6.3.1. Механічні методи очищення води

Механічне очищення води застосовують для видалення з неї грубодисперсних нерозчинних домішок. Є різні способи очищення, у яких використане фільтрування, відділення важких часточок під впливом сили гравітації або відцентрової сили.

Відстоювання води у пісколовках над шаром піску у вертикальному або горизонтальному каналі призводить до випадання на дно частинок з розміром до 5 мм. Подальше очищення відбувається у відстійниках. Швидкість відділення часточок спочатку різко зростає, а потім з часом зменшується. Одержаний густий шлам періодично видаляють з відстійника. Відстійники відрізняються за напрямком подачі води і бувають вертикальні (рис.6.7), горизонтальні, радіальні. Це круглі або прямокутні залізобетонні резервуари з конічним дном і вертикальною циліндричною трубою посередині. Вода надходить через центральну трубу і рухається знизу вверх, а важкі часточки осідають на дно.

Є відстійники з решітками, на яких затримуються часточки. На швидкість руху часточок впливає їх розмір і маса, густина, а також в’язкість рідини. Зменшення густини і в’язкості рідини досягають її розбавлянням. Радіальні відстійники містять пристрої для обертання води.

Рис.6.7 Відстійник для механічного очищення води.

Загалом продуктивність відстійників не надто висока, тому для кращого відстоювання у воду додають коагулянти і стиснене повітря у вигляді маленьких бульбашок.

Більш ефективними для очищення води є гідроциклони. Вода у гідроциклон подається по дотичній до кола. У процесі колового руху рідини завислі важчі частинки під дією відцентрової сили вдаряються об стінки циліндричного гідроциклону і стікають вниз у центральну трубу (рис.6.8). Використовують відкриті та напірні гідроциклони. Продуктивність гідроциклонів значно більша, ніж відстійників, і вони займають значно меншу площу.

а	б
Рис.6.8 Гідроциклон для очищення води (а), його горизонтальний переріз (б)

Центрифугуванням води одержується ущільнений осад. В результаті ефективність очищення від суспензій, емульсій та колоїдних частинок центрифугуванням значно вища, ніж у гравітаційних відстійниках та гідроциклонах. Центрифугування здійснюють у вертикальному циліндричному роторі з суцільними або перфорованими, покритими тканиною чи сіткою, стінками. У останньому випадку крім розділення центрифугуванням відбувається додатково фільтрування. Центрифуги бувають безперервної та періодичної дії. Центрифугуванням відділяють тонкодисперсні забруднення. Застосовують метод у тому випадку, коли не можна використати реагенти для кращого осадження забруднень і в тому випадку, коли одержаний осад далі використовується. Так очищають локально забруднені води.

Фільтрують воду, пропускаючи її через нерухому пористу перегородку або через рухомий насипний матеріал. Фільтруванням води через пористу перегородку відділяють суспензії. Якщо осад затримується на поверхні фільтра, то його легко регенерувати. У випадку, коли осад проникає у пори фільтра і в них затримується, регенерація фільтра ускладнена. Останній спосіб застосовують для відділення невеликої кількості суспензії – просвітлюють воду. Для покращення фільтрування іноді додають азбест, целюлозу, активоване вугілля, які перешкоджають проникненню твердих часточок у пори фільтра.

У випадку застосування насипних рухомих фільтрів воду фільтрують через зернистий природний та штучний матеріал – гравій, пісок, керамзит, мармур, дроблений антрацит, пінополістирол, металургійний шлак. Зерна фільтра бувають різних розмірів, і залежно від розмірів змінюється швидкість фільтрування. Іноді, для кращого очищення, насипають декілька шарів зернистих матеріалів з різним розміром зерен. Повільно (0,1-0,2 м/год) вода фільтрується через шар кварцового піску товщиною 50-80 см або гравію товщиною 10-15 см. Швидке фільтрування часто проводять під тиском. Використовують також сітчасті фільтри, тканинні (бавовна, льняне та капронове волокно). Зернистими фільтрами відокремлюють грубодисперсні зависи, тканинними – тонкодисперсні. Найкраще очищається вода фільтруванням через повсть або піноуретан.

Для підвищення ефективності фільтрування та відстоювання частинки укрупнюють, піддаючи речовини у воді гідролізу. Для цього у воду додають речовини, які інтенсивно гідролізують (хлориди та сульфати феруму та алюмінію) і утворюють пласти гідрооксидів з переважно позитивним зарядом, у той час як частинки забруднювача переважно негативно заряджені. В результаті частинки бруду і гідроксиду злипаються і коагулюють, тому краще відділяються від рідини. Додають солі феруму та алюмінію з розрахунку 70-90 мг/л Fe і 15-20 мг/л Al при рН÷6-11. Для повнішого відділення завислих частинок до води додають флокулянти – полімери (поліакриламід, силікатну кислоту), молекули яких адсорбуються на поверхні укрупнених частинок. Так видаляють органічні речовини та гідроксиди важких металів.