ФПАКМ; это дает возможность
возвратить в производство очищенные сточные воды, а также утилизировать
отходы;
повторным использованием очищенных сточных вод для
технологических нужд производства, в том числе для снижения солесодержания
оборотного барометрического цикла выпарки щелоков, приготовления
оборотного и сырого рассолов и др.
Уменьшение энергетических затрат на производство хлора и
каустической соды достигается путем частичной утилизации вторичных
тепловых ресурсов, таких как вторичный пар вакуумных корпусов выпарки
щелоков.
Повторное использование минерализованных сточных вод полностью
ликвидирует сброс сточных вод в водоем и в зависимости от
технологической схемы производства обеспечивает уменьшение расхода свежей
Рис. 9.5. Схема повторного использования сточных вод в производстве хлора и
каустической соды диафрагменным методом
А — при оборотном барометрическом цикле; Б — при цикле очистки и повторном использовании
минерализованных сточных вод. Потоки: / — рассол; //— первичный пар; ///— конденсат; IV —
вторичный пар; V — каустическая сода; VI — соль: VII ¦— продувочные воды барометрического
цикла на подпитку; VIII — конденсат на ТЭЦ; IX — осадок; X — фильтрат после фильтр-пресса;
XI — минерализованные сточные воды; ^// — обработанные сточные воды на приготовление
рассола; XIII — обезвоженный шлам на утилизацию. Сооружения: / — аппарат для приготовления
рассола: 2 — отстойник для очистки рассола; 3 — электролизер: 4'. 4"— аппараты для
выпаривания щелоков соответственно под давлением и в вакууме; 5— аппарат для разделения соли и
каустической соды; 6 — барометрический конденсатор: 7 —градирня; 8 — напорный фильтр; 9 —
отстойник для'сточных вод; 10 — фнльтр-пресс
316

воды, хлорида и гидроксида натрия, соляной кислоты, а также
тепловой энергии.
Экономическая эффективность от реализации бессточной схемы для
производства., выпускающего 70 тыс. т каустической соды, составляет
примерно 150 тыс. руб. в год.
§ 57. СХЕМА ОЧИСТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
КОКСОХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
На коксохимических производствах необходимо применять
сооружения глубокой многоступенчатой биологической очистки, которые
позволяют обеспечить в очищенных сточных водах снижение содержания
фенолов и роданидов соответственно на 98 и 99,9%- Использование таких
очищенных вод для подпитки охлаждающих систем также открывает
определенные перспективы для дальнейшего сокращения водопотреб-
ления в коксохимическом производстве. Очищенные фенольные.
сточные воды, добавляемые в систему оборотного водоснабжения, умягчают
техническую воду, циркулирующую в системе, поскольку не содержат
солей жесткости и являются ингибиторами коррозии, что особенно
важно для систем оборотного водоснабжения.
Однако некоторые технологические отличия основного производства
накладывают определенные изменения в принципиальном подходе к
требованиям степени очистки сточной воды и условиям эксплуатации
сооружений биологической очистки. Рекомендуются аэротенки в три
ступени с адаптированными микроорганизмами на каждой ступени.
В частности, в отличие от многих других производств количество
образующихся фенольных сточных вод на коксохимических заводах не
может быть уменьшено путем снижения потребления свежей технической
воды. Объясняется это тем, что эти сточные воды образуются в
основном за счет влаги шихты, поступающей на коксование. Последнее также
сказывается на свойствах сточных вод, которые резко отличаются от
свойств природных и сточных вод других производств. Они
характеризуются: 1) высокой мииерализованностью (общее солесодержание
доходит до 2—4 г/л, в том числе хлоридов и сульфатов соответственно 840—
2800, 800—1300 мг/л), наличием вредных и летучих соединений
(концентрация фенолов, роданидов и цианидов составляет соответственно
200—380, 150—400, 10—30 мг/л); 2) отсутствием солей временной
жесткости. Более того, находящиеся в сточных водах соли аммония (не
менее 800 мг/л) способны взаимодействовать с бикарбонатами
технической воды и переводить последние в соли постоянной жесткости, тем
самым предотвращая образование накипи.
Несмотря на высокое содержание коррозионноактивных солей —
хлоридов и сульфатов — сточные воды коксохимических заводов
обладают низкой коррозионной активностью. Это объясняется наличием в
составе сточных вод органических веществ, обладающих ингибирую-
щими свойствами, и отсутствием растворенного кислорода. Наличие
большого количества органических веществ обусловливает отсутствие
растворенного кислорода в смеси технической и сточной воды при
количестве последней не менее 25 °/о-
Снижению коррозионной активности смеси, хотя и в меньшей
степени, чем увеличению доли сточной воды, способствует и повышение
кратности упаривания. Объясняется это тем, что при возрастании
коэффициента упаривания Ку воды в системе оборотного водоснабжения
органические и легкоокисляющиеся вещества из-за происходящих на
градирне биохимических процессов окисления накапливаются в меньшей
степени, чем минеральные соли. Как показали исследования,
эксплуатировать системы при таких условиях целесообразно при значении
Указанные выше условия использования сточных вод технически
317

осуществимы и не вызывают затруднении при температуре оборотной
воды до 40—45 °С. При более высоких температурах возникает
необходимость в применении ингибиторов коррозии, так как скорость коррозии
металла при этом резко возрастает.
При создании замкнутых систем водоснабжения возникает задача
утилизации продувочных вод оборотных систем. Решается она в
различных отраслях промышленности по разному: от сложных схем обессоли-
вания до их закачки в подземные пласты.
В коксохимической промышленности продувочные воды могут быть
использованы для мокрого тушения кокса, где в настоящее время
используются фенольные сточные воды.
В связи с перспективой перехода коксохимической промышленности
на сухое тушение кокса инертными газами рассмотрен вопрос об
эксплуатации оборотных систем при их беспродувочном режиме. Как
показали исследования, такой подход к эксплуатации охладительных систем
возможен, но требует применения ингибиторов коррозии, в частности
может быть использован ингибитор УХИН-2 (его получают из
упаренного раствора воды газосборникового цикла коксохимического
производства) в количестве 0,01 % расхода подпиточной воды.
Обязательным условием использования фенольных сточных вод
является их биологическая очистка от фенолов, роданидов и других лег-
коокисляющихся веществ. Существующие на многих заводах
сооружения биологической очистки позволяют снизить содержание фенолов и
роданидов соответственно до 1 и 5 мг/л (рис. 9.6). Такая степень
очистки достаточна для защиты атмосферы от выбросов вредных веществ и
необходима для предотвращения образования биомассы в системах
оборотного водоснабжения.
Особенностью очищенной сточной воды по сравнению, например, с
очищенными бытовыми является высокое содержание взвешенных
веществ, которое может достигать 200—300 мг/л, что обусловливается не
только качеством и свойствами активного ила, но и компонентным
составом самой воды.
В связи с этим возникает задача глубокой очистки очищенных
сточных вод от взвешенных веществ. Во вторичных отстойниках после аэро-
тенков осаждается до 80% взвешенных веществ при 1,5-часовом
отстаивании. Для более глубокой очистки от взвешенных веществ
используются различные коагулянты, в частности, хлорное и сернокислое железо,
окснхлорид и сульфат алюминия. С учетом эффективности осветления,
влияния на жизнедеятельность микроорганизмов и коррозионную
активность воды рекомендуется в качестве коагулянтов применять хлорное
железо и оксихлорид алюминия, которые обеспечивают 90—93%-ную
степень очистки воды от взвешенных веществ при дозах соответственно
70—80 и 20—25 мг/л.
Дальнейшему увеличению степени осветления воды препятствуют
некоторые ее компоненты, обладающие свойствами ПАВ. Поэтому для
еще более глубокой очистки от взвешенных веществ (до их остаточной
концентрации не более 20 мг/л) должны быть использованы другие
сооружения. В частности, на Криворожском коксохимическом заводе
запроектирована Гипрококсом и построена станция очистки сточной воды,
включающая флотаторы и осветлители, на которой ожидается
обеспечить требуемую степень очистки от взвешенных веществ.
Особенностью использования фенольпых сточных вод является
отсутствие в них патогенной микрофлоры, однако остаточная величина
БПКгюлд очищенной воды составляет 100—200 мг/л.
При наличии на заводе мокрого и сухого тушения кокса возможно
частичное использование фенольных сточных вод в охладительных
системах оборотного водоснабжения. При этом имеются возможности для
разделения общезаводского стока на солевые и бессолевые потоки,
каждый из которых после соответствующей подготовки может быть направ-
318

-л-
-а-
Рис. 9.6. Схема очистки и использования сточных вод коксохимического производства
Потоки: / — фекольиые воды; // — очищенные сточные воды на тушение кокса; 111 — кадсиолъиые
воды. Сооружения: /, 2 — уравнительный резервуар соответственно обесфеноленных в фенольных
сточных вод; 3, 4~ сборник соответственно фенольиых и обесфеноленных сточных вод 5 -— аэро-
тенкн прямоугольные II ступени; 6 — расходомерные лотки; 7 — насосы для подачи 'фенолышх
сточных вод на преаэратор; S — насосы для подачи обесфеноленных сточных вод на тушение
кокса; 9 — турбовоздуходувки; 10 — насосы для подачи воды на тушение пены в аэротенках- II —
запасные емкости микробного НЛа; 12 — аэротенкп круглые I ступени; 13 — аэротенки шест'икори-
дориые Г ступени; 14 — маслоотделитель шестисекциониый; 15 — усреднитель четырехсекционный;
Id — насосы для возврата обесфеноленных сточных вод; 17 — сборники смолы от отстойников:
18 — радиальные смолоотстойники; 19 — насосы для подачн усредненной воды в аэротенки- 20 —
насос для перекачки смолы в сборники; 21 — насосы для подачи сточной воды на флотацию'; 22 —
сборник масел от флотаторов; 23 — флотаторы; 24 — емкость для хранения ортофосфорной кислоты-
25 — преаэратор; 26 — вторичные отстойники для обесфеноленных сточных вод; 27 — аэротенки
круглые III ступени
лен на мокрое тушение кокса и в системы оборотного водоснабжения.
Необходимо учитывать, что, как следует из условий использования
фенольных сточных вод коксохимических заводов в охладительных сне-
стемах оборотного водоснабжения, требования к степени очистки
сточных вод должны устанавливаться исходя из результатов комплексных
исследований с учетом конкретных свойств сточных вод и требований к
качеству воды для технологических процессов.
Очистка фенольных сточных вод может проводиться озоном при
использовании очищенных сточных вод в системе оборотного
водоснабжения. Сточная вода, содержащая растворенные фенолы до 30 мг/л,
самотеком или с помощью насосов поступает в контактные резервуары, в
которые подается озоно-воздушная смесь. Для более полного
использования непрореагировавшего озона, предотвращения выброса его в
окружающую среду рекомендуется применение двух последовательно
работающих контактных резервуаров. В первом протекает
преимущественно процесс окисления остаточных органических веществ, а во втором,
кроме того, наблюдается интенсивное бактерицидное действие озона.
При озонировании фенольных сточных вод с целью возврата их в
систему водоснабжения необходимо предусматривать перед
озонированием снижение концентрации фенолов одним из физико-химических
методов (в противном случае требуются значительные дозы озона).
Расход электроэнергии на подготовку газа и синтез озона без учета
затрат на вспомогательные процессы при использовании в качестве сы-
319

рья атмосферного воздуха составляет в среднем 18 кВт-ч на 1 кг озона;
при применении кислорода в качестве сырья для синтеза озона
затраты электроэнергии снижаются в 2 раза.
§ 58. СХЕМА ОЧИСТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЦЕХА
В гальванических цехах могут быть использованы
каскадно-проточная, струйная и автоматизированная системы промывки, которые
позволяют значительно снизить расход воды и вернуть в производство
ценные компоненты. В качестве локальных способов очистки, позволяющих
создать системы оборотного водоснабжения, наряду с традиционной ре-
агентной очисткой сточных вод гальванических цехов от цианидов, хро-
матов, солей тяжелых металлов, меди, хрома, цинка, никеля, кислот и
щелочи все более широкое развитие получает ионный обмен с
применением ионообменных материалов различных классов.
В качестве примера может служить ионообменная очистная
установка основного гальванического цеха ВАЗа производительностью 500 м3/ч,
на которой очищаются промывные сточные воды с возвратом их в
производство, а также нейтрализуются и очищаются элюаты от
ионообменных фильтров и отработанные электролиты.
Промывные (малоконцентрированные) сточные воды из
гальванического цеха (рис. 9.7) направляются в отстойник для извлечения
растворителей, плотность которых меньше плотности воды. После отстойника
сточная вода поступает в усреднитель, откуда последовательно
перекачивается с помощью насоса 3 на гравийно-песчаный фильтр 4, где
выделяются механические примеси. Затем вода поступает на фильтры 5—
-I-
* 3
-F-
І
І
-w*
-Y-
-VTJ-
12
3 ¦*
11
10
Рис. 9.7. Схема очистки сточных вод гальванического цеха ВАЗа
Потоки: / — промывная вода на очистку; // — 10 %-ный раствор соляной кислоты на регенерацию
кятнонитного фильтра; ///—раствор гндроксида натрия; IV— очищенные сточные воды в
гальванический цех на повторное использование; V— электролиты и элюаты; VI — бисульфит натрия;
V//— жидкий хлор; VIII — обезвоженный осадок на полигон. Сооружения: / — отстойник для
выделения легковсплывающих ьеществ; 2 — усреднитель; 3 — насосы; 4 — гравийно-песчаный
фильтр; 5 — катнонитный фильтр; 6, 7 — анноннтвый фильтр соответственно слабой сильнооснов-
ный; в —реактор для окисления циана; 9 — реактор для восстановления хрома; /0 — фильтр-пресс;
И—сборник фильтрата; 12 — селективный ионообмеиинк
320

7, загруженные ионообменными смолами, и там освобождается
последовательно от солей тяжелых металлов, синильной, серной, соляной и
хромовой кислот. Очищенные воды доочищаются на селективных ионо-
обменниках 12 и возвращаются непосредственно в гальванический цех.
Гравийно-песчаные фильтры регенерируются воздухом и водой (на
одну промывку требуется 50 м3 воды). Регенерация ионообменных
фильтров также начинается с разрыхления загрузки воздухом, затем
водой A5 м3 на одну промывку). Потом фильтр 5 промывается 10%-ным
раствором соляной кислоты, фильтры 6 и 7—10%-ным раствором гид-
роксида натрия. Загрузки от применяемых реагентов промываются
также водой до появления нейтральной реакции промывной воды.
Промывные воды от ионитных фильтров (элюат),
высококонцентрированные сточные воды гальванических цехов от ванн улавливания и
отработанные электролиты очищаются совместно реагентным методом.
Сточные воды, содержащие шестивалентный хром, обрабатываются
серной кислотой и бисульфитом натрия, а сточные воды, содержащие
циан,— гидроксидом натрия и жидким хлором.
Сточные воды смешиваются в усреднителе 2, куда добавляется
щелочь для полной нейтрализации. Полученная смесь направляется на
фильтр-пресс 10 производительностью 20 м3/ч. Обезвоженный осадок
вывозится на полигон.
На рис. 9.8 показана установка для очистки производственных
сточных вод от гальванического цеха с использованием метода ионного
обмена, состоящая из следующих блоков: 1) очистки (выделения никеля)
никельсодержащих сточных вод производительностью 200 м3/сут;
2) обессоливания смешанных кислотно-щелочных сточных вод
производительностью 1000 м3/сут; 3) реагентной очистки отработанных реге-
нерационных растворов и промывных вод производительностью
300 м3/сут.
По двум раздельным сетям производственной канализации кислые
иикельсодержащие и смешанные кислотно-щелочные сточные воды
поступают в резервуары-усреднители. Никельсодержащие сточные воды
из усреднителя подаются насосом через механический и угольный
фильтры на катионитный фильтр. Фильтрат из этого фильтра направляется
в блок полного обессоливания совместно с общим потоком сточных вод.
Катионит КУ-2-8 обеспечивает извлечение из сточных вод катионов
металлов; слабоосновный анионит ЭДЭ-10П извлекает анионы сильных
кислот, а сильноосновный анионит АВЧ7-8—анионы слабых кислот.
В результате ионного обмена происходит полное извлечение из сточных
вод примесей; 80 % нейтральной обессоленной воды вновь используется
в гальваническом цехе, а 20 % — на собственные нужды очистных
сооружений.
При насыщении ионообменных смол катионами металлов и
анионами кислот производится их регенерация соответственно серной кислотой
и щелочью.
В результате регенерации из катионитного фильтра отводится
концентрированный раствор сернокислого никеля, пригодный для
повторного использования.
Ионообменные фильтры регенерируются многократным
использованием растворов кислоты и щелочи. Отработанные регенерационные
растворы и промывные воды нейтрализуются и обезвреживаются в блоке
реагентной очистки.
Факторы, обусловливающие эффективность установки, следующие:
1) экономится вода (80% ее находится в обороте); 2) извлекаются из
сточных вод и повторно используются дорогостоящие металлы (до
65%); 3) резко уменьшается количество сбрасываемых в канализацию
сточных вод.
Применение данной технологии дает значительный экономический
эффект.
21—179 321

5
В
Рис. 9.8. Схема очистки никельсодержащих и кислотно-щелочных сточных вод от
гальванического цеха ионообменным методом
Потоки: / — кислотно-щелочные сточные воды; //—раствор кислоты; /// — раствор щелочи;
IV — обессоленные сточные воды на повторное использование; V — отработанные регенерационные
растворы н промывные воды; VI — кислые сточные воды; VII — шлам; VIII — нейтрализовананые и
осветленные сточные воды; IX — концентрированный раствор сернокислого никеля на повторное
использование; X — никельсодержащие сточные воды. Сооружения: / — усреднители; 2 — насосы;
3 — фильтры для механической очнсткн; 4 — фильтры угольные; 5,6 — емкости регенерационных
растворов соответственно серной кислоты и щелочи; 7, 10 — катнонитные фильтры; 8, 9 —.анио-
нитные фильтры соответственно слабо- и сильноосиовные; // — установка обезвоживания шлама;
12 — блок реагентноН очистки
Без утилизации элюатов или без их переработки применение ионного
обмена в очистке производственных сточных вод с экологической и
экономической точки зрения нецелесообразно, так как обусловливает
абсолютный сброс солей в 12,5—3 раза больший, чем при реагентной
очистке. Ионный обмен для очистки и обессоливания производственных
сточных вод рекомендуется применять только в случаях использования
в технологии основного производства деминерализованной воды, при
остром дефиците пресной воды в регионе или при возможности
утилизации элюатов от регенерации ионитов.
§ 59. СИСТЕМА ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ЗАВОДОВ
На Волжском автомобильном заводе (ВАЗ) группой специалистов
завода и ВНИИ ВОДГЕО (Д. И. Кучеренко) создана общезаводская
система производственного водоснабжения и водоотведения с
использованием очищенных производственных сточных вод.
При создании этой системы был решен ряд сложных
научно-технических задач. Одна из них была обусловлена интенсивным развитием
биологических обрастаний (биообрастаний) в сооружениях системы. По-
322

давление биообрастаний стало возможным в результате разработки
режима непрерывного хлорирования с периодическим повышением
концентрации хлора в центральной хлораторной в сочетании с
дополнительным вводом хлора от хлораторных, размещенных рассредоточений
по территории завода.
Создание этой системы дало возможность:
сократить забор воды из Волги для целей производственного
водоснабжения и соответственно уменьшить сброс в нее производственных
сточных вод;
использовать освободившиеся мощности водопроводных и
канализационных сооружений для нужд развития города и промышленно-комму-
нальной зоны, а также избежать дорогостоящей реконструкции
последних;
достигнуть впервые в отечественой и зарубежной практике на
крупнейшем машиностроительном предприятии величину коэффициента
водооборота, равную 0,98;
получить годовой экономический эффект, равный 8,5 млн. руб., за
счет отказа от реконструкции внеплощадочной системы канализации и
условный экономический эффект, равный 7 млн. руб., путем
резервирования мощностей внеплощадочной системы водоснабжения;
резко сократить количество загрязнений, сбрасываемых в Волгу с
предприятий автозаводского промышленного узла, и, таким образом,
внести весомый вклад в дело охраны окружающей природной среды.
Разработана также новая система производственного
водоснабжения и водоотведения Запорожского автомобильного завода (ВНИИ
ВОДГЕО..Д. И. Кучеренко).
Эта система состоит из общезаводского цикла водооборота
малоконцентрированных маслошламосодержащих сточных вод и локальных
замкнутых циклов водооборота отработанных смазочно-охлаждающих
жидкостей (СОЖ), моющих и обезжиривающих растворов, кислых и
щелочных сточных вод гидрофильтров, окрасочных камер с
собственными очистными сооружениями и повторным использованием
очищенных сточных вод в тех же технологических процессах. При таком
решении не требуется глубокая очистка различных сточных вод, которая
была бы необходима при подаче их в смеси на общезаводские очистные
сооружения с последующим использованием в различных
технологических процессах. В этом случае возникает возможность утилизации
продуктов очистки сточных вод, а собственно процесс очистки значительно
упрощается и удешевляется.
Для общезаводского цикла водсоборота проведены исследования двух наиболее
сложных и ответственных узлов очистных сооружений — электрокоагуляторов и
фильтров, а также режимов стабилизационной обработки производственных
сточных вод.
В качестве материалов электродов электрокоагуляторов были исследованы:
графит, нержавеющая сталь 1Х18Н9Т, алюминиево-магниевый сплав АМ.Г, сталь.
Рекомендовано применение стальных электродов с расстоянием между ними 10 мм;
скорость движения воды в межэлектродном пространстве 0,01—0,02 м/с,
продолжительность пребывания в рабочей зоне 6 с. Рабочая плотность тока составляла
200 А/м2 с реверсированием 1 раз в 15 мин при одновременном действии на электроды
переменного электрического поля синусоидальной формы (частотой 200 Гц и
напряженностью 100 В/м).
В качестве фильтрующих загрузок для глубокой очистки общезаводского стока
был исследован ряд материалов — кварцевый песок, дробленый и недробленый
керамзит, пенополистирол. Наиболее целесообразным с учетом того, что на заводе уже
строились открытые фильтры, было признано применение керамзитовой загрузки,
которая при повышенной загрязненности сточных вод в диапазоне скоростей
фильтрования от 15 до 45 м/ч обеспечивала продолжительность фильтроцнкла 32—24 ч, а
эффективность очистки содержащихся в сточной воде взвешенных веществ и масло-
продуктов— соответственно 65,8—58,5 и 78,5—70,3 %.
На основании экспериментальных исследований целого ряда реагентов и
композиций был разработан следующий режим стабилизационной обработки
маслошламосодержащих сточных вод, обеспечивающих предотвращение образования отложений и
биообраотаний в охладителях и трубопроводах: обработка воды полифосфатами (до-
21* 323

за 10 мг/л в пересчете на РО4~), кислотой (»Н оборотної"! воды в диапазоне от 6,7
до 7,2), хлором (хлорирование 4. раза в сутки продолжительностью 1 ч при
остаточной концентрации активного хлора после теплообменпых аппаратов 0,5—1 мл/л) и
добавление карбоксиметилцеллюлозы дозой 5 мг/л.
Разработанная новая система производственного водоснабжения и
водоотведения Запорожского автомобильного завода имеет ряд
преимуществ по сравнению с принятой ранее, так как дает возможность:
обеспечить устойчивую очистку до требуемых норм
производственных сточных вод, возвращаемых в системы оборотного водоснабжения
и технологические процессы, которые включены в общезаводской цикл
водооборота;
осуществить на общезаводских сооружениях менее глубокую
очистку, чем это потребовалось бы при сбросе сточных вод в водоем (до
15 вместо 0,3 мг/л по маслопродуктам);
производить очистку маслосодержащпх сточных вод на очистных
сооружениях локальных замкнутых циклов водооборота до
концентраций (для моющих растворов 250—600 мг/л), значительно
превышающих величины, которые допустимы при сбросе указанных сточных вод
на общезаводские очистные сооружения при ранее принятой схеме
водоотведения без локальных оборотных циклов A50 мг/л);
утилизировать и повторно использовать продукты, извлекаемые при
очистке сточных вод;
предотвратить поступление неочищенных СОЖ, концентрированных
моющих и обезжиривающих растворов на общезаводские очистные
сооружения, тем самым стабилизировать их работу и повысить
эффективность очистки;
свести к минимуму поступление краскосодержащих сточных вод в
системы производственного водоснабжения завода и образование в них
трудноудаляемых отложений из частиц краски;
предотвратить сброс в Днепр сточных вод, содержащих маслопродук-
ты и краски;
сократить фактический забор воды из Днепра для целей
производственного водоснабжения завода почти в 5 раз (с 12 300 до 2600 м3/сут).
§ 60. СХЕМА ОЧИСТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
ЦЕЛЛЮЛОЗНО КАРТОННОГО КОМБИНАТА
Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из наиболее
водоемких отраслей народного хозяйства. Главный источник
образования загрязненных сточных вод — производство целлюлозы,
базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и
отбелке полуфабрикатов с применением хлорпродуктов.
Снижение потребления воды проводится по наиболее значительным
операциям, к которым в первую очередь следует отнести окорку. Метод
сухой окорки внедрен на 10 крупных комбинатах. При таком способе
удаления коры достигается значительный экономический эффект из-за
исключения операций по обработке влажной коры и очистке коросодер-
жащих сточных вод, а также из-за более высокой теплотворной
способности сухой коры, сжигаиуе которой может обеспечить до 20 %
потребности предприятия в тепловой энергии.
В тех случаях когда требуется очень высокая степень очистки
древесины от коры (производство древесной массы, вискозной и кордной
целлюлозы), можно использовать двухстадийную окорку — сухую для
удаления основной части коры (~90%) н мокрую для окончательной
очистки. Существенное снижение потребления воды достигается при
диффузионной промывке целлюлозы в варочных аппаратах и в
отдельно стоящих диффузорах.
Широкое развитие получило оборотное водоснабжение, например,
в производстве бумаги а картона. Для этой цели на протяжении многих
324

/ г
\ \
11—г^
3
\
5 -
6
\
Л
7
ЧЖ;
8
\
Рис. 9.9. Схема очистки и использования сточных вод целлюлозно-картонного
комбината (производство картона для тары)
Потоки: / — загрязненные сточные воды от комбината; // — бытовые сточные воды; /// — активный
ил; IV — шлам из отстойников; V — отстоеиная сточная вода из шламоуплотннтелей; V/—
уплотненный шлам из шламонакопителя; VII — очнщениая вода в систему оборотного водоснабжения
комбината. Сооружения: / — смеситель-нейтрализатор; 2— усреднитель-преаэратор; 3 —- смеситель
биогенных добавок; 4 — аккумулятор избыточного активного ила; 5 — аэротенки-смесителн; В —-
вторичные радиальные отстойники; 7 — аварийный Накопитель; 8 — насосная станция дли подкачки
сточных вод и ^циркуляционного активного ила; 9 — смеситель реагентов; 10 — камера хлопьеобра-
зования; // — горизонтальные отстойники (для обесцвечивания); 12 — шламоуплотннтели; 13 —
смеситель для каустической соды; 14 — насосная станция для перекачки обработанных сточных
вод и шлама; 15 — смеситель для хлорной воды; /5 —сооружения механической очистки бытовых
сточных вод
лет используется подсеточная вода и вода от сгустителей массы.
В качестве примера приводится решение схемы очистки сточных вод
одного из целлюлозно-картонных комбинатов. Производство
целлюлозы на комбинате принято по сульфатному способу.
Технико-экономические проработки показывают, что для
целлюлозно-картонного комбината целесообразно объединение всех сточных вод,
содержащих органические загрязнения, в один поток с последующей
биологической очисткой сточных вод, которые, поступая на очистные
сооружения в количестве 3000 м3/ч, характеризуются следующими
показателями.
Концентрация органических загрязнений по БПК.5, г/м3
(т/сут) 198 A2,8)
Содержание взвешенных веществ, г/м3 (т/сут) 30—50 C,2)
Растворенных минеральных веществ, г/м3 (т/сут) , , . ,300—400 B5,6)
Величина pH:
при остановке картонной фабрики 7,5
общего стока 11
Температура сточных вод в зимнее время, °С (не менее) . 12
Принципиальная схема очистки сточных вод целлюлозно-картонного
комбината показана на рис. 9.9.
Загрязненные сточные воды насосами подаются на площадку
очистных сооружений.
Перед биологической очисткой предусматриваются усреднение и под-
кисление сточных вод серной кислотой для снижения величины pH с
11 до 8 в периоды повышенного значения активной реакции.
Объем усреднителя рассчитан на 4-часовое пребывание в нем
сточных вод. Усреднитель одновременно используется и как преаратор для
отдувки из сточных вод сернистых соединений.
Перед биологической очисткой в сточную воду вводятся биогенные
добавки — соли азота и фосфора. После указанной предварительной
подготовки сточные воды направляются в аэротенки-смесители. Сюда
же подаются бытовые сточные воды после механической очистки. Из
325

аэротенков-смесителеи сточные воды направляются во вторичные
радиальные отстойники, а далее подаются для обесцвечивания и
дальнейшего снижения БПКь на сооружения химической очистки,
состоящие из смесителей, камер хлопьеобразования и горизонтальных
отстойников.
Обесцвечивание производится введением в сточные воды
сернокислого алюминия. Для интенсификации процесса коагуляции добавляют
полиакриламид (ПАА).
Образующийся после обесцвечивания шлам с влажностью 99,7%,
равный по объему 10 % расхода сточных вод, дополнительно
обрабатывается ПАА для лучшего обезвоживания. Этот шлам поступает в
шламонакопнтель.
Новым в практике обработки шлама, образующегося после
химической очистки этого вида сточных вод, является естественное
вымораживание и отстаивание в накопителях. Такая обработка значительно
уменьшает его влажность, а объем шлама уменьшается в 10 раз, так как
после вымораживания и последующего оттаивания шлам легко
осаждается.
Осветленная вода после химической очистки нейтрализуется и в
количестве 2000 м3/ч (из 3000 м3/ч) направляется в систему оборотного
водоснабжения комбината для повторного использования.
§ 61. СИСТЕМА ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА г. НОВОЧЕРКАССКА
И ЕГО СЕВЕРНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА
ВНИИ ВОДГЕО совместно с Ростовским отделением Союзводока-
налпроекта, 1-м ММИ им. И. М. Сеченова и Новочеркасским заводом
синтетических продуктов разработана и внедряется комплексная
система водного хозяйства г. Новочеркасска и предприятий его Северного
промышленного района.
Эта система решена с максимальным повторным использованием
глубоко очищенных и обеззараженных городских и производственных
сточных вод для технического водоснабжения предприятий промыш-
ТАБЛИЦА 9.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД И ЛОКАЛЬНЫХ
ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИИ НОВОЧЕРКАССКОГО ЗАВОДА СИНТЕТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ
Сточные воды
Ингредиенты сточныч вод
Локальные очистные сооружения
Синтеза углеводородов
конвертированного газа
Производства
кобальт-магниевого катализатора
Производства
антистарителя
Производства метанола
Переработки продуктов
синтеза углеводорояов
Приготовления
катализатора
Гальванического
производства
Цеха отстаивания
катализаторов
Производства мономеров
Спирты — этиловый,
бутиловый, ¦ гексиловын, гепти-
ловый.
Тяжелая широкая фракция
дизельная, синтетическая,
парафиновая, цезерин
Металлы — кобальт,
железо, алюминий
Фенолы, смолы
Масла
Различные фракции
парафиновых углеводородов
Металлы — медь, никель,
хром, висмут
Кислоты. Металлы — медь,
цинк, никель, хром
Нефть, взвешенные
вещества
Ацетилен
Дистнлляцнониая колонна
Двукамерная продуктоло-
вушка
Специальный отстойник для
осаждения металлов в виде
карбонатов
Печь термического
обезвреживания
Маслоотстойникн
Продуктоловушки
Ионитные фильтры
Смеситель — усреднитель —
реактор — осадитель —
отстойник, шламонакопитель

Песколовка-нефтеловушка
Испарительная колонна,
печь термического
обезвреживания
326

Рис. 9.10. Схема
замкнутой системы
водного хозяйства г.
Новочеркасска и
промышленного района
(расходы приведены в
тыс. м3/сут)
Потоки сточных вод:
/ — городские; // _
бытовые; /// —
производственные. Сооружения.
/ — станция очистки
речной воды; 2 —город;
Л —жилая застройка
промышленного района:
4 — внеплощадочные
очистные сооружения
сточных вод; S — завод
нефтяного
машиностроения; 6 — предприятия
строительной индустрии,
7 — завод
синтетических продуктов; 8 _
электродный завод; 9 —
внутризаводские очистные
сооружения; 10 — совхоз
«Кадамовский»; ;/—
насосная станция; 12 —
накопитель
3
ленного района, а также для орошения кормовых культур на земле
совхоза «Кадамовскпй» (рис. 9.10).
В состав предприятий промышленного района входят: заводы
нефтяного машиностроения и синтетических продуктов, электродный завод,
предприятия строительной индустрии. Подготовка сточных вод к
повторному использованию (рис. 9.11) производится путем: первичной
очистки сточных вод на внутризаводских локальных сооружениях,
последующей их совместной с городскими сточными водами очистки на вне-
площадочных очистных сооружениях, дезинфекции, стабилизационной
обработки для предотвращения образования отложений и
продуцирования биообрастаний, а также для защиты от коррозии.
Основным источником загрязненных производственных сточных вод
промышленных предприятий является завод синтетических продуктов.
Канализование этого завода решено по полной раздельной системе.
Химически загрязненные сточные воды от отдельных производств
проходят локальные очистные сооружения, а наиболее концентрированные
и токсичные подвергаются термическому обезвреживанию.
Технологические процессы ряда производств завода являются безотходными.
Данные о производственных сточных водах и очистных соорулсениях от
отдельных производств приводятся в табл. 9.2.
Другое промышленное предприятие — электродный завод. Система
водного хозяйства этого завода включает ішутризаводсічую очистку
производственных сточных вод, а также сжигание высококопцентриро-
327

»-
Ід
п
6
Рис. 9.11. Схема
подготовки
производственных и городских
сточных вод к
повторному использованию
Потоки: / —
производственные сточные води;
//— городские сточные
воды; ///—хлорная
пода; IV — обработанная
сточная вода на
повторное использование.
Сооружения: / — решегкн и
песколовки; 2 —
нефтеловушки; Л—насосная
станция; 4— первичные
отстойники; 5 —
усреднитель: 6 — смеситель;
7 — реагентное
хозяйство; 8 — аэротенки-сме-
сители; 9 — вторичные
отстойники; 10 —
тонкослойный водослив; // —
биологические пруды;
12 — мнкрофильтры;
13 — решеткн-дробнлки;
14 — песколовки; /5 —
контактные резервуары;
16 — зернистые
фильтры; 17 — камеры
реакции и горизонтальные
отстойники
ванных и токсичных осадков и работает полностью по замкнутому водо-
обороту.
На заводе нефтяного машиностроения и предприятиях строительной
индустрии отсутствуют высококоицентрированиые производственные
сточные воды. Поэтому отработанные воды отводятся на внеплощадоч-
ные очистные сооружения без предварительной очистки.
Технологическая схема подготовки сточных вод на внеплощадочных
очистных сооружениях обеспечивает по степени их очистки и
обеззараживания возможность использования этих вод в открытых системах
производственного водоснабжения.
Внедрение замкнутой системы водного хозяйства города и его
промышленного района имеет большое народнохозяйственное, значение:
ликвидируется сброс сточных вод в поверхностные водоемы (pp. Ак-
сай, Тузлов, Дон), что позволяет исключить наносимый этим сбросом
ущерб народному хозяйству; сокращается потребление на
промышленные нужды свежей воды из Дона; улучшаются технические и санитарно-
гигиенические условия для централизованного хозяйственно-питьевого
водоснабжения; обеспечивается годовой экономический эффект в
размере около 760 тыс. руб. путем сокращения капитальных вложений
и эксплутацпонных затрат на внеплощадочные объекты водного
хозяйства промышленного района при использовании в техническом
водоснабжении вместо снежен плды очшпенпых сточных вод;
обеспечивается повышение урожайности кормовых культур па площади 1000 га за
328

счет 'использования о'ппцечних сточных вод для наїси орошения.
Наибольшая экономическая эффективность может быть достигнута
при применении комплексноії автоматизации канализационных очистных
сооружений.
Подобная схема технологического контроля канализационной
очистной станции, предложенная проф. Г. С. Попковичем, предусматривает
комплексную автоматизацию технологического контроля за основными
процессами, "протекающими на сооружениях канализационной очистной
станции. Управление сооружениями осуществляется с диспетчерского
пульта. В ряде случаев предусмотрено дублирование управления по
месту расположения объектов. На диспетчерский пульт передаются все
аварийные сигналы, а также информация об изменениях основных
технологических параметров (pH; расходы сточных вод, осадка, воздуха и
хлора; мутность сточных вод; содержание растворенного кислорода).
Соответственно принятому объему и уровню автоматизации на
соответствующих трубопроводах предусмотрена регулирующая арматура с
электрическим и электромагнитным приводом.
§ 62. ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА ОТ ГРУППЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Локальные очистные сооружения поверхностных сточных вод
отдельных предприятий используются не всегда достаточно эффективно,
эксплуатация их ведется также не всегда на высоком техническом
уровне, в результате чего не обеспечивается должная защита водоемов
от загрязнений. Более надежны групповые сооружения', на которых
очистка поверхностных стоков производится совместно с аналогичными
им по составу загрязнений производственными сточными водами. При
этом следует применять механический и химический способы очистки.
Основными загрязнителями поверхностных стоков и
производственных сточных вод являются взвешенные вещества и нефтепродукты.
Концентрация загрязнений может быть принята по аналогии с
концентрацией загрязнений дождевых вод в атомобильных хозяйствах,
составляющей, по данным Московско-Окского бассейного управления, по
взвешенным веществам 2150 мг/л и нефтепродуктам 200 мг/л. На
очистные сооружения должна поступать вся загрязненная часть
поверхностного стока.
Расчетные расходы поверхностных стоков, поступающих на очистные
сооружения, определяются в соответствии со СНиП.
Состав групповых очистных сооружений приведен на рис. 9.12.
В сточные воды перед горизонтальным отстойником вводится
коагулянт— сернокислый алюминий. Удаление осадка из отстойника
производится, с помощью гидросмыва, гпдроэлеватором с последующей
подачей на гидроциклоны или илсІсосамп в зависимости от принятой
схемы очистки и местных условий. Всплывшие нефтепродукты удаляются
нефтесборным лотком в специальную емкость.
Обезвоженный осадок подается транспортером в бункер, откуда
вывозится на земельные участки по согласованию с
санитарно-эпидемиологической станцией.
Неутилизируемые нефтеотходы подаются для сжигания на
установку типа «Вихрь» с последующим использованием теплоты отходящих
газов для сушки осадка.
Вспомогательные сооружения, включающие
административно-бытовые помещения, электрощитовую, вентиляционную камеру,
диспетчерскую, реагентное хозяйство и др., располагаются в отдельно
стоящем здании.
Отведение поверхностных сточных вод на групповые очистные
сооружения позволяет улучшить качество их очистки. При этом
уменьшаются капитальные расходы па строительство сооружений и сокра-
32Э

a:
Рис. 9.12. Схема очистки поверхностных вод на объединенных очистных сооружениях
от группы предприятий
Потоки: /—поверхностные сточные волы; // — песок; /// — раствор реагентов; IV—осадок; V—'
нефтепродукты; (// — горячая вода на промыяку; VII — обработанные сточные воды на повторное
использование. Сооружения: / — решетка; 2 — насосы; 3 — песколовка; 4 — регулирующая емкость;
5— емкость для приготовления раствора реагентов; 6 — отстойник; 7 — распределительная
перегородка; 8 — нефтесборный лоток; 9— водозаборная камера; 10 — кварцевый фильтр; //, 13 —
резервуар соответственно оборотной ц горячеґі воды; 12 — тепловой пункт; 14— печь бездымного
сжигания; /5 —резервуар для осадка', 16 — смеситель; П — цех механического обезвоживания с ва-
куум-фильтрамн; 18, 19 — бункеры соответственно для осадка и песка (на вывоз)
щаются эксплуатационные затраты при повышенной эффективности
очистки сточных вод, которая по взвешенным веществам и
нефтепродуктам достигает в среднем 96 %.
Себестоимость очистки 1 м3 поверхностного стока на групповых
сооружениях составляет 0,12—0,18 руб. в зависимости от принятого
варианта и типа сооружений.
На 1 м3 годовой пропускной способности очистных сооружений
удельные капитальные вложения составляют 0,91—1,68 руб., а
приведенные затраты — 0,26—0,43 руб.
Как показали технико-экономические расчеты возможных схем
отведения и очистки поверхностных стоков, выполненные в НИИ КВОВ
совместно с ЛНИИ АКХ, выбор системы водоотведения и методов
очистки существенно зависит от интенсивности выпадения дождей, т. е.
от расходов, поступающих на очистные сооружения. В большинстве
случаев при интенсивности дождя (для данной местности)
продолжительностью 20 мин при периоде однократного превышения один год
<?20<90 л/(с-га) по санитарным и экономическим показателям
целесообразно применять совместную очистку поверхностного стока с
городскими сточными водами на станциях биологической очистки.
§ 63. ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ
очистки производственных сточных вод
Основной задачей эксплуатации очистных сооружений является
обеспечение их бесперебойной работы с высокими
технико-экономическими показателями, а также предупреждение и устранение в
кратчайшие сроки возможных неполадок в работе очистных сооружений, что
требует от всех работников службы высокой трудовой и
технологической дисциплины, глубоких технических знаний и навыков, четкого
выполнения каждым работником своих обязанностей.
Служба эксплуатации крупной очистной станции строится по
цеховому принципу: администрация станции, цехи механической и
биологической очистки, обработки осадка, обеззараживания, энергетики, а
330

также ремонтные мастерские, лаборатории, подсобное производство
(тепличное хозяйство, рыбохозяйство и т.п.). Численность
обслуживающего персонала для очистной станции различной пропускной
способности определяется штатным расписанием.
Админстрацня очистной станции должна разработать следующие
инструкции для подчиненных ей цехов: должностные и
эксплуатационные, а также по технике безопасности, противопожарной охране и
аварийным мероприятиям. С этими инструкциями необходимо ознакомить
каждого работника. Например, на очистных сооружениях
нефтеперерабатывающего завода условия эксплуатации должны соответствовать
«Нормам технологического проектирования производственного
водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности» (ВНТП 25-79
МНХП СССР), «Типовой инструкции по эксплуатации систем
водоснабжения и канализации нефтеперерабатывающих и нефтехимических
предприятий» и «Правилам безопасности при эксплуатации нефтегазо-
перерабатывающих заводов» (ПТБ НП-73). Общие правила
технической эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения населенных
пунктов приведены в специальной литературе.
В каждом проекте водоснабжения и канализации промышленных
предприятий наряду с технологическими решениями разрабатываются
вопросы автоматизации очистных сооружений производственных
сточных вод.
Гипрокоммунводоканалом и ЦНИИЭП инженерного оборудования
разработаны типовые схемы автоматизации для канализационных
очистных сооружений. Например, в здании решеток контроль и
автоматизация могут осуществляться по типовому проекту, в котором
предусматриваются устройства для замеров давления в трубопроводах,
уровней в резервуарах, дробленых отходов, температуры приточного
воздуха и pH в сточных водах. Работа технологического оборудования
автоматизируется в зависимости от перепада уровней в каналах сточных
вод либо по заданной временной программе. Предусмотрены контроль
и автоматизация работы отстойников.
Примером успешной работы предприятий, направленной на защиту
окружающей природной среды, является деятельность отдела охраны
природы, созданного в производственном объединении «Нитрон» для
координации работы цехов, служб, отделов, санитарной лаборатории.
Отдел охраны природы выявляет источники загрязнения, проводит
повторную паспортизацию сточных вод и инвентаризацию источников
выбросов, составляет материальный баланс по всем видам отходов.
В результате его работы количество загрязнений, сбрасываемых в реку,
значительно сократилось.
Основным средством для создания оптимального режима при
эксплуатации очистных сооружений отдельного региона может быть
система автоматизированного управления технологическим процессом очистки
сточных вод на базе датчиков контроля и ЭВМ, решающих задачи
управления. Эта система позволяет не только достигнуть минимальных
затрат на обработку сточной воды при заданной эффективности
очистки, но и оперативно воздействовать на управляемый объект с целью
повышения надежности его работы при сбросе на очистные сооружения
сточных вод с резко изменяющейся, нестационарной характеристикой.
Такая система разработана ГИСИ им. В.П.Чкалова для управления
процессом биологической очистки сточных вод на очистных соружениях
Дзержинского промышленного района.
В условиях крупного промышленного района наблюдаются
значительные колебания расходов сточных вод и концентрации их
загрязнений. Радикальным решением при этом является усреднение потоков
сточных вод на различных стадиях производственных процессов.
331

СПИСОК Л ИТЕРАТУРЫ
Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981 —
1985 годы и на период до 1990 года. М., Политиздат, 1981, 183 с.
Васильев Г. В., Ласков Ю. М., Васильева Е. Г. Водное хозяйство и очистка сточных
вод предприятий текстильной промышленности. М., Легкая индустрия, 1976, 224 с.
Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды. М., Высшая школа, 1978,
268 с.
Гордин И. В., Манусова Н. Б., Смирнов Д. Н. Оптимизация
химико-технологических систем очистки промышленных сточных вод. М.—Л., Химия, 1977, 176 с.
Жуков А. И., Монгант И. Д.; Родзиллер И. Д. Методы очистки производственных
сточных вод. Изд. 2-е іЧ., Стройиздат, 1977, 204 с.
Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Изд. 2-е. Под ред.
В. М. Самохнна. М., Стройиздат, 1981, 639 с.
Карелин Я. А., Попова И. А., Евсеева Л. А., Евсеева О. Я. Очистка сточных вод
нефтеперерабатывающих заводов. М., Стройиздат, 1982, 184 с.
Карюхнна Т. А., Чурбаиова И. Н. Химия воды и микробиология. Изд. 2-е. М.,
Стройиздат, 1983, 168 с. »
Куралесин А. В., Себекнн И. С. Очистка сточных вод производства синтетического
каучука. М., Стройиздат, 1983, 144 с.
Кучеренко Д. И., Гладков В. А. Оборотное водоснабжение (системы водяного
охлаждения). М., Стройиздат, 1980, 169 с.
Ласков Ю. AV, Воронов ІО. В., Калицуи В. И. Примеры расчетов канализационных
сооружений. М., Высшая школа, 1981, 232 с.
Ласков Ю. М., Федоровская Т. Г. Жмаков Г. Н. Очистка сточных вод
предприятий кожевенной и меховой промышленности. М., Легкая и пищевая промышленность,
1984, 165 с.
Лукиных Н. А., Липмаи Б. Л., Криштул В. П. Методы доочистки сточных вод.
Изд. 2-е. М., Стройиздат, 1978, 156 с.
Монгайт Л. И., Гаврилов М. И., Шерстиев В. П. Тепловая обработка осадков
сточных вод. М., Стройиздат, 1981, 92 с.
Найденко В. В. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и
управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах. Горький,
Волго-Вятское книжное издательство, 1976, 287 с.
Оборудование водопроводно-каиализационных сооружений. Под ред. А. С. Москвн-
тина. М., Стройиздат, 1979, 430 с.
Попкович Г. С, Кузьмин А. А. Автоматизация систем водоснабжения и
канализации. Изд. 2-е. М., Стройиздат, 1983, 151 с.
Правила охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами. № 1166-74
М., ОНТИТЭИмикробиопром, 1976, 38 с.
Проскуряков В. А., Шмидт Л. И. Очистка сточных вод в химической
промышленности. М.—Л., 1977, 464 с.
СН 245-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. М.,
Стройиздат, 1972, 97 с.
СН 496-77. Временная инструкция по проектированию сооружений для очистки
поверхностных сточных вод. М., Стройиздат, 1978, 33 с.
СНиП 11-89-80. Генеральные планы промышленных предприятий. Нормы
проектирования. М., Стройиздат, 1981, 33 с.
СНиП 11-30-76. Нормы проектирования. Внутренний водопровод и канализация
зданий. М., Стройиздат, 1978, с. 1—44.
СНиП 11-31-74. Нормы проектирования. Водоснабжение. Наружные сети и
сооружения. Изд. 3-е. М., Стройиздат, 1978. с. 45—190.
СНиП 11-32-74. Нормы проектирования. Канализация. Наружные сети и
сооружения. М., Стройиздат, 1978, с. 191—304.
Смирнов А. Д. Сорбциониая очистка воды. М.—Л., Химия, 1982, 168 с.
Стахов Е. А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и
транспорта нефтепродуктов. М.—Л., Недра, 1983, 263 с.
СЭВ, ВНИИ ВОДГЕО. Укрупненные нормы водопотреблеиия и водоотведения для
различных отраслей промышленности. Изд. 2-е. М., Стройиздат, 1982, 528 с.
Технические записки по проблемам воды. Пер. с англ. В 2-х т. Под ред. Т. А Ка-
рюхиной и И. Н. Чурбановой. М., Стройиздат, 1983, т. 1 —608 с, т. 2 — 609—1063 с.
332

Туровский И. С. Обработка ос-пд::огі сточных вод. Изд. 2-е. М., Строштат, 1982,
223 с.
Филиппов В. И., Сумароков Л1. В. Термические способы обработки и уничтожения
жидких горючих отходоа промьшмешш ; предприятий, М., Стройнздат, 1976, 87 с.
Экономика водопроиоді!о-каііяліізаі!::.-;!і:;ого строительства и хозяіістпа, Изд. 2-е.
Под ред. С. М. Шнфрнна, М,—Л., Строшічдат, 1982, 319 с.
Яковлев С. В., Воронов Ю. В. Биологические фильтры. Изд. 2-е. М., Стройнздат,
1982, 120 с. ¦
Яковлев С. В., Карелки Я. А., Ж} ков А. П., Колобанов С. К. Канализация. Изд.
5-е. М., Стройиздат, 1976. 632 с.
Яковлев С. В,. Карючина Т. Л. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.,
Стройиздат, 1980, 200 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . .
Глава 1. Водное хозяйство промышленных предприятий
§ 1. Состав и свойства производственных сточных вод. Режим водоотведеиия .
§ 2. Схемы водообеспечения и водоотведеиия промышленных предприятий
§ 3. Особенности канализования промышленных предприятии
§ 4. Использование производственных сточных вод и извлечение из них ценных
веществ .
§ 5. Условия выпуска производственных сточных вод в городскую канализацию .
§ 6. Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы . . . .
§ 7. Определение необходимой степени очистки производственных сточных вод .
Глава 2. Механическая очистка производственных сточных вод
§ 8. Решетки
§ 9. Песколовки
§ 10. Усреднители .
§11. Первичные отстойники и прочие сооружения для механической очистки .
§ 12. Гидроциклоны
§ 13. Сетчатые барабанные фильтры
§ 14. Фильтры .
§ 15. Центрифуги и жидкостные сепараторы
§ 16. Технико-экономическая оценка сооружений механической очистки
Глава 3. Химическая очистка производственных сточных вод
§ 17. Нейтрализация
§ 18. Окисление •
Глава 4. Физико-химическая очистка производственных сточных вод
§ 19. Коагуляция
§ 20. Сорбция
§ 21. Флотация
§ 22. Экстракция г
§ 23. Ионный обмен
§ 24. Электродиализ н прочие методы
Глава 5. Биологическая очистка производственных сточных вод
§ 25. Влияние различных факторов на эффективность процесса бнологическо?
очистки
§ 26. Микробиологическое окисление органических веществ различных классов
§ 27. Методы биологической очистки производственных сточных вод в естест
венных условиях
§ 28. Методы биологической очистки производственных сточных вод с искус
ственных условиях
Глава 6. Глубокая очистка (доочистка) производственных сточных вод
§ 29. Глубокая очистка сточных вод на фильтрах с зернистой и плавающеі
загрузками •
§ 30. Глубокая очистка сточных вод от соединений азота и фосфора. Удалени
растворенных веществ методом сорбции
§ 31. Биологические пруды для глубокой очистки сточных вод ....
§ 32. Установки для обеззараживания сточных вод
§ 33. Устройства для насыщения кислородом очищенных сточных вод .
§ 34. Сравнение схем очистных станций с вариантными решениями сооружепиі
глубокой очистки
§ 35. Рациональное использование доочищеиных сточных вод ....
Глава 7. Процессы и аппараты для обработки осадков
производственных сточных вод
§ 36. Состав и свойства осадков .
§ 37. Классификация методов обработки осадков
§ 38. Уплотнение осадков
§ 39. Анаэробное сбраживание и аэробная стабилизация осадков
§ 40. Кондиционирование осадков . .
§ 41. Сушка осадков на иловых площадках и механическое обезвоживание
§ 42. Термическая сушка и сжигание осадкон . .
§ 43. Методы обеззараживания н оСю.ззрежпваппя осадков
§ 44. Термическая обработка жидких горючих отходов промышленных пред
приятии ,
334

Стр.
. Современное направление в проектировании промышленных предприятий
и узлов, промышлелно-территориальных районов
алоотходная и безотходная технология Замкнутые системы водоснабже-
292
)ебовация к качеству воды, используемой повторно в промышленности . 293
:новныс методы очистки сточных вод при се повторном использовании . 294
эрьба с биологическим обрастание«, коррозией и отложениями в систе-
эротного водоснабжения . т 295
рименение очищенных городских сточных вод на промышленных пред-
IX ¦..,.... 296
овторное использование воды в промышленности 298
нстемы канализации промышленных предприятий с минимальным сбро-
)чных вод в водоем 301
Глава 9. Основные схе'мы очистки и использования производственных
сточных вод и отходов производства
,хемы каналнзованпя и очистки производственных и бытовых сточных вод. 306
іхемьі канализовання и очистки сточных вод территориально-производст-
комплексов 309
комплексная схема очистки с использованием сточных вод и отходов
эдетва химического комбината и города 311
комплексная схема очистки сточных вод производств поливипилацетатных
:ий с утилизацией осадка 313
]хема очистки и повторного использования сточных вод при производстве
и каустической соды диафрагмепным методом 316
2хема очистки и использования сточных вод коксохимического производства, 317
Іхема очистки и использования производственных сточных вод гальвани-
э цеха 320
Система водного хозяйства автомобяльных заводов 322
^хема очистки и использования сточных вод целлюлозно-картонного ком-
1 324
Система водного хозяйства г. Новочеркасска н его Северного промышлен-
района ¦ 326
Очистка поверхностного стока от группы промышленных предприятий . 329
Организация службы эксплуатации сооружений очистки производственных
)іх вод . 330
:ок литературы 332

Сергей Васильевич Яковлев
Яков Александрович Карелии
Юрий Михайлович Ласков
Юрий Викторович Воронов
ОЧИСТКА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СТОЧНЫХ ВОД
Редакция литературы по инженерному оборудованию
Зав. редакцией И. В. Соболева
Научные редакторы И. П. Скворцов а, А. М. Ефимов
Редактор Г. А. Лебедева
Младший редактор Н. И. Романова
Внешнее оформление художника А. Л. Гусева
Технический редактор В. Д Павлова
Корректоры Л. П. Бирюкова, Е. Б, Тотмииа
ИБ № 3504
Сдано в набор 10.04.85. Подписано в печать 31.07.85. Т-13595. Формат 70Х108'/ю- Бумага тип. № 3.
Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Усл. печ. л. 29,4. Усл. кр.-отт. 29,4. Уч.-изд. л. 31,22.
Тираж 28.000 экз. Изд. № AI—628. Заказ № 179. Цеиа 1 р. 50 к.
Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, д. 23а
Ёладимирская типография Союзполиграфпрома при Государствеииом комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7