Какие фильтры применяются для очистки сточных вод

Обновлено: 06.05.2024

Л.О. Штриплинг, Ф.П. Туренко
Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов
Учебное пособие – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 192 с.

4. Механическая очистка сточных вод

4.3. Фильтрование

Фильтрование сточных вод предназначено для очистки их от тонкодисперсных твердых примесей с небольшой концентрацией. Процесс фильтрования применяется также после физико-химических и биологических методов очистки, т. к. некоторые из этих методов сопровождаются выделением в очищаемую жидкость механических загрязнений.

Для очистки сточных вод промышленных предприятий используют два класса фильтров: зернистые, в которых очищаемую жидкость пропускают через насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовлены из связанных пористых материалов.

Фильтры с зернистой перегородкой представляют собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывается слой поддерживающего материала, затем – фильтрующий материал.

Важной характеристикой пористой среды является порозность и удельная поверхность. Порозность зависит от структуры пористой среды и связана не только с размером зерен, но и с их формой и укладкой:

где ε – порозность, V_B – объем, занимаемый телом. При ε = 0, среда превращается в сплошное тело, а при ε = 1 – в максимально пористое тело (размера стенок твердого вещества так малы, что V_B → 0).

Удельная поверхность слоя определяется не только общей порозностью, но и порозностью отдельных зерен, а также зависит от формы зерен:

где а – удельная объемная поверхность фильтрующего слоя, м 2 /м 3 ; ψ – коэффициент формы зерен; d_Э – эквивалентный диаметр зерен, м.

По характеру механизма задерживания взвешенных частиц различают два вида фильтрования: 1) фильтрование через пленку (осадок) загрязнений, образующуюся на поверхности зерен загрузки; 2) фильтрование без образования пленки загрязнений.

В первом случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем образуется слой загрязнений, который является также фильтрующим материалом. Такой процесс характерен для медленных фильтров, которые работают при малых скоростях фильтрования.

Во втором случае фильтрование происходит в толще слоя загрузки, где частицы загрязнений удерживаются на зернах фильтрующего материала адгезионными силами. Такой процесс характерен для скоростных фильтров.

Фильтры с зернистым слоем подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1–2 м, в закрытых 0,5–1 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами.

Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Они представляют собой бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,2 – 0,3 м/ч; при 25 – 30 мг/л – 0,1–0,2 м/ч.

Достоинством фильтров является высокая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка.

Скоростные фильтры могут быть двух типов: однослойные и многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из одного и того же материала, у многослойных – из различных материалов. Схема скоростного фильтра приведена на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Скоростной контактный фильтр

1 – корпус, 2 – система удаления промывных вод, 3 – система подачи сточных вод, 4 – система удаления промывных вод, 5 – пористый дренаж,

6 – фильтрующий материал.

Сточная вода подается по коллектору и через отверстия в нем равномерно распределяется по сечению фильтра. Нисходящий поток сточной воды проходит через слои фильтрующего материала и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят промывку подачей промывных вод снизу вверх. Дренажное устройство выполняют из пористобетонных сборных плит. На нем размещают фильтрующий материал (в 2 – 4 слоя) одного гранулометрического состава. Общая высота слоя загрузки равняется 1,5–2 м. Скорость фильтрования принимается равной 12 – 20 м/ч.

Выбор типа фильтра для очистки сточных вод зависит от количества фильтрующих вод, концентрации загрязнений и степени их дисперсности, физико-химических свойств твердой и жидкой фаз и от требуемой степени очистки.

Особенностью фильтра с подвижной загрузкой является вертикальное расположение фильтрующей загрузки и горизонтальное движение фильтруемой воды. Фильтрующим материалом служит кварцевый песок (1,5 – 3 мм) или гранитный щебень (3 – 10 мм). Схема фильтра показана на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Фильтр с подвижной загрузкой:

1 – корпус, 2 – дренажная камера, 3 – средняя камера, 4 – каналы,

5 – щелевые трубы, 6 – ввод сточной воды, 7 – классификатор,

8 – промывное устройство, 9 – труба для подачи промывной воды,

10 – отвод промывной воды, 11 – коллектор, 12,13 – трубы, 14 – кольцевой коллектор, 15 – гидроэлеватор

Сточная вода подается в коллектор, откуда через каналы и отверстия поступает в фильтрующий слой. Очищенную воду отводят из фильтра через дренажную камеру. Загрязненный материал перекачивают гидроэлеватором по трубе в промывное устройство. Расчетная скорость фильтрации 15 м/ч; расход промывной воды 1 – 2% от производительности фильтра; необходимый напор перед фильтром 2 – 2,5 м. Эффективность очистки составляет 50 – 55%.

Микрофильтры. Процесс микрофильтрации заключается в процеживании сточной воды через сетки с отверстиями размером от 40 до 70 мкм. Барабанные сетки имеют ячейки размером от 0,3×0,3 до 0,5×0,5 мм. Микрофильтры применяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых материалов. Схема одного из микрофильтров показана на рис. 1.14.

Рис.1.14. Микрофильтр: 1 – вращающийся барабан, 2 – устройство для

промывки, 3 – лоток для сбора промывных вод, 4 – труба для отвода

промывных вод, 5 – камера для удаления осветленных вод

Сточная вода поступает внутрь барабана и через отверстия проходит в камеру. Взвешенные вещества задерживаются на внутренней поверхности барабана и при промывке с промывной водой поступают в лоток. Барабан вращается с частотой 6 – 20 мин –1 . Скорость фильтрации достигает 25 – 45 м 3 /(м 2 ·ч).

При концентрации взвешенных частиц 15 – 20 мг/л эффективность очистки составляет 50 – 60 % в зависимости от состава и свойств сточных вод, размера ячеек и режима работы микрофильтров.

Магнитные фильтры обеспечивают степень очистки 80 %. Такие фильтры применяют для удаления мелких ферромагнитных частиц (0,5 – 5 мкм) из жидкостей. Помимо магнитных частиц фильтры улавливают абразивные частицы, песок и другие загрязнения. Этому способствует эффект электризации немагнитных частиц. Магнитные фильтры могут быть снабжены постоянным магнитом или электромагнитом, их производительность до 60 м 3 /ч.

При прохождении сточных вод ламинарным потоком через магнитное поле ферромагнитные частицы размером 0,5 – 1 мкм намагничиваются и образуют агломераты размером до 50 мкм, которые удаляются фильтрованием или осаждаются под действием гравитационного поля. Направление потока жидкости должно совпадать с направлением магнитного поля, т. к. при этом создаются наиболее благоприятные условия осаждения.

Магнитные сепараторы делят на три группы:

1) сепараторы, в которых отделение ферромагнитных частиц идет непосредственно под действием постоянного магнита;

2) сепараторы, в которых отделителями частиц служат специальные ферромагнитные элементы, помещенные в силовом поле постоянного магнита;

3) фильтры-сепараторы, представляющие собой комбинацию постоянных магнитов с различными механическими фильтрующими элементами. Наиболее простыми сепараторами являются магнитные уловители и магнитные патроны.

Степень очистки фильтрованием зависит от напряженности магнитного поля, скорости течения жидкости, ее вязкости, расположения силовых полей относительно направления потока жидкости.

У каждого девятого жителя планеты нет доступа к чистой воде рядом с домом. И ситуация постоянно ухудшается. Спасут ли человечество технологии очистки и вторичное использование воды?

По оценкам ООН, к 2050 году на Земле будут жить 9,8 млрд человек. Изменение климата, а также развитие сельского хозяйства и промышленности для удовлетворения потребностей постоянно растущего населения приведут к серьезному сокращению доступных водных ресурсов.

Согласно исследовательскому проекту WaterAid, 60% населения планеты уже сейчас живет в районах, где водоснабжение не может или скоро прекратит удовлетворять спрос. Водный кризис наиболее болезненно проявляется на Ближнем Востоке, в Центральной Азии и Северной Африке.

Россия в рамках прогнозного горизонта 2040 года находится в зоне низко-среднего риска.

Главные тренды рынка

Как развитые, так и развивающиеся страны сталкиваются с одной общей проблемой — ростом объемов промышленных и городских сточных вод. Это, в свою очередь, побуждает разработчиков из разных стран к поиску новых и все более совершенных технологий очистки воды.

Традиционные методы очистки включают использование адсорбентов, обратного осмоса, ионного обмена и электростатического осаждения. Их недостатки — высокая стоимость, плохая возможность повторного использования и низкая эффективность. Несмотря на прогресс, достигнутый в разработке новых технологий за последнее десятилетие, их использование ограничено в основном из-за свойств материалов и стоимости.

Согласно аналитическому агентству Mordor Intelligence, в 2020 году объем мирового рынка технологий очистки воды оценивался на уровне $50,5 млрд. До 2026-го рынок ежегодно будет расти примерно на 7% из-за быстро сокращающихся ресурсов пресной воды во всем мире. Спрос растет также со стороны разработчиков месторождений сланцевых углеводородов, производителей биотоплива и др.

Негативно повлияла на рынок пандемия COVID-19. Но она же привела к появлению новой технологии, которая позволяет обнаружить коронавирус в сточных водах. Метод позволяет измерить присутствие РНК-генетического материала SARS-CoV-2 (рибонуклеиновая кислота) в человеческих фекалиях в системе сбора сточных вод. Исследования в Нидерландах показали связь между объемом вирусного материала в сточных водах и количеством случаев заражения в данном районе и помогают отслеживать эпидемиологическую ситуацию и эволюцию вирусов. Эта методика была также протестирована в 2020 году в более чем 40 штатах Америки, причем в университете Аризоны помогла предотвратить вспышку коронавируса, где выявили двух человек с бессимптомным течением болезни.

Перечислим пять наиболее инновационных, по нашему мнению, технологий очистки воды.

1. Мембранное разделение

Это давний и популярный метод очистки воды от примесей и загрязнителей. Есть много технологий, которые работают как фильтр: пропускают воду через пленку с микроскопическими отверстиями. Вода проходит, а загрязняющие частицы застревают на мембране.

Методы современного мембранного разделения, такие как обратный осмос (удаляет частицы даже размером 0,001-0,0001 мкм — соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, красители и т.д.), могут очистить воду от 99,5% примесей. Но для этого размер пор должен быть менее микрона. Основной недостаток технологии — высокая стоимость обслуживания (мембраны часто забиваются).

2. Облучение

Как следует из названия, этот процесс основан на воздействии радиации на сточные воды, чтобы уничтожить органические загрязнители. Источники излучения — от гамма-лучей до ультрафиолетового света.

Облучение обычно используют для обеззараживания, но некоторые методы, например, ионизирующее облучение, в сочетании с добавлением озона или перекиси водорода улучшают эффективность разложения органических примесей, включая пестициды и фенолы.

Современные системы УФ-обработки предлагают применять светодиодные лампы. Сейчас такие лампы начинают активно внедрять в коммунальном секторе, а также используются NASA в космических разработках агентства.

Второй способ — это гидрооптические технологии. Они позволяют использовать несколько раз энергию фотонов, так как ультрафиолетовые лучи отражаются от стенок кварцевой камеры. Это повышает эффективность дозы УФ-облучения для уничтожения сложных вирусов, например, коронавируса или аденовируса.

Артур Душенко, главный инженер VODACO, Россия:

«Вирусы и бактерии, поступающие в водоемы со сточными водами, в дальнейшем могут попадать в системы коммунального водозабора на том же водоеме. Современные системы реагентной дезинфекции с использованием гипохлорита натрия или жидкого хлора не способны обезвредить все бактерии, так как многие из них, такие как Cryptosporidium или Giardia (криптоспоридии или лямблии. — РБК Тренды), устойчивы к воздействию хлора так же, как и сложные формы вирусов — аденовирус и коронавирус (как яркий пример — SARS-CoV-2).

3. Очистка наночастицами

Люди давно используют такие вещества, как древесный уголь, для очистки воды путем адсорбции. При очистке наночастицами используется та же механика, но с частицами в наномасштабе. Различные типы наноматериалов — металлические наночастицы, наносорбенты, биоактивные наночастицы, нанофильтрационные (NF) мембраны, углеродные нанотрубки (УНТ), цеолиты и глина — оказались эффективными материалами для очистки сточных вод. Их использование устраняет пестициды и тяжелые металлы в воде. Углеродные нанотрубки также рассматривают как прорывную технологию для опреснения морской воды до стадии питьевой. Основной недостаток технологии — стоимость.

4. Биоаугментация

Органический способ очистки представляет собой добавление в воду смеси микроорганизмов, которая разрушает и удаляет загрязнения. Эти микроорганизмы включают ферменты и безопасные бактерии, которые естественным образом разлагают загрязняющие вещества, такие как масла или углеродные продукты. Но биоаугментация может влиять на экосистему микрофлоры и, как следствие, нарушать процесс очистки. Поэтому эту технологию пока нельзя использовать для получения питьевой воды.

Бациллы. Используются в нефтепереработке для очистки от хинолина (Фото: Mauritius Images / Science Source / Nano Creative)

5. Мембранная биоаугментация

Мембранные биореакторы (MBR) — гибридная технология, которая включает мембранное разделение и биоаугментацию. Сточные воды после биологической очистки при помощи активного ила подают в емкость, называемую биореактором. В этой емкости располагаются мембраны, которые разделяют сточные воды на два потока — активный ил, используемый повторно для биологической очистки, и чистую воду.

На рынке представлены два основных типа MBR — это системы с вакуумным (или гравитационным) потоком и системы под давлением. Вакуумные системы погружаются в воду и имеют мембраны, установленные либо внутри биореакторов, либо в последующем резервуаре. Второй тип MBR, где поток управляется давлением, представляет собой внутритрубные картриджные системы, расположенные вне биореактора.

Преимущество мембранной биоаугментации — небольшая площадь для биологической очистки. MBR-реакторы увеличивают мощность очистных сооружений без увеличения площади конструкций.

«Нева — это основной источник водоснабжения в Санкт-Петербурге. Благодаря программе прекращения сброса сточных вод без очистки в Неву и Финский залив в 2021 году уровень очистки достиг 99,5%. К 2030 году весь объем стоков будет перерабатываться на очистных сооружениях. Сейчас наша технологическая схема очистных сооружений состоит из механической, химической и биологической очистки.

Механическая очистка включает решетки, песколовки, отстойники, в том числе прессование и отмыв отбросов (дополнительное поступление органических веществ в стоки) и преферментацию сырого осадка на стадии отстаивания (увеличение летучих жирных кислот).
Биологическая очистка основана на технологических схемах UCT (технология Кейптаунского университета) и JHB (технология Йоханнесбургского университета).
Химическая обработка применяется для удаления фосфатов. Используемый реагент — сульфат алюминия.

Необходимость через отвращение

Повторное использование сточных вод для орошения и других непитьевых целей стало обычным явлением и существует уже не одно десятилетие. Так, например, в Израиле, почти 90% сточных вод страны используется повторно в сельском хозяйстве.

Для доочистки сточной воды до состояния питьевой необходима надежная технологическая схема, которая включает как минимум пять стадий. Повторно используют очищенные сточные воды питьевого качества Австралия, Сингапур, Намибия, Южная Африка, Кувейт, Бельгия, Великобритания и США (штаты Калифорния и Техас). В этих странах очищенной водой пополняют подземные или поверхностные водные источники (плотины).

Речная вода, используемая в различных городах для производства питьевой воды, содержит в себе большие объемы сточных вод. Переработанная вода безопасна для питья, но некоторые люди не могут преодолеть чувство отвращения. Периодически во всем мире проходят акции по преодолению психологических барьеров. Так, основатель Microsoft Билл Гейтс выпил стакан жидкости, которая была переработана из человеческих фекальных масс в питьевую воду по технологии Omniprocessor Фонда Билла и Мелинды Гейтс. А французская компания Veolia запустила в Чехии совместный проект с пивоварней Čížová, которая из переработанных стоков сварила пиво.

Вода играет важную роль в условиях комфортного проживания человека как в городе, так за его пределами. Она выступает в качестве ключевого ресурса для промышленности и является источником жизни для всех. Поэтому стоит позаботиться о том, чтобы организовать эффективную очистку сточных вод. Сегодня существует несколько способов подобной чистки, и каждый следует рассмотреть отдельно.

Что это такое?

Очистка сточных вод – комплекс различных действий, задача которых кроется в удалении вредных веществ из сточных вод, способных нарушить чистоту экосистемы. Образование стоков – это результат активной деятельности человека. Стоки способны навредить здоровью живых организмов, поэтому важно, чтобы они не попали в водоёмы или грунтовые воды. С каждым годом актуальность очистки сточных вод растёт.

В зависимости от происхождения стоки принято делить следующим образом.

Бытовые или хозяйственно-фекальные, городские. К их числу относят стоки, которые поступают в канализацию от жилой застройки и общественных зданий.

Производственные. Сточные воды промышленных объектов, где происходят различные технологические процессы.

Дождевые, которые стекают в канализацию после выпадения дождей, таяния снега, мойки территории.

Вне зависимости от вида сточных вод важно организовать их своевременную очистку и устранить вредные вещества перед тем, как сток попадёт в водоём.

Обзор сооружений

Вид сооружения для очистки воды определяется методикой, которую выбирает предприятие или застройщик. Стоит подробнее рассмотреть, какой вид оборудования используют для устранения из воды вредных веществ и других загрязнений.

Решётки

Представляют собой устройства механического типа, посредством которых удаётся удалить из поступающих стоков крупный мусор. Воду пропускают через стержни, расстояние между которыми определяется предварительными расчётами. В зависимости от степени загрязнения определяется шаг и количество стержней решётки.

Функции подобных устройств:

снижение нагрузки на оборудование следующих этапов;
удаление крупных примесей и осадков;
обеспечение защиты оборудования от повреждения.

Производители выпускают решётки стационарного и самоочищающегося типа, а также специальные дробилки.

Песколовки

Специальное оборудование для чистки сточных вод. С помощью песколовок из стоков выводят тяжёлые и твёрдые примеси органического происхождения, к числу которых относят:

гравий;
песок;
кости и их осколки;
шлак.

С помощью песколовок удаётся извлечь из воды частицы бетона и бой стекла. Процесс осуществляется посредством задействования центробежной силы и учёта разных плотностей обрабатываемых веществ. Производители выпускают несколько видов песколовок. Они могут быть вертикального или горизонтального типа, а также аэрируемыми и центробежными.

Отстойник

Ёмкость для накопления жидкости с целью её отстаивания для получения осадка из взвесей и примесей механического типа.

Выпускают следующие виды отстойников.

Горизонтальные. В этом случае стоки текут параллельно земле, что обеспечивает надёжную работу устройства.

Вертикальные. Сток поступает сначала в нижний уровень отстойника. Так удаётся оставить тяжёлый осадок и поднять лёгкую воду наверх, где её удаление происходит посредством переливных карманов.

Радиальные. Конструкция напоминает предыдущий вариант, единственное отличие – наличие перемешивающего устройства. Лопасти вращают жидкость, определяя таким образом направление осадка для его последующей сборки и выведения.

Оборудование с тонкослойными элементами. В таких отстойниках устанавливают ламели, за счёт чего удаётся увеличить площадь осаждения вредных примесей.

Также отстойники бывают подземными и наземными. Ёмкости используют для устранения из сточных вод органических веществ и коллоидов, за счёт чего снижается нагрузка на окончательную биологическую очистку.

Гидроциклоны

Гидроциклоны – специальные аппараты, посредством применения которых удаётся устранить из жидкости мелкие и твёрдые виды загрязнений. Удаление происходит в потоке с учётом центробежной силы, организованной вращением жидкости внутри.

Подобные устройства распространены на сильнозагрязнённых песком стоках и пульпах, так как с помощью такого оборудования удаётся организовать очистку больших объёмов.

Сетчатый фильтр

Аппарат, очистка воды в котором проводится путём пропускания загрязнённой жидкости через сетчатые элементы. Чаще остальных в качестве таких элементов выступают плетёные сетки из стальной проволоки или волокна из полимера. Размер ячеек сетки определяется количеством поступающей жидкости.

Дисковые фильтры

Основу оборудования составляет наборный картридж, в котором собрано несколько пластиковых дисков для образования полей фильтрации. На поверхности каждого диска нанесена насечка определённого размера. Когда каналы пересекаются, диски формируют поры, в которые проникают примеси и удерживаются там.

Блоки биологической очистки

Блоком выступает аэротен – особая ёмкость, внутри которой живут и размножаются простые микроорганизмы: бактерии и микробы. Их жизнедеятельность поддерживается посредством обогащения стоков кислородом. За счёт их работы и происходит очистка поступающих вод.

Помимо перечисленного оборудования, для очистки сточных вод используют теплообменники, рекуператоры и другие устройства, обеспечивающие получение надёжного результата.

Основные методы

Загрязнителей воды множество, поэтому нет уникального способа устранения из загрязнённой воды нерастворимых и растворимых частиц одновременно. Для реализации эффективной очистки сточных вод используют разные методы:

химический;
физико-механический;
биологический;
биохимический.

Зачастую для качественной очистки воды требуется использование сразу нескольких способов. Методы подбирают, опираясь на состав загрязнений поступающей жидкости и степень очистки, которую нужно получить.

Химические

Предполагает устранение из сточных вод химических соединений и отдельных элементов. Для получения требуемого результата используют различные реагенты, подбор которых осуществляют в зависимости от природы поступающих стоков.

Результатом химической реакции становится образование нерастворимых взвесей, которые затем удаляют из воды с помощью фильтров. Также посредством использования реагентов удаётся нейтрализовать большинство загрязнений, предотвратив ухудшение состава воды. Реагентный метод востребован в промышленности.

Дополнительно в процессе использования во время очистки химических реагентов удается нормализовать pH воды и устранить большую часть патогенной микрофлоры. Такая методика позволяет сэкономить на последнем этапе очистки – обеззараживании.

Биологические

Главный принцип такой очистки – использование микроорганизмов для устранения загрязнений в стоках. Бактерии и микробы запускают окислительные и восстановительные реакции в органических веществах, которые содержат сточные воды. Биопрепарат для проведения подобной очистки выпускают в виде:

раствора;
суспензии;
коллоида.

В свою очередь, для использования подобной методики применяют разные виды сооружений. В оборудовании первого типа очистку осуществляют в условиях, максимально приближенных к реальным. Во вторых необходимые факторы создают искусственным путём.

К первой группе систем относят небольшие сооружения в виде маленьких водоёмов, способных пропустить воду через почву. Организмы в таких жидкостях беспрепятственно получают нужную порцию кислорода для организации собственной жизнедеятельности.

В искусственных системах подача кислорода обеспечивается за счёт компрессора. Очистка проводится в специальных фильтрах или аэротенках. Стоит отметить, что эффективность такого оборудования выше.

Биохимические

Комбинированная методика очистки сточных вод, востребованная в очистительных сооружениях автономного типа. Принцип работы заключается в использовании:

химических реагентов;
активных микроорганизмов анаэробного вида;
микроорганизмов аэробного вида.

Особенность биохимического метода в возможности его использования как в открытых, так и в закрытых сооружениях. При этом посредством внедрения микроорганизмов удаётся ускорить процесс очистки.

Более высоких результатов биохимической очистки можно добиться с помощью использования специальных растворов в аэрофильтрах, биофильтрах или аэротенках. Первый вариант обеспечивает качественное удаление загрязнений посредством работы специального фильтрующего слоя. Таким слоем обычно выступает засыпка из шлака, керамзита или гравия. Дополнительно в оборудование нагнетают кислород.

У биофильтра схожий принцип работы, но в случае его использования основная нагрузка идёт на засыпку. Искусственное поступление воздуха отсутствует.

Аэротенки позволяют добиться высоких показателей очистки, но при этом требуют больше времени на выполнение процедуры и занимают много места. Принцип работы подобных устройств основан на использовании активного ила.

Физико-химические

Их также называют электрохимическими. С помощью таких методов удаётся организовать утилизацию растворённых в стоках мелкодисперсных и неорганических соединений. Также посредством методики можно разрушить органические вещества, которые с трудом поддаются окислению.

Для получения требуемых результатов принято использовать несколько видов физико-химической очистки. Выбор подспособа определяется видом загрязнителей в стоках, а также поступающим в очистные сооружения объёмом мусора.

Коагуляция

При проведении такой очистки принято использовать химические реактивы в виде солей железа, аммония или других соединений. Посредством использования данной методики можно избавиться от большинства загрязнений, способных осесть в виде хлопьев или взвесей. Впоследствии осадок можно удалить с помощью фильтров. Метод востребован в основном на промышленных производствах.

Флокуляция

Методика подразумевает задействование особых химических соединений – флокулянтов. В результате химической реакции образуются связи между молекулами загрязняющих веществ, что приводит к формированию нерастворимых субстанций.

Дальнейшее удаление взвесей и осадков происходит с помощью мембранных фильтров.

Механические и физические

Представляют собой предварительный деструктивный этап очистки сточных вод. Ключевая задача – устранить из жидкости волокна, выпавшие в виде осадков или взвесей. Также посредством механической чистки удаётся вывести из сточных вод:

твёрдые компоненты;
грубодисперсные примеси;
нерастворимые вещества.

Если не предусмотреть данный этап очистки, сорбционные фильтры могут выйти из строя. Методика также является обязательной для тех, кто планирует использовать сточные воды в качестве технической жидкости.

Очистка включает несколько этапов.

Процеживание. В этом случае жидкость протекает через специальные решётки и сетки, размеры ячеек которых подбираются в зависимости от степени загрязнения стоков. Применение установок такого типа обеспечивает эффективное очищение воды на первом этапе.
Фильтрация. Воду на данном этапе пропускают через пористый или засыпной материал, применяя напор. В основном в качестве наполнителя для фильтра используют металлическую крошку, песок или частички стекла.
Отстаивание. Процедура сопровождается гравитационным осаждением и разделением на фракции твёрдых загрязнителей. Самым простым устройством для отстаивания является песколовка.
Дисковой фильтр. Имеет форму цилиндрического пакета с встроенными в конструкцию полимерными дисками. За счёт использования такого оборудования удаётся повысить степень очистки воды.

И это далеко не полный перечень классификаций доступных методик и оборудования для проведения механической чистки сточных вод. В некоторых изданиях можно встретить термические методы очистки стоков.

Стадии обработки

Типовая технология очистки сточных вод включает несколько этапов, каждый из которых стоит рассмотреть внимательно.

Предварительная очистка

На предварительном этапе происходит удаление нерастворимых механических примесей. Стоки пропускают через систему решёток и сит, а затем жидкость поступает в отстойник. Каждое сито и каждая решётка отличаются шагом расположения ячеек. Производители выпускают следующие виды сеток:

с крупной ячейкой;
мелкой;
средней.

Количество решёток зависит от характеристик сточной воды. Отстойники и фильтры используют для вывода более крупных загрязнителей.

Биологическая очистка

Проводится с использованием микроорганизмов. Выделяют два способа биологической чистки сточных вод.

Аэробный. Проводится с применением бактерий, которые для организации самостоятельной жизнедеятельности потребляют кислород. Поэтому важно, чтобы поступающая в ёмкость с бактериями жидкость была насыщена кислородом. В качестве основных сооружений используют биофильтры с активным илом или аэротенки. Габариты очистительных ёмкостей подбираются в соответствии с проектной документацией.
Анаэробный. Очищение стоков происходит с помощью бактерий, способных прожить без кислорода. Органические вещества, которые содержатся в поступающих в ёмкость сточных водах, также преобразуются за счёт работы микроорганизмов в углекислый газ и метан. Сам процесс происходит в специальных баках – метатенках.

Второй вариант считается наиболее экономичным, однако не таким эффективным по сравнению с первым вариантом.

Дополнительная очистка

Подразумевает более тщательное удаление примесей, которые остаются в очищенных стоках. Для проведения очистки используют коагулирующие растворы, которые активно борются со взвесями и растворёнными солями металлов.

Особой популярностью пользуется титановый коагулянт, который проявил большую эффективность по сравнению с растворами на основе алюминия или железа.

Очистка воды УФ-излучением

Современная схема очистки и обеззараживания, посредством которой удаётся удалить из сточных вод патогенную микрофлору. На сегодняшний день выступает в качестве завершающего этапа, после которого воду сбрасывают в грунт или водоём.

Также обеззараживание могут проводить с помощью санобработки хлором или озонированием. У каждого способа есть свои плюсы и минусы. Однако наиболее эффективным на сегодняшний день принято считать устранение патогенных бактерий ультрафиолетовым облучением.

Очистка сточных вод – необходимый процесс для предотвращения загрязнения водоёмов и ухудшения жизни людей, других организмов.

Видов систем фильтрации жидкости довольно много. Каждая из них функционирует согласно собственным параметрам и технологическим особенностям. Нынешние компании производители водоочистного оборудования регулярно предлагают покупателям новейшие разработки в этой сфере. Сегодня стоит рассказать о биофильтрах для очистки сточных вод, из чего они конструируются и как работают.

Что собой представляет

Это специальный резервуар определенной формы, в котором производится очищение водного раствора. В процессе фильтрования задействуются биологически активные материалы (различные микроорганизмы).

Очистной механизм метода основан на постоянном доступе воздуха к очищаемой среде и разнице температурных режимов. Так как основную работу выполняют живые организмы, необходима организация вентиляции. Без кислорода полезные бактерии просто не выживут.

Для чего нужен биофильтр

Биологические фильтрующие системы осуществляют очищение воздушной или водной среды от присутствующих в них органических соединений. Данные агрегаты отлично справляются с устранением органики, пылевых частиц, неприятных запахов, формальдегидных и фенольных составляющих, аэрозольных паров и кислотных компонентов.

Такие устройства применяют на станциях по очистке сточной жидкости, в местах утилизации ТБО, на предприятиях по мусоропереработке, заводах химической промышленности (изготовление лакокрасочных изделий, покраска материалов и т.д.). Не менее широкое применение такие устройства нашли в сельском хозяйстве и отрасли по производству и переработке пищевых продуктов.

Классификация

Разбираясь с вопросом: что такое биофильтр, необходимо выяснить, какие материалы используются в процессе фильтрации. По этим параметрам устройства подразделяются на несколько видов.

С объемной нагрузкой

Делятся на ряд подтипов:

Капельные, характеризующиеся небольшой производительной способностью. Зернистость загружаемого объекта равняется 20-30 мм при высоте слоя в 2 м.
Высоконагружаемые. Размер подлежащего погружению материала составляет 40-60 мм и четырехметровую слойную поверхность.
Башенные. Они достигают 16 метров в высоту, величина зерна равна 40-60 миллиметрам.

С плоской загрузкой

Звенья классификационной линии выглядят следующим образом:

Повышенная жесткость обеспечивается бетонными кольцами, элементами труб и т.д. В определенного объема емкость помещают разделенный на мелкие части металл, керамику или пластик. Плотность укладки должна составлять не менее 600 кг на кубический метр. Допустимая пористость оставляющих не менее 70%. Фильтрующая основа достигает 6 м.
Эти фильтры для очистки сточных вод характеризуются жесткой нагрузкой из блоков или решеток. Блочные элементы изготавливают из асбеста плотностью до 250 кг на кубометр и пористостью от 80% на 6 метров фильтрата. Кроме этого, отлично подходят пластиковые материалы, благодаря своим характеристикам фильтрующий слой может составлять порядка 16 м.
Рулонная (она же мягкая) создается при помощи прочной металлической сетки, тканей синтетического происхождения или покрытия из пластика. Вес размещают в виде рулонов или закрепляют специальным образом на каркасе. Параметры плотности — 60 кг/м³, пористость почти 100%, высота 8 м.
Устройства для помещения в емкости с изогнутым дном. Поверх очищаемой жидкости устанавливаются пластмассовые или асбестовые диски. Друг от друга они находятся на расстоянии 10-20 мм. Размер варьируется от 0,6 до 3 метров в диаметре.

Рулонная и засыпная методики применяются при самом большом расходе до 10000м³/день. Жесткая с задействованием блоков при среднем 50000 кубов в сутки. Погружные версии актуальны только при небольших нагрузках.

Капельные

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

Такие биофильтры для очистки воды — это принципиально другая технология фильтрации. Подача водного раствора производится распылением капель или струйным способом. Кислород при этом проводится через дренажную основу фильтрующего агрегата или подается с поверхности.

Заранее отфильтрована сточная жидкость с небольшим количеством загрязняющих частиц попадает в распределяющий блок, который перенаправляет ее на загрузочный слой. После этого жидкостная среда отправляется в дренаж и водные емкости за территорией биоочистной системы. Во вторичном отстойнике происходит отделение биопленки.

Для данных систем характерна пониженная органическая нагрузка. Чтобы очистить фильтрующий материал от неживой оболочки, задействуют гидравлику.

В процессе очистки должно быть обеспечено равномерное распыление полного содержимого биофильтра. В противном случае нагрузочного скачка не избежать. Устройства на капельной основе практически невозможно контролировать путем изменения внешних условий. При их использовании отслеживают величины загрязненности и состояние самих агрегатов. Процесс очищения довольно дорогостоящий, поэтому загружаемый материал проще поменять полностью.

При использовании данного биологического фильтра для воды внимательно следят за аэрацией. Уровень кислорода не должен снижаться ниже 2 мг/л. При этом параллельно необходимо производить очищение площади под дренажем и над дном емкости. Фильтр био на основе капельного воздействия весьма чувствителен к сильному ветру в зимний период. Поэтому для максимально результативного функционирования организуют противоветровую защиту. Кроме того, стабильную работу нарушает заболачивание фильтрующей базы, которое предстоит срочно ликвидировать и посторонние объекты в общей загрузочной массе.

Высоконагружаемые

Работа биофильтра данного типа отличается высоким воздухообменом и, как следствие, отличной способностью к окислению. Большое количество поступающего воздуха становится возможным благодаря крупной фракции загрузки и увеличенной водонагрузке.

Фильтрующаяся жидкость перемещается довольно быстро и переносит вместе с собой неокисляемые элементы, а также части вышедшей из строя биопленки. Весь имеющийся кислород забирается для устранения оставшихся загрязняющих частиц.

Фильтры био данного типа отличаются высотой загружаемого слоя, большой зернистостью дренажной основы и особой структурой дна резервуара, обеспечивающей лучшую циркуляцию воздушных потоков. Очистка такого устройства возможна исключительно при беспрерывной напорной подаче жидкости.

Состав и принцип работы биофильтра

Комплектующими фильтрующего агрегата являются:

База очистного сооружения — очищающая загрузка, находящаяся в емкости (своеобразном аквариуме), в которую организован доступ водного раствора. Материалы: пластик, щебень, шлаковые элементы, керамзитный камень и т.д. обязаны обладать пониженной плотностью и большим размером.
Механизм для перенаправления жидкости. Он дает возможность равномерного орошения фильтрующей основы, загрязненной жидкостной средой.
Дренажный слой.

Теперь следует понять, как происходит очистка загрязненной воды в биофильтрах. Окислительные процессы в фильтрах био довольно похожи на опрыскивание полей или водную обработку в системах биоочистки. Только отличаются при этом большей интенсивностью.

Загрузочная материя отфильтровывает из H2O нерастворимые микроэлементы, оставшиеся после череды отстойников. Благодаря биопленке адсорбируются органические примеси. Живые организмы обитают в этой пленке за счет разложения органики. Кроме того, ее часть уходит на рост общей биомассы слоя. Таким образом, можно одновременно наблюдать два полезных действия:

Вместе с потоками стоковых вод (в том числе из септиков) исчезают отмершие элементы оболочки. Циркуляция воздуха обеспечивается налаженной системой вентиляции.

Читайте также: