Oczyszczanie mechaniczne i fizyczno-chemiczne

Oczyszczanie ścieków jest to postępowanie, którego celem jest usunięcie ze ścieków zanieczyszczeń mechanicznych, chemicznych i biologicznych . Uzyskuje się to poprzez usuwanie szkodliwych substancji zawartych w ściekach lub poprzez przetworzenie ich do takich postaci, w których nie będą posiadały właściwości szkodzących odbiornikom. Podstawowym celem oczyszczania ścieków jest przeprowadzenie takiej zmiany składu i właściwości, by odprowadzenie ich do odbiornika nie naruszało w nim naturalnego życia biologicznego, nie było przeszkodą do dalszego wykorzystania jego wód i nie zagrażało zdrowiu zwierząt i ludzi.
Oczyszczanie ścieków jest zbiorem kilku procesów jednostkowych:
1. oczyszczanie mechaniczne- oparte na procesach cedzenia, rozdrabniania, sedymentacji i flotacji.
2. chemiczne -polegające na wykorzystaniu reakcji chemicznych i procesów fizyko-chemicznych.
3. biologiczne - polegające na rozkładzie i mineralizacji zanieczyszczeń organicznych przez mikroorganizmy.

OCZYSZCZANIE MECHANICZNE

Polega na usunięciu ze ścieków zanieczyszczeń mechanicznych czyli ciał stałych i zawiesin, rozdrobnieniu, cedzeniu, sedymentacji, flotacji, wypienianiu i odwirowywaniu. Procesy te odbywają się za pomocą krat separacyjnych, sit, tłuszczowników, piaskowników, osadników i filtrów.

KRATY
Ich zadaniem jest usuwanie ze ścieków zanieczyszczeń występujących w postaci substancji stałych o dużych rozmiarach. Proces ten nosi nazwę cedzenia.
Konstrukcję krat stanowi rząd metalowych prętów ustawionych pionowo, pochyło lub w kształcie łuku, najczęściej w poprzek kanału. Odległość między poszczególnymi prętami nazywa się prześwitem.
Ze względu na wielkość prześwitów kraty można podzielić na:
- rzadkie o prześwicie 40-200 mm
- średnie o prześwicie 20-40 mm
- gęste o prześwicie 10-20 mm
Kolejnym podziałem krat jest podział ze względu na sposób ich oczyszczania a więc na kraty oczyszczane ręcznie i kraty oczyszczane mechanicznie.
Podczas procesu cedzenia na kratach wydzielają się pływające lub wleczone ciała stałe, tzw. skratki, w skład, których wchodzą: odpady kuchenne, papiery, puszki, drewno, korki, żużel, materiały tekstylne, gumowe, tworzywa sztuczne oraz inne odpady przemysłowe.
Otrzymane z oczyszczania skratki poddaje się przeróbce lub likwidacji.
Najczęściej stosowane metody to:
kompostowanie z innymi składnikami np. torfem lub odpadkami miejskimi
fermentacja w przeznaczonych do tego celu wydzielonych komorach
wywóz w stanie mokrym na wysypisko odpadów
prasowanie i wywóz na wysypisko
spalanie po uprzednim odwodnieniu lub zmieszaniu z odpadkami

SITA
Kolejnymi urządzeniami służącymi do procesu cedzenia są sita i mikrosita, które zależnie od wymiarów i właściwości fizycznych zanieczyszczeń przewidzianych do wydzielenia w tych urządzeniach można podzielić podobnie jak kraty, czyli na:
rzadkie o prześwitach powyżej 1,5 mm
średnie o prześwitach 0,1-1,5 mm
gęste o prześwitach poniżej 0,1 mm
Sita gęste nazwano mikrositami.
Sita i mikrosita można podzielić na:
1. sita statyczne, czyli samo-oczyszczające się, zastosowane w oczyszczaniu wstępnym ścieków przemysłowych głównie z rzeźni lub przetwórni owocowo-warzywnych
2. sita i mikrosita obrotowe, w których cedzenie odbywa się podczas ruchu obrotowego. Sita te są czyszczone mechanicznie lub hydraulicznie. Najbardziej rozpowszechnione to sita i mikrosita bębnowe. Sita obrotowe najczęściej znajdują zastosowanie przy oczyszczaniu:
niektórych rodzajów ścieków przemysłowych, zwłaszcza odprowadzanych do kanalizacji miejskich
ścieków burzowych i ścieków deszczowych
przy wstępnym podczyszczaniu lub oczyszczaniu ścieków miejskich
Podobne funkcje spełniać mogą również mikrosita, stosowane również w oczyszczalniach biologicznych do wydzielania zawiesin pochodzenia organicznego zwłaszcza planktonu. W mikrositach (mikrofiltrach) -1,5 cedzenie odbywa się przez gęstą tkaninę wytworzoną z nitek stali nierdzewnej, stopu metali lub tworzyw sztucznych.

PIASKOWNIKI
Kolejnym mechanicznym sposobem oczyszczania ścieków jest metoda z zastosowaniem piaskowników, które służą do usuwania piasku, w którego skład wchodzi żużel, koksik, węgiel, stłuczka szklana, różne nasiona.
Wykorzystanie piaskowników wiąże się z procesem sedymentacji.
Wyróżniamy kilka rodzajów piaskowników np.:
1. Piaskowniki o przepływie poziomym
poziome- budowane najczęściej w kształcie koryt przepływowych o prostokątnym, trapezowym lub parabolicznym przekroju poprzecznym. Piaskowniki poziome są najbardziej użyteczne i szeroko stosowane, można je stosować zarówno w dużych jak i małych miastach.
szczelinowe- zalicza się je do urządzeń o przepływie poziomym z wydzieloną komorą magazynowania piasku. Różnica między piaskownikiem poziomym polega na tym, że piaskownik szczelinowy posiada od 3-5 szczelin poprzecznych w dnie kolektora. Przez szczeliny te wpada do komory magazynowania piasek. Piaskowniki szczelinowe stosuje się sporadycznie w małych oczyszczalniach oraz przed bardzo głębokimi zbiornikami czerpalnymi stacji pomp.
2. Piaskowniki o przepływie pionowym
Woda płynie w kierunku pionowym. Budowa tego piaskownika może być uzasadniona w przypadku bardzo ograniczonej powierzchni oczyszczalni lub niekorzystnych warunków fundamentowania np. na terenach szkód górniczych.
3. Piaskowniki o ruchu okrężnym cieczy
W piaskownikach tych wymusza się ruch okrężny cieczy, co przyczynia się do lepszej sedymentacji piasku. Piaskowniki te mogą być stosowane w miastach silnie uprzemysłowionych, w których występują małe wahania natężenia przepływu w ciągu doby. Ich zaletą jest zwarta konstrukcja i dlatego znajdują zastosowanie w trudnych warunkach fundamentowania. Mogą być wykonane jako budowle podziemne.
4. Piaskowniki przedmuchiwane
Główną ich cechą jest okrężny ruch cieczy (po spirali).Ruch okrężny nadaje ściekom sprężone powietrze, oraz energia kinetyczna odpowiednio skierowanej strugi zasilającej. Otrzymany piasek jest bardzo czysty. Piaskowniki te stosuje się głównie w większych miastach.

ODTŁUSZCZACZE, ODOLEJACZE ŚCIEKÓW

Ścieki zawierają często substancje tłuste i oleiste. Dlatego do ich oczyszczania stosuje się odtłuszczacze i odolejacze.
Odtłuszczaczami nazywamy obiekty lub urządzenia służące do usuwania ze ścieków tłuszczów, olejów oraz innych substancji o gęstości mniejszej od wody. Odtłuszczacze działają na zasadzie flotacji, czyli zjawiska polegającego na wypływaniu cząstek lżejszych od cieczy na jej powierzchnię, gdzie tworzą błonę lub kożuch.
Odtłuszczacze stosujemy:
1. 1. Przed wpuszczeniem ścieków do kanalizacji, chodzi tu głównie o ścieki pochodzące z zakładów przemysłowych i usługowych
-takich jak: restauracje, hotele, pralnie, stacje benzynowe, garaże- w tym przypadku stosuje się urządzenia proste określane jako łapacze lub separatory tłuszczów, oleju, benzyny.
-drugi rodzaj ścieków pochodzi np. z rzeźni, zakładów utylizacyjnych, fabryk kleju i tłuszczów spożywczych, przemysłu wełnianego- do oczyszczania tego rodzaju ścieków stosuje się urządzenia i procesy bardziej złożone (urządzenia flotacyjne, odwirowanie, koagulację).
2. Jako wstępny proces oczyszczania ścieków miejskich
3. Jako element wydzielonego oczyszczania dużych ilości ścieków przemysłowych, głównie z rafinerii ropy naftowej, fabryk petrochemicznych.

Oczyszczanie z tłuszczów i olejów można podzielić na dwie części:

Odtłuszczanie ścieków miejskich- tłuszcze usuwane w miejskich oczyszczalniach to mieszanina tłuszczów i olejów pochodzenia organicznego i mineralnego, a także pochodnych ropy naftowej. Stosowane odtłuszczacze to wydłużone komory z nachylonymi ściankami zewnętrznymi, podzielone na trzy części dwiema podłużnymi ściankami wewnętrznymi. W środkowej części panuje ruch burzowy, spowodowany napowietrzaniem ścieków. Ruch ten powoduje gromadzenie się tłuszczów w bocznych częściach.

Odolejanie ścieków przemysłowych- zanieczyszczenia olejowe w ściekach występują w trzech postaciach:
-wolnego oleju -w postaci dużych, odrębnych kropli
-emulsji olejowej- w formie małych kropli
-oleju rozpuszczonego

Do odolejenia tych ścieków stosuje się:
-odolejacze podłużne- stanowią wstępny obiekt oczyszczania, najbardziej rozpowszechnione, stosowane do dużych stężeń oleju
odolejacze płytowe- pracują najlepiej przy umiarkowanych stężeniach oleju

OSADNIKI
Nazywamy obiekty lub urządzenia służące do wydzielania ze ścieków zawiesin łatwo opadających.
Osadniki maja zastosowanie:
1. Jako urządzenia lokalne
-dla indywidualnych posesji lub grup budynków, gdy brak kanalizacji ogólnej
-w celu podczyszczania ścieków z zakładów przemysłowych i usługowych przed wpuszczeniem ich do kanalizacji miejskiej, zwane potocznie łapaczami szlamu, odmulaczami.
2. Jako element procesu oczyszczania ścieków miejskich(osadniki wstępne, pośrednie, wtórne)
3. Do podczyszczania ścieków burzowych.
Działanie osadników opiera się na procesie sedymentacji. W zależności od charakteru i stężenia zawiesin rozróżnia się trzy typy sedymentacji:
1. Sedymentacja odrębnych cząstek- dotyczy to zawiesin ziarnistych występujących w ściekach w niskich stężeniach. Większość2. zawiesin opada jako odrębne cząstki.
3. Sedymentacja zawiesin kłaczkowatych- ten typ występuje często w surowych ściekach miejskich i licznych ściekach przemysłowych, gdy zawierają one niewielką ilość4. zawiesin.
5. Sedymentacja strefowa- występuje wówczas, gdy mamy do czynienia z wysokim jednorodnym zawiesin kłaczkwatych.
Przykładem sedymentacji strefowej jest opadanie osadu czynnego, skłaczkowanych zawiesin typu chemicznego lub pulpy w ściekach papierniczych. Opadające kłaczki zlepiają się, tworząc kożuch.
Proces opadania charakteryzuje się trzema strefami:
strefę opadania-, gdy cząsteczki opadają swobodnie z dużą prędkością
strefę przejściową- opadające cząsteczki zaczynają wywierać nacisk na cząstki leżące niżej, następuje spadek prędkości spadania
strefę zagęszczenia- tworząc się, gdy duże stężenie zawiesin powoduje mechaniczne podtrzymywanie cząstek przez cząstki opadłe wcześniej.
Nowym elementem, wyrazem nowszych tendencji w poglądach na oddzielanie zawiesin jest sedymentacja wielostrumieniowa, która polega na przepuszczaniu dopływających ścieków przez system równoległych rur, płyt,czy półek, zazwyczaj nachylonych do poziomu, w których następuje osadzanie się zawiesin.
Na przebieg sedymentacji ma wpływ wielu czynników, mogą one wspomagać lub utrudniać sedymentację.

W celu wspomagania sedymentacji stosuje się czynniki dodatkowe, czyli:
1. Wstępną flokulację zawiesin, która jest zjawiskiem mieszania ścieków. Łagodne mieszanie powoduje większą częstotliwość2. zderzeń i kontaktowanie się drobnych zawiesin, dzięki czemu następuje tworzenie się dużych kłaczków szybciej opadających i wydzielanych ze ścieków.
Flokulację można podzielić na:
tzw. flokulację powietrzną, powodowaną wskutek mieszania ścieków powietrza
flokulację mechaniczną, prowadzoną przy użyciu mieszaczy mechanicznych ( mieszadeł łopatkowych, turbinowych oraz śrubowych
3. Dodatki koagulantów- dodawanie ich może być4. uzasadnione wspomaganiem pracy urządzeń.
Koagulantami stosowanymi w oczyszczaniu ścieków są sole żelaza i glinu. 3. Dodatki polielektrolitów- korzyści z ich dodawania to polepszenie sedymentacji zawiesin w ściekach. Polielektrolity przyśpieszają tworzenie się kłaczków
Do czynników utrudniających sedymentację zaliczamy:
4. Dodawana ciecz osadową
5. Detergenty
6. Nadmierne turbulencje w obiektach poprzedzających osadniki
7. Wpływy klimatyczne
Osadniki to urządzenia, które ze względu na przeznaczenie podzielić można na:
? osadniki samodzielne-, po których ścieki są odprowadzane bezpośrednio do odbiornika
? osadniki wstępne- stosowane przed urządzeniami do biologicznego oczyszczania ścieków:
o przepływie poziomym( podłużne, radialne, zespolone lub zbliżone)
o przepływie poziomo-pionowym

? osadniki wtórne- stosowane po urządzeniach do biologicznego oczyszczania ścieków
o przepływie poziomym( podłużne, radialne, zespolone)
o przepływie pionowym
o przepływie poziomo-pionowym

Kolejnym podziałem jakiemu ulegają osadniki jest podział w zależności od sposobu działania:
o działaniu ciągłym(przepływowe)
o działaniu okresowym(odstojniki)
W technice oczyszczania ścieków stosowane są osadniki przepływowe.


OCZYSZCZANIE FIZYKOCHEMICZNE
Powodem częstego stosowania metod chemicznych i fizykochemicznych oczyszczania ścieków jest występowanie w wodach zużytych coraz większej liczby trudno usuwalnych lub nierozkładalnych biologicznie zanieczyszczeń pochodzenia przemysłowego tzw. substancji refrakcyjnych oraz wzrost wymagań w zakresie oczyszczania ścieków.
Wyróżniamy sześć głównych procesów fizykochemicznych:

NEUTRALIZACJA-jest procesem chemicznego zobojętnienia ścieków o odczynie kwaśnym lub zasadowym .W procesie neutralizacji biorą udział aktywne jony lub .Można ją prowadzić przez wzajemne mieszanie ścieków kwaśnych i zasadowych oraz z udziałem dodawanego reagenta. Jako reagenty stosuje się:
-do neutralizacji ścieków kwaśnych:
? NaOH - roztwór 20-30%
? - postać? zawiesiny(mleka wapiennego) 5-15%
? -postać? roztworu
? -w postaci złoża granulatu
? -w postaci złoża ziarnistego
-do neutralizacji ścieków zasadowych
? -w postaci roztworu
? HCl- w postaci roztworu
? - w postaci roztworu
? -w postaci czystego gazu lub zawartego w gazach spalinowych

UTLENIANIE-może być do wykorzystane do utlenianie związków organicznych, nieorganicznych oraz do dezynfekcji ścieków .Związki organiczne to fenole, aminy, kwasy humusowe, związki powodujące zapach i barwę, niektóre organiczne substancje toksyczne, a także glony, bakterie i wirusy. Związki nieorganiczne to Unieszkodliwiane są również w ten sposób silnie toksyczne cyjanki.
Najczęściej stosowanymi środkami utleniającymi są chlor i ozon.
REDUKCJA CHROMU
Istnieją dwie podstawowe metody usuwania chromu:
1. Redukcja chemiczna i elektrolityczna- występuje w środowisku kwaśnym wg równania :
r. chemiczna
r. elektrolityczna
2. Strącanie trudno rozpuszczalnego chromianu.

KOAGULACJA I STRĄCENIE CHEMICZNE
Oba procesy współdziałają ze sobą.
Koagulacja pozwala na usunięcie ze ścieków zawiesin trudno opadających, koloidów, bakterii. Podczas koagulacji stosuje się najczęściej:
? Siarczan glinu
? Siarczan żelazowy
? Siarczan żelazowy
? Glinian sodowy
? Chlorek żelazowy
? Wapno palone
? Wapno hydratyzowane
Strącanie metali polega na wytrącaniu się jonów metali w postaci wodorotlenków.
WYMIANA JONOWA
Jest procesem powszechnie stosowanym w technologii wody przy uzdatnianiu wód w obiegach kotłowych i chłodniczych. Proces ten przebiega z udziałem specjalnych substancji jonowymiennych (jonitów) wykorzystujących zdolność do wymiany wchodzących w ich skład jonów na jony znajdujące się w roztworze wodnym.
EKSTRAKCJA
Metoda ta oparta jest na rozdziale substancji zanieczyszczającej na dwie ciecze wzajemnie nie rozpuszczające się. W technologii ścieków ekstrakcja jest stosowana głównie do oddzielania i odzyskiwania fenoli ze ścieków przemysłowych.
Jako ekstrahenty stosuje się różne rozpuszczalniki organiczne takie jak: benzen, chlorobenzen, octan butylu, czterochlorek węgla, eter etylowy, dwuizopropylowy i metylotetrabutylowy.
























Bibliografia:
1. Cywiński B., Gdula S., Kempa E., Kurbiel J., Płoszański H „Oczyszczanie ścieków. Oczyszczanie mechaniczne i chemiczne.” Arkady Warszawa 1983
2. Heidrich Z., Tabernacki J., Sikorski M. „Wiejskie oczyszczalnie ścieków” Arkady Warszawa 1984
3. Leksykon ochrony środowiska Fundacja ECOBALTIC Gdańsk 1995