За рубежом давно применяется отстойник оригинальной конструкции финской фирмы «Larox». Данное очистное оборудование имеет высокую производительность: скорость восходящего потока составляет 5 – 8 м/ч. Вследствие подачи суспензии в фильтрующий слой мельчайшие частицы взвешенного вещества, направляющиеся вместе с восходящим потоком, остаются в этом слое. В итоге слив содержит (20 – 50) · 10-6 твердой фазы. Конструкция аппарата может быть модифицирована по степени концентрации осадка. [23]
Значительное распространение в отечественной и мировой практике получили фильтры с насыпной (зернистой) загрузкой, в качестве которой может использоваться кварцевый песок, мраморная крошка, антрацит, керамзит, кокс, древесные или полиэтиленовые опилки и другие материалы. Основным критерием, характеризующим эффективность данных конструкций, является их грязеемкость, которая увеличивается при смягчении фильтрующего материала [24, 43].
Таблица 2.
Грязеемкость различных материалов [43]
| Материал | Грязеемкость, кг/м3 |
| Кварцевый песок | 1,1 |
| Синтетическое волокно | 4,0 – 5,2 |
| Плавающая загрузка | 8 – 14 |
| Отходы производства стройматериалов | 10,2 – 12,4 |
Значительный интерес представляют фильтрующие материалы, которые не требуют регенерации и могут быть утилизированы после выгрузки их из фильтра, например в качестве топлива: антрацит, бурый уголь, коксовая крошка, торф [25].
В недавнем времени были разработаны фильтры непрерывного действия, в которых процессы фильтрации и промывки загрузки протекают непрерывно в разных оптимизированных по форме, конструкции и габаритам аппаратах. Широкое применение нашли фильтры непрерывного действия с насыпным слоем фильтрующего материала Дина-Сэнд (Швеция). Использование непрерывности процесса позволяет в 3 – 4 раза увеличить грязеемкость загрузки, в 1,5 – 3 раза сократить расход сбросных вод, фильтровать сильнозагрязненные и нефтесодержащие стоки [8].
В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны типовые проекты установок глубокой очистки сточных вод посредством фильтров с песчаной загрузкой и пропускной способностью 10, 17 и 25 тыс. м3/сут [43]. Особый интерес представляют конструкции каркасно-засыпных фильтров (КЗФ), обеспечивающих высокую эффективность процесса.
Челябинским ВНИИВОДГЕО разработана конструкция каркасно-засыпных фильтров с засыпкой из гравия с крупностью зерен 40 – 60 мм и песка, 0,8 – 1,0 мм. Скорость фильтрации – 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла – 20 ч при средней концентрации веществ до 20 мг/л [43].
Фильтры с плавающей загрузкой из вспененного полистирола можно применять для очистки сточных вод предприятий металлургии, химической и легкой промышленности. Преимуществами данного способа очистки экономичность, простота конструкции, долговечность, надежность очистки [23].
Фильтры с пенополиуретановой загрузкой могут применяться для очистки стоков от нефтепродуктов и масел в не эмульсионном состоянии. Скорость фильтрования 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла при оптимальном режиме 50 – 60 ч., при форсированном 27 – 36 ч. Грязеемкость при оптимальном режиме 8,8 – 17,0 кг/м3, при форсированном 6,8 – 9,6. [38]
Напорные сверхскоростные фильтры позволяют получить эффективность очистки 70 – 80 %. Значительными преимуществами обладают автоматические напорные сверхскоростные фильтровальные [24, 25, 43].
5.2. Физико-химические методы очистки сточных вод
Физико-химические методы очистки сточных вод пригодны для использования на предприятиях различных отраслей и могут применяться как самостоятельно, так и в комплексе с другими способами очистки и переработки сточных вод.
Методы коагуляции и флокуляции могут применяться на предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, легкой промышленности. Сорбционные методы, с использованием в качестве сорбентов золу, торф, коксовую мелочь, селигатели, активированные угли различных марок, наиболее эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей переработкой и использованием, а очищенные воды пригодны для оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
В качестве одного из перспективных методов выделения из сточных вод взвешенных веществ могут быть использованы конструкции и методы флотации. Флотация применима для удаления ПАУ, нефтепродуктов и масел, волокнистых компонентов. Наиболее широкий диапазон в технологических схемах очистки сточных вод имеет принцип напорной флотации. Для очистки вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнителей и содержащих нефть и нефтепродукты целесообразно внедрение в эксплуатацию импеллерных установок, которые обеспечивают высокую эффективность очистки.
Очистка стоков методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные компоненты сточных вод: цветные металлы, ПАУ, радиоактивные вещества – очищать сточные воды до ПДК с последующим использованием вод в замкнутых технологических процессах предприятий [23].
Одним из перспективных направлений очистки сточных вод является применение мембранных технологий: обратный осмос, ультра- и микрофильтрация – наиболее универсальные, экономически целесообразный и экологически безопасные методы обработки сточных вод [43, 42]. Самым производительным из этих методов является способ ультрафильтрации, пригодный для очистки сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, металлургической, пищевой, пищевой, микробиологической отраслей промышленности и при гальванопроизводстве. Методы ультра- и микрофильтрации обладают высокой эффективностью очистки, невысокими энергозатратами, простотой и компактностью установок, автоматизацией и экологичностью процесса [42].
Существуют различные типы гиперфильтрационных и ультрафильтрационных аппаратов, отличающихся способами размещения мембран: с плоскокамерными, трубчатыми, рулонными или спиральными фильтрующими элементами и с мембранами из полых волокон малого диаметра.
Таблица 3.
Характеристика некоторых ультрафильтрационных мембран [42]
| Области применения | Характеристика мембран | |
| Диаметр пор, нм | Удельная произв-ть, л/м2 | |
| Жирная вода пищевых предприятий | 20 ± 2,5 | 33,5 – 57 |
| Маслосодержащие воды автотранспортных предприятий | 30 ± 5 | 66 – 132 |
| Сточные воды масложирной промышленности, эмульсии нефтепродуктов | 50 | 100 – 200 |
| Малоэмульсионные воды металлургических предприятий, моющие растворители, промывные воды автомоек | 50 | 100 – 600 |
| Малоэмульсионные воды металлургических предприятий | 4,3 | — |
| Маслосодержащие стоки автотранспортных и металлургических предприятий | 45 ± 5 | 186 - 294 |
Институтом эколого-технологических проблем на протяжении нескольких лет проводились исследования и опытные работы по очистке различных технологических растворов, в том числе гальваностоков и жидких радиоактивных отходов, с помощью мембранной технологии и сорбентов.
Новизна метода заключается и возможности использования любых твердых сорбентов и электроосмотического концентратора с замкнутыми рассольными камерами с отечественными ионообменными мембранами марок МК-40 и МА-40.
Технические характеристики установки с использованием данных мембран:
Производительность, л/ч 100
Коэффициент очистки 50
Коэффициент концентрирования 100
Рабочее напряжение на электроосмотическом концентраторе, В 50
Сила тока на электроосмотическом концентраторе, А 15
В ИЭТП был разработан гранулированный сорбент из отходов деревопереработки (шлифовальной пыли, опилки, кора и др.) и различных гидролизных лигнинов, который имеет более низкую стоимость по сравнению с различными отечественными и зарубежными аналогами (Таблица 4).
Таблица 4.
Характеристика гранулированных сорбентов [37]
| Показатели | Фирма | ||||
| АООТ «ЭХЗМ» | ОАО «Заря» | Sutcliffe Carbon (Англия) | Chemviron Carbon (Бельгия) | ИЭТП (Россия) | |
| Марка | СТК | АГ-2А | 207 С | APS-60 | ГШП |
| Сырье | Торф | Каменный уголь | Кокс | Каменный уголь | Отходы деревообработки |
| Размер гранул, мм | 1,0 – 3,0 | 1,0 – 3,0 | 2,36 – 4,75 | 3,0 | 2,0 – 5,0 |
| Прочность на истирание, % | 66 | 75 | 95 | 90 | 78 |
| Суммарный объем пор, см3/г | 0,83 | 0,80 | 0,70 | 0,70 | 0,83 |
| Цена 1 т., $ | 1850 | 1445 | 3050 | 3700 | 1144 |