В гідроциклонах і центрифугах розділення рідкої і твердої фаз проводиться під впливом відцентрових сил.
Для видалення зважених речовин використовуються напірні гідроциклони. Для видалення плаваючих домішок застосовуються відкриті гідроциклони. Гідроциклон є металевим апаратом, що складається з циліндрової і конічної частин. Діаметр циліндрової частини - від 100 до 700 мм, висота приблизно рівна діаметру. Кут конусності складає 10-20°. У середині апарату є струмонаправляючі лопаті у вигляді гвинтової спіралі. Подана під тиском рідина, рухаючись по спіралі до зливу, відділяється від зважених речовин. Частина рідини з великим змістом суспензій віддаляється з гідроциклона, а освітлена вода під дією вакууму, що утворився, рухається вгору і виливається через верхній отвір. У відкритому (безнапірному) гідроциклоні видалення освітленої води відбувається через бічні отвори, а спливаючі домішки витягуються за допомогою сифона. Гідроциклони, в порівнянні з іншими пристроями для механічного очищення вод, відрізняються високою продуктивністю, компактністю, економічні у виготовленні і експлуатації. Ефективність очищення від зважених і плаваючих домішок складає приблизно 70%.
Центрифугування є ефективним методом розділення суспензій і емульсій. Центрифуги виготовляються періодичної і безперервної дії з автоматичним вивантаженням осаду і освітленої рідини (фугата). При центрифугуванні досягається достатньо високий ступінь обезводнення осаду і виходить щодо чистого фугат. Центрифуги споживають велику кількість електроенергії, створюють високі шумові навантаження і небезпечні в експлуатації.
Фізико-хімічні методи очищення забезпечують видалення з води, як правило, розчинених речовин, що не піддаються або погано що піддаються біологічному очищенню, а також речовин, які можуть надати несприятливу дію на колектори або інші елементи систем водовідведення.
Найпростішим і поширеним методом физико-хімічного очищення є нейтралізація, яка полягає в підкислення лужних вод (з рН>8,5) і підлужнення вод з рН<6,5. За наявності на виробництві кислих і лужних вод нейтралізація досягається їх змішенням. За відсутності однієї з категорій вод нейтралізація здійснюється шляхом добавки реагенту. Для нейтралізації кислих вод краще всього використовувати відходи лугів - гідроокиси натрію або калію, що не дають осаду. При використанні гідроокису кальцію у вигляді вапняного молока утворюється шлам, який необхідно видаляти, знешкоджувати і утилізувати. Нейтралізація кислих вод досягається також фільтруванням їх через шар вапняку, доломіту, магнезиту, шлаку або золи.
Для нейтралізації лужних вод використовується відпрацьована сірчана кислота. Високоефективним методом нейтралізації лужних вод є продування через них газових викидів, що містять оксиди сірки, вуглецю азоту і інші кислотоутворюючі оксиди. Таким чином забезпечується одночасно ефективне очищення димових газів.
Реагентна обробка застосовується для очищення вод від ціанідів, роданіду, іонів важких металів і ряду інших домішок. Вид вживаного реагенту визначається складом домішок, що підлягають видаленню з води. Так, розкладання ціанідів досягається обробкою води рідким хлором або речовинами, що виділяють активний хлор, - хлорним вапном, гіпохлоритом кальцію або натрію.
Окисленням вдається добитися деструкції таких з'єднань, як альдегіди, феноли, анілінові фарбники, сірковмісні органічні речовини і ін. Як окислювачі застосовують кисень, озон, перекис водню, піролюзит. В процесі окислення відбувається розкладання шкідливих домішок до простих оксидів або утворення з'єднань, що піддаються біохімічному розкладанню.
Витягання з води іонів ртуті, хрому, кадмію, свинцю, нікелю, мідь, миш'яку засновано на перекладі їх з розчину в нерозчинний осад. Воду, що з цією метою очищається, обробляють з'єднаннями натрію або кальцію - сульфітом, бісульфітом або сульфідом, карбонатами або гідроокисом. Шлам, що утворюється, видаляють, утилізували або складують.
Одним з високоефективних методів очищення є іонний обмін, який є процесом взаємодії рідини, що очищається, із зернистим матеріалом, що володіє здатністю замінювати іони, що знаходяться на поверхні зерен, на іони протилежного заряду, що містяться в розчині. Такі матеріали називаються іонітами. Іонними властивостями володіють природні мінерали - цеолити, апатити, польові шпати, слюда, різні глини. Синтезовано велике число високоефективних іонітів, що володіють селективними властивостями. До них відносяться силікагелі, алюмогелі, пермутити, сульфовуглеці і іонообмінні смоли - синтетичні високомолекулярні органічні сполуки, вуглеводневі радикали яких утворюють просторову сітку з фіксованими на ній іонообмінними функціональними групами. Іоніти не розчиняються у воді, володіють достатньою механічною міцністю, забезпечують можливість їх регенерації з отриманням цінних речовин, витягнутих з води, що очищається. Існують іонообмінні установки періодичної, безперервної дії. Установки періодичної дії працюють як фільтри із зернистим завантаженням у вигляді гранул іонітів. При насиченні поверхні гранул іонами речовини, витягуваної з води, проводиться їх регенерація слабким розчином (2-8%) лугу або кислоти В установках безперервної дії гранули іонітів і рідина, що очищається, рухаються протитечією, постійно перемішуючись. В процесі роботи частина гранул подаються на регенерацію і замінюються новими. Завдяки високій механічній міцності і здатності до регенерації гранули іонітів мають досить тривалий термін служби. Іонний обмін є, по суті, універсальним методом очищення вод. Для розрізнення практично будь-якої речовини з води можна підібрати відповідний іоніт або групу іонітів. Ефективність іонообмінного очищення досягає 95-99%.
Іншим універсальним і високоефективним методом очищення вод є сорбція. Сорбція застосовується переважно для очищення стічних вод, які містять високотоксичні речовини, що не піддаються біохімічному окисленню. Метод сорбційного очищення заснований на адгезії (прилипанні) розчинених речовин поверхнею і порами сорбент - речовини, що володіє розгалуженою зовнішньою і внутрішньою (пори) поверхнею. Якнайкращим сорбентом є активоване вугілля. Сорбційними властивостями володіють золи, шлаки, тирса, коксівна крихта, торф, керамзит і ін. Конструкції установок сорбційного очищення аналогічні іонообмінним. Висока ефективність очищення досягається в установках з псевдо зрідженим ("киплячим") шаром, коли в порожнисту вертикальну колону знизу під тиском подається очищається вода, що проходить через шар сорбенту, який знаходиться в зваженому стані. Відпрацьований сорбент замінюється новим або регенерується. При підтримці сорбенту в "киплячому" шарі, коли досягаються якнайкращі умови контакту його зовнішньої і внутрішньої поверхні з рідиною, що очищається, ефективність очищення досягає 99%. Якщо псевдо зріджений шар злежується, ефективність очищення різко знижується.
Флотаційне очищення застосовується для видалення з води поверхнево-активних речовин (ЛІГШИ), нафтопродуктів, жирів, смол і ін. Процес флотації полягає в сорбуванні домішок, що містяться у воді, поверхнею пухирців повітря, що нагнітається в рідину, що очищається. В практиці очищення вод використовуються напірні, безнапірні, вакуумні і електрофлотаційні установки. Найбільше поширення набули напірні установки (мал.3.15). В таких установках вода спочатку насищається повітрям під тиском, а потім подається у відкритий резервуар, де відбувається виділення пухирців і сорбування ними домішок, що містяться у воді. Іноді стисле повітря подається в нижній шар рідини, що знаходиться в резервуарі (флотаторі). Для підвищення ефективності очищення повітря подається через пористі (фільтраційні) пластини. При вакуумній флотація у флотаторі створюється розрядка, сприяюча утворенню пухирців повітря. Для безнапірної флотації використовуються ерліфтні установки, які дозволяють істотно (в 2-4 рази) понизити витрати електроенергії на флотаційне очищення. Підвищенню ефективності очищення вод при флотації сприяє наявність синтетичних поверхнево-активних речовин. Утворювана ними густа стійка піна підвищує ступінь витягання з води емульсованих і диспергованих домішок. При флотації одночасно досягається дегазація вод, що очищаються, і насичення їх киснем.
При електрофлотації утворення пухирців газу відбувається унаслідок електролізу води. На аноді виділяється кисень, на катоді - водень. Проте цей метод очищення через великі витрати електроенергії і зростання її вартості практично не використовують. З цих же причин все рідше застосовують ніколи широко поширені електрохімічні методи очищення вод: анодне окислення і катодне відновлення, електрокоагуляції електродіаліз. Електрохімічні методи очищення засновані на протіканні постійного електричного струму через рідину, що очищається. Кисень, що виділяється на аноді, окисляє органічні домішки. Як аноди використовують електролітичні нерозкладані матеріали: графить, магнетит, діоксиди свинцю, марганцю або рутенію, що наносяться на титанову основу. На катодах відбувається виділення водню і осідання іонів металів з утворенням нерозчинних гідроксидів. Катоди виготовляють із сталі або алюмінію. В процесі електролізу катіони катодів, взаємодіючи з гідроксид ними групами, утворюють гідроокиси у вигляді пластівців. Цей процес називається електрокоагуляцією.