Mieszadła do ścieków

Mieszanie ścieków z odczynnikami

Woda jest najcenniejszym zasobem naturalnym. Odgrywa wyjątkową rolę w procesach metabolicznych stanowiących podstawę życia. Woda ma ogromne znaczenie w produkcji przemysłowej i rolniczej. Powszechnie wiadomo, że jest niezbędny do codziennych potrzeb człowieka, wszystkich roślin i zwierząt. Dla wielu żywych istot służy jako siedlisko.

Rozwój miast, szybki rozwój przemysłu, intensyfikacja rolnictwa, znaczna ekspansja nawadnianych gruntów, poprawa warunków kulturowych i życiowych oraz szereg innych czynników coraz bardziej komplikuje problem zaopatrzenia w wodę.

Przygotowany roztwór wprowadza się do wody za pomocą dozownika i mieszadła. Zaleca się mieszanie wody z odczynnikami w dwóch etapach, przy czym pierwszy etap przeprowadza się w trybie zbliżonym do trybu idealnego mieszania, a drugi w trybie idealnego wypierania w fazie ciekłej. Wynika to z faktu, że w pierwszym etapie należy zapewnić równomierny rozkład odczynnika w całej objętości oczyszczonych ścieków, a w drugim etapie stworzyć warunki wykluczające rozkład powstałych aglomeratów cząstek zanieczyszczeń . Pierwszy tryb można przeprowadzić np. w aparacie z intensywnie wirującym mieszadłem, a drugi – w warstwie zawieszonego osadu.

Jak pokazują wyniki wielu badań, proces mieszania wody z odczynnikami, w szczególności z koagulantami nieorganicznymi, musi przebiegać z maksymalną szybkością. Optymalizacja sposobu mieszania koagulantu z wodą może prowadzić do bardziej efektywnego wykorzystania, a w niektórych przypadkach do zmniejszenia zużycia koagulantu.

Efektywność mieszania błyskawicznego polega na zmianie stopnia rozproszenia produktów hydrolizy koagulantów zaadsorbowanych na powierzchni cząstek zanieczyszczeń. Przy intensywniejszym mieszaniu, wzrasta prawdopodobieństwo sorpcji na powierzchni cząstek zanieczyszczeń małych cząstek produktów hydrolizy koagulantów, co prowadzi do oszczędności koagulantu i jednoczesnego wzrostu siły wiązania cząstek w mikropłatkach.

Wybierając tryb mieszania koagulantu, należy wziąć pod uwagę skład i właściwości fizykochemiczne ścieków, a także odczynniki wejściowe. Znaczenie określenia optymalnych parametrów trybu mieszania wynika również z dużej roli ortokinetycznego etapu koagulacji w procesach agregacji cząstek zanieczyszczeń. Prawdopodobieństwo zderzeń między koagulującymi cząsteczkami wzrasta wraz ze wzrostem intensywności mieszania. Jednak po osiągnięciu pewnego gradientu prędkości powstałe płatki zaczynają się rozpadać. Dla zastosowanych koagulantów wartość gradientu prędkości wynosi około 20-70 s-1. Jako kryterium oceny procesu mieszania odczynników z wodą, wraz z gradientem prędkości, stosuje się również iloczyn tej ostatniej i czasu trwania przemieszczenia wprowadzanego przez Camp (kryterium Camp).

W kierunku intensyfikacji mieszania wody z odczynnikami rozwija się również rozwój mieszalników. Przy doborze rodzaju, konstrukcji i trybu pracy urządzeń mieszających na etapach szybkiego mieszania wody z odczynnikami i powolnego mieszania wody w komorach flokulacyjnych, zaleca się uwzględnienie wzorców tworzenia struktury koagulacyjnej, które determinują wartości początkowe gradientu prędkości, konieczność stopniowego mieszania i koncentracji fazy stałej oraz ciekłej na granicy faz.

Szybkie mieszanie odczynników z wodą można osiągnąć w mieszarkach z wypełnieniem fluidalnym i elektryczną obróbką wstępną mieszaniny.

Zaleca się stosowanie mieszadeł elektromagnetycznych przede wszystkim w przypadku kontaktu wody z roztworami elektrolitów, np. z roztworami kwasów, zasad, soli. Możliwe jest jednak mieszanie odczynników nieprzewodzących, takich jak poliakrylamid z wodą, w mieszalnikach elektromagnetycznych z dyszami fluidyzacyjnymi lub magnetycznie fluidyzowanymi.

Najprostsze, pod względem konstrukcji sprzętowej, są mieszalniki zawierające komorę przetwarzania elektrycznego, w której zainstalowane są dwie lub więcej elektrod. W wyniku działania pola elektrycznego na roztwory elektrolitów woda jest skutecznie mieszana z koagulantem, co może znacznie skrócić czas mieszania, a także zużycie odczynników do oczyszczania ścieków. Elektrolizę przeprowadza się z reguły w trybach bez zauważalnego wydzielania gazów (tlen i wodór).

Innym prostym wariantem mieszania elektromagnetycznego jest zastosowanie generatorów pola magnetycznego zainstalowanych na odcinku rury, gdzie jednocześnie dostarczana jest woda i roztwór koagulantu (elektrolitu). Te mieszalniki są bardzo proste i łatwe do zainstalowania w prawie każdej części linii produkcyjnej. Ponadto miksery wykorzystujące magnesy trwałe mogą być instalowane w pomieszczeniach dowolnej kategorii.

Wysoka intensywność czyszczenia osiągana jest w mieszarkach elektromagnetycznych z magnetycznie fluidyzowanym uszczelnieniem składającym się z cząstek ferromagnetycznych.

W przypadkach, gdy zanieczyszczenie wody uzdatnionej zanieczyszczeniami żelaznymi jest niedopuszczalne, zamiast mieszadeł z dyszą magnetycznie fluidyzowaną można zastosować mieszadła elektromagnetyczne typu stojan z silnikiem asynchronicznym wykorzystując jako dyszę wieloosiowy wirnik z elementami ruchomymi.

Zapotrzebowanie na wodę jest ogromne i rośnie z roku na rok. Roczne zużycie wody na kuli ziemskiej dla wszystkich rodzajów zaopatrzenia w wodę wynosi 3300-3500 km3. Jednocześnie 70% całego zużycia wody zużywane jest w rolnictwie.

Dużo wody zużywa przemysł chemiczny, celulozowo-papierniczy, metalurgia żelaza i metali nieżelaznych. Rozwój energetyki prowadzi również do gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na wodę. Znaczna ilość wody zużywana jest na potrzeby przemysłu hodowlanego, a także na potrzeby domowe ludności. Większość wody po wykorzystaniu na potrzeby gospodarstw domowych wraca do rzek w postaci ścieków.

Niedobór świeżej wody staje się już problemem globalnym. Stale rosnące potrzeby przemysłu i rolnictwa na wodę zmuszają wszystkie kraje, naukowców świata do szukania różnych sposobów rozwiązania tego problemu.

Na obecnym etapie określane są następujące kierunki racjonalnego wykorzystania zasobów wodnych: pełniejsze wykorzystanie i rozszerzona reprodukcja zasobów wody słodkiej; opracowanie nowych procesów technologicznych w celu zapobiegania zanieczyszczeniu wód i minimalizacji zużycia wody słodkiej.

Źródła zanieczyszczeń wód śródlądowych

Zanieczyszczenia wód powierzchniowych i gruntowych można podzielić na następujące typy:

• mechaniczne - wzrost zawartości zanieczyszczeń mechanicznych, charakterystycznych głównie dla powierzchniowych rodzajów zanieczyszczeń;

Przez zanieczyszczenie zasobów wodnych rozumie się wszelkie zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych wód w zbiornikach spowodowane wprowadzaniem do nich substancji płynnych, stałych i gazowych, które powodują lub mogą powodować niedogodności, czyniąc wodę tych zbiorników niebezpieczną dla użytkowania, szkodzącego gospodarce narodowej, zdrowiu i bezpieczeństwu publicznemu.

• chemiczne - obecność w wodzie substancji organicznych i nieorganicznych o działaniu toksycznym i nietoksycznym;
• bakteryjne i biologiczne - obecność w wodzie różnych patogennych mikroorganizmów, grzybów i drobnych glonów;
• radioaktywne - obecność substancji promieniotwórczych w wodach powierzchniowych lub gruntowych;
• termiczne - oddawanie podgrzanych wód elektrowni cieplnych i jądrowych do zbiorników.

Głównymi źródłami zanieczyszczenia i zatykania zbiorników wodnych są niewystarczająco oczyszczone ścieki z przedsiębiorstw przemysłowych i komunalnych, duże kompleksy hodowlane, odpady produkcyjne z rozwoju minerałów rudy; kopalnie wodne, obróbka i stapianie drewna; zrzuty transportu wodnego i kolejowego; odpady z pierwotnego przetwarzania lnu, pestycydy itp. Zanieczyszczenia, dostając się do naturalnych zbiorników wodnych, prowadzą do zmian jakościowych wody, które objawiają się głównie zmianą fizycznych właściwości wody, w szczególności pojawianiem się nieprzyjemnych zapachów, smaków itp.; W zmianie składu chemicznego wody, w szczególności pojawianiu się w niej szkodliwych substancji, obecności substancji pływających na powierzchni wody i ich odkładaniu na dnie zbiorników.

Ścieki przemysłowe są zanieczyszczone głównie przez odpady przemysłowe i emisje. Ich skład ilościowy i jakościowy jest zróżnicowany i zależy od branży, jej procesów technologicznych; dzielą się na dwie główne grupy: zawierające zanieczyszczenia nieorganiczne, m.in. zarówno toksyczne, jak i zawierające trucizny.

Pierwsza grupa obejmuje ścieki z zakładów sodowych, siarczanowych, nawozów azotowych, zakładów przeróbczych rud ołowiu, cynku, niklu itp., które zawierają kwasy, zasady, jony metali ciężkich itp. Ścieki z tej grupy zmieniają głównie właściwości fizyczne wody.

Ścieki z drugiej grupy odprowadzane są przez rafinerie ropy naftowej, zakłady petrochemiczne, zakłady syntezy organicznej, zakłady koksownicze itp. Ścieki zawierają różne produkty naftowe, amoniak, aldehydy, żywice, fenole i inne szkodliwe substancje. Szkodliwe działanie ścieków z tej grupy polega przede wszystkim na procesach utleniania, w wyniku których spada zawartość tlenu w wodzie, wzrasta zapotrzebowanie biochemiczne na nią, a wskaźniki organoleptyczne wody pogarszają się.

Ropa i produkty naftowe na obecnym etapie są głównymi zanieczyszczeniami wód śródlądowych, wód i mórz, Oceanu Światowego. W zbiornikach wodnych tworzą różne formy zanieczyszczeń: oleisty film unoszący się na wodzie, rozpuszczony lub zemulgowany w wodzie. Produkty naftowe, frakcje ciężkie osiadły na dnie itp. Jednocześnie zmienia się zapach, smak, kolor, napięcie powierzchniowe, lepkość wody, zmniejsza się ilość tlenu, pojawiają się szkodliwe substancje organiczne, woda nabiera właściwości toksycznych i stanowi zagrożenie nie tylko dla człowieka. 12 g oleju to tona wody niezdatnej do spożycia.

Fenol jest dość szkodliwym zanieczyszczeniem wód przemysłowych. Występuje w ściekach wielu zakładów petrochemicznych. Jednocześnie procesy biologiczne zbiorników, proces ich samooczyszczania ulegają znacznemu ograniczeniu, woda nabiera specyficznego zapachu kwasu karbolowego.

Na życie populacji zbiorników niekorzystnie wpływają ścieki z przemysłu celulozowo-papierniczego. Utlenianiu miazgi drzewnej towarzyszy wchłanianie znacznej ilości tlenu, co prowadzi do śmierci jaj, narybku i dorosłych ryb. Włókna i inne nierozpuszczalne substancje zatykają wodę i pogarszają jej właściwości fizyczne i chemiczne. Stopy kretów niekorzystnie wpływają na ryby i ich pokarm - bezkręgowce. Z gnijącego drewna i kory do wody uwalniane są różne garbniki. Żywica i inne produkty wydobywcze rozkładają się i pochłaniają dużo tlenu, powodując śmierć ryb, zwłaszcza osobników młodocianych i jaj. Ponadto stopy kretów mocno zatykają rzeki, a drewno dryfujące często całkowicie zatyka ich dno, pozbawiając ryby tarlisk i miejsc pożywienia.

Elektrownie jądrowe zanieczyszczają rzeki odpadami promieniotwórczymi. Substancje radioaktywne są skoncentrowane przez najmniejsze mikroorganizmy planktonowe i ryby, a następnie są przenoszone w łańcuchu pokarmowym do innych zwierząt. Ustalono, że radioaktywność mieszkańców planktonu jest tysiące razy wyższa niż wody, w której żyją.

Ścieki o podwyższonej radioaktywności (100 CUR na 1 litr lub więcej) podlegają utylizacji w podziemnych basenach bezodpływowych i specjalnych zbiornikach.

Wzrost liczby ludności, ekspansja starych i powstawanie nowych miast znacznie zwiększyły dopływ ścieków bytowych do wód śródlądowych. Ścieki te stały się źródłem zanieczyszczenia rzek i jezior patogennymi bakteriami i robakami pasożytniczymi. Powszechnie stosowane w życiu codziennym detergenty syntetyczne w jeszcze większym stopniu zanieczyszczają zbiorniki wodne. Mają również szerokie zastosowanie w przemyśle i rolnictwie. Zawarte w nich chemikalia, dostające się ze ściekami do rzek i jezior, mają istotny wpływ na biologiczny i fizyczny reżim zbiorników wodnych. W efekcie zmniejsza się zdolność wody do nasycania tlenem, a aktywność bakterii mineralizujących substancje organiczne zostaje sparaliżowana.

Poważne obawy budzi zanieczyszczenie zbiorników wodnych pestycydami i nawozami mineralnymi, które pochodzą z pól wraz ze strumieniami wody deszczowej i roztopowej. W wyniku badań udowodniono m.in., że insektycydy zawarte w wodzie w postaci zawiesin rozpuszczają się w produktach ropopochodnych, które zanieczyszczają rzeki i jeziora. To oddziaływanie prowadzi do znacznego osłabienia funkcji oksydacyjnych roślin wodnych. Dostając się do zbiorników wodnych, pestycydy gromadzą się w planktonie, bentosie, rybach i poprzez łańcuch pokarmowy przedostają się do organizmu człowieka, wpływając zarówno na poszczególne narządy, jak i na organizm jako całość.

W związku z intensyfikacją hodowli zwierząt coraz bardziej odczuwalne są ścieki przedsiębiorstw z tej gałęzi rolnictwa.

Przyczyną organicznego zanieczyszczenia zbiorników wodnych są ścieki zawierające włókna roślinne, tłuszcze zwierzęce i roślinne, fekalia, pozostałości owocowe i warzywne, odpady z przemysłu skórzanego i celulozowo-papierniczego, cukrowniczego i browarniczego, mięsnego i mleczarskiego, konserwowego i cukierniczego.

W ściekach zwykle znajduje się około 60% substancji pochodzenia organicznego, zanieczyszczeń biologicznych (bakterie, wirusy, grzyby, glony) w wodach komunalnych, medycznych i sanitarnych oraz odpady z zakładów prania skóry i wełny należą do tej samej kategorii organicznej.

+ Podgrzane ścieki z elektrowni cieplnych i innych gałęzi przemysłu powodują „zanieczyszczenie cieplne”, co grozi dość poważnymi konsekwencjami: w podgrzewanej wodzie jest mniej tlenu, reżim termiczny zmienia się dramatycznie, co negatywnie wpływa na florę i faunę zbiorników wodnych, podczas tworzenia sprzyjające warunki do masowego rozwoju w zbiornikach z sinicami - tzw. „zakwit wody” Rzeki są również zanieczyszczane podczas spływów, budowy elektrowni wodnych, a wraz z początkiem okresu żeglugi wzrasta zanieczyszczenie przez statki floty rzecznej.

Metody oczyszczania ścieków

W rzekach i innych zbiornikach wodnych zachodzi naturalny proces samooczyszczania się wody. Działa jednak powoli. Chociaż zrzuty przemysłowe i domowe były niewielkie, same rzeki sobie z nimi poradziły. W naszej epoce przemysłowej, z powodu gwałtownego wzrostu ilości odpadów, zbiorniki wodne nie są już w stanie poradzić sobie z tak znacznym zanieczyszczeniem. Zaistniała potrzeba unieszkodliwiania, oczyszczania ścieków i ich utylizacji.

Oczyszczanie ścieków to oczyszczanie ścieków w celu zniszczenia lub usunięcia z nich szkodliwych substancji. Uwalnianie ścieków z zanieczyszczeń to złożona produkcja. Jak w każdej innej produkcji posiada surowce (ścieki) i gotowe produkty (woda oczyszczona).

Metody oczyszczania ścieków można podzielić na mechaniczne, chemiczne, fizykochemiczne i biologiczne, ale gdy są stosowane razem, metoda oczyszczania i unieszkodliwiania ścieków nazywana jest kombinowaną. O zastosowaniu określonej metody w każdym konkretnym przypadku decyduje charakter zanieczyszczenia i stopień szkodliwości zanieczyszczeń.

Istotą metody mechanicznej jest usuwanie zanieczyszczeń mechanicznych ze ścieków poprzez sedymentację i filtrację. Cząstki gruboziarniste, w zależności od wielkości, wychwytywane są przez kraty, sita, piaskowniki, szamba, łapacze obornika różnej konstrukcji oraz zanieczyszczenia powierzchniowe - przez łapacze oleju, benzyny, osadniki itp. Obróbka mechaniczna pozwala na izolację do 60-75% nierozpuszczalnych zanieczyszczeń ze ścieków bytowych, a przemysłowych do 95%, z których wiele jako cenne zanieczyszczenia wykorzystuje się w produkcji.

Metoda chemiczna polega na tym, że do ścieków dodawane są różne odczynniki chemiczne, które reagują z zanieczyszczeniami i wytrącają je w postaci nierozpuszczalnych osadów. Czyszczenie chemiczne pozwala na redukcję zanieczyszczeń nierozpuszczalnych do 95% i rozpuszczalnych do 25%.

W fizykochemicznej metodzie oczyszczania drobno zdyspergowane i rozpuszczone zanieczyszczenia nieorganiczne są usuwane ze ścieków, a substancje organiczne i słabo utlenione są niszczone, najczęściej z metod fizykochemicznych stosuje się koagulację, utlenianie, sorpcję, ekstrakcję itp. Szeroko stosowana jest również elektroliza. Polega na niszczeniu substancji organicznych w ściekach oraz ekstrakcji metali, kwasów i innych substancji nieorganicznych. Oczyszczanie elektrolityczne odbywa się w specjalnych obiektach - elektrolizerach. Oczyszczanie ścieków metodą elektrolizy jest skuteczne w zakładach produkcji ołowiu i miedzi, farb i lakierów oraz w niektórych innych gałęziach przemysłu.

Zanieczyszczone ścieki są również oczyszczane za pomocą ultradźwięków, ozonu, żywic jonowymiennych i wysokiego ciśnienia, a chlorowanie sprawdziło się dobrze.

Wśród metod oczyszczania ścieków ważną rolę powinna odgrywać metoda biologiczna oparta na wykorzystaniu praw biochemicznego i fizjologicznego samooczyszczania rzek i innych zbiorników wodnych. Istnieje kilka rodzajów biologicznych urządzeń do oczyszczania ścieków: biofiltry, stawy biologiczne i zbiorniki napowietrzające.

W biofiltrach ścieki przepuszczane są przez warstwę gruboziarnistego materiału pokrytego cienką warstwą bakteryjną. Dzięki temu filmowi intensywnie zachodzą procesy biologicznego utleniania. To ona służy jako składnik aktywny w biofiltrach.

W stawach biologicznych wszystkie organizmy zamieszkujące zbiornik biorą udział w oczyszczaniu ścieków.

Aeroczołgi - to ogromne zbiorniki żelbetowe. Tutaj zasadą oczyszczania jest osad czynny z bakterii i mikroskopijnych zwierząt. Wszystkie te żywe stworzenia rozwijają się szybko w napowietrzaczach, czemu sprzyja przedostawanie się do struktury materii organicznej ścieków i nadmiaru tlenu przez przepływ dostarczanego powietrza. Bakterie sklejają się w płatki i wydzielają enzymy mineralizujące zanieczyszczenia organiczne. Muł z płatkami szybko osadza się, oddzielając się od oczyszczonej wody. Infusoria, wiciowce, ameby, wrotki i inne najmniejsze zwierzęta, pożerające bakterie, które nie łączą się w płatki, odmładzają masę bakteryjną osadu.

Ścieki poddawane są oczyszczaniu mechanicznemu przed oczyszczaniem biologicznym, a po nim w celu usunięcia bakterii chorobotwórczych oraz oczyszczaniu chemicznemu, chlorowaniu ciekłym chlorem lub wybielaczem. Do dezynfekcji stosuje się również inne metody fizyczne i chemiczne (ultradźwięki, elektroliza, ozonowanie itp.)

+ Metoda biologiczna daje świetne rezultaty w oczyszczaniu ścieków komunalnych. Wykorzystywany jest również do przetwarzania odpadów z rafinerii ropy naftowej, przemysłu celulozowo-papierniczego oraz do produkcji włókien sztucznych.