Процесс коагуляции - физико-химический метод, направленный на объединение мелких дисперсных частиц, присутствующих в воде, в более крупные агрегаты, что  значительно упрощает их последующее удаление из водной среды.   

Суть метода заключается в введении в воду специальных химических веществ, называемых коагулянтами, которые нейтрализуют заряд дисперсных частиц и способствуют их слипанию в большие комки (агрегаты), называемые хлопьями. Далее хлопья легко удаляются из воды при помощи отстаивания (осаждения), флотации либо фильтрации. Другими словами, коагуляция позволяет перевести растворенные (коллоидные) вещества в крупные структуры, которые без труда отделяются от воды. Это значительно упрощает процесс дальнейшей очистки и повышает его эффективность. 

Данный метод используется на различных производствах и в коммунальном хозяйстве благодаря своей универсальности и адаптируемости к различным типам загрязнений стоков. Это важный, а зачастую и необходимый этап в системах водоподготовки, обеспечивающий основу для последующих процессов.

Механические способы очистки сточных вод, применяемые на промышленных предприятиях, включают в себя несколько основных подходов, каждый предназначен для устранения определенного типа загрязнений.

Процеживание – это начальный этап механической очистки промышленных сточных вод, он предназначен для задерживания крупных нерастворимых частиц, размер которых превышает 5 мм. Данный способ позволяет защитить последующее оборудование от возможных повреждений и засоров, а также снизить общую нагрузку на очистные сооружения.

В процессе процеживания промышленные стоки пропускаются через специальные устройства с отверстиями заданного размера, такие как решетки, сита или барабанные фильтры. Крупные частицы задерживаются на этих устройствах, в то время как очищенная вода продолжает движение по технологической схеме.

Важной особенностью процеживания промышленных стоков является учет специфики конкретного производства. Например, в текстильной промышленности в стоках присутствуют волокна и нити, в металлургии – окалина и металлическая стружка, а в деревообрабатывающей – щепа и опилки. Для каждого типа загрязнений подбирается решетка с оптимальными размерами отверстий и соответствующей конструкцией.

Отстаивание – один из самых распространенных подходов на промышленных предприятиях. Этот процесс основывается на разделении жидкости и взвешенных веществ за счет гравитации, а также за счет разной плотности частиц. В ходе отстаивания тяжелые частицы оседают на дно (седиментация), а легкие (нефтепродукты, масла), всплывают на поверхность.

Эффективность отстаивания зависит от размера и плотности частиц, вязкости жидкости, температуры и времени пребывания стоков в отстойнике. Этот метод особенно важен для промышленных сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц, так как обеспечивает снижение нагрузки на дальнейшие ступени.

В промышленных системах очистки отстаивание применяется для удаления песка, шлама, окалины, нефтепродуктов и других механических примесей, способных отделяться под действием силы тяжести. Этот способ помогает снизить содержание взвешенных частиц на 40-60%, что делает его важным этапом подготовки воды к дальнейшей обработке.

Фильтрование применяется для удаления мелкодисперсных частиц размером от 1 до 100 мкм. Процесс основан на прохождении промышленных стоков через пористое вещество, которое задерживает взвешенные частицы.

В процессе фильтрования загрязненных промышленных сточных вод механические примеси остаются в порах фильтрующего материала, а очищенная вода проходит сквозь него.

В промышленной практике фильтрование часто является завершающим этапом перед биологической или химической обработкой. Этот этап позволяет достичь высокой степени очистки от взвешенных частиц (до 95-98%), что необходимо для многих технологических процессов и соблюдения экологических норм.

Решетки – это основные элементы оборудования для механической очистки промышленных сточных вод. Они представляют собой устройства, состоящие из параллельных металлических прутьев, установленных под углом к потоку воды. Главная задача решеток – задерживать крупные механические примеси и защищать последующее оборудование от повреждений. Для грубой очистки используются решетки с ячейками 40-100 мм, для средней – 16-40 мм, а для тонкой – 1-16 мм.

Современные установки часто оснащаются автоматизированными решетками с механическими или гидравлическими системами очистки. Это позволяет свести к минимуму ручной труд и повысить надежность работы оборудования. Задержанные на решетках загрязнения (отбросы) собираются в специальные контейнеры и отправляются на утилизацию.

В технологической схеме механической очистки промышленных сточных вод решетки служат первичным барьером, предотвращающим попадание крупных частиц в основные очистные сооружения. Это значительно увеличивает срок службы насосного оборудования и повышает эффективность последующих этапов очистки.

Песколовки – это специальные сооружения, предназначенные для удаления минеральных частиц (в основном песка) размером 0,2-2 мм из промышленных стоков и предотвращающие абразивный износ насосов и трубопроводов, а также накопление песка в отстойниках.

Принцип действия песколовок основан на гравитационном осаждении тяжелых минеральных частиц при снижении скорости потока стоков. Песколовки применяются на промышленных предприятиях, особенно в металлургической, горнодобывающей и химической отраслях.

Существует несколько типов песколовок, различающихся по конструктивным особенностям и характеру движения воды: горизонтальные, вертикальные, тангенциальные и аэрируемые. Выбор конкретного типа зависит от объема промышленных сточных вод, концентрации взвешенных частиц и требуемой эффективности очистки.

Оптимальное время пребывания промышленных стоков в песколовках составляет 30-60 секунд, что позволяет задерживать до 95% песка и других минеральных частиц. Извлеченный песок подвергается обезвоживанию и последующей утилизации или используется в строительстве.

Отстойники – это ключевые сооружения, обеспечивающие удаление взвешенных частиц путем гравитационного осаждения. Отстойники значительно снижают концентрацию взвешенных веществ и подготавливают воду к следующим этапам обработки.

По конструктивным особенностям отстойники подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Горизонтальные отстойники эффективны при больших объемах стоков, вертикальные занимают меньшую площадь, а радиальные обеспечивают наиболее равномерное распределение потока.

Эффективность работы отстойников зависит от времени пребывания промышленных стоков в сооружении, которое обычно составляет 1,5-2 часа. За это время крупные и средние взвешенные частицы оседают на дне, образуя слой осадка. Одновременно происходит всплытие легких примесей (нефтепродуктов, масел), которые формируют пленку на поверхности.

Современные отстойники для промышленных сточных вод часто оснащаются механизированными скребковыми устройствами для удаления осадка и специальными приспособлениями для сбора всплывающих веществ. Это делает процесс очистки более эффективным и менее трудоемким.

Иловые площадки служат для обезвоживания и подсушивания осадков, образующихся в процессе механической очистки промышленных сточных вод. Они являются важным элементом системы обработки отходов очистных сооружений и позволяют значительно уменьшить объем и влажность осадка перед его дальнейшей утилизацией.

Конструктивно иловые площадки представляют собой спланированные участки земли, разделенные на карты земляными валиками и оборудованные дренажной системой. Дно площадок покрывается водонепроницаемым материалом, а сверху насыпается слой песка или щебня, выполняющий роль фильтрующей загрузки.

В процессе обработки осадков на иловых площадках происходит их обезвоживание за счет двух основных процессов: отделения свободной воды через дренажную систему и испарения влаги с поверхности осадка. Эффективность этих процессов зависит от климатических условий, характеристик осадка и конструктивных особенностей площадок.

Для промышленных предприятий использование иловых площадок остается одним из наиболее экономичных способов обработки осадков, хотя он имеет определенные недостатки, включая значительную занимаемую площадь и зависимость от погодных условий. Современные технологии механической очистки сточных вод предусматривают комбинирование иловых площадок с механическим обезвоживанием осадка.

Жироловки и маслонефтеуловители – это важные сооружения для механической очистки промышленных сточных вод, содержащих жиры, масла и нефтепродукты. Эти устройства работают на принципе гравитационного разделения веществ с различной плотностью и обеспечивают эффективное удаление всплывающих загрязнений.

В процессе очистки сточных вод промышленных предприятий эти устройства обеспечивают задержание нефтепродуктов, масел и жиров, которые обладают меньшей плотностью, чем вода, и естественным образом всплывают на поверхность при снижении скорости потока. Эти примеси необходимо удалять на ранних этапах очистки, так как они могут негативно влиять на работу последующего оборудования.

Конструктивно жироловки и маслонефтеуловители представляют собой прямоугольные или цилиндрические резервуары, оборудованные перегородками для создания оптимальных условий отделения всплывающих веществ. В современном оборудовании для механической очистки стоков применяются автоматические скребковые механизмы для сбора и удаления нефтепродуктов и жиров с поверхности воды.

Эффективность очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов в маслонефтеуловителях может достигать 90-95% при оптимальных условиях эксплуатации. Собранные нефтепродукты и жиры направляются на утилизацию или дополнительную обработку в зависимости от их состава и возможности повторного использования.

Гидроциклоны – это высокоэффективное оборудование для механической очистки промышленных сточных вод, работающее на принципе центробежных сил. Этот тип оборудования особенно эффективен для удаления взвешенных частиц из высококонцентрированных промышленных стоков.

Принцип работы гидроциклона основан на создании вращательного движения жидкости внутри конического корпуса. Под действием центробежных сил твердые частицы отбрасываются к стенкам устройства и по спиральной траектории опускаются к нижнему сливному отверстию, в то время как очищенная вода движется к верхнему сливу.

В промышленной практике гидроциклоны используются для очистки сточных вод в горнодобывающей, металлургической, химической и других отраслях. Они демонстрируют высокую эффективность при удалении частиц размером от 5 до 1000 мкм, что делает их важным элементом комплексной схемы механической очистки промышленных стоков.

Преимуществами гидроциклонов являются компактность, отсутствие движущихся частей, высокая производительность и низкие эксплуатационные затраты. Однако эффективность их работы сильно зависит от стабильности расхода и концентрации взвешенных веществ в поступающих сточных водах.

Фильтры с загрузкой предназначены для удаления мелкодисперсных взвешенных частиц. Они обычно применяются на завершающих этапах механической очистки или перед биологической обработкой.

Технологический принцип работы фильтров основан на прохождении сточных вод через слой пористого материала (загрузки), который задерживает взвешенные вещества. В качестве фильтрующей загрузки могут использоваться различные материалы: кварцевый песок, антрацит, керамзит, активированный уголь, полимерные материалы и другие.

Выбор типа фильтрующей загрузки зависит от характеристик промышленных стоков и требуемой степени очистки. Для устранения крупных частиц используются материалы с большим размером пор, а для глубокой очистки – многослойные фильтры с комбинированной загрузкой.

Эффективность удаления взвешенных веществ в фильтрах с загрузкой может достигать 95-99%, что делает этот метод одним из наиболее результативных в механической очистке промышленных сточных вод. Однако следует учитывать необходимость регулярной регенерации фильтрующего материала и утилизации образующихся промывных вод.

В металлургической промышленности основными загрязнителями стоков являются взвешенные вещества, окалины, шлам и мелкодисперсная металлической пыль. Для их удаления используются отстойники, гидроциклоны и фильтры. Особое внимание также уделяется удалению маслосодержащих загрязнений с помощью маслоуловителей.

В химической промышленности механическая очистка стоков является подготовительным этапом перед сложными химическими способами обработки. Здесь преимущественно применяются решетки для удаления крупных частиц, отстойники для осаждения взвешенных веществ и фильтры для глубокой очистки. Механические методы очистки сточных вод в этой отрасли часто дополняются флотацией для устранения эмульгированных загрязнений.

В нефтеперерабатывающей промышленности механическая очистка сточных вод направлена в первую очередь на удаление нефтепродуктов и взвешенных веществ. Здесь широко применяются нефтеловушки, тонкослойные отстойники и фильтры с различными типами загрузки. Эффективность механических методов очистки сточных вод в этой отрасли может достигать 70-85% по нефтепродуктам и 90-95% по взвешенным веществам.

В пищевой промышленности для очистки сточных вод от механических примесей и жиров применяются решетки, жироловки, отстойники и флотационные установки. Особенностью стоков данной отрасли является высокое содержание органических загрязнений, которые после механической очистки требуют биологической обработки.

Горнодобывающая промышленность характеризуется образованием сточных вод с высоким содержанием минеральных взвешенных частиц. Механическая очистка таких стоков осуществляется преимущественно с использованием гидроциклонов, отстойников и фильтров. Важной задачей является извлечение ценных компонентов из шламов для их последующего использования.

• Механические способы очистки сточных вод имеют ряд существенных преимуществ, обусловливающих их широкое применение в практике водоочистки:

   

  • Простота технологических решений: механическая очистка основана на физических процессах разделения примесей, что делает ее доступной и понятной в эксплуатации.
  • Универсальность применения: методы могут использоваться для стоков практически любого происхождения, где присутствуют взвешенные частицы.
  • Низкие эксплуатационные затраты: большинство установок не требуют значительных энергетических ресурсов и дорогостоящих реагентов.
  • Возможность извлечения и утилизации ценных компонентов: в процессе механической очистки часто удается выделить вторичные ресурсы (металлы, нефтепродукты), которые могут быть повторно использованы.
  • Высокая степень автоматизации: современное оборудование может функционировать в автоматическом режиме с минимальным участием персонала.

   

  Однако механические методы имеют и определенные недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании очистных сооружений:

   

  • Ограниченная эффективность: механическая очистка не позволяет удалять растворенные загрязнения, что требует дополнительных методов обработки.
  • Образование значительного количества отходов: в процессе образуются осадки, шламы и другие отходы, требующие дальнейшей обработки и утилизации.
  • Чувствительность к изменению состава и расхода стоков: эффективность может снижаться при колебаниях концентрации загрязнений и расхода сточных вод.
  • Необходимость значительных площадей: некоторые сооружения (отстойники, иловые площадки) требуют больших земельных участков.
  • Зависимость от физических свойств загрязнений: эффективность напрямую зависит от размера, плотности и других характеристик частиц.

   

  По оценкам специалистов, механические методы позволяют удалить из сточных вод 60-95% взвешенных веществ, 20-25% органических загрязнений (по БПК) и до 95% нефтепродуктов при использовании специализированного оборудования. Эти показатели делают механическую очистку необходимым, но недостаточным этапом в комплексной системе обработки стоков.

• Механическая очистка сточных вод является первым и обязательным этапом в комплексной системе водоочистки на промышленных предприятиях. Рассмотренные методы и оборудование позволяют эффективно удалять из стоков нерастворимые механические примеси различного происхождения и размера, создавая необходимые условия для последующих стадий обработки.

   

  Современные технологические схемы включают множество различных сооружений и установок: решетки, песколовки, отстойники, гидроциклоны, фильтры с загрузкой и другое оборудование. Выбор конкретных методов и их комбинаций определяется спецификой производства, характером загрязнений и требованиями к качеству очищенной воды.

   

  Несмотря на кажущуюся простоту, физико-механические методы требуют верного проектирования, грамотной эксплуатации и регулярного технического обслуживания. Только при соблюдении этих условий можно достичь высокой эффективности удаления механических примесей из промышленных стоков.

   

  В современных условиях ужесточения экологических требований и роста стоимости водных ресурсов механическая очистка приобретает особое значение не только как этап подготовки к более глубокой очистке, но и как способ извлечения ценных компонентов для повторного использования. Это делает механические методы важным элементом экономики замкнутого цикла и рационального природопользования.

   

  Таким образом, механическая очистка сточных вод промышленных предприятий, несмотря на свою кажущуюся простоту, остается важнейшим технологическим процессом, обеспечивающим эффективное функционирование всей системы водоочистки и соблюдение экологических нормативов.