Принцип работы мембранного метода очистки сточных вод

Что это такое?

Флотатор – это устройство для удаления взвешенных частиц и органики из воды путем комбинирования физических и химических процессов.

Способом флотации стоки очищают от:

• масел;
• жировых загрязнений;
• нефтепродуктов;
• поверхностно-активных веществ;
• примесей органики.

Справка. В зависимости от типа загрязнения подбирается вид установки.

Принципы функционирования

В стоки, которые подвергаются очищению, разнообразными способами подается воздушная смесь. Не растворенные частицы присоединяются к капсулам с газом, проходящим сквозь жидкую среду. Затем всплывают наверх емкости в состоянии пены (фотошлама).

С поверхности стоков она собирается механизированным способом с помощью специальных скребков. Очищенная вода отводится из камеры флотирования.

Насыщать жидкость капсулами с газом можно несколькими способами:

• механически;
• напорно;
• вакуумно.

Механизированное наполнение загрязненной жидкости газообразными смесями выполняют по следующим этапам:

1. В центрифугах сточные воды перемешиваются до однообразного состояния. Одновременно проводят наполнение массы газами. Образующиеся капсулы притягивают и выводят на поверхность загрязняющие частицы.
2. Тщательное взбивание стоков в резервуаре, оборудованном лопастями, прикрепленных к колесам.
3. Вариант аэрации – наполнение стоков водовоздушной смесью через трубы, расположенные в нижней части резервуара.

При использовании напорного метода в загрязненную жидкость с помощью давления закачивается кислород. Применение вакуумного варианта – канализационные стоки насыщают молекулами воздуха в специальных емкостях.

Для того, чтобы воздушные капсулы имели требуемый объем, производят их дробление при помощи:

• турбин;
• форсунок;
• пористых пластин;
• решеток.

Интересно. С целью увеличения эффективности сбора мелкодисперсных загрязнений во флотационных установках часто применяют специальные реагенты. Они увеличивают степень адгезии взвесей с молекулами воздуха.

Достоинства и недостатки

Преимущества использования флотационных установок:

• Устройство высокоэффективно для удаления многих видов мелкодисперсных веществ.
• Флотация довольно быстро справляется с очищением сточных жидкостей.
• Работа по очистке очищения выполняется непрерывно.
• У всего оборудования простая конструкция.
• Работы по обслуживанию флотаторов не подразумевают больших затрат.
• Цена на оборудование достаточно невысокая.

При этом есть и определенные минусы флотационной чистки:

• Этот вариант не позволяет удалить все виды взвесей из жидкой среды.
• В некоторых процессах применяют реагенты, что удорожает стоимость очищения.
• Необходимо постоянно контролировать параметры подаваемых газов. Иначе эффективность очищения значительно снизится.

эффективны в сочетании с другими вариантамиотстойники Важно. После обработки флотатором необходимо обеззараживание и последующая прогонка воды через специальные фильтры

• Чем большее количество взвесей в канализационных стоках, тем выше производительность флотационной установки.
• Эффектность очищения во многом определяется объемом газовых капсул. Недостаточно большой пузырек не успеет подняться на поверхность. Они растворятся по пути наверх. Крупные пузыри будут всплывать очень быстро. Поэтому не соберут много взвесей.

Принцип работы флотатора Эффективность работы также зависит от:

1. типа флотатора;
2. его производительности;
3. степени автоматизации процесса.

Область применения

Флотаторы используются в основном в системах очищения на производствах:

• коммунальные очистные сооружения;
• мясо-молочные комбинаты;
• птицефабрики;
• консервные заводы;
• маслозаводы и жировые производства;
• нефтегазовая отрасль.

На горнодобывающих производствах такой метод часто используется для обогащения породы.

Методы очистки бытовых и промышленных стоков

Сточные воды могут самоочищаться в природных условиях, но только если их объем небольшой. Поскольку промышленная отрасль сегодня развита высоко, объемы стоков на выходе образуются значительные. И чтобы получить чистую воду, человек должен решить вопрос с нечистотами – то есть их очисткой. Всего существует несколько методов очищения стоков – это механический, химический, физико-химический и биологический. Рассмотрим подробнее особенности каждого из них.

Механическая очистка предполагает применение таких методик как фильтрация и отстаивание. Основные инструменты – решетки, сита, фильтры, ловушки и уловители. Когда вода проходит первичную очистку, она попадает в отстойник – емкость, предназначенную для отстаивания стоков с образование осадка. Механическая очистка используется в большинстве современных систем, но редко как самостоятельный способ. А все дело в том, что она не подходит для удаления химических компонентов и органических примесей.

Химическая очистка проводится с применением реагентов – особых химических веществ, которые вступают в реакцию с примесями, содержащимися в воде, и образовывают нерастворимый осадок. В результате содержание растворимых взвесей снижается на 25%, а нерастворимых на 95%.

Физико-химическая очистка предполагает применение таких методик как окисление, коагуляция, экстракция и так далее. Данные процессы позволяют удалять из воды неорганические включения и разрушать плохо окисляемые органические примеси. Самой популярной физико-химической методикой очистки является электролиз.

Биологическая очистка – процесс, основанный на применении специфических микроорганизмов и принципов их жизнедеятельности. Бактерии направленно воздействуют на специфические органические загрязнители, и происходит очистка воды.

Проектирование очистных сооружений

Независимо от того будете вы строить комплекс очистных сооружений или вы приобретаете очистные сооружения полной заводской готовности, потребуется разработка проектно-сметной документации.

Основным плюсом выбора отечественной компании-поставщика является знание проектировщиками нормативной базы Российской Федерации и большой опыт прохождения Государственной экспертизы. Очистные сооружения, запроектированные даже самой авторитетной иностранной компанией с безупречными референциями в Европе, скорее всего не будут согласованы природоохранными органами. Ситуация на сегодняшний день такова, что несмотря на все попытки гармонизации отечественных норм и правил в проектировании со стандартами Европейского Союза (Еврокодами), адаптация разработанного в Европе проекта чаще всего подразумевает практически полную его переработку.

С другой стороны, это же обстоятельство является и минусом, поскольку ограниченные жесткими рамками ГОСТов и СНиПов проектировщики часто не способны проявлять гибкость в принятии технических решений. В результате при проектировании любого объекта применяются стандартные подходы, и не учитывается весь его потенциал.

При проектировании очистных сооружений на базе МБР удачным компромиссом является объединение усилий отечественных проектных организаций с европейскими компаниями-поставщиками мембран. В этом случае наши технологии подбирают наиболее подходящий для проектируемого объекта тип мембран, и привлекают их поставщика для совместной работы над проектом. Из опыта нашей компании такое сотрудничество весьма продуктивно, поскольку компании поставщики мембран имеют большой опыт принятия нестандартных проектных решений при внедрении в технологическую схему мембран с учетом их характеристик и предъявляемых к их эксплуатации требований.

Проектирование объектов очистных сооружений с применением технологии МБР имеет ряд особенностей, и во многом на технологическую схему влияет выбранный тип мембран.

В зависимости от типа мембран и состава сточных вод подбирается оборудование предочистки (механической очистки) для защиты мембран от волос, ворса, крупной взвеси и других включений. Половолоконные и трубчатые мембраны более чувствительны к присутствию в сточной воде грубых примесей, чем плоские, поэтому для их защиты устанавливаются решетки с очень мелким ситом. При этом извлечение из сточных вод механических включений не должно излишне снизить содержание в них органических соединений, что может негативно отразится на плановом протекании биологической очистки.

Как правило, при внедрении технологии МБР на этапе механической очистки отказываются от первичного отстаивания. При реконструкции существующих очистных сооружений с заменой технологии это позволяет высвободить дополнительные емкости. С одной стороны это обеспечивает увеличение общего объема емкостей биологической очистки, которые можно использовать для реализации технологии нитри-денитрификации и дефосфотации. С другой стороны некорректное использование существующих резервуаров при выведении части емкостей из технологической схемы может привести к их ускоренному разрушению, и как следствие нарушению конструктивной целостности всего сооружения.

Существует также много других нюансов, которые необходимо учесть на этапе проектирования. Это позволит не только оперативно получить разрешение на строительство и запустить ОСК, но и избавит от многих сложностей в дальнейшей эксплуатации.

Мембранные технологии очистки сточных вод MY MBR

Так как мембранные технологии работают в широком спектре концентраций загрязняющих веществ как по виду так и по концентрациям, «МАЙ МБР» технология разделяется на 3 основных направления: очистка от слабозагрязненных стоков (использование мембранных блоков), средне загрязненных сточных вод (мембранные кассеты) и очистка агрессивных и очень загрязненных вод (керамические мембраны).

Мембранные блоки представляют собой отдельные технологические узлы MBR. «МАЙ ПРОЕКТ» рекомендует применение мембранных блоков на блочных сооружениях производительностью до 1 000 м3/сут.

Для средних и больших сооружений производительностью от 1 000 до 40 000 м3/сут. используются погружные мембранные кассеты. В отличии от мембранных блоков – кассеты погружены в иловую смесь, фильтрация идет из наружи во внутрь и для них требуются отдельные резервуары. Большим преимуществом погружных МБР является снижение объема и площади сооружений биологической очистки в 2-4 раза, а также снижение затрат на обезвоживание.

Для особо загрязненных и специфических сточных вод (например, стоки фармацевтического производства). При наличии большого количества загрязнений характерных для определенного производства (фенолы, смолы, антибиотики и т.д.), которые оказывают негативное воздействие на работу биологической очистки и разрушающее воздействие на полимерные мембраны, «МАЙ ПРОЕКТ» предлагает использовать керамические мембраны – КМБР, которые являются отличным техническим решением.

Как выбрать наиболее подходящий объём системы

Современные производители создают локальные станции с различным объёмом. Также дополнительно могут быть установлены дренажные насосы, автоматическая система управления. Покупатель может выбрать материал из которого будут сделаны резервуары.

Для выбора наиболее подходящего объёма следует учесть следующие параметры:

• Количество человек, которые будут проживать в доме. Также необходимо сделать поправку на возможное увеличение людей. Например, приезд родственников, празднование знаменательных чисел, пополнение семейства. Большее количество людей создаёт дополнительную нагрузку на канализационную систему, из-за этого её следует сделать немного больше.
• Включить в расходы воды следует пользование унитазом, душем или ванной, мытье посуды, наведение порядка в помещениях, стирку. В среднем, следуя некоторым нормативным документам на человека в сутки уходит от 200 л до 300 л воды. При установленных фильтрах расход увеличивается, но не на большую цифру, так как каждый член семьи потребляет всего несколько литров в день.
• Умножить суточное потребление воды на количество проживающих людей. При этом необходимо брать максимальные параметры. Например, в семье из трёх человек общее потребление воды за сутки составит 900 л. Этого достаточно для комфортного проживания без постоянной экономии.
• При выборе резервуара следует знать, что его объём должен превосходить суточный расход в несколько раз. Поэтому если пользователь предполагает расходовать 900 л воды в сутки, объём резервуара должен составлять не менее 4 м3. Этого вполне достаточно для правильного функционирования системы без сбоев.

Выбирать объём системы следует заранее, проведя необходимые расчёты. Если станция локальной очистки будет слишком мала, то это приведёт к перебоям в работе. Последствием прекращения функционирования является слишком длительной временной промежуток, за который восстанавливаются полезные микроорганизмы. Устройство начинает работать, слишком отклоняясь от паспортных данных, что приводит к более частым поломкам.

Септики

Данные приспособления широко применяются при устройстве очистных сооружений канализации автономного типа. Как правило, речь идет о загородных домах

Важно понимать принцип работы автономной канализации, если вы собираетесь ее самостоятельно делать или обслуживать

Сами конструкции представляют собой пластиковые баки, и обладают целым рядом полезных качеств:

• Небольшой вес. Это облегчает транспортировку и монтаж септиков. При этом не требуются никакая подъемная спецтехника.
• Стойкость по отношению к агрессивным средам. Содержащиеся внутри стоки не повреждают емкости.
• Инертность к коррозии. Засыпанный землей септик не ржавеет.
• Хорошие прочностные характеристики.

Производители септиков предоставляют инструкцию, из чего состоят очистные сооружения. Внутри емкости может быть различное количество секций, каждая из которых выполняет отдельную функцию. Это могут быть отстойники, биологические или механические фильтры. Септиками обычно комплектуются приватные очистные сооружения. Они очень просты в обслуживании и эксплуатации, демонстрируя отличную долговечность. Схема канализации может быть полностью автономной. Для улучшения степени очищения отходов в состав конструкция очистных сооружений вводят дополнительные секции. Наиболее популярный вариант – фильтрационные и аэрационные поля.

Сбраживание осадка

Схема метантенка: 1 – газовый колпак для сбора метана; 2 – труба для отвода метана; 3 – труба для подачи сырого осадка; 4 – цилиндрический железобетонный герметический резервуар; 5 – труба для удаления сброженного осадка; 6 – насосы с гидроэлеваторами.

Схема очистки включает в себя и сбраживание осадка. Из очистных сооружений важен метантенк. Он представляет собой резервуар для сбраживания осадка, который образуется при отстаивании в двухъярусных первичных отстойниках. В ходе процесса сбраживания образуется метан, который можно использовать в других технологических операциях. Образовавшийся ил собирается и вывозится на специальные площадки для тщательного просушивания. Для обезвоживания осадка нашли широкое применение иловые площадки и вакуум-фильтры. После этого он может утилизироваться или использоваться для других нужд. Сбраживание происходит под влиянием активных бактерий, водорослей, кислорода. В схему очистки воды из канализации могут входить и биофильтры.

Оптимальнее всего размещать их до вторичных отстойников, чтобы вещества, которые унеслись с током воды из фильтров, могли осаждаться в отстойниках. Целесообразно для ускорения очистки применять так называемые преаэраторы. Это устройства, которые способствуют насыщению воды кислородом для ускорения аэробных процессов окисления веществ и биологической очистки. Нужно отметить, что очистка воды из канализации условно разделена на 2 этапа: предварительную и заключительную.

Описание дополнительного оборудования

III. Обработка воды

При обработке воды наиболее распространены технологии микро- и ультрафильтрации. При появлении в воде растворенных загрязнений может быть использован процесс обратного осмоса. Для создания абсолютного барьера для частиц и коллоидов при обработке питьевой воды ведущей технологией становятся мембранные процессы низкого давления (рис. 5).

Независимо от изготовителя и типа мембранных элементов микро- и ультрафильтрация обеспечивают абсолютный барьер твердым частицам и коллоидам. Их эффективность не зависит от колебаний подачи воды, залповых концентраций загрязнений – качество очищенной воды остается стабильным. Мембраны низкого давления могут использоваться в режиме прямой фильтрации или в комбинации с реагентами.

Все ли проблемы решены в мембранных процессах? Предстоит еще пройти длинный путь улучшения процесса и снижения общей стоимости. Мембранные процессы находятся на стадии интенсивного развития. Главные направления развития микро- и ультрафильтрации: увеличение производительности и срока службы мембран; снижение трансмембранного давления; увеличение селективности; усовершенствование процесса производства мембран, а также технологии фильтрования, включая обратную промывку и химическую очистку.

Объектами настоящих и будущих исследований и разработки в области применения мембран являются следующие характеристики и параметры: улучшение формы пор, их однородности и распределения; улучшение гидрофильных свойств, увеличение общей пористости мембран; создание более совершенных и экономичных мембранных материалов.

За последние 10–20 лет значительно повысились доступность, эффективность и надежность мембранных систем, в то время как капитальные и эксплуатационные затраты для них значительно снизились. Это привело к глобальному (экспоненциальному) росту числа мембранных водоочистных установок. По мере роста конкуренции в мембранном бизнесе росло и число поставщиков мембран. В результате в прошлом десятилетии появилась заметная тенденция к снижению цен на мембраны. Стандартизация аппаратурных процессов низкого давления – все еще нерешенная проблема, которая может изменить ситуацию на рынке и значительно снизить стоимость мембранных установок.

В процессах водоподготовки мембраны низкого давления (микро- и ультрафильтрация) успешно вытесняют обычные осветлители и зернистые фильтры (одно- и многослойные), обеспечивая более высокое качество очищенной воды. Мембраны низкого давления могут работать в широком диапазоне pH среды 2–12, поэтому, если это необходимо, для улучшения качества воды при водоподготовке могут быть безопасно использованы любые реагенты. Коагуляция, совмещенная с мембранной фильтрацией, является проверенным методом снижения общего органического углерода (TOC) и цветности воды.

При подготовке воды для технологических целей мембранные процессы высокого давления – нанофильтрация и обратный осмос – успешно заменяют традиционные технологии умягчения и ионного обмена, основанные на применении различных типов ионообменных смол: сильнокислотного катионита, слабокислотного катионита, сильноосновного анионита и слабоосновного анионита.

Для получения ультрачистой воды революционная технология электродеионизации (EDI) успешно заменяет использование ионообменников смешанного действия, обеспечивая стабильное удельное сопротивление воды 18 МОм·см, что соответствует самым строгим стандартам для производства полупроводников, энергетики, фармацевтической, медицинской и других видов промышленности.

Принцип работы комплекса очистки сточных вод

В комплексе может быть реализована схема очистных сооружений сточных вод с наземным или подземным исполнением. Очистные сооружения хозяйственно-бытовых сточных вод устанавливаются в коттеджных поселках, а также в небольших населенных пунктах (150-30 000 человек), на предприятиях, в районных центрах и пр.

Если комплекс устанавливается на поверхности земли, он имеет модульное исполнение. Для того, чтобы минимизировать повреждения, снизить расходы и трудозатраты на ремонт подземных конструкций, их корпуса изготавливают из материалов, прочность которых позволяет противостоять давлению грунта и подземных вод. Кроме прочего, такие материалы отличаются долговечностью (до 50 лет службы).

Чтобы понять принцип работы очистных сооружений сточных вод, рассмотрим, как функционируют отдельные ступени комплекса.

Механическая очистка

Эта ступень включает в себя следующие типы сооружений:

• первичные отстойники,
• пескоуловители,
• сорозадерживающие решетки и т.п.

Все эти приспособления предназначены для устранения взвесей, крупных и мелких нерастворимых примесей. Самые крупные включения задерживаются решеткой и попадают в специальный съемный контейнер. Так называемые песколовки обладают ограниченной производительностью, поэтому при интенсивности подачи стоков на очистные сооружения более 100 куб. м. в сутки, целесообразно устанавливать параллельно два приспособления. В этом случае их эффективность будет оптимальной, пескоуловители смогут задерживать до 60% взвеси. Задержанный песок с водой (песчаная пульпа) отводится на песковые площадки или в песчаный бункер.

Биологическая очистка

После удаления основной массы нерастворимых примесей (осветления стоков) жидкость для дальнейшей очистки поступает в аэротенк – сложное многофункциональное устройство с продленной аэрацией. Аэротенки разделятся на участки аэробной и анаэробной очистки, благодаря чему одновременно с расщеплением биологических (органических) примесей производится вывод из жидкости фосфатов и нитратов. Это существенно повышает эффективность работы второй ступени очистного комплекса. Активная биомасса, выделяемая из стоков, задерживается в специальных блоках, загруженных полимерным материалом. Такие блоки размещаются в зоне аэрации.

После аэротенка иловая масса переходит во вторичный отстойник, в нем происходит разделение на активный ил и очищенные стоки.

Доочистка

Доочистка сточных вод производится на самопромывных песчаных фильтрах или с помощью современных мембранных фильтров. На этом этапе количество взвешенных веществ, присутствующих в воде, сокращается до 3 мг/л.

Обеззараживание

Обеззараживание очищенных стоков выполняется методом обработки жидкости ультрафиолетом. Для повышения эффективности работы этой ступени очистные сооружения биологической очистки сточных вод оснащаются дополнительным воздуходувным оборудованием.

Стоки, прошедшие все ступени комплекса очистки, безопасны для окружающей среды и могут сбрасываться в водоем.

Стадии очистки сточных вод, этапы и устройство автономного септика

Очистка бытовых сточных вод на предприятии и в частном секторе очень отличаются друг от друга. В индивидуальном жилье часто применяется комбинированная очистная система, включающая в себя несколько этапов обработки жидкости до состояния технической воды. Строительство такого сооружения начинается с расчета мощности и определения места расположения. Как правило, септик находится на некотором расстоянии от жилого здания ближе к выезду с участка. Это делается для того, чтобы в процессе эксплуатации не возникло проблем с вывозом отработанного материала и отходов.

Автономная канализация

Следующим этапом будет рытье котлована под емкости. Многие производители изготавливают резервуары из жесткого пластика со встроенными перегородками и отсеками для перелива, фильтрации и переработки. Такое изделие стоит значительно дороже, чем железобетонные кольца, так как его производство требует больших затрат, но имеет преимущество за счет простоты монтажа и обслуживания, а также экономии места. Гарантия на пластиковую емкость более пятидесяти лет.

Важно соблюдать размеры ямы, чтобы она была на 20-30 см больше по периметру, это облегчит монтаж и предотвратит разрушение стенок котлована. На песчано-гравийную подушку укладывается геотекстиль, который предотвратит проседание емкости под воздействием большого веса

После трамбовки основы монтируется сам септик, он может быть фабричного производства или сделанный самостоятельно из ж/б колец. Если применяется пластиковый резервуар, то на дно необходимо поместить утяжеление, чтобы при выпадении осадков емкость не всплыла наружу

На песчано-гравийную подушку укладывается геотекстиль, который предотвратит проседание емкости под воздействием большого веса. После трамбовки основы монтируется сам септик, он может быть фабричного производства или сделанный самостоятельно из ж/б колец. Если применяется пластиковый резервуар, то на дно необходимо поместить утяжеление, чтобы при выпадении осадков емкость не всплыла наружу.

Подводка канализационной трубы осуществляется по верхнюю крышку таким образом, чтобы между скопившимися стоками и поступающей жидкостью была воздушная прослойка. Для предотвращения попадания неприятного запаха из септика внутрь помещения рекомендуется установить обратный клапан, который срабатывает только в одну сторону, регулируя потоки.

Чаще всего, первым этапом очистки воды канализации является естественная фильтрация от крупных фрагментов небиологического происхождения. Для этого в емкости предусмотрен переливной порог с пескоулавливателем, который отсеивает непригодные к переработке элементы от основной массы.

В следующем отсеке расположены анаэробные бактерии, которые очищают жидкость от крупных включений, которые содержатся в толще стоков. Переработав основные загрязнения и превратив их в углекислый газ и метан, бактерии частично погибают, для соблюдения необходимой численности нужно периодически обновлять их популяцию.

После перелива переработанная вода поступает в поля аэрации. Здесь обитают бактерии, питающиеся биологическими отходами при обогащении их кислородом. Поэтому для обеспечения процесса нужно непрерывно подавать в камеру кислород, без него все микроорганизмы погибнут.

Завершающим этапом будет повторная механическая фильтрация через очищающую мембрану. На выходе из септика вода становится на 85-95% очищенной и пригодной для вторичного использования. Ее можно сливать в незащищенный грунт или скапливать в резервуаре для хозяйственных нужд.

Современные технологии очистки стоков канализации позволяют не только сэкономить на ресурсах, но и обеспечить экологическую безопасность, сведя вредные выбросы к минимуму.