Механично пречистване на битови отпадни води

Част II. Основни етапи и базови съоръжения, използвани в първото стъпало на пречиствателните станции за битови отпадни води

Опазването на естествените водни ресурси от замърсяване има важно икономическо и екологично значение. Директното изхвърляне на битовите отпадни води във водоприемниците би могло сериозно да наруши тяхното екологично равновесие.

Известно е, че естествените водоеми се характеризират със способността да се самопречистват, т.е. да се освобождават от замърсяващите вещества и да възстановяват своите природни качества. Въпреки това, тази тяхна способност е ограничена и зависи от много фактори, осигуряващи наличие на разтворен кислород във водата. При постъпване на замърсени отпадни води с концентрация на вредни вещества, по-висока от пределно допустимата, екологичното равновесие на водния басейн се нарушава, разтвореният кислород бързо се изчерпва и започва процес на гниене. Затова, преди заустването във водоприменика, отпадните води трябва да се пречистват до степен, в която пределно допустимата концентрация на замърсяващи вещества в тях не нарушава самопречиствателната му способност на водоприемника.

Категории подпочвени и повърхностни води
Известно е, че пречистването на отпадните води, в повечето случаи, преминава през няколко етапа. В настоящата статия на списание ТД Инсталации, Оборудване, Инструменти ще се спрем на първия и задължителен етап на всяка схема за пречистване на битовите отпадни води - механичното пречистване. Известно е, че при него се отстраняват едрите механични примеси, неразтворените вещества и утайките от отпадните води.
Според българското законодателство, подпочвените и повърхностните води, в зависимост от тяхното предназначение, се класифицират в три категории. В зависимост от категорията на приемника, се определя и степента на пречистване на водите, които ще бъдат заустени в него.
В първа категория се включват води, които се използват за питейни нужди, в хранителната и други промишлености, изискващи добри качества на питейна вода, в плувни басейни и др.
Втора категория обхваща води, които се използват за водопой на добитък, воден спорт, културни нужди, рибовъдство и др.
В трета категория попадат води, които се използват за напояване, за промишлеността и др.

Показатели за степен на замърсяване
Показателите, на базата на които се определя допустимата степен на замърсяване на различните категории повърхностни течащи води, са:
- Общофизични и неорганични химични показатели. Такива са: температура, цвят, мирис, активна реакция, електропроводимост, наситеност с кислород и разтворен кислород, хлорни и сулфатни йони, различни метали и др.;
- Показатели за органични замърсяващи вещества - органични неразтворени вещества, химична потребност от кислород (ХПК), биологична потребност от кислород (БПК) и др.
- Показатели за неорганични вещества от промишлен произход - живак, кадмий, олово, арсен и др.;
- Показатели за органични вещества от промишлен произход - анионоактивни детергенти, феноли, нефтопродукти и др.
- Биологични показатели - индекс на Пантле Бук, индекс на Зелинка-Марван Ротщайн, степен на изравненост на макрозообентоса и др.
Нормативно е определено, че водните течения при минимално средномесечно водно количество (в година с обезпеченост 95%), след изпускане на отпадъчни води в тях, не трябва да съдържат вредни вещества повече от пределно допустимите норми за съответната категория на приемника.

Етапи на механичното пречистване
Механичният метод за пречистване включва няколко етапа - прецеждане на влачените от водата едри механични примеси, посредством сита и решетки; утаяване на частиците от минерален произход в специални съоръжения, наречени песъкозъдържатели; филтриране и отделяне на неразтворените частици чрез хидроциклони и центрофуги.
Прилагането на определен метод за механично пречистване се определя от количеството и качеството на отпадните води, от неразтворените вещества и от необходимата степен на пречистване. Прието е отстраняването на пясъка, мазнините и маслата, както и раздробяването на задържаните отпадъци, да се нарича предварително обработване на водата.

Съоръжения за прецеждане
Обикновено преди да се подаде към основните съоръжения за пречистване, отпадната вода се прецежда през сита и решетки. Целта е да се отстранят по-едрите примеси във водата и да се предпазят основните съоръжения от затлачване.
Обикновено ситата се прилагат предимно за пречистване на градски отпадни води поради не големия пречиствателен ефект, който осигуряват. Решетките, от своя страна, са задължителен елемент за всяка пречиствателна станция. Те задържат едрите механични примеси, влачени от водата, предпазвайки монтираните след тях съоръжения от блокиране. Като конструкция представляват метални рамки, в които успоредно са заварени метални пръти. Най-често използвани в практиката са пръти с правоъгълно напречно сечение, със закръглени входни ръбове за намаляване на хидравличното съпротивление. Този тип пръти задържат по-голямо количество отпадни материали и почистването им е сравнително по-лесно.

Класификация на решетките
Решетките се класифицират на основата на редица показатели. Сред тях е разстоянието между прътите. В зависимост от светлото разстояние между прътите, решетките са обикновени, наричани още фини, и груби. Спрямо конструктивните си особености, решетките могат да се класифицират на основата на няколко показателя. Най-често се определят като подвижни и неподвижни.
Друг критерий за класификация на решетките е в зависимост от начина им на почистване. На основата на този признак те се определят като решетки с механизирано или с ръчно почистване. Обикновено, механизираното почистване се прилага при сериозно замърсени води, характерно за които е денонощно количество на задържаните отпадъци надвишаващо 0.1 m3/d. Сред многообразието от видове решетки са и т.нар. решетки-дробилки, при които прецеждането и раздробяването на задържаните отпадъци са обединени. Те едновременно задържат и раздробяват по-едрите отпадъци. Подходящи са най-вече за малки пречиствателни станции. Обикновено се монтират в открити канали, като пред тях задължително се поставят груби решетки, предпазващи ги от задръстване.

Монтажни специфики на решетките
Решетките се монтират на входа на пречиствателната станция. Разполагат се в специално разширение на канала, по който се довеждат замърсените води. Могат да се монтират вертикално или под наклон 45-75 градуса спрямо нивото на водния поток с цел по-лесното им почистване. За по-лесно изваждане на решетката, при нужда от ремонт или цялостна подмяна, тя се монтира към страничната стена на довеждащия канал.
Определящи фактори за ефективна работа на решетката са: видът на отпадните води, разстоянието между прътите на решетката, както и начинът на почистване. Ефективността на решетките до голяма степен зависи и от правилното им оразмеряване, което се свежда до определяне на размера на решетката и хидравличните загуби, които причинява. За ефективността на работа на една решетка се съди по количеството на задържаните отпадъци на човек за една година.

Видове конструктивни решения
на ситата
Ситата, намиращи приложение в пречиствателните станции, се класифицират според конструкцията си като ротационни, барабанни, дискови, лентови и др. Независимо от различната си конструкция, основен елемент на всички сита е филтърната мрежа, през която преминава отпадната вода. В някои случаи вместо мрежа е възможно използването на листове с отвори. Материалите, от които се изработват мрежите най-често са неръждаема стомана, месинг, пластмаса и др. Различните производители предлагат мрежи с различна големина на отворите.
При ситата се използват основно два начина на почистване. На основата на този критерий те се определят като сита със сухо почистване и сита с мокро почистване. Сухото почистване се извършва с четки и въздух под налягане, а мокрото - с вода. В практиката се използват и сита, с възможност за самопочистване, при които върху ситовата част, разположена под наклон, се изсипва непрекъснат поток от отпадни води, които почистват ситото.
Ситата не намират широко приложение, тъй като недостатъците често превишават преимуществата им. Те са характеризират с малък коефициент на полезно действие, значителен разход на електроенергия, малък пречиствателен ефект, а основното им предимство е малката площ, която заемат. Обикновено се монтират след решетките.
За отделяне на по-тежките минерални примеси, като пясък, стъкла, въглища и др., се изграждат песъкозадържатели. Обикновено това са стоманобетонни съоръжения, в които се утаява по-голямо количество от минералните вещества, съдържащи се в отпадните води. За ефективната работа на песъкозадържателите основното изискване е скоростта на водния поток да се поддържа в определени граници. Препоръчителна стойност на скоростта е около 0,30 m/s. Поддържането й се постига с регулиране на изтичащия от съоръжението воден поток.

Хоризонтални песъкозадържатели
Основен признак за класификация на песъкозадържателите е посоката на движение на водния поток в тях. На базата на този признак те се разделят в три групи - хоризонтални, вертикални и песъкозадържатели с въртеливо-постъпателно движение. Поради малката си пречиствателна способност, вертикалните песъкозадържатели намират много ограничено приложение в практиката. Най-разпространени са хоризонталните песъкозадържатели, които се характеризират с по-голям пречиствателен ефект. Те са два вида - с праволинейно и с кръгово движение на отпадната вода.
Хоризонталните песъкозадържатели с праволинейно движение най-често са с правоъгълно или трапецовидно напречно сечение. Използват се и песъкозадържатели и с квадратно, триъгълно, овално или друг вид напречно сечение. Те сe разделят на няколко успоредни и свързани помежду си секции. Всяка секция, от своя страна, разполага с обособени работна част и камера. През работната част преминава водният поток. Камерата е предназначена за събиране на отделилия се пясък.
Хоризонталните песъкозадържатели с кръгово движение на водата представляват цилиндрични резервоари с конично дъно. Работната част се оформя от периферни кръгови петоъгълни улеи. Предимството им е, че заемат значително по-малка площ от праволинейните и са сравнително по-икономични.

Песъкозадържатели с въртеливо-постъпателно движение
В зависимост от вида на движението този вид песъкозадържатели се класифицират като тангенциални, извършващи вертикално въртеливо движение и аерирани, извършващи хоризонтално постъпателно движение.
Тангенциалните песъкозадържатели са с кръгла форма и цилиндрично напречно сечение. При този вид песъкозадържатели се постига много добро отделяне на пясъка от отпадните води, благодарение на създаващото се в тях винтово вертикално движение. В сравнение с другите видове песъкозадържатели, те задържат и много по-малко количество органични вещества.
В аерираните песъкозадържатели въртеливото хоризонтално постъпателно движение е следствие от едновременното действие на два процеса. Първият е подаване на въздух под налягане от пневматични аератори, монтирани на една от надлъжните страни, създаващи въртеливо движение на водата. Вторият процес е хоризонтално постъпващият воден поток. Формата на този вид песъкозадържатели е цилиндрична, а като най-подходящо се определя овалното напречно сечение.
За оразмеряване на хоризонталните и аерираните песъкозадържатели се използват различни методи, които са общи и за двата вида. Целта е да се определи работната дължина, площта на напречното сечение, хоризонталната им площ и времепрестоят. При оразмеряване на песъкозадържателите с въртеливо-постъпателно движение, трябва да се вземат предвид скоростта на водата в довеждащия и отвеждащия канал, хидравличното натоварване и времепрестоят.

Видове спомагателни съоръжения
За допълнителна обработка на утаилия се в песъкозадържателите пясък, характеризиращ се с висока влажност, се изграждат допълнителни съоръжения - бункери, хидроциклони, площадки и събиратели на пясък.
Бункерите се изграждат в близост до пречиствателната станция. При по-големи станции, в случаи на необходимост, се използват няколко бункера. Преди бункера, обикновено се монтират хидроциклони. Най-често се използват напорни хидроциклони, които обезводняват пясъка и отделят останалите в него органични вещества.
Площадките се използват единствено за обезводняване на пясъка. За тази цел те са с дрениращо дъно. Разделят се на секции и се ограждат с диги. Ако теренът позволява, могат да се изградят събиратели на пясък.

Използвани усреднители
За усредняване на състава и разхода на отпадните води се използват усреднители. Те са няколко вида, в зависимост от начина на смесване на постъпващото количество воден поток. Разделят се на усреднители с диференциален поток, с механично или пневматично смесване и радиален усреднител-утаител. В зависимост от колебанията в концентрацията на замърсяващите вещества се избира типът на усреднителя, който би могъл да бъде барботажен, с механично разбъркване, многоканален и др. При усреднителите с барботиране, хоризонтално по цялата им дължина е монтирана перфорирана тръба. Изискването при този вид усреднители е максимално равномерно разпределение на отпадните води по цялата площ на усреднителя.
Радиалният усреднител-утаител изпълнява едновременно функциите на утаител и усреднител. В пречиствателните станции усреднителите се монтират преди утаителите. Усреднители с механично разбъркване се използват за усредняване на състава на отпадните води, съдържащи суспендирани вещества над 500 mg/dm3.

Първични и вторични утаители
Един от основните процеси при механичното пречистване е утаяването, при който под действието на гравитационните сили, частиците с по-голямо обемно тегло от водата се утаяват на дъното на съоръжението, а по-леките се отделят на повърхността. За осъществяване на посочения процес се използват утаители. В зависимост от производителността на пречиствателната станция, нивото на подпочвените води, геоложките условия и приетата технологична схема на пречистване, в практиката се използват различни видове утаители.
Обикновено, в зависимост от предназначението и мястото им в технологичната схема на пречиствателната инсталация, утаителите се разделят на две основни групи - първични и вторични. Първичните утаители са част от основните съоръжения за механично пречистване и обикновено се монтират в началото на пречиствателната станция, след песъкозадържателите. Вторичните утаители са задължителен елемент, който се монтира след съоръженията за биологично пречистване.
В зависимост от конструктивните си особености и посоката на движение на водата, утаителите най-общо се определят като хоризонтални, вертикални, радиални и тънкослойни.